環(huán)境重金屬暴露與子宮內(nèi)膜異位癥

沈凌超，紀(jì)冬梅

子宮內(nèi)膜異位癥（endometriosis，EMs）是指具有生長功能的子宮內(nèi)膜細(xì)胞存在于宮腔外的組織或器官，引起周期性出血、繼發(fā)性痛經(jīng)、不孕、盆腔疼痛和性交痛等癥狀，是育齡期婦女常見的婦科疾病[1]。據(jù)報(bào)道，EMs的發(fā)病率高達(dá)15%，且近年發(fā)病率逐年上升，確診患者中約30%～50%合并不孕癥，嚴(yán)重影響患者的身體健康和生活質(zhì)量。目前對于EMs的病因及發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識尚未統(tǒng)一，主要包括異位種植學(xué)說、血源-淋巴性播散學(xué)說、體腔上皮化生、免疫相關(guān)異常、干細(xì)胞決定論以及遺傳與環(huán)境等理論[2]。近年隨著環(huán)境污染問題日益突出，不孕不育發(fā)病率逐年增加，越來越多的研究者開始關(guān)注環(huán)境因素對EMs的影響[3]?，F(xiàn)就人體環(huán)境重金屬暴露與EMs的相關(guān)性及調(diào)控研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為環(huán)境因素相關(guān)EMs的預(yù)防和診治提供新思路。

1 環(huán)境重金屬來源及種類

環(huán)境中的重金屬一般指密度大于4.5 g/cm3的元素，這些元素是地殼的天然成分。其中一些金屬對生物體是必需的，但在高濃度或以其他形態(tài)存在時(shí)會產(chǎn)生毒性，例如銅（Cu）、鐵（Fe）、鉻（Cr）和鋅（Zn），而其他金屬則被認(rèn)為沒有任何特定的代謝作用，通常被歸類為有毒物質(zhì)，例如鎘（Cd）、汞（Hg）和鉛（Pb）[4]。人類活動對環(huán)境的破壞極大地改變了它們的化學(xué)循環(huán)和生化平衡。重金屬污染的主要來源包括不同的工業(yè)部門、電力行業(yè)、運(yùn)輸、城市廢物管理和用于土壤施肥的肥料。重金屬通過向空氣、地表水以及土壤排放威脅著人類的身體健康[5]。最為常見的2種生殖毒素是鉛和鎘，長期暴露于這2種元素會對染色質(zhì)的完整性產(chǎn)生有害影響。這些重金屬能夠分解人體細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜，具有很強(qiáng)的氧化應(yīng)激誘導(dǎo)潛能[6]。一旦進(jìn)入細(xì)胞，這些金屬會增加自由基，導(dǎo)致蛋白質(zhì)損傷和脂質(zhì)氧化，從而改變基因表達(dá)，影響患者的神經(jīng)系統(tǒng)與生殖健康[7-8]。鉛和鎘已被證明具有生理雌激素效應(yīng)，可能在女性體內(nèi)影響孕酮的合成[9]。環(huán)境中也存在著對人體有益的重金屬，如鐵、銅和鋅等，但如果這些元素在人體內(nèi)濃度過高，也會產(chǎn)生相應(yīng)的不良反應(yīng)。過量的鐵會加重機(jī)體的氧化應(yīng)激[10]。未絡(luò)合的鐵與過氧化物一起會產(chǎn)生含有羥基自由基的混合物，可直接損害DNA、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)[11]。體內(nèi)銅含量過高會導(dǎo)致貧血和肝損傷[12]。此外，銅含量過高的女性早產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)更大[13]。

2 不同環(huán)境重金屬暴露與EMs

2.1 鐵與EMs鐵是人體所必需的14種微量元素之一，是血紅蛋白的主要成分，參與氧的運(yùn)轉(zhuǎn)、交換和組織呼吸。其在EMs的發(fā)生和發(fā)展中也扮演著重要角色。早在1994年，Arumugam等[14]檢測出EMs患者腹腔液中鐵含量增加，并能加速精子脂質(zhì)過氧化，影響頂體反應(yīng)的速率，進(jìn)而導(dǎo)致不孕風(fēng)險(xiǎn)增加。Van Langendonckt等[15]發(fā)現(xiàn)EMs患者病灶附近的腹膜中能檢測出更高的鐵蛋白和含鐵血黃素，并存在于全部月經(jīng)周期中。隨后他們向小鼠模型注射月經(jīng)流出液、子宮內(nèi)膜碎片加血清、紅細(xì)胞或子宮內(nèi)膜細(xì)胞來誘發(fā)EMs，發(fā)現(xiàn)EMs組的病灶與腹膜交界處較正常小鼠存在更多的鐵團(tuán)狀顆粒，推測在EMs病變的間質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的鐵團(tuán)可能是由月經(jīng)流出液中的紅細(xì)胞誘導(dǎo)的。2015年Mori等[16]首次用特異的熒光探針（HMRhoNOx-M）對EMs患者和非EMs患者的子宮內(nèi)膜進(jìn)行了組織學(xué)分析和催化鐵的細(xì)胞檢測，并進(jìn)一步評估了內(nèi)膜細(xì)胞中的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白含量，結(jié)果顯示EMs患者在位和異位內(nèi)膜均表達(dá)更多的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。

鐵和血紅素對活細(xì)胞是必不可少的，但游離鐵和血紅素如果不能適當(dāng)螯合，其會通過芬頓反應(yīng)（Fenton reaction）促進(jìn)活性氧（ROS）的形成[17]。ROS是體內(nèi)有氧呼吸的重要中間產(chǎn)物，能與脂類、蛋白質(zhì)和核酸等生物分子結(jié)合，并參與體內(nèi)多種物質(zhì)的代謝，也是巨噬細(xì)胞發(fā)揮吞噬和殺傷作用的主要介質(zhì)。但在病理?xiàng)l件下，過量的ROS會與DNA中的脫氧核糖產(chǎn)生脫氫反應(yīng)，與嘌呤或嘧啶加成產(chǎn)生嘌呤自由基或嘧啶自由基，造成DNA的點(diǎn)突變甚至斷裂[18]。ROS造成的持續(xù)損傷和機(jī)體為清除ROS持續(xù)產(chǎn)生的抗氧化物有利于促癌微環(huán)境產(chǎn)生，加劇了內(nèi)膜細(xì)胞對異位病灶的侵襲，且ROS還可以通過激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）途徑促進(jìn)細(xì)胞增殖[19]。因此，鐵超載引起的ROS能顯著推動EMs的發(fā)展與惡變，在疾病晚期的婦女身上尤為明顯[20]。線粒體是ROS產(chǎn)生的主要場所，也是ROS攻擊的主要靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)EMs患者的線粒體氧化呼吸鏈功能受損，代謝下降，能量供應(yīng)不足，顆粒細(xì)胞發(fā)育障礙[21]，卵母細(xì)胞成熟率和卵母細(xì)胞質(zhì)量下降[22]，嚴(yán)重增加EMs患者不孕的風(fēng)險(xiǎn)[23]。盡管病灶局部存在鐵超載現(xiàn)象，但患者全身可能出現(xiàn)病理性的鐵缺乏，可能是大量出血和氧化應(yīng)激造成的鐵消耗過多，腸道鐵吸收無法彌補(bǔ)鐵的損失所造成[24]。對于鐵超載造成的氧化應(yīng)激，目前主張使用鐵螯合物或維生素E等抗氧化藥物進(jìn)行治療。此外，二硝基鐵和谷胱甘肽絡(luò)合物具有細(xì)胞毒作用，經(jīng)證實(shí)可以有效抑制EMs的發(fā)展，具有良好的使用前景[25]。

2.2 鎳與EMs鎳是人體必需的生命元素，在人體內(nèi)含量極微。鎳在體內(nèi)主要參與激素作用和維持生物大分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。然而鎳暴露也參與了EMs的發(fā)生。2013年Silva等[26]使用全反射X射線熒光法測量EMs患者全血中鎳含量，發(fā)現(xiàn)EMs患者的全血鎳水平顯著高于非EMs患者([2.6（1.9～3.3）μg/L vs.0.8（0.7～0.9）μg/L，P=0.016]。Yuk等[27]在韓國人群中的研究證實(shí)環(huán)境中的鎳暴露是EMs發(fā)生的危險(xiǎn)因素。有研究對31例EMs患者的追蹤調(diào)查表明，在3個(gè)月的低鎳飲食后，EMs的癥狀得到了有效的緩解[28]。

目前普遍認(rèn)為鎳導(dǎo)致EMs的原因是鎳在人體內(nèi)的類雌激素效應(yīng)，鎳結(jié)合和激活雌激素受體（ER）的能力定義了一組異種雌激素，稱為金屬雌激素。ER是雌激素發(fā)揮生理作用的媒介，在體內(nèi)主要有ER-α和ER-β兩種亞型，在子宮內(nèi)膜中發(fā)揮作用的主要是ER-α，ER-β對ER-α起調(diào)節(jié)作用。鎳能夠特異性結(jié)合ER-α，誘導(dǎo)ER-α增殖，而EMs通常被定義為一種雌激素依賴性疾病，ER-α在EMs的病理生理中起關(guān)鍵作用，因此鎳的雌激素樣作用能顯著增加女性患EMs的風(fēng)險(xiǎn)[29]。鎳誘發(fā)的最常見的疾病是過敏性接觸性皮炎，好發(fā)于女性，引起局部皮膚的腫脹、瘙癢，其機(jī)制是延遲的細(xì)胞介導(dǎo)的超敏反應(yīng)。EMs與1型輔助性T細(xì)胞（Th1）反應(yīng)增強(qiáng)有關(guān)，在細(xì)胞介導(dǎo)的超敏反應(yīng)中Th1起到關(guān)鍵作用，因此有學(xué)者推測鎳還可以促進(jìn)Th1的功能導(dǎo)致EMs的產(chǎn)生，具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究[30]。

此外，鎳是香煙中含量較高的元素，鎳暴露主要與環(huán)境污染及吸煙有關(guān)。人類鎳的主要來源是食物：常見富含鎳的食物包括番茄、大豆和玉米，其含量取決于土壤和水中的鎳含量、工業(yè)生產(chǎn)和包裝過程[31]。因此，減少鎳暴露可以有效減少EMs的發(fā)生。

2.3 鎘與EMs鎘是自然界中廣泛存在的一種金屬元素，主要分布于巖石、土壤、大氣、水及生物體中。最初研究只發(fā)現(xiàn)鎘具有內(nèi)分泌干擾活性，并未尋找到鎘與EMs間的關(guān)聯(lián)。近年隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)鎘也屬于金屬雌激素的一種，對ER的親和力與雌激素相似[32-33]，是雌激素相關(guān)疾病的潛在危險(xiǎn)因素。與鎳不同的是，鎘不僅可以激活ER-α，還可以激活ER-β，且有體外實(shí)驗(yàn)證明，即使沒有雌激素存在，鎘也可以與ER結(jié)合，產(chǎn)生與雌二醇相似的作用[34]。生理狀態(tài)下ER-α的主要功能是促進(jìn)內(nèi)膜的增殖，ER-β則能夠調(diào)控ER-α的表達(dá)并保護(hù)線粒體的功能，減少細(xì)胞凋亡。盡管ER-β能一定程度上抑制ER-α的活性，但其急劇升高仍會抑制子宮內(nèi)膜細(xì)胞的凋亡，并增加其遷移活性，總體上有利于內(nèi)膜細(xì)胞在宮腔外種植；且線粒體受ER-β過度激活，在疾病的早期，激活的線粒體可以產(chǎn)生大量三磷酸腺苷（ATP），增加褪黑素向N-乙酰五羥色胺（NAS）的反向轉(zhuǎn)化，褪黑素屬于人類松果體產(chǎn)生的一種胺類激素，有抑制ER-α的作用。當(dāng)褪黑素轉(zhuǎn)化為NAS后，對ER-α的抑制會消失，ER-α的活性會適當(dāng)增加；且NAS能激活腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）和酪氨酸激酶受體B（TrkB）2種細(xì)胞因子，這2種因子已被證實(shí)能促進(jìn)EMs的發(fā)生[29]。在EMs疾病晚期，由于過度消耗和ROS的攻擊，患者線粒體產(chǎn)生的ATP會逐漸降低，導(dǎo)致卵細(xì)胞的發(fā)育障礙，增加不孕的風(fēng)險(xiǎn)。

近年研究還發(fā)現(xiàn)屬于細(xì)胞色素P450家族的CYP1B1基因是EMs等雌激素依賴性疾病的高危因素[35]。鎘元素可以影響人體ER-α和ER-β的比例變化，ER-α和ER-β的比例變化可以激活CYP1B1的表達(dá)，增加雌激素相關(guān)性疾病如乳腺癌和EMs的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[29,36]。另有研究證實(shí)，鎘和鐵等重金屬一樣能誘導(dǎo)機(jī)體的氧化應(yīng)激，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化、DNA片段化、并能激活MAPK途徑，通過影響雌激素代謝和氧化應(yīng)激等多種機(jī)制，鎘可以顯著促進(jìn)EMs的發(fā)生、發(fā)展[37]。

此外，鎘的污染主要來源是香煙煙霧、磷肥、部分化妝品以及鎘礦冶煉、耐火材料、電鍍、制革、顏料和化工等工業(yè)生產(chǎn)以及燃料燃燒排出的含鎘廢氣、廢水及廢渣等，在人體內(nèi)可長期積累，難以降解[34]。生活中應(yīng)注意減少鎘污染物的接觸。

2.4 其他重金屬與EMs近年有學(xué)者對鉛和銅也開展了研究，此前動物實(shí)驗(yàn)表明，鉛暴露能顯著提高EMs的發(fā)生率[38]。2017年，一項(xiàng)針對亞洲女性患者血液鉛含量的檢測也證實(shí)EMs與鉛的升高有明顯聯(lián)系[39]。銅主要存在于血液、中樞神經(jīng)和免疫系統(tǒng)，參與頭發(fā)、皮膚和骨骼組織以及器官的發(fā)育，也是金屬雌激素家族的一員，盡管有一定的抗氧化作用，但過量的銅同樣也會引起EMs的發(fā)生[40]，在EMs患者的尿液中也能檢測出銅含量明顯升高[41]。

與上述重金屬不同，鋅具有抗氧化作用和對ROS的保護(hù)作用，與其他抗氧化劑如維生素E也有協(xié)同作用。鋅的水平會影響許多抗氧化酶的活性，例如含鋅超氧化物歧化酶。鋅還可以保護(hù)人體免于DNA損傷。EMs中的異位內(nèi)膜細(xì)胞具有侵襲細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜的能力，影響子宮基底膜完整性，進(jìn)而影響患者生育功能。腹腔液基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）家族與EMs患者異位的子宮內(nèi)膜的侵入和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，主要參與調(diào)節(jié)多種細(xì)胞外基質(zhì)的降解與合成，包括水解細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞基底膜，誘導(dǎo)脫落的子宮內(nèi)膜細(xì)胞遷延、轉(zhuǎn)移，引起異位種植，最終導(dǎo)致粘連。鋅是MMP的有效抑制劑，能減少異位內(nèi)膜的種植，目前已有學(xué)者支持補(bǔ)鋅和其他抗氧化劑作為EMs臨床治療的一種新方式[42]。

綜上，目前EMs與重金屬之間的關(guān)聯(lián)研究尚處在初級階段，主要集中在重金屬誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、重金屬產(chǎn)生的金屬雌激素效應(yīng)以及重金屬對激素代謝的調(diào)節(jié)等方面。越來越多證據(jù)表明重金屬在EMs的發(fā)病中起重要作用，但EMs的發(fā)生是多種因素共同作用的結(jié)果，其發(fā)生發(fā)展機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，現(xiàn)有的研究尚不能解釋所有問題。未來可以從重金屬對線粒體功能影響、重金屬對EMs基因組學(xué)的影響以及重金屬暴露的預(yù)防等角度出發(fā)，擴(kuò)大樣本量，在不同地區(qū)展開研究。隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，還有很多關(guān)于EMs與重金屬的具體機(jī)制亟待去發(fā)現(xiàn)和解決。