氧化應(yīng)激作用在子癇前期發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

李嘉健綜述 孫曉燕審校

子癇前期(preeclampsia,PE)是人類特有的妊娠期疾病，以高血壓和蛋白尿?yàn)樘卣?，出現(xiàn)于妊娠中晚期。發(fā)病率因地理區(qū)域、季節(jié)、營(yíng)養(yǎng)和種族而異，全世界有3%～8%的婦女受其影響[1]。迄今為止，子癇前期的發(fā)病機(jī)制仍未完全闡明。但“兩階段模型”被大多數(shù)人認(rèn)可[2]。第一階段為癥狀前期，即胎盤血流灌注不足，從而為氧化應(yīng)激的發(fā)生創(chuàng)造了良好的環(huán)境；第二階段為癥狀期，即母體發(fā)生全身炎性反應(yīng)，包括血管內(nèi)皮損傷、血栓形成和腎素—血管緊張素—醛固酮系統(tǒng)激活，最終導(dǎo)致器官灌流不足和血液黏滯。氧化應(yīng)激發(fā)生在該進(jìn)程的每一階段，表明氧化應(yīng)激在子癇前期的病理生理過(guò)程中起著重要作用，可能是子癇前期胎盤和內(nèi)皮功能障礙的關(guān)鍵原因?，F(xiàn)對(duì)子癇前期發(fā)病過(guò)程中各階段氧化應(yīng)激的參與情況，特別是其在妊娠初期滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲、內(nèi)皮功能障礙和母體全身炎性反應(yīng)中的作用進(jìn)行綜述。

1 子癇前期概述

子癇前期的定義為妊娠20周后新出現(xiàn)的產(chǎn)婦高血壓(收縮壓/舒張壓>140/90 mmHg)和蛋白尿(>300 mg/24 h)。嚴(yán)重的情況下，產(chǎn)婦可能并發(fā)肝臟病變(HELLP綜合征)、腎功能障礙、水腫、彌散性血管內(nèi)凝血(DIC)等嚴(yán)重合并癥。對(duì)胎兒而言，子癇前期的主要并發(fā)癥包括胎兒生長(zhǎng)受限導(dǎo)致的低出生體重、早產(chǎn)和胎兒死亡。該綜合征是當(dāng)今工業(yè)化國(guó)家孕產(chǎn)婦和圍產(chǎn)兒死亡的主要原因之一[3]。終止妊娠，胎兒胎盤娩出是目前惟一有效的治療途徑。慢性宮內(nèi)缺氧和醫(yī)源性早產(chǎn)也給新生兒帶來(lái)了巨大的風(fēng)險(xiǎn)。

2 氧化應(yīng)激與正常妊娠

在正常妊娠期間，孕婦血清中ROS的生成增加，這是一種由正常的全身炎性反應(yīng)引起的現(xiàn)象，與細(xì)胞成熟、細(xì)胞復(fù)制、胚胎發(fā)育和妊娠維持有關(guān)[5]。妊娠的特征是多個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致包括胎盤在內(nèi)的不同器官基礎(chǔ)氧和能量消耗增加。胎盤最初處于低氧環(huán)境，但隨著發(fā)育成熟，其血管化發(fā)展為富氧環(huán)境[6]。胎盤富含線粒體，血管豐富，消耗孕婦基礎(chǔ)代謝率的1%左右，母體氧分壓高，導(dǎo)致活性氧產(chǎn)生增多，造成了“生理應(yīng)激”[3]。

隨著妊娠的進(jìn)展，對(duì)自由基損傷的防御機(jī)制也會(huì)增強(qiáng)，活性氧可被維生素C和E等抗氧化劑快速捕獲，或被多種防御系統(tǒng)抗氧化劑代謝，如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPx)、過(guò)氧化氫酶、硫氧還原蛋白、過(guò)氧化物還原蛋白。但當(dāng)ROS的產(chǎn)生超過(guò)抗氧化防御系統(tǒng)的代償能力時(shí)，就會(huì)發(fā)生氧化應(yīng)激，進(jìn)而引起炎性反應(yīng)和毒性反應(yīng)。

3 子癇前期的“二階段學(xué)說(shuō)”

正常妊娠期間，子宮螺旋動(dòng)脈重塑以確保子宮內(nèi)膜和絨毛間隙的血管化及血流灌注。這種改變是以末端血管管腔的擴(kuò)張及內(nèi)部彈性成分和平滑肌成分的喪失為特征。第一階段的重塑是在低氧環(huán)境下完成的(1%～ 2%的氧分壓)，隨著胎盤血管化的發(fā)展逐漸恢復(fù)到常氧狀態(tài)。而子癇前期患者表現(xiàn)為子宮螺旋動(dòng)脈重構(gòu)障礙，進(jìn)而絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞浸潤(rùn)異常，胎盤植入母體子宮壁過(guò)淺，即“胎盤淺著床”，最終使胎盤灌注減少[7]。間歇性的動(dòng)脈血流會(huì)產(chǎn)生反復(fù)的缺血再灌注，誘導(dǎo)產(chǎn)生氧化應(yīng)激。胎盤的氧化損傷導(dǎo)致炎性反應(yīng)、細(xì)胞凋亡及細(xì)胞碎片釋放到母體血液循環(huán)中，包括一些抗血管生成因子，如可溶性血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體-1(sFlt-1)、可溶性內(nèi)皮素(sEng)、細(xì)胞因子和氧化劑[8]。這些胎盤因子和碎片是母體內(nèi)皮功能改變和妊娠炎性反應(yīng)加劇的根源，進(jìn)而進(jìn)入第二階段，母體以全身血管炎性反應(yīng)和收縮為特征的大規(guī)模系統(tǒng)性內(nèi)皮功能障礙。

4 氧化應(yīng)激和子癇前期

4.1 胎盤血管重構(gòu)異常與氧化應(yīng)激 子癇前期發(fā)病與滋養(yǎng)層細(xì)胞浸潤(rùn)不足和螺旋動(dòng)脈血管重塑受損有關(guān)。絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞通過(guò)母體蛻膜浸潤(rùn)子宮螺旋動(dòng)脈的整個(gè)過(guò)程，需要胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞與母體蛻膜細(xì)胞之間嚴(yán)格的相互作用和溝通，即不同細(xì)胞外蛋白酶的表達(dá)和作用，如基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)、和解整合素金屬蛋白酶(ADAMs)、具有血小板反應(yīng)蛋白基序的和解整合素金屬蛋白酶(ADAMTSs)和組織蛋白酶[9]。子癇前期與胎盤組織中這些蛋白酶的表達(dá)下調(diào)、活性降低有關(guān)。據(jù)報(bào)道，具有Kazal基序的富含半胱氨酸的逆轉(zhuǎn)誘導(dǎo)蛋白(RECK)是一種鑲嵌于質(zhì)膜的糖蛋白，可抑制MMPs和ADAMs的活性，進(jìn)而控制滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲性，促進(jìn)氧化應(yīng)激[10]。此外，滋養(yǎng)細(xì)胞和蛻膜細(xì)胞也表達(dá)蛋白酶抑制劑，如金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)和半胱氨酸(組織蛋白酶抑制劑)[11]，而TIMPs和RECK的差異分布在子癇前期發(fā)病機(jī)制中也起著重要作用。

4.2 免疫調(diào)節(jié)異常與氧化應(yīng)激 研究顯示，子癇前期婦女體內(nèi)的免疫調(diào)節(jié)和免疫耐受異常，母體針對(duì)胎兒發(fā)生免疫應(yīng)答，進(jìn)而干擾滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲和血管形成，導(dǎo)致氧化應(yīng)激，引起母體全身炎性反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)Th1/Th2細(xì)胞免疫失衡、Th17/Treg細(xì)胞比例失調(diào)、蛻膜NK細(xì)胞調(diào)節(jié)異常等，均會(huì)導(dǎo)致滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲失敗，螺旋動(dòng)脈重構(gòu)缺陷進(jìn)而胎盤灌注減少，活性氧生成，加劇氧化應(yīng)激[15]。此外，胎盤巨噬細(xì)胞系也與子癇前期發(fā)病機(jī)制有關(guān)，分別為母體胎盤部分的蛻膜巨噬細(xì)胞和胎兒胎盤的Hofbauer細(xì)胞。正常妊娠時(shí)蛻膜巨噬細(xì)胞多為M2表型，發(fā)揮免疫抑制作用，有助于螺旋動(dòng)脈重塑和免疫耐受。而子癇前期表現(xiàn)為M1表型占主導(dǎo)地位，產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，加劇氧化應(yīng)激。胎兒Hofbauer細(xì)胞數(shù)量下降，CD74表達(dá)下調(diào)和IL-10分泌減少，促進(jìn)氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)[16]。Campbell等[17]發(fā)現(xiàn)，針對(duì)血管緊張素受體AT1的自身反應(yīng)性抗體在子癇前期母體中水平升高，可抑制滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲，進(jìn)而促進(jìn)氧化應(yīng)激。補(bǔ)體激活在維持健康妊娠中起著至關(guān)重要的作用，而很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)補(bǔ)體系統(tǒng)的異常激活或調(diào)節(jié)不當(dāng)則可能激活某些補(bǔ)體成分C3a，Bb等，進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)典途徑或替代途徑激活，氧化應(yīng)激加劇，引起母體的全身炎性反應(yīng)，導(dǎo)致子癇前期的發(fā)生[18-21]。

4.3 內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙與氧化應(yīng)激 子癇前期胎盤灌注的改變引起胎盤微環(huán)境的改變，如ROS的產(chǎn)生、胎盤因子的釋放及內(nèi)皮細(xì)胞的活化，最終加劇氧化應(yīng)激，導(dǎo)致普遍內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙[22]。內(nèi)皮功能障礙涉及以下多種機(jī)制。

首先，胎盤因子和合胞體滋養(yǎng)層微粒(STBMs)在母體循環(huán)中的釋放會(huì)引起內(nèi)皮細(xì)胞炎性反應(yīng)，從而加劇氧化應(yīng)激。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子IL-6、IL-1、TNF-α等諸多炎性標(biāo)志物在子癇前期患者體內(nèi)均升高[23]。STBMs還通過(guò)激活Toll樣受體(TLRs)和NF-κB，誘導(dǎo)單核細(xì)胞、NK細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和中性粒細(xì)胞增殖，從而使血管對(duì)血管調(diào)節(jié)物質(zhì)的反應(yīng)性改變、凝血系統(tǒng)激活、毛細(xì)血管通透性增加、NO生成減少及ONOO-生成，進(jìn)而加劇氧化應(yīng)激和全身炎性反應(yīng)[24-25]。

其次，內(nèi)皮功能障礙的機(jī)制之一還涉及可溶性fms樣酪氨酸激酶(sFlt-1)的釋放[3]。這是一種抗血管生成蛋白質(zhì)，可拮抗血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)和胎盤生長(zhǎng)因子(PLGF)等促血管生成因子。VEGF與受體Flt-1的相互作用在新生血管生長(zhǎng)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，但該作用可被sFlt-1抑制，導(dǎo)致子癇前期母體循環(huán)中游離的VEGF水平較低，進(jìn)而加劇氧化應(yīng)激和ROS造成的內(nèi)皮損害。此外，可溶性內(nèi)皮素(sEng)也與內(nèi)皮功能障礙有關(guān)，可通過(guò)改變血管內(nèi)膜而加劇sFlt1的作用[26]，進(jìn)而加劇氧化應(yīng)激和內(nèi)皮損害。

4.4 線粒體的氧化應(yīng)激 線粒體產(chǎn)生的氧化應(yīng)激也被認(rèn)為是一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。子癇前期患者存在線粒體功能障礙，線粒體脂質(zhì)過(guò)氧化增加，對(duì)氧化物的易感性增強(qiáng)。Teran等[29]研究發(fā)現(xiàn)，有線粒體功能障礙家族史者，子癇前期的發(fā)病率更高。而且在子癇前期婦女及其一級(jí)親屬的線粒體中，負(fù)責(zé)能量生產(chǎn)和氧化電子交換的基因表達(dá)異常，如細(xì)胞色素C氧化酶。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與正常妊娠相比，用子癇前期婦女血漿處理過(guò)的內(nèi)皮細(xì)胞，其線粒體內(nèi)ROS明顯升高。而用一種線粒體靶向超氧化物歧化酶抗氧化模擬物MitoTempo，預(yù)處理內(nèi)皮細(xì)胞后降低了細(xì)胞線粒體ROS的生成，并抑制了ROS誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。線粒體靶向抗氧化預(yù)處理在相同濃度下比一般抗氧化劑更有效，直接靶向治療方法具有重要作用[3]。

4.5 遺傳易感性與氧化應(yīng)激 子癇前期具有明顯的家族聚集傾向，子癇前期婦女的一級(jí)親屬比無(wú)子癇前期家族史的婦女患病風(fēng)險(xiǎn)高5倍，二級(jí)親屬比無(wú)家族史婦女的風(fēng)險(xiǎn)高2倍，說(shuō)明遺傳易感因素可能在子癇前期的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，且其遺傳基礎(chǔ)是多基因的[30]。與氧化應(yīng)激通路有關(guān)的遺傳易感基因包括編碼eNOS、COMT、NQO1、VEGF等的基因[31-32]。此外研究發(fā)現(xiàn)[33]，亞硝基氧化還原狀態(tài)不平衡也可能是子癇前期的誘因之一，在子癇前期小鼠模型中轉(zhuǎn)錄因子STOX1對(duì)ROS和活性氮(RNS)的生成有相反的效應(yīng)。STOX1過(guò)表達(dá)改變了ROS/RNS平衡和線粒體功能。RNS在STOX1轉(zhuǎn)基因胎盤中占主導(dǎo)地位，而ROS與NO反應(yīng)產(chǎn)生ONOO-，導(dǎo)致氧化應(yīng)激和血管功能障礙。氧化應(yīng)激引起的血脂異常也會(huì)損傷內(nèi)皮細(xì)胞，因此參與調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的基因也為子癇前期的遺傳易感基因，如編碼載脂蛋白E(ApoE)和脂蛋白脂肪酶(LPL)的基因[34]。母體和胎兒LPL基因型之間的相互作用可以改變子癇前期母體的脂質(zhì)分布和疾病嚴(yán)重程度。LPL Asn291基因缺失及變異與子癇前期血漿LPL活性降低和血脂代謝異常有關(guān)[35]。

5 子癇前期的抗氧化體系

5.1 傳統(tǒng)抗氧化劑 作為生理保護(hù)劑，抗氧化劑可以中和活性氧造成的氧化損傷。與正常妊娠相比，子癇前期抗氧化防御能力降低，可能是由于自由基清除劑的效率降低和抗氧化酶的活性降低[36]。提高子癇前期婦女的抗氧化能力是目前子癇前期治療的熱點(diǎn)之一。流行病學(xué)研究將飲食中抗氧化維生素的缺乏與子癇前期風(fēng)險(xiǎn)的增加聯(lián)系起來(lái)，并提出抗氧化的維生素可能是預(yù)防子癇前期的方法[37]。硫酸鎂(MgSO4)是子癇前期治療的一線用藥，可降低子癇前期紅細(xì)胞膜的脂質(zhì)過(guò)氧化，并保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞。在胎盤外植體中，MgSO4可以防止缺氧引起的脂質(zhì)過(guò)氧化水平升高[38]。此外， MgSO4可以降低人體合體滋養(yǎng)層質(zhì)膜中的脂質(zhì)過(guò)氧化，在子癇前期婦女中具有抗氧化作用[39]。有人提出，MgSO4可通過(guò)在細(xì)胞膜疏水微環(huán)境中與羥自由基(OH)和脂質(zhì)過(guò)氧化物形成復(fù)合物，來(lái)降低自由基的生物利用度[40]。

為了減輕子癇前期的氧化應(yīng)激，許多研究也評(píng)估了其他各類化合物，如維生素、N-乙酰半胱氨酸、β-胡蘿卜素等。維生素C和E是常見(jiàn)的抗氧化劑，前者能清除水相中的自由基，而后者能防止脂質(zhì)過(guò)氧化。補(bǔ)充維生素C和維生素E是預(yù)防子癇前期氧化應(yīng)激和內(nèi)皮功能障礙的替代療法。然而，大量隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充這些維生素并不能預(yù)防子癇前期[41]。這與Ten?rio等[42]研究結(jié)果一致，其研究表明，維生素C和E、硒、l -精氨酸、大蒜素、番茄紅素和輔酶Q10的抗氧化治療對(duì)預(yù)防子癇前期無(wú)效果。N -乙酰半胱氨酸是谷胱甘肽的副產(chǎn)物，對(duì)谷胱甘肽的維持和代謝具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充N -乙酰半胱氨酸可改善子癇前期患者的肝、腎功能，降低血壓，降低蛋白尿，改善氧化應(yīng)激的程度[43]。其他研究表明，由于類胡蘿卜素具有抗氧化和抗炎特性，攝入類胡蘿卜素對(duì)成年人的健康有積極的影響[44]。同時(shí)，將β-胡蘿卜素灌注于暴露在過(guò)氧化物環(huán)境中的人離體胎盤小葉，可以抑制過(guò)氧化物誘導(dǎo)的血管收縮并減少脂質(zhì)過(guò)氧化物和血栓烷的分泌。褪黑素是一種有效的抗氧化劑，可直接清除自由基[45]。據(jù)報(bào)道，子癇前期胎盤褪黑素受體減少，而在用氧化應(yīng)激誘導(dǎo)物處理過(guò)的人胎盤外植體中，褪黑素降低了胎盤的氧化應(yīng)激[46]。在體外缺氧/復(fù)氧條件下，褪黑素調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)和自噬，減少人滋養(yǎng)細(xì)胞的凋亡。因此，外源性褪黑素治療可作為子癇前期的輔助治療手段，減輕氧化應(yīng)激，從而提高胎盤細(xì)胞存活率，改善妊娠和胎兒結(jié)局[47]。

5.2 新型抗氧化劑——?dú)錃?氫氣是一種新型抗氧化劑[48]，近年來(lái)已被證明具有治療各種氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的潛力。一項(xiàng)應(yīng)用低子宮胎盤灌注壓的大鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)[49]，在子癇前期發(fā)作前預(yù)防性地給予氫分子可通過(guò)降低氧化應(yīng)激而緩解高血壓，改善蛋白尿和腎臟組織學(xué)變化。同時(shí)大鼠母體循環(huán)內(nèi)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子水平升高，糾正了血管生長(zhǎng)失調(diào)。而且氫氣還可減少子癇前期婦女滋養(yǎng)層BeWo細(xì)胞和絨毛組織中的sFlt-1，但對(duì)正常妊娠婦女的胎盤組織中sFlt-1無(wú)影響。這些結(jié)果提示，對(duì)子癇前期高?；颊呤褂脷錃饪赡軐?duì)母親和新生兒有潛在的臨床益處。管中等[50]發(fā)現(xiàn)，用不同濃度含氫培養(yǎng)基處理重度子癇前期胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞后，滋養(yǎng)細(xì)胞的增殖活性顯著增強(qiáng)，且呈濃度依賴性。氫氣可抑制細(xì)胞凋亡，使細(xì)胞周期中G1期比例減少，S 期比例升高。另一項(xiàng)研究表明[51]，高水平的維生素C和E會(huì)抑制滋養(yǎng)層細(xì)胞的增殖能力，并刺激促炎因子TNF-α的分泌，治療效果差，而高濃度的氫氣不會(huì)產(chǎn)生有害影響。因此，作為新型抗氧化劑，氫氣對(duì)子癇前期患者的防治有潛在的意義。

6 總結(jié)與展望

氧化應(yīng)激是正常妊娠的一部分，但其加劇會(huì)導(dǎo)致子癇前期，并在各個(gè)病理階段起到關(guān)鍵作用。氧化應(yīng)激在子癇前期的發(fā)病過(guò)程中處于中心地位，它參與了子癇前期病理生理第一階段，與滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲和血管重塑有關(guān)。同時(shí)氧化應(yīng)激通過(guò)釋放促炎因子、細(xì)胞碎片等到血液循環(huán)中，參與第二階段的內(nèi)皮功能障礙和全身炎性反應(yīng)。認(rèn)識(shí)氧化應(yīng)激在子癇前期發(fā)病機(jī)制與病理過(guò)程中的作用是子癇前期抗氧化劑治療的基礎(chǔ)。多種抗氧化劑的使用旨在減少氧化應(yīng)激對(duì)子癇前期的有害影響。預(yù)計(jì)會(huì)有更多的研究進(jìn)一步探討抗氧化治療子癇前期的潛在作用和機(jī)制，可作為一個(gè)未來(lái)的研究方向。