信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3對(duì)圍著床期母胎界面的作用▲

符曉倩 李 寧 李慕軍

(1 廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)研究中心，南寧市 530021，電子郵箱：fuxiaoqian@hotmail.com；2 廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院婦產(chǎn)科，南寧市 530011)

【提要】 胚胎在著床窗植入合適的子宮內(nèi)膜是妊娠的先決條件。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)在胚胎圍著床期通過(guò)復(fù)雜且動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)母胎界面各種細(xì)胞，包括免疫細(xì)胞、蛻膜細(xì)胞以及滋養(yǎng)細(xì)胞的精密調(diào)節(jié)。本文主要就STAT3在調(diào)控早孕期母胎界面構(gòu)成細(xì)胞的作用進(jìn)行綜述。

胚胎在著床窗植入合適的子宮內(nèi)膜是妊娠的先決條件，同時(shí)妊娠是一系列復(fù)雜過(guò)程，妊娠過(guò)程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生異常，都有可能導(dǎo)致著床失敗、流產(chǎn)等。研究認(rèn)為1/3的著床失敗是由胚胎質(zhì)量差而導(dǎo)致，另2/3被認(rèn)為是由子宮容受性異常引起[1]。胚胎植入時(shí)黏附于子宮內(nèi)膜，滋養(yǎng)層細(xì)胞侵入內(nèi)膜基質(zhì)并誘發(fā)內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞發(fā)生蛻膜化改變，在這個(gè)過(guò)程中，基質(zhì)的成纖維細(xì)胞增殖并分化成蛻膜細(xì)胞，支持胚胎的生長(zhǎng)發(fā)育直至胎盤形成[2]。胚胎著床過(guò)程受到多種轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子的動(dòng)態(tài)調(diào)控[3]，這些信號(hào)因子與其受體的相互作用可活化細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)，并通過(guò)復(fù)雜且動(dòng)態(tài)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)胚胎著床過(guò)程的精密調(diào)節(jié)。

STAT3是一種細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子，屬于信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子蛋白家族，是酪氨酸激酶-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子通路的一部分。上游信號(hào)因子與細(xì)胞表面受體結(jié)合后，激活細(xì)胞質(zhì)酪氨酸激酶JAK，促使胞質(zhì)內(nèi)STAT3磷酸化(phosphorylate STAT3，pSTAT3)，形成pSTAT3二聚體，從而進(jìn)入細(xì)胞核激活靶基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。同時(shí)，pSTAT3二聚體轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核時(shí)，又能夠促進(jìn)細(xì)胞信號(hào)抑制因子3的表達(dá)，發(fā)揮對(duì)JAK-STAT通路的負(fù)反饋?zhàn)饔?。干擾素、表皮生長(zhǎng)因子、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-5、IL-6等通過(guò)第705位酪氨酸的磷酸化作用，活化STAT3，發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。此外，促分裂素原活化蛋白激酶以及非受體酪氨酸激酶還可以使727位的絲氨酸產(chǎn)生磷酸化改變[4-5]，這一位點(diǎn)的磷酸化作用是STAT3發(fā)揮最大轉(zhuǎn)錄活性所必需的。STAT3參與細(xì)胞免疫、增殖、凋亡、分化等多種重要過(guò)程[6]。在妊娠子宮，STAT3受到多種生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子，如表皮生長(zhǎng)因子、白血病抑制因子、IL-6、瘦素等的調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響免疫細(xì)胞、子宮內(nèi)膜細(xì)胞、滋養(yǎng)層細(xì)胞的浸潤(rùn)、分化和增殖，在妊娠免疫耐受、胚胎著床和子宮內(nèi)膜蛻膜化、胎盤形成等過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。

1 STAT3對(duì)母胎界面免疫細(xì)胞的作用

免疫細(xì)胞是正常妊娠子宮中的重要組成部分，并在胚胎著床、建立胎盤胎兒?jiǎn)挝弧⒛柑ッ庖吣褪?、抗感染、誘發(fā)臨產(chǎn)等多個(gè)方面發(fā)揮重要作用。子宮免疫細(xì)胞的功能失調(diào)或分布異常會(huì)導(dǎo)致各種妊娠異常，如自發(fā)性流產(chǎn)、先兆子癇、早產(chǎn)等。在早至中孕期子宮中，自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell，NK)和巨噬細(xì)胞是子宮中的主要群體[7]，其主要作用是促進(jìn)滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲和螺旋動(dòng)脈的重建。而樹(shù)突細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞被認(rèn)為具有調(diào)節(jié)免疫耐受的功能[8]。

子宮NK細(xì)胞表達(dá)促血小板生成素的特異性受體，當(dāng)促血小板生成素與其受體結(jié)合時(shí)，NK細(xì)胞的STAT3第705位酪氨酸發(fā)生磷酸化，促進(jìn)NK細(xì)胞的增殖，遷移能力明顯提高，并抑制IL-8、IL-10和IL-1β的分泌[9]。IL-2可增強(qiáng)子宮NK細(xì)胞中STAT3的表達(dá)，在體外實(shí)驗(yàn)中添加IL-2的NK細(xì)胞可使增殖能力提高，細(xì)胞毒性增加[10]。巨噬細(xì)胞在人蛻膜中是占比第二的白細(xì)胞亞群，約占白細(xì)胞總數(shù)的20%，其參與母胎表面的組織重構(gòu)，在監(jiān)測(cè)蛻膜及胎盤部位感染方面發(fā)揮重要的作用[11]。M1型巨噬細(xì)胞能分泌腫瘤壞死因子α和IL-12，參與炎癥進(jìn)展，導(dǎo)致妊娠丟失，還參與細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)自發(fā)性流產(chǎn)；M2型巨噬細(xì)胞是免疫調(diào)節(jié)型巨噬細(xì)胞，在組織修復(fù)、抗炎、腫瘤免疫和免疫耐受中發(fā)揮重要作用，被認(rèn)為是母胎免疫耐受的調(diào)節(jié)劑[12]。輔助性T細(xì)胞17(T helper cell 17，Th17)在控制感染、抑制腫瘤組織增生、減輕炎癥反應(yīng)等主動(dòng)免疫方面發(fā)揮著重要的作用[13]。Liu等[14]發(fā)現(xiàn)不明原因反復(fù)流產(chǎn)患者的外周血Th17細(xì)胞的比例明顯增加。我們課題組的前期研究也發(fā)現(xiàn)[15]，不明原因反復(fù)流產(chǎn)患者的外周血中，pSTAT3、IL-17受體和IL-23的表達(dá)量高于正常妊娠婦女。說(shuō)明Th17細(xì)胞在妊娠維持方面發(fā)揮了負(fù)性調(diào)節(jié)作用。然而，有研究發(fā)現(xiàn)早孕期Th17細(xì)胞被蛻膜基質(zhì)細(xì)胞募集，其通過(guò)釋放IL-17來(lái)促進(jìn)滋養(yǎng)細(xì)胞的增殖、侵襲，并抑制滋養(yǎng)細(xì)胞凋亡[16]。這一發(fā)現(xiàn)提示，Th17細(xì)胞在人早孕期母胎界面發(fā)揮的作用非常復(fù)雜，亟待進(jìn)一步研究闡明。

在妊娠婦女外周血中，髓系抑制性單核細(xì)胞經(jīng)過(guò)STAT3接受17β-雌二醇的調(diào)節(jié)，使其數(shù)量增加、免疫抑制和免疫調(diào)節(jié)的能力提高，并通過(guò)活性氧模式在細(xì)胞間發(fā)揮接觸抑制T淋巴細(xì)胞的作用[17]。JAK1/STAT3信號(hào)通路還能夠被IL-10激活，使一系列下游基因表達(dá)(如IL-10、細(xì)胞信號(hào)抑制因子3)，發(fā)揮抗凋亡作用，影響細(xì)胞周期進(jìn)程，促進(jìn)耐受性樹(shù)突狀細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞的發(fā)育[18]。這些因素有利于維持正常妊娠。調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞具有抑制免疫反應(yīng)和預(yù)防自身免疫疾病的功能，是評(píng)價(jià)妊娠結(jié)局的一個(gè)重要免疫指標(biāo)，可控制母胎的免疫耐受。多個(gè)研究發(fā)現(xiàn)STAT3可通過(guò)多種途徑調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞的分化增殖及功能[19-20]。IL-10可以通過(guò)STAT3刺激調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞的分化[21]，當(dāng)IL-10和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1共同作用時(shí)，調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞數(shù)量增加，并伴隨著細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4的表達(dá)增加、免疫抑制功能增強(qiáng)。本課題組的前期研究也發(fā)現(xiàn)，在不明原因復(fù)發(fā)性流產(chǎn)的患者中，子宮蛻膜調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞受到過(guò)度激活的pSTAT3影響，抑制了增殖分化和免疫調(diào)節(jié)的作用[22]。

2 STAT3對(duì)子宮蛻膜的作用

STAT3接受多種細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子的信號(hào)后為胚胎著床提供內(nèi)膜準(zhǔn)備，因此抑制STAT3的功能將阻斷胚胎著床過(guò)程。敲除STAT3基因的小鼠，其黃體形成將發(fā)生障礙，不能完成子宮內(nèi)膜的蛻膜化反應(yīng)[23]；在胚胎植入前期，內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞的孕激素受體數(shù)量明顯減少，加之黃體功能不全而導(dǎo)致孕酮不足，使孕激素受體的靶基因表達(dá)顯著下調(diào)。已有研究證實(shí)，STAT3可通過(guò)與孕激素受體的相互作用，調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜容受性，進(jìn)而影響胚胎與宮腔上皮細(xì)胞的黏附[24]。敲除子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞中的STAT3基因后，孕激素受體表達(dá)顯著下降，胚胎完全不能著床[23]。盡管孕激素受體和STAT3的相互作用機(jī)制沒(méi)有完全明確，但是近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞的孕激素受體在胚胎著床期間與STAT3相互影響，從而調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)[23]。在人類蛻膜化的子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞基因中，STAT3結(jié)合域的富集區(qū)與多個(gè)B型孕激素受體結(jié)合位點(diǎn)相鄰[25]。這些均提示在蛻膜化過(guò)程中孕激素受體和STAT3共同調(diào)節(jié)孕激素應(yīng)答基因。

STAT3是胚胎發(fā)育所必需的，其在小鼠胚胎種植期間會(huì)發(fā)生特異性活化：在小鼠胚胎著床期，STAT3 mRNA的表達(dá)明顯增加，STAT3的磷酸化水平明顯增加，但是在非著床位點(diǎn)則很低[26]。妊娠第6～8天，STAT3 mRNA的表達(dá)主要集中在蛻膜區(qū)，STAT3磷酸化水平逐漸增強(qiáng)，這說(shuō)明STAT3的磷酸化可能在小鼠胚胎著床和蛻膜化過(guò)程中具有重要作用[26]。在STAT3缺陷的小鼠中，75%的小鼠在妊娠第5天未發(fā)現(xiàn)著床位點(diǎn)，妊娠第8天時(shí)野生型小鼠子宮內(nèi)的胚胎已經(jīng)形成原始體節(jié)，而STAT3缺陷小鼠的子宮內(nèi)膜完全沒(méi)有發(fā)生蛻膜化，因此，STAT3的缺失或抑制導(dǎo)致不孕的原因主要是由于子宮內(nèi)膜受容性差而導(dǎo)致著床失敗[1]。

3 STAT3對(duì)滋養(yǎng)細(xì)胞的作用

滋養(yǎng)層細(xì)胞在胎盤發(fā)育階段展現(xiàn)了多種發(fā)育潛能。滋養(yǎng)層細(xì)胞不僅可以分裂成絨毛細(xì)胞和絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞，也可以分化為具有代謝功能或連接功能的細(xì)胞。滋養(yǎng)層細(xì)胞可侵襲子宮蛻膜，并發(fā)揮多種作用：與母體免疫細(xì)胞作用、產(chǎn)生激素和細(xì)胞因子、生成血管、浸潤(rùn)母體小動(dòng)脈、促進(jìn)巨細(xì)胞融合、促進(jìn)子宮腺上皮的增生和轉(zhuǎn)化[27]。這些作用通過(guò)多種胞內(nèi)外信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)，其中很重要的一個(gè)信號(hào)通路就是JAK-STAT3信號(hào)通路。

敲除STAT3基因的胚胎在妊娠第7天即著床早期發(fā)生胚胎停育；野生型胚胎在胚外組織中均表達(dá)STAT3蛋白，包括頂葉內(nèi)胚層、外胚層和胚外外胚層，尤其是在胚胎外的柱狀內(nèi)胚層(將要發(fā)育成為卵黃囊的內(nèi)臟壁)，這提示STAT3在早期胚胎發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用[28]。缺乏STAT3時(shí)，可在一定程度上抑制著床后的滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲。Chan等[29]通過(guò)免疫組織化學(xué)法檢測(cè)早孕期胎盤，發(fā)現(xiàn)絲氨酸活化的STAT3蛋白在合體滋養(yǎng)層、細(xì)胞滋養(yǎng)層和絨毛狀中間滋養(yǎng)層細(xì)胞的胞漿和胞核中均有表達(dá)，活化的STAT3在細(xì)胞滋養(yǎng)層和絨毛狀中間滋養(yǎng)層細(xì)胞中表達(dá)量很高，而在足月的胎盤中的表達(dá)消失，提示STAT3的活性是滋養(yǎng)層細(xì)胞發(fā)揮侵襲性的必要條件?？傊?，JAK1/STAT3信號(hào)通路涉及滋養(yǎng)細(xì)胞的多種功能，這些功能包括滋養(yǎng)細(xì)胞的分化、黏附、遷移、侵襲，并受到一系列復(fù)雜、嚴(yán)格的機(jī)制調(diào)控，包括絲氨酸、酪氨酸磷酸化作用和負(fù)反饋等[30]，但仍有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，STAT3在妊娠早期母胎界面發(fā)揮著復(fù)雜而重要的作用，母胎界面的多種細(xì)胞都能夠通過(guò)STAT3信號(hào)通路接受上游信號(hào)分子的調(diào)節(jié)。越來(lái)越多的研究表明，白血病抑制因子、IL-11、瘦素、細(xì)胞因子信號(hào)抑制物3等因子共同作用于STAT3信號(hào)途徑，可影響母胎免疫平衡的建立、間質(zhì)細(xì)胞蛻膜化、胚胎滋養(yǎng)細(xì)胞的侵入以及細(xì)胞的增殖凋亡，從而影響早期妊娠結(jié)局。但由于STAT3信號(hào)通路的復(fù)雜性，在妊娠過(guò)程中STAT3是否還與其他轉(zhuǎn)錄因子存在聯(lián)系，其作用機(jī)制目前尚未闡明，有待進(jìn)一步研究。