氧化應激對胎盤生命的影響

國林林，趙慧棟，胡海燕

氧化應激是指在缺血、缺氧、炎癥等病理狀態(tài)下，活性氧簇生成過多而抗氧化物質含量減少或活性降低的一種失衡狀態(tài)，導致蛋白質、脂質和DNA的損傷，造成細胞功能障礙和組織損傷。代表“最后共同通路”的氧化與抗氧化失衡可能影響胎盤的發(fā)育和老化，最終導致多種妊娠疾病。

1 胎盤生命的產生

建立功能性胎盤生命周期對胎兒發(fā)育和維持正常妊娠至關重要。胎盤發(fā)育早期，精卵結合受精后，囊胚植入母體子宮蛻膜，滋養(yǎng)細胞浸潤子宮肌層。其中滋養(yǎng)細胞入侵蛻膜對母胎界面的建立至關重要，涉及母胎聯(lián)系的通路包括胎盤對蛻膜的固定、脈管系統(tǒng)的重塑，以及與母體蛻膜基質細胞和淋巴細胞的交叉對話。

胎盤發(fā)育的基礎在于滋養(yǎng)細胞的分化。新生器官的形成初期，滋養(yǎng)外胚層的細胞滋養(yǎng)細胞開始增殖分化：一方面，囊胚植入期間增殖分化為合體滋養(yǎng)細胞，并覆蓋于漂浮絨毛表面，通過初級和次級合體化過程，合體滋養(yǎng)細胞維持更新，成為母胎界面營養(yǎng)交換和代謝廢物排泄的主體細胞；另一方面，錨定于子宮壁上的黏附絨毛繼續(xù)分化，快速增殖的部分細胞滋養(yǎng)細胞可穿透合體層，參與胎盤絨毛和子宮蛻膜聯(lián)系的滋養(yǎng)細胞柱的形成；而遠端細胞柱中的細胞滋養(yǎng)細胞與子宮蛻膜的細胞外基質相互作用，分化成具有浸潤功能的間質滋養(yǎng)細胞（iEVT）和參與子宮螺旋動脈改建的血管內滋養(yǎng)細胞（enEVT）[1]。在分化過程中，胚胎著床時大量巨噬細胞圍繞在侵入的滋養(yǎng)細胞周圍，其中胎盤巨噬細胞（Hofbauer cells）是胎兒來源的，在早期胎盤發(fā)育中起直接作用。胎盤巨噬細胞-滋養(yǎng)細胞之間相互作用，胎盤巨噬細胞通過釋放多種細胞因子，如人絨毛膜促性腺激素（hCG）、人胎盤催乳素（HPL）和粒-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF），進而調控絨毛滋養(yǎng)細胞的分化和增殖，以協(xié)助胎盤功能的正常發(fā)揮。另外，在滋養(yǎng)細胞浸潤過程中，絨毛合體滋養(yǎng)層基底外側面表達具有蛋白水解活性基質金屬蛋白酶（MMPs），通過降解胎盤基底板的膠原蛋白，使絨毛侵蝕能力增強，保證胎盤發(fā)育，尤其涉及向子宮蛻膜和肌層浸潤時，子宮肌層MMP-2、MMP-9的表達水平低于蛻膜。

在胎盤發(fā)育過程中，子宮螺旋動脈需要廣泛改建，enEVT來源于iEVT和enEVT栓。前者主要是妊娠早期包繞蛻膜淺表子宮螺旋動脈的iEVT，其具有的浸潤性使螺旋動脈的血管平滑肌細胞分布發(fā)生改變，iEVT進入動脈腔后轉變?yōu)閑nEVT；動脈腔內的enEVT逆行聚集形成“栓子”，主要參與深部子宮螺旋動脈的改建，此為胎盤循環(huán)形成早期的重要過程。妊娠10～12周左右，enEVT栓從螺旋動脈中消失，enEVT亞群與母體免疫細胞相互作用，引發(fā)動脈壁彈性溶解并取代鑲嵌在螺旋動脈上的內皮細胞以誘導血管重塑：蛻膜小動脈的“生理性轉變”和子宮螺旋動脈的重塑，使胎盤血管由“低排高阻”轉換為“低阻高排”，建立所謂“真正的”母胎血循環(huán)[2]。另外，由于“滋養(yǎng)細胞栓”溶解，絨毛間隙血流量增加，細胞滋養(yǎng)細胞與來自母體螺旋小動脈的血液直接接觸，平均氧分壓升至 90～100 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）。不同于持續(xù)性低氧過程，該過程可被視為“慢性間歇性低氧復氧”，其病理生理過程類似于缺血再灌注損傷，是存在于胎盤微環(huán)境中的特征性低氧狀態(tài)，而缺血再灌注會導致活性氧簇自由基的生成。

雖然目前enEVT栓溶解的具體機制尚不清楚，但增加的氧張力促使侵襲性滋養(yǎng)細胞表達，并進一步侵入子宮螺旋動脈。有報道證實enEVT栓的溶解始于胎盤邊緣，并逐漸擴展至中央，胎盤血流量逐漸提升，同時也促進氧張力的漸進性增加，逐漸完善胎盤生命管道的建立[3]。

滋養(yǎng)細胞浸潤具有時間性和空間性，在時間上限于妊娠早期，空間上限于種植部位的子宮內膜、子宮肌層的淺1/3以及相關的螺旋動脈，因此胎盤得以正常形成、發(fā)育、成熟和老化。當胎盤生命周期中這些細胞功能受干擾或阻斷時，胎盤功能將受到影響，導致病理妊娠，如子癇前期、胎兒生長受限（FGR）或自然流產，這些均與滋養(yǎng)細胞功能異常有關[4-5]。

研究發(fā)現(xiàn)氧化應激與胎盤生命周期密切相關。一方面，氧化應激形成的低氧環(huán)境可保護滋養(yǎng)細胞的分化、增殖及血管改建；另一方面，氧化應激引起的胎盤缺血缺氧和血管內皮損傷會導致胎盤中脂質過氧化物增多，抗氧化酶減少，繼而影響炎性因子及相關蛋白酶的釋放，如白細胞介素6（IL-6）、IL-8、腫瘤壞死因子 α（TNF-α）和 C 反應蛋白（CRP）等[6]。

2 氧化應激對胎盤生命的影響

2.1 缺氧誘導因子（HIF）對胎盤生命的影響母體子宮螺旋動脈重塑發(fā)生在囊胚植入后，iEVT和enEVT協(xié)同作用使螺旋動脈處于“低排高阻”狀態(tài)。在一定程度上限制了母體血液進入胎盤，造成胚胎和胎盤在生理性低氧和低糖環(huán)境中生長，使分化細胞免受大劑量活性氧簇損傷而受到保護，這一時期的生理性低氧對胎盤形成至關重要。研究發(fā)現(xiàn)，氧分壓是滋養(yǎng)細胞分化和增殖平衡的關鍵因素，Garrido-Gomez等[7]曾通過體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)低氧可以刺激細胞滋養(yǎng)細胞處于增殖狀態(tài)，而抑制其向浸潤方向分化，但目前對氧分壓的平衡作用并不明確。

HIF-1由α和β亞基組成，是目前發(fā)現(xiàn)的唯一特異性高、能夠在低氧環(huán)境下發(fā)揮活性的核轉錄因子[7]。HIF-1α是受氧濃度變化調控的亞單位，通過多種途徑影響滋養(yǎng)細胞和內皮細胞功能，使胎盤、蛻膜生理性血管重塑障礙；并妨礙內皮細胞和滋養(yǎng)細胞損傷的再修復，加劇病理妊娠的進展，在滋養(yǎng)細胞浸潤、胎盤血管重塑中起關鍵作用。持續(xù)低氧狀態(tài)主要通過介導低氧適應性增加使HIF-1α的表達上調，間歇低氧狀態(tài)也可依賴不同的信號轉導途徑上調HIF-1α表達。當滋養(yǎng)細胞所處內環(huán)境出現(xiàn)間歇性低氧狀態(tài)時，HIF-1α及其下游基因表達紊亂，導致滋養(yǎng)細胞侵襲能力降低、子宮螺旋小動脈重塑障礙，即“胎盤淺著床”。在低氧環(huán)境中，積聚增加的HIF-1α發(fā)生核轉位，與HIF-1β結合形成二聚體，激活血管內皮生長因子（VEGF）、可溶性fms樣酪氨酸激酶1（sFlt-1）[8]，通過調節(jié)兩者的轉錄活性和mRNA穩(wěn)定性影響HIF-1α表達。相關實驗表明胎盤處于持續(xù)缺血缺氧狀態(tài)會激活HIF-1α，致使其表達水平呈上升趨勢，一方面，缺氧可通過激活下游靶因子VEGF使HIF-1α表達上升；另一方面，亦可下調sFlt-1使HIF-1α表達上升。正因為如此，VEGF下調可阻礙胎盤血管重塑及滋養(yǎng)細胞的侵襲，而sFlt-1上調抑制血管生成，誘發(fā)血管內炎癥反應，引起機體自身的氧化應激，從而誘發(fā)不良妊娠結局，如母體子癇前期－胎盤源性氧化應激疾病的發(fā)生[9-10]。

在正常氧濃度和高氧濃度下，HIF-1α極不穩(wěn)定，其半衰期＜5 min。有研究用免疫組織化學法對胎盤組織中HIF-1α的表達進行檢測，結果顯示妊娠期高血壓疾病患者胎盤組織中HIF-1α表達升高。不同孕周的胎盤局部氧分壓亦存在巨大差異，HIF-1α可能通過調節(jié)雌激素、生長因子和細胞因子影響胎盤功能的發(fā)揮。妊娠早期胎盤處于生理性低氧狀態(tài)，通過介導雌激素水平調節(jié)HIF-1α的表達。妊娠5～8周，胎盤中HIF-1α呈高表達狀態(tài)，妊娠10～12周時由于間質血流量和胎盤氧合增加，HIF-1α蛋白的表達水平驟然下降。該時期的低氧狀態(tài)有利于雌激素通過介導整合素5α抑制滋養(yǎng)細胞向侵襲表型分化，而促進滋養(yǎng)細胞分化為增殖表型。在體外模型中[11]，經過高濃度或過低濃度雌二醇處理后，胎盤HIF-1α顯著升高，異常升高的HIF-1α導致相對分化不成熟的滋養(yǎng)細胞分化處于停滯狀態(tài)，引起胎盤灌注量減少、胎盤淺植入。與此相矛盾的是，有報道稱妊娠早期雌激素通過調節(jié)HIF-1α的表達促進滋養(yǎng)細胞向侵襲性表型分化，削弱滋養(yǎng)細胞增殖。因此，雌激素通過HIF-1α影響胎盤的時限性低氧狀態(tài)，仍需要進一步的研究。

2.2 氧化應激與免疫耐受協(xié)同對胎盤生命的影響持續(xù)妊娠狀態(tài)與母胎免疫耐受平衡有關，而氧化應激與免疫耐受的相互協(xié)調作用使胎盤功能得以正常發(fā)揮。妊娠早期末，與滋養(yǎng)細胞直接接觸的蛻膜自然殺傷（dNK）細胞數(shù)達到峰值，約占淋巴細胞總數(shù)的70%。與外周血NK細胞相比，正常人類dNK細胞殺傷能力低，可產生大量細胞因子和促血管生成因子[12]。在細胞水平上，dNK細胞可以通過侵入滋養(yǎng)層，纖維蛋白沉積，彈性層和血管平滑肌細胞的溶解替代內皮細胞，促進子宮螺旋動脈重塑。最重要的是，dNK細胞表達抑制性受體殺傷β細胞免疫球蛋白樣受體（KIRs），KIRs與絨毛外滋養(yǎng)細胞上高表達的人白細胞抗原G（HLA-G）特異性結合，抑制dNK細胞的殺傷活性，從而誘導免疫耐受和VEGF-A、VEGF-C、γ干擾素（IFN-γ）或胎盤生長因子（PlGF）的產生，在保護胚胎發(fā)育和子宮螺旋動脈重塑的始動過程中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)胎盤處于持續(xù)缺氧狀態(tài)時，KIRs減少，HLA-G表達水平降低，dNK細胞免疫活性增強，通過直接殺傷和外源性凋亡途徑使滋養(yǎng)細胞過度凋亡，子宮螺旋動脈重塑不足，胎盤循環(huán)受阻[12-13]。Cavalli等[13]通過制備小鼠缺血缺氧模型模擬子宮螺旋動脈重塑障礙所致一系列妊娠期特發(fā)疾病的病理過程，探討dNK細胞在氧化應激所致免疫耐受失衡中的作用，研究發(fā)現(xiàn)將dNK樣類似物（idNK）注射到子宮螺旋動脈重塑障礙的小鼠模型中，子宮動脈阻力指數(shù)（resistance index，RI）降低，提示胎盤灌注得以改善，dNK細胞介導的免疫反應可能影響胎盤功能的正常建立，而idNK對氧化損傷的胎盤是否有治療作用仍需要進一步研究。

2.3 滋養(yǎng)細胞凋亡影響胎盤生命氧化應激可導致胎盤滋養(yǎng)細胞顯著凋亡老化，進而影響滋養(yǎng)細胞的合體化、向浸潤方向的分化和子宮螺旋動脈重塑，加劇胎盤缺氧狀態(tài)形成的惡性循環(huán)，誘發(fā)病理妊娠結局。子癇前期的發(fā)病機制與胎盤氧化損傷相關的研究較多，子癇前期的發(fā)生、發(fā)展可分為兩階段，第一階段在胎盤形成早期，滋養(yǎng)細胞分化、遷移、增殖障礙，滋養(yǎng)細胞侵入過淺，子宮螺旋動脈重塑不足，導致“胎盤淺著床”，因此胎盤產生雛形期的氧化應激損傷被認為是病理妊娠的觸發(fā)點；第二階段為螺旋動脈重塑不足引起胎盤缺血缺氧，導致合體滋養(yǎng)細胞凋亡過度，同時釋放各種因子進入母體血液循環(huán)，引起全身小血管痙攣樣改變和血管內皮受損，全身各臟器各系統(tǒng)灌注減少，對母兒造成危害，甚至導致母兒死亡[14]。由于子癇前期表現(xiàn)為多臟器、多系統(tǒng)損害，故有學者提出子癇前期－子癇綜合征（preeclampsia-eclampsia syndrom）的概念。子宮螺旋動脈重塑不良更是被認為與許多妊娠并發(fā)癥有關，包括晚期流產和FGR等。

關于滋養(yǎng)細胞凋亡，目前最為廣大研究者所接受的是自噬參與的發(fā)病機制。妊娠早期低氧和營養(yǎng)缺乏狀況下，自噬可以保證滋養(yǎng)細胞的生存和正常發(fā)育。妊娠中期以后，自噬可以清除受損的線粒體和內質網以保持細胞穩(wěn)態(tài)，使滋養(yǎng)細胞在絨毛間隙血流間斷所造成的低氧低糖情況下得以生存，從而促進胎盤發(fā)育，妊娠得以維持[15]。近年研究發(fā)現(xiàn)，過度的自噬活動可能與子癇前期、FGR的發(fā)病過程密切相關；而滋養(yǎng)細胞自噬降低則與早產相關聯(lián)，在異常自噬過程中，炎癥和氧化應激起關鍵作用[15-17]，導致胎盤功能障礙。死亡相關蛋白激酶1（DAPK-1）是近年發(fā)現(xiàn)的一種絲氨酸/蘇氨酸激酶和腫瘤抑制基因，屬于DAPK家族，是凋亡的正性調節(jié)因子，參與多種信號通路，調節(jié)細胞凋亡、自噬、細胞黏附和遷移。據已知相關類似蛋白的研究得知，DAPK-1可能主要表達在合體滋養(yǎng)細胞胞質中，而低氧胎盤組織中的表達水平高于常氧胎盤組織[18]。過度自噬時，滋養(yǎng)細胞釋放的部分“父源性物質”誘發(fā)母體免疫反應，而免疫系統(tǒng)釋放的炎性介質（如TNF-α）可與DAPK-1協(xié)同調節(jié)細胞凋亡、自噬和程序性壞死[19]。此外，缺氧處理后應用激光共聚焦方法檢測發(fā)現(xiàn)，滋養(yǎng)細胞中的自噬相關蛋白LC3B（light chain 3 beta）增加。近年已有大量文獻報道證實，與正常妊娠相比，重度子癇前期患者胎盤中LC3B mRNA和蛋白表達明顯升高，表明氧化應激可能導致自噬過度，影響胚胎著床、胎盤生命的形成[20]。

3 結語

氧化應激可影響胎盤生命的各時期，包括始于妊娠早期的低氧狀態(tài)，母胎循環(huán)的建立和成熟，參與滋養(yǎng)細胞的增殖、遷移、入侵及凋亡等，以至于成為目前胎盤源性病理妊娠研究的焦點。因此，了解胎盤生命周期機制與氧化應激的關系，尋找反映氧化應激代謝產物的標志物有助于明確病理妊娠的發(fā)病機制，指導臨床早期預測；尤其將氧化應激作為胎盤病理學發(fā)展的重要驅動因素時，抗氧化治療或許成為“胎盤源性疾病”的最佳治療方式。