孕激素及其受體與蛻膜化

蔣莎，陳璐，王煒，常卓，張楊，馮曉玲

人子宮內(nèi)膜蛻膜化是伴隨卵巢周期性激素分泌以適應(yīng)哺乳動物月經(jīng)（子宮周期性出血）或生殖（胚胎植入）的過程。廣義上講，蛻膜化不僅包括子宮內(nèi)膜局部腺上皮分泌增加，還包括宮內(nèi)環(huán)境的改變過程。如螺旋動脈重鑄、局部免疫細胞募集以及細胞外基質(zhì)成分改變等。狹義上講，子宮內(nèi)膜蛻膜化是子宮螺旋動脈周圍的子宮內(nèi)膜間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)變?yōu)檩^大圓形的蛻膜細胞。在蛻膜化誘導(dǎo)因子的刺激下，增殖和分化逐漸擴散至整個內(nèi)膜，為胚胎著床做準(zhǔn)備。在這一過程中，卵巢分泌的孕激素（progestogen）與子宮內(nèi)膜轉(zhuǎn)化和蛻膜化密切相關(guān)[1]。隨著分子生物學(xué)發(fā)展，近年研究發(fā)現(xiàn)蛻膜化缺陷與流產(chǎn)有關(guān)[2]，孕酮水平的監(jiān)測對妊娠早期胚胎丟失的預(yù)測具有指導(dǎo)意義。現(xiàn)對孕激素及孕激素受體（progesterone receptor，PR）在狹義的子宮內(nèi)膜蛻膜化中的作用及其機制進行綜述，以期為蛻膜化缺陷導(dǎo)致的先兆流產(chǎn)的治療和預(yù)防提供思路。

1 孕激素及PR概述

孕激素是一種內(nèi)源性類固醇激素和性激素，參與人月經(jīng)周期，妊娠和胚胎的維持，既是PR的激動劑，又是σ1受體的拮抗劑、煙堿乙酰膽堿受體的負變構(gòu)調(diào)節(jié)劑和G氨基丁酸（GABAA）受體的正變構(gòu)調(diào)節(jié)劑。孕激素具有抗鹽皮質(zhì)激素活性、糖皮質(zhì)激素活性、雄激素、抗雄激素活性、5α-還原酶抑制作用。循環(huán)血和子宮內(nèi)膜中均能檢測到孕激素，其在子宮內(nèi)膜中的表達從增殖期持續(xù)增加到分泌期。PR有PRA、PR-B兩種亞型。PR-A和PR-B通過直接基因組模式或間接核外模式改變基因表達[3-4]。PR的表達隨子宮內(nèi)膜周期波動具有亞型特異性及細胞特異性特點：PR-A在分泌期上皮細胞表達下降，在妊娠期基質(zhì)細胞中高表達；PR-B在增殖中期的上皮和基質(zhì)細胞中達到峰值，然后逐漸減少[5]。妊娠建立后，PR先表達在子宮腔上皮細胞，隨后下調(diào)，在蛻膜基質(zhì)細胞中高表達，這與PR-A和PR-B在胚胎植入中各自獨特的作用相一致，并且在嚙齒動物實驗?zāi)Ｐ脱芯恐械玫阶C實[6]。

蛻膜化過程中孕激素功能大部分的實現(xiàn)需要結(jié)合PR。在人類子宮內(nèi)膜蛻膜化過程中，主要是PR-A介導(dǎo)妊娠過程中子宮內(nèi)膜的增殖和分化。此外，孕激素功能的實現(xiàn)可獨立于轉(zhuǎn)錄調(diào)控及核受體缺失而激活信號通路發(fā)揮作用，而PR不僅參與經(jīng)典的核受體信號傳導(dǎo)，還參與細胞膜的非基因組信號傳導(dǎo)[7]。由此可見，孕激素及PR在蛻膜化中的作用主要是通過下游因子之間的相互作用控制上皮細胞增殖，使子宮“容受”并刺激基質(zhì)細胞分化（即子宮內(nèi)膜蛻膜化）建立妊娠。

2 蛻膜化過程及其意義

蛻膜化是子宮內(nèi)膜為胚胎植入和胎盤發(fā)育提供營養(yǎng)和免疫特權(quán)基質(zhì)過程中，子宮內(nèi)膜發(fā)生的廣泛形態(tài)、功能、遺傳學(xué)變化。目前對蛻膜化的機制研究主要集中于體外誘導(dǎo)蛻膜化。

2.1 人子宮內(nèi)膜自發(fā)蛻膜化 人子宮內(nèi)膜蛻膜化主要是指間質(zhì)細胞蛻膜化，即子宮內(nèi)膜在月經(jīng)周期的第23天開始反應(yīng)，表面上皮細胞下的致密層間質(zhì)成纖維細胞增殖加快，伴大量白細胞浸潤[8]，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榉蚀蟮耐懩蛹毎只蟮耐懩ぜ毎始僮銧钛由?，吞噬細胞外基質(zhì)，細胞內(nèi)吞噬體和溶酶體數(shù)量增加。在此期間，子宮內(nèi)膜螺旋小動脈更加彎曲，增長更快，超過子宮內(nèi)膜厚度，血管壁變?。蛔訉m內(nèi)膜腺體開口面向子宮腔，分泌豐富的營養(yǎng)物質(zhì)如糖原，腺體較少，分裂成裂隙狀，間質(zhì)更加松散并水腫；海綿層腺體擴大、彎曲，腺上皮細胞豐富[1]。在蛻膜化誘導(dǎo)因子催乳素（prolactin，PRL）和胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白1（insulin-like growth factor binding protein 1，IGFBP-1）等蛻膜化標(biāo)志物的刺激下增殖分化，完成蛻膜化過程。

2.2 體外誘導(dǎo)蛻膜化 是觀察蛻膜化過程的最有效方法。目前常用的方案有以下3種：①雌二醇和激素；②環(huán)磷酸腺苷（cAMP）誘導(dǎo)因子或類似物；③cAMP類似物、孕激素和雌二醇聯(lián)合來誘導(dǎo)細胞。在人子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞中，cAMP可在短時間（≤3 d）刺激完成蛻膜化，但最新發(fā)現(xiàn)孕激素刺激的蛻膜化上調(diào)的一些基因不能被cAMP上調(diào)，提示在子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞蛻膜化中，孕激素和cAMP誘導(dǎo)途徑還是存在著差異。體外誘導(dǎo)蛻膜化的研究給學(xué)者們提供了一個可以直觀觀察細胞蛻膜重新編程的方法，同時也為尋找治療靶點提供了新思路。

無論是人子宮內(nèi)膜自發(fā)蛻膜化或體外誘導(dǎo)蛻膜化，蛻膜化的子宮內(nèi)膜作為屏障，對防止滋養(yǎng)細胞侵入過深、供應(yīng)胎兒營養(yǎng)、參與調(diào)控母胎免疫應(yīng)答和維持妊娠具有重要作用。體內(nèi)和體外，蛻膜轉(zhuǎn)化和核的圓整、核仁數(shù)量增加、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體系統(tǒng)的擴張以及糖原和脂質(zhì)滴在細胞質(zhì)中的積累有關(guān)[9]。真正的蛻膜化相關(guān)形態(tài)學(xué)變化在排卵后9 d左右即規(guī)律月經(jīng)周期的第23天表現(xiàn)出來，提示蛻膜化分化過程存在內(nèi)分泌、旁分泌和自分泌等途徑調(diào)控[10]。

3 孕激素及PR在蛻膜化中的作用機制

前文已述孕激素的功能實現(xiàn)還可獨立于轉(zhuǎn)錄調(diào)控及核受體缺失而激活信號通路發(fā)揮作用。PR不僅利用經(jīng)典的核受體信號傳導(dǎo)，還參與細胞膜的非基因組信號傳導(dǎo)?，F(xiàn)主要從核信號通路出發(fā)，探討孕激素及PR對子宮內(nèi)膜細胞的增殖、分化及蛻膜化過程中血管生成與免疫調(diào)節(jié)的作用及其機制。

3.1 子宮內(nèi)膜增殖與分化的轉(zhuǎn)變（endometrial proliferation-differentiation switching） 在蛻膜化過程中，孕激素及PR的結(jié)合由子宮腔上皮細胞高表達的發(fā)育調(diào)控形態(tài)發(fā)生素hedgehog（hh）基因家族成員IHH（Indian hedgehog）介導(dǎo)，并通過其子宮基質(zhì)細胞上受體patched 1或patched 2誘導(dǎo)子宮基質(zhì)增生[11]。Patch1/2與其下游靶點雞卵清蛋白上游轉(zhuǎn)錄因子2（chicken ovalbumin upstream transcription factorⅡ，COUP-TFⅡ）最終介導(dǎo)骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（bone morphogen protein 2，BMP2）和無翼型MMTV集成站點家庭成員4（wingless-type MMTV integration site family member 4，WNT4）啟動基質(zhì)蛻膜化。BMP2通過表達FK-506結(jié)合蛋白（FK-506 binding proteins，F(xiàn)KBPs）調(diào)節(jié)PR的表達來調(diào)控蛻膜化，且FKBPs的穩(wěn)定能夠促進PR的活性[12]。激活的PR和COUP-TFⅡ再促進心臟和神經(jīng)嵴衍生物表達蛋白2（heart-and neural crest derivative-expressed protein 2，HAND2）的表達，HAND2抑制成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）配體（FGF1、FGF2、FGF9、FGF18）產(chǎn)生，停止子宮內(nèi)膜上皮細胞增殖過程，促進胚胎植入和子宮基質(zhì)蛻膜化。與此同時，表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）信號也參與其中[13]，同時也可受到BMP2和WNT4等下游靶點的調(diào)節(jié)[14]。

此外，子宮內(nèi)膜調(diào)節(jié)因子FoxO1和C/EBPβ、PR分子伴侶（如HSP90、HSP40、HSP70、P23和FKBP51）、調(diào)控PR的轉(zhuǎn)錄基因（CCNB1、CCNB2、CDC20、CDC25A、CDK1、BUB1、VEGFA、TGFB2、ANGPT2、ANGPTL4、GRB1、GATA2、BMI1）及其下游靶點HOXA-10等均參與孕激素及PR介導(dǎo)的子宮內(nèi)膜蛻膜化調(diào)控[15]。C/EBPβ的轉(zhuǎn)錄活性減弱會抑制子宮內(nèi)膜蛻膜化，且介導(dǎo)孕激素和cAMP調(diào)節(jié)多效生長因子（PTN）調(diào)節(jié)蛻膜化[16]。免疫親和素FKBP51能夠降低蛋白激酶B（AKT）中Ser473的磷酸化水平從而促進蛻膜化[17]。GRB1是PR轉(zhuǎn)錄的輔助因子，GRB1導(dǎo)致PR靶基因FoxO1和Wnt4水平降低，影響子宮內(nèi)膜細胞增殖和分化[18]。BMI1與PR和E3連接酶E6相關(guān)蛋白（E6AP）以一種多克隆復(fù)合物獨立的方式相互作用，調(diào)節(jié)正常孕激素反應(yīng)所必需的PR泛素化[19]。而下游靶點HOXA10-/-雌性小鼠的植入失敗和蛻膜化異常與子宮對孕激素的反應(yīng)性降低及基質(zhì)細胞增殖缺陷有關(guān)，且HOXA10-FOXM1-STAT3通路控制子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞增殖與分化[20]。另外，GATA2對維持正常子宮內(nèi)膜上皮分化至關(guān)重要，GATA2缺乏可導(dǎo)致PR表達降低，孕激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)減弱，GATA2不僅參與和促進PR基因的表達，還與PR共同調(diào)控下游的孕激素反應(yīng)基因[21]。

3.2 血管生成 孕激素與PR結(jié)合后可通過COUPTFⅡ/VEGFA/ANGPT2/FGF2調(diào)控血管生成。COUPTFⅡ主要表達在間質(zhì)和血管細胞，COUP-TFⅡ基因敲除小鼠PR表達降低，基質(zhì)細胞增殖和血管生成減少，導(dǎo)致蛻膜化失敗[22]。體內(nèi)孕激素刺激血管成熟，體外孕激素和cAMP聯(lián)合誘導(dǎo)蛻膜化中VEGFA和VEGF受體1（VEGFR1）調(diào)節(jié)蛻膜血管生成和母體螺旋動脈重構(gòu)[23]。孕激素可直接減少分泌期子宮內(nèi)膜腺上皮中的ANGPT2產(chǎn)生并維持ANGPT1的水平[24]，或誘導(dǎo)HAND2抑制人子宮內(nèi)膜間質(zhì)細胞中的FGF9抑制ANGPT2產(chǎn)生，使ANGPT2/ANGPT1比值降低，促進子宮內(nèi)膜血管的發(fā)育、穩(wěn)定及成熟[25]。而FGF2除在蛻膜血管生成中發(fā)揮作用外，還參與子宮上皮細胞有絲分裂。

3.3 免疫調(diào)節(jié) 蛻膜基質(zhì)細胞介導(dǎo)母體免疫耐受，對同種半異體胎兒和胎盤具有識別、選擇和接受的功能。由于多數(shù)免疫細胞上無PR，目前僅知孕激素通過孕酮誘導(dǎo)阻斷因子（PIBF）的免疫調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合新型白細胞介素4（IL-4）受體，誘導(dǎo)IL-10等Th2細胞因子產(chǎn)生，誘導(dǎo)蛻膜自然殺傷（NK）細胞低毒性[26]，介導(dǎo)妊娠期Th2顯性免疫[27]，參與母胎界面局部的免疫調(diào)節(jié)作用[28]。

4 結(jié)語與展望

人體子宮內(nèi)膜蛻膜化從生殖醫(yī)學(xué)角度看是子宮內(nèi)膜正常生理周期以適應(yīng)胚胎植入的過程；細胞學(xué)上，是間質(zhì)成纖維細胞轉(zhuǎn)化為專門分泌的蛻膜細胞的過程，包括整個過程中由PR驅(qū)動出現(xiàn)的形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)和血管變化。生殖醫(yī)學(xué)觀點認為母體子宮內(nèi)膜蛻膜化接受胚胎著床與發(fā)育的過程是母體和胎兒對入侵抗原和人類胚胎染色體多樣性的免疫耐受過程。蛻膜化的建立是母胎免疫耐受的第一步。蛻膜化過程的正?；侵踩肫诤笈咛ドL發(fā)育的基礎(chǔ)，對早孕維持具有重要意義。過去幾十年的蛻膜化研究除了揭示蛻膜化過程中的主要信號傳導(dǎo)途徑外，還詳細揭示了細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）組織、細胞黏附、細胞骨架組織、應(yīng)激反應(yīng)、細胞周期進展、炎癥反應(yīng)和凋亡等功能[29]。蛻膜化過程精密且復(fù)雜，受到激素、細胞和分子信號之間微妙的相互作用[30]。黃體期孕激素分泌不斷增加，孕激素在月經(jīng)周期第23天左右作用于間質(zhì)細胞PR，內(nèi)膜間質(zhì)細胞增殖轉(zhuǎn)化啟動蛻膜化，蛻膜細胞的形成允許子宮內(nèi)膜“容受”和胚胎著床。若孕激素及其受體不足或基因缺陷致蛻膜化不足或缺陷，則受精卵無法著床或著床易流產(chǎn)。對分泌晚期子宮內(nèi)膜外植體培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)在添加孕激素后可恢復(fù)PRL表達，證實了孕激素及PR在維持蛻膜化中的重要作用。在復(fù)雜的蛻膜化機制中，孕激素、PR及其下游靶點與信號通路之間的相互作用是為了控制上皮細胞增殖，刺激基質(zhì)細胞分化，最終獲得子宮內(nèi)膜容受性以建立妊娠。上文僅描述了孕激素及PR介導(dǎo)的信號通路以及調(diào)節(jié)孕激素及PR的某些因子，對同時參與蛻膜化的雌激素與雌激素受體[31]及其他信號通路如轉(zhuǎn)化生長因子β1（TGF-β1）、Notch信號介導(dǎo)的DNA甲基化[32]及其他自分泌、旁分泌線索未予以詳盡討論，同時對廣義子宮內(nèi)膜蛻膜化中各種蛻膜免疫細胞和蛻膜基質(zhì)細胞的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)并未討論，這還需進一步研究以闡明蛻膜化復(fù)雜網(wǎng)路信號的相關(guān)機制。