人絨毛膜促性腺激素在早期妊娠中的生物學(xué)功能研究進(jìn)展*

王麗艷，劉 琳，金盼盼，張 瑞，馬曉玲，張學(xué)紅

(1.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院，蘭州 730000；2.甘肅省生殖醫(yī)學(xué)與胚胎重點實驗室，蘭州 730000)

在早期妊娠階段，人絨毛膜促性腺激素(human chorionic gonadotropin，HCG)是調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜容受性、維持妊娠的重要胚胎源信號。HCG與其受體結(jié)合后，可促進(jìn)子宮血管生成、維持子宮肌層的相對靜止態(tài)，參與母胎界面的免疫調(diào)節(jié)，以及滋養(yǎng)層細(xì)胞的入侵，有利于胚胎的成功植入。本文主要就HCG及其在早期妊娠階段的生物學(xué)功能做一綜述。

1 HCG的分子結(jié)構(gòu)及亞型

HCG是1個包含237個氨基酸的異二聚體，有α(93個氨基酸，14.5kD)和β(145個氨基酸，22.2kD)亞基，兩個亞基通過電荷非共價相連，共包含8個糖基側(cè)鏈。HCG是糖蛋白類激素，糖蛋白激素家族中除HCG外，還包括促黃體激素(luteinizing hormone，LH)，促甲狀腺激素(thyroid-stimulating hormone，TSH),卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH)。HCG的α亞基與TSH、LH、FSH同源，β亞基約80%～85%與LH同源。HCG的β亞基與LH的β亞基僅相差24個氨基酸，位于氨基酸肽鏈的第121～145位，被稱為C末段肽段(C-terminal peptide，CTP)，是HCG的特異性區(qū)域[1]。

HCG的8個糖基側(cè)鏈占了其分子量的30%，而HCG的分泌、半衰期和生物學(xué)功能均依賴于它的糖基化位點。HCG經(jīng)翻譯后修飾會產(chǎn)生三種二聚體亞型，即普通的HCG,硫酸化的HCG(sulfated HCG,HCG-S)和高糖基化HCG(hyperglycosylated HCG,HCG-H)[2]。3種亞型在月經(jīng)周期及妊娠過程發(fā)揮不同的功能，如HCG-S主要由垂體分泌，可在月經(jīng)周期中誘導(dǎo)膜細(xì)胞產(chǎn)生雄烯二酮，促進(jìn)黃體產(chǎn)生孕酮，以及促進(jìn)排卵等功能；HCG-H主要由細(xì)胞滋養(yǎng)層產(chǎn)生，可通過激活轉(zhuǎn)化生長因子β受體(transforming growth factor-β receptor，TGF-βR)介導(dǎo)相關(guān)的信號通路；普通的HCG則主要由妊娠期合體滋養(yǎng)層細(xì)胞分泌，誘導(dǎo)黃體產(chǎn)生孕酮，維持妊娠。

一般情況下，目前大多數(shù)研究中主要使用的外源性HCG是重組或尿純化HCG，它們與體內(nèi)分泌的HCG并不完全相同。重組HCG中HCG-H亞型含量不足，因為由細(xì)胞系誘導(dǎo)產(chǎn)生的重組蛋白不進(jìn)行糖基化或糖基化水平很低，而尿純化的HCG中也僅含有很低水平的HCG-H[3]。

2 HCG在早期妊娠中的生物學(xué)功能

HCG在早期妊娠階段從多個方面調(diào)控胚胎的植入和妊娠的維持，包括對子宮內(nèi)膜容受性調(diào)控、對胚胎植入的調(diào)控以及免疫調(diào)節(jié)作用。

2.1 HCG對子宮內(nèi)膜容受性的調(diào)控作用 編碼HCG的基因在胚胎4細(xì)胞期即開始轉(zhuǎn)錄，之后作為胚胎信號能直接影響子宮內(nèi)膜的功能。HCG和LH在細(xì)胞表面有共同的受體即HCG/LH受體，屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族，這些受體在男女生殖系統(tǒng)的各種組織中均可高表達(dá)。子宮內(nèi)膜HCG/LH受體的表達(dá)在分泌期明顯高于增殖期，表明在種植期子宮內(nèi)膜進(jìn)行了HCG/LH受體的儲備，以準(zhǔn)備好對胚胎源信號的響應(yīng)。

2.1.1 HCG對子宮內(nèi)膜細(xì)胞因子的調(diào)控 子宮內(nèi)膜產(chǎn)生白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor，LIF)和白介素6(interleukin 6，IL-6)等細(xì)胞因子，可在種植窗期調(diào)控HCG的生物合成。另一方面，HCG也可調(diào)節(jié)LIF、胎盤蛋白和胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白-1(insulin-like growth factor binding protein-1,IGFBP-1)等細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生，進(jìn)而調(diào)控子宮內(nèi)膜容受性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在人類子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞(human endometrial stromal cells,HESCs)中，HCG可直接或間接調(diào)控與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、增殖、凋亡、免疫調(diào)節(jié)、組織重建和血管生成等相關(guān)的細(xì)胞因子基因的表達(dá)[4]。Srivastava等[5]研究證實，體外添加HCG會使上皮細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞以及兩者混合細(xì)胞中細(xì)胞因子的分泌模式出現(xiàn)明顯的不同。但是，這些體外研究尚不能完全反應(yīng)體內(nèi)實際發(fā)生的變化，HCG對子宮內(nèi)膜細(xì)胞因子表達(dá)譜的生理作用需進(jìn)一步的體內(nèi)研究進(jìn)行探索。

2.1.2 HCG對子宮內(nèi)膜相關(guān)黏附因子的調(diào)控 在胚胎著床過程中，子宮內(nèi)膜會產(chǎn)生并釋放大量黏附相關(guān)的調(diào)控因子，包括整合素、黏蛋白、骨橋蛋白、L-選擇素等[6]。在妊娠早期，HCG可刺激這些黏附因子的表達(dá)，從而導(dǎo)致胚胎和子宮內(nèi)膜發(fā)生改變，有利于胚胎的種植過程。在小鼠模型研究中發(fā)現(xiàn)，注射促性腺激素和HCG后，整合素β3在妊娠第5天的子宮內(nèi)膜中表達(dá)，且豐度顯著高于對照組[6]。在體外胚胎植入模型研究中證實，HCG能顯著增強(qiáng)骨橋蛋白編碼基因的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)滋養(yǎng)層對上皮細(xì)胞的附著[7]。在乳腺癌細(xì)胞系的研究中也發(fā)現(xiàn)，HCG可顯著提高黏附因子鈣黏素E的表達(dá)[8]。目前關(guān)于HCG對子宮內(nèi)膜黏附分子調(diào)控的相關(guān)研究較少，且主要限于體外實驗或動物模型研究中。

2.1.3 HCG對子宮血管生成的調(diào)控 HCG通過對人子宮內(nèi)膜中多種血管生成因子的調(diào)控而起到促進(jìn)血管生成的作用。在體內(nèi)外實驗的研究中均證實HCG可引起子宮促血管生成因子-血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和胰島素樣生長因子Ⅱ(insulin growth factor‐II,IGF-Ⅱ)水平的顯著增高，表明HCG通過誘導(dǎo)VEGF和IGF-Ⅱ的產(chǎn)生參與子宮內(nèi)膜血管的生成，而這對于早期胎盤的形成至關(guān)重要。在3D血管生成模型中，HCG可通過與子宮血管內(nèi)皮細(xì)胞上的HCG/LH受體和TGF-βⅡ型受體(TGF-β-RⅡ)兩種途徑促進(jìn)新生血管的形成[9]。另一方面，HCG能增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞和HESCs對IL-1的反應(yīng)性，從而促進(jìn)血管生成。

2.1.4 HCG對子宮內(nèi)膜蛻膜化的調(diào)控 HCG能抑制HESCs的凋亡[10]，保障HESCs的有效蛻膜化，這對于妊娠的建立具有重要意義。HCG可通過調(diào)控凋亡相關(guān)基因、蛋白以及增強(qiáng)抗氧化酶的表達(dá)等作用來保護(hù)蛻膜HESCs不被凋亡。此外，HCG可通過誘導(dǎo)cAMP的形成促進(jìn)HESCs的形態(tài)分化和功能，HCG還可通過激活Epac-Erk1/2信號通路上調(diào)孕激素受體的表達(dá)，從而促進(jìn)子宮內(nèi)膜蛻膜化[11]。

2.2 HCG對胚胎植入的調(diào)控作用 HCG和HCG/LH受體結(jié)合后激活腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶C和離子通道，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)cAMP、肌醇磷脂、Ca2+水平以及其它第二信使的活性[12]。蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)通過激活cAMP來促進(jìn)細(xì)胞滋養(yǎng)層的融合和微絨毛的形成，這兩個過程是形成合體滋養(yǎng)層所必須的環(huán)節(jié)[2]。一些體外實驗中將子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞和重組HCG進(jìn)行共培養(yǎng)，證實HCG可上調(diào)一些種植促進(jìn)因子，如前動力蛋白1、VEGF、IL-11、CX3CL1、CCL14、LIF和CCL4[13]。在妊娠的前11周，侵入的絨毛外滋養(yǎng)層(invasive extravillous trophoblasts，iEVTs)分泌的HCG主要為HCG-H[14]。因此，隨著蛻膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的入侵，母體血液中所測得的HCG-H在妊娠的前3個月上升，而之后開始逐漸下降。

HCG在促進(jìn)滋養(yǎng)層細(xì)胞入侵中也具有重要作用。研究顯示，HCG-H能促進(jìn)胎盤和惡性腫瘤生殖細(xì)胞的生長和入侵，這一過程是通過TGF-β信號通路進(jìn)行[15]。在妊娠早期，HCG可上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)，降低MMPs組織抑制劑的水平，從而降低滋養(yǎng)層的調(diào)亡，促進(jìn)EVT的侵入[16]。

此外，有研究證實由iEVTs分泌的HCG-H能通過胰島素樣生長因子軸促進(jìn)EVT細(xì)胞系HTR-8 SVneo cells的遷移[17]。也有報道指出，HCG可促進(jìn)人內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞HTR-8/SVneo細(xì)胞的侵入[18]。這些研究表明，在滋養(yǎng)層侵入過程中，HCG可通過子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞和局部免疫細(xì)胞的旁分泌來發(fā)揮作用。

2.3 HCG的免疫調(diào)節(jié)作用 免疫細(xì)胞是功能子宮內(nèi)膜的重要組成部分，子宮內(nèi)膜中免疫效應(yīng)因子的適當(dāng)比例和功能是子宮內(nèi)膜容受性、胚胎植入和胎盤發(fā)育所必需的[19]。HCG通過多種免疫細(xì)胞參與胚胎植入和胎盤的形成過程[20]。子宮自然殺傷(uterine natural killer,uNK)細(xì)胞是子宮內(nèi)膜中的主要白細(xì)胞，在胚胎種植過程中發(fā)揮促進(jìn)血管生成[21]、細(xì)胞侵襲、螺旋動脈轉(zhuǎn)化和蛻膜分化[19]等多種作用。在著床前期，uNK細(xì)胞顯著增加，甚至高達(dá)子宮內(nèi)膜白細(xì)胞的70%。uNK細(xì)胞占比過低或過高都會對子宮內(nèi)膜容受性和胚胎著床產(chǎn)生不利影響[22]。有研究提示，高劑量(10000IU)的尿純化HCG可通過甘露糖受體CD206途徑調(diào)控uNK細(xì)胞的增殖，uNK細(xì)胞并不表達(dá)LH/HCG受體，因此這一過程并不依賴于LH/HCG受體途徑[23]。此外，該研究進(jìn)一步證實了能調(diào)控uNK細(xì)胞增殖的主要為HCG-H，這也為在免疫調(diào)節(jié)過程中HCG的作用提供了全新的見解。

表型為CD4+/CD25+/Foxp3+的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells,Tregs)的早期增殖是正常妊娠的重要特征，這在調(diào)節(jié)胎兒耐受性中起到重要作用。妊娠時HCG水平的上升會激發(fā)Tregs相關(guān)的多種響應(yīng)，包括：(1)Tregs數(shù)目的增多；(2)增加局部和系統(tǒng)免疫抑制功能；(3)將血液Tregs吸引至蛻膜；(4)增加抑制性細(xì)胞因子的分泌[24]。研究表明，HCG可吸引并增強(qiáng)滋養(yǎng)層細(xì)胞周圍Treg的募集，同時增強(qiáng)了其免疫抑制功能[25]，以有利于妊娠期胎兒的免疫耐受。HCG誘導(dǎo)Treg數(shù)量增加的可能機(jī)制是HCG直接誘導(dǎo)CD4+FOXP3-細(xì)胞向CD4+FOXP3+Treg細(xì)胞的分化。研究顯示，與健康對照相比，反復(fù)種植失敗女性中子宮內(nèi)膜Foxp3+Tregs和外周血CCR4+Foxp3+Tregs的百分比顯著降低，表明子宮內(nèi)膜Tregs的缺乏可能不利于子宮內(nèi)膜的接受性和胚胎的植入[26]。同時該研究也發(fā)現(xiàn)，與不添加HCG組相比，用HCG刺激CD4+T細(xì)胞后，CCR4+Foxp3+Tregs的百分比顯著增加[26]。

HCG可能參與子宮內(nèi)膜樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DCs)的調(diào)控。DCs是胚胎種植和妊娠維持過程中非常重要的免疫細(xì)胞，可能調(diào)節(jié)組織重建和血管生成。子宮內(nèi)膜活檢顯示子宮內(nèi)膜DCs的增加有利于內(nèi)膜的容受性和胚胎植入[27]。在體內(nèi)外研究中均發(fā)現(xiàn)，尿純化和重組HCG均可阻礙骨髓DCs(bone marrow-derived DCs,BMDCs)的成熟[28]。在胚胎植入前通過靜脈注射HCG處理的BMDCs，有維持妊娠的作用，并伴有Treg的增加、蛻膜IL-10以及TGF-β的表達(dá)[29]。這些結(jié)果表明，HCG可能通過調(diào)控BMDCs成熟、增加Tregs的數(shù)量、預(yù)防流產(chǎn)等作用來維持母胎免疫耐受狀態(tài)[29]。此外，蛻膜DCs也是分泌免疫抑制因子IL-10和色氨酸代謝酶吲哚胺2,3-二加氧酶(indoleamine 2,3‐dioxygenase,IDO)的主要來源之一。研究發(fā)現(xiàn)，HCG可刺激人類外周血DC中IL-10的分泌[28]和小鼠BMDC中IL-10/IDO的產(chǎn)生[30]。HCG對這兩種免疫抑制劑的上調(diào)一方面有利于維持DC的耐受狀態(tài)，另一方面可使Tregs處于誘導(dǎo)狀態(tài)。這些結(jié)果表明HCG對于DCs在胚胎著床中的作用具有重要的調(diào)控價值。

3 總 結(jié)

HCG作為早期的胚胎源性激素信號，是在妊娠過程中涉及多個調(diào)控環(huán)節(jié)的極為重要的分子，不僅在維持妊娠過程中發(fā)揮重要作用，在早期妊娠階段也發(fā)揮多種重要的生物學(xué)功能。近年來，對于HCG的研究在來源、分子間相互作用、功能等方面都取得了突破，未來也需要更多的研究深入探討其信號通路相關(guān)的分子機(jī)制，為其在臨床中的應(yīng)用提供更多的思路。