半乳糖凝集素在妊娠期的表達(dá)

趙童童，孫禮強(qiáng)，邵丹卉，穆文玉，韓秋峪

在妊娠期間，孕婦的內(nèi)分泌、免疫和代謝過程之間建立了一種微妙的相關(guān)作用以維持整個妊娠的發(fā)展。母胎界面兩側(cè)同時發(fā)生一系列生物學(xué)改變，包括驅(qū)動細(xì)胞生長和分化、血管發(fā)育和免疫調(diào)節(jié)的多種信號通路。在母體面，復(fù)雜的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制支持胎兒同種異體抗原的主動耐受，同時還具有防止病原體侵害的有效反應(yīng)。同時，在胎兒面，胎盤的形成依賴于滋養(yǎng)細(xì)胞與母體免疫之間復(fù)雜的相互作用。胎盤作為母胎交流的活躍界面，在感知和調(diào)節(jié)母胎微環(huán)境時起關(guān)鍵作用。而半乳糖凝集素（galectins）在胎盤的發(fā)育中起到的獨特作用將直接影響胎盤功能，對成功妊娠至關(guān)重要。

在參與妊娠調(diào)控的多種介質(zhì)中，半乳糖凝集素家族由于其獨特的調(diào)節(jié)作用以及作為病理妊娠生物標(biāo)記物的潛在用途，在生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引起了極大的興趣。本文就與妊娠相關(guān)的7 種半乳糖凝集素進(jìn)行綜述。

1 半乳糖凝集素簡介

半乳糖凝集素是一種非糖基化的可溶性蛋白質(zhì)，所有的成員均含有碳水化合物識別區(qū)域（carbohydraterecognition domains，CRDs），約由130 個氨基酸構(gòu)成。其在無脊椎動物和脊椎動物中廣泛存在，結(jié)構(gòu)保守，并在細(xì)胞黏附、遷移、分化、增殖和凋亡等方面發(fā)揮重要作用[1]。研究表明，7 種胎盤表達(dá)的半乳糖凝集素中4 種在脊椎動物中保守，3 種在靈長類動物中特異[2]。半乳糖凝集素-1（Gal-1）、Gal-3、Gal-8、Gal-9 和在人類19 號染色體上聚集的Gal-13、Gal-14、Gal-16，在受精、胚胎著床、胎盤形成以及正常妊娠和病理妊娠的各個階段發(fā)揮著作用。

半乳糖凝集素是在細(xì)胞質(zhì)中合成的，可以轉(zhuǎn)運到細(xì)胞核中形成剪接體的一部分；也可以直接穿過質(zhì)膜通過非經(jīng)典機(jī)制分泌到細(xì)胞外空間[3]。半乳糖凝集素通過與細(xì)胞表面的糖基化蛋白或者細(xì)胞外基質(zhì)糖蛋白特異性結(jié)合發(fā)揮功能，誘導(dǎo)單核細(xì)胞趨化，抑制中性粒細(xì)胞滲出，降低宿主對同種異體物的免疫反應(yīng)，促進(jìn)免疫耐受。有研究表明，半乳糖凝集素在應(yīng)激狀態(tài)下分泌到細(xì)胞外被認(rèn)為是一種非感染性的“危險信號”，可以啟動或加劇炎癥反應(yīng)[4]。

2 Gal-1

Gal-1 作為第一個從胎盤發(fā)現(xiàn)和提取的半乳糖凝集素，在妊娠的開始、發(fā)展和維持中所起的作用受到廣泛的關(guān)注。在生殖組織中，Gal-1 主要在子宮內(nèi)膜間質(zhì)、胎膜以及蛻膜和滋養(yǎng)細(xì)胞中表達(dá)[5]。與半乳糖凝集素家族的其他成員相比，其在妊娠過程中的功能是最具特征的，這可能是因為其在蛻膜基質(zhì)細(xì)胞和滋養(yǎng)層細(xì)胞群中高表達(dá)。

胚胎對母體來說是攜帶有父方抗原的同種異體“移植物”，在妊娠的開始和維持都需要建立完善的母胎免疫耐受。Gal-1 參與母胎免疫耐受的重要性已經(jīng)被廣泛證明，Gal-1 作為固有免疫和適應(yīng)性免疫的交叉點，具有抑制免疫、抗炎的作用，是調(diào)節(jié)母體對胚胎免疫耐受的關(guān)鍵因子[6]。Gal-1 通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的產(chǎn)生、增殖和凋亡而影響T 細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)，誘導(dǎo)活化T 細(xì)胞的凋亡。研究表明，Gal-1 改變了人蛻膜細(xì)胞核因子κB（NF-κB）的轉(zhuǎn)錄活性，抑制了白細(xì)胞介素6（IL-6）的產(chǎn)生[7]。在機(jī)制上，Gal-1 通過抑制T 細(xì)胞活化并誘導(dǎo)其凋亡的方式來調(diào)節(jié)輔助性T 淋巴細(xì)胞1 型/2 型（Th1/Th2）的平衡，從而調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的平衡。此外，體外研究表明，人絨毛外細(xì)胞經(jīng)Gal-1 的刺激表達(dá)更多的人類白細(xì)胞G 抗原來介導(dǎo)免疫耐受[8]。

Gal-1 的表達(dá)異常與病理妊娠緊密相關(guān)。通過比較正常女性和復(fù)發(fā)性自發(fā)流產(chǎn)（RSA）女性體內(nèi)Gal-1 的表達(dá)水平，表明RSA 患者不僅蛻膜和滋養(yǎng)層細(xì)胞表達(dá)的Gal-1 減少，血漿中可溶性Gal-1 的含量也相應(yīng)下降，而且伴隨抗Gal-1 抗體含量的升高，提示Gal-1 可作為一項獨立判斷妊娠預(yù)后的指標(biāo)，但目前這一結(jié)論尚需更多的研究進(jìn)一步證實[9]。Gal-1 不僅與RSA 相關(guān)，與子癇前期、妊娠期糖尿病、絨毛膜羊膜炎亦有關(guān)聯(lián)。Freitag 等[5]的研究顯示，Gal-1 可加強(qiáng)血管生長因子2（vascular endothelial growth factor 2，VEGF2）信號途徑，促進(jìn)孕小鼠胎盤部位的血管生成和子宮螺旋動脈的重鑄，從而介導(dǎo)子癇前期的發(fā)生。Blois 等[10]研究顯示，正常妊娠婦女外周血中Gal-1 的血漿濃度隨著孕周數(shù)增加而逐漸增加，在孕中期達(dá)到頂峰，而妊娠期糖尿病患者的外周血中Gal-1 的血漿濃度在整個孕周并未發(fā)生明顯變化，這可能是因為妊娠期糖尿病患者體內(nèi)激素水平的改變影響了Gal-1 在胎盤組織的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致母體外周血中Gal-1 的水平并沒有發(fā)生明顯變化。Than 等[11]研究發(fā)現(xiàn)在絨毛膜羊膜炎患者的胎盤中Gal-1 的表達(dá)水平明顯上升，Gal-1 可能作為“炎癥因子”介導(dǎo)了絨毛膜羊膜的炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)。

3 Gal-3

Gal-3 具有多種生物學(xué)活性，參與許多病理及生理過程，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、細(xì)胞黏附，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，參與炎癥反應(yīng)與免疫調(diào)節(jié)等[12]。在生殖組織中，Gal-3 主要表達(dá)于子宮內(nèi)膜腺上皮、蛻膜和滋養(yǎng)層[13]。在胎盤中，所有滋養(yǎng)層細(xì)胞系[包括絨毛細(xì)胞滋養(yǎng)層（CTB）和絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞（EVT）]中均能檢測到Gal-3，胎盤Gal-3 的表達(dá)失調(diào)與一些產(chǎn)科并發(fā)癥有關(guān)，包括自然流產(chǎn)或RSA、子癇前期、絨毛膜羊膜炎等。研究顯示，組織學(xué)絨毛膜羊膜炎患者胎膜中Gal-3 表達(dá)水平明顯上升，Gal-3 可能參與了炎性反應(yīng)的調(diào)節(jié)和保護(hù)胎兒免受細(xì)菌的感染[14]。

Gal-3 在炎癥過程中同時發(fā)揮促進(jìn)細(xì)胞凋亡和抗細(xì)胞凋亡的雙重作用。細(xì)胞內(nèi)Gal-3 具有抗凋亡作用，而細(xì)胞外Gal-3 可能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，通過促進(jìn)中性粒細(xì)胞黏附、巨噬細(xì)胞趨化和內(nèi)吞作用，增加單核細(xì)胞趨化蛋白1（MCP-1）、IL-6、基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP-9）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）的表達(dá)。Gal-3參與調(diào)節(jié)固有免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，參與免疫細(xì)胞的激活或識別，并有助于巨噬細(xì)胞對微生物和凋亡細(xì)胞的吞噬清除[15]。此外，Gal-3 影響內(nèi)皮細(xì)胞趨化性和形態(tài)學(xué)，并刺激體內(nèi)毛細(xì)血管的形成和血管生成[16]。研究表明，Gal-3 在調(diào)節(jié)胚胎種植部位的炎癥反應(yīng)方面發(fā)揮重要作用[13]。因此，Gal-3 除了在胚胎著床、免疫調(diào)節(jié)和滋養(yǎng)層與基質(zhì)的相互作用中發(fā)揮作用外，還在胎盤血管生成中有潛在的作用。另外，F(xiàn)reitag 等[17]發(fā)現(xiàn)小鼠妊娠期間缺乏Gal-3 會導(dǎo)致胎盤功能障礙，并在沒有其他產(chǎn)科綜合征的情況下導(dǎo)致胎兒生長受限。他們的研究還發(fā)現(xiàn)在胎兒生長受限的人胎盤中Gal-3 的表達(dá)較低。這些數(shù)據(jù)都表明了Gal-3 在促進(jìn)正常胎盤功能中的重要性，對支持胎盤發(fā)育、胎兒生長發(fā)揮著獨特的作用。

4 Gal-8

Gal-8 在正常妊娠早期胎盤中廣泛表達(dá)，分析表明Gal-8 在絨毛滋養(yǎng)細(xì)胞和絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞中表達(dá)，在蛻膜基質(zhì)細(xì)胞中高表達(dá)[18]。Gal-8 被稱為血管和內(nèi)皮細(xì)胞的“血管生成調(diào)節(jié)因子”[19]。然而目前還未對其在胎盤血管生成中的作用進(jìn)行探討。在不同的研究中，半乳糖凝集素都具有促免疫和免疫抑制功能，但迄今為止，還沒有關(guān)于其作為妊娠期免疫調(diào)節(jié)劑的研究報道。Gal-8 可能在滋養(yǎng)層細(xì)胞黏附和遷移中發(fā)揮作用，但尚缺乏這種凝集素調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞功能的實驗證據(jù)[20]。

5 Gal-9

Gal-9 通過與T 細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白3（TIM-3）、CD44 和細(xì)胞表面蛋白二硫異構(gòu)酶（PDI）結(jié)合而參與免疫調(diào)節(jié)。Gal-9 作為TIM-3 的配體與TIM-3 相互作用，是免疫耐受誘導(dǎo)的重要調(diào)節(jié)因子。Gal-9 在各種細(xì)胞廣泛表達(dá)，包括子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞、滋養(yǎng)層細(xì)胞、蛻膜基質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞（包括胎盤中的內(nèi)皮細(xì)胞）[21]。TIM-3/Gal-9 途徑可以誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，尤其是效應(yīng)T 細(xì)胞的耗竭或凋亡，隨后建立免疫耐受。Li 等[22]通過建立類子癇前期大鼠模型發(fā)現(xiàn)，蛻膜巨噬細(xì)胞中TIM-3 的表達(dá)和母胎界面Gal-9 的表達(dá)降低。給予重組Gal-9（rGal-9）蛋白后，發(fā)現(xiàn)肝、腎損傷和母體胎盤功能下降（包括滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲不足，螺旋動脈重塑受損和胎兒毛細(xì)血管發(fā)育受損）被逆轉(zhuǎn)。

雖然少數(shù)研究人員已經(jīng)報道了Gal-9 在懷孕期間免疫耐受中的作用，但還需要更多的研究來考慮剪接變體、胎兒性別和靶細(xì)胞上的Gal-9 受體，以更好地了解其作為妊娠期間全身和局部免疫調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)者的潛在作用。

6 Gal-13 和Gal-14

Gal-13 和Gal-14 最初分別被描述為胎盤蛋白13（PP13）和類胎盤蛋白13（PPL13），在母胎界面的合體滋養(yǎng)細(xì)胞中表達(dá)[1]。研究發(fā)現(xiàn)，Gal-13 和Gal-14主要由妊娠早期母胎界面的合體滋養(yǎng)細(xì)胞表達(dá)，且表達(dá)水平高于妊娠晚期，而且流產(chǎn)發(fā)生時Gal-13 和Gal-14 在合體滋養(yǎng)層細(xì)胞的表達(dá)下調(diào)[23]。Gal-13 和Gal-14 在妊娠早期母胎界面的低表達(dá)可能導(dǎo)致免疫失衡，從而干擾著床、滋養(yǎng)層浸潤和胎盤形成，導(dǎo)致胎兒排斥和流產(chǎn)。

Gal-13 和Gal-14 被認(rèn)為具有免疫調(diào)節(jié)功能，通過誘導(dǎo)T 細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致免疫平衡的改變。Gal-13 和Gal-14 能調(diào)節(jié)T 細(xì)胞分泌細(xì)胞因子IL-8，IL-8 通過減少內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞促血管生成的作用[24]。因此推測Gal-13 和Gal-14 可能通過增加IL-8 的表達(dá)在母胎界面誘導(dǎo)血管生成。研究表明，正常妊娠時Gal-13 水平是緩慢上升的，而在早發(fā)型子癇前期孕婦妊娠早期的血清中Gal-13 表達(dá)水平就異常低，在妊娠中晚期表達(dá)水平上升，表明Gal-13 對子癇前期有一定的預(yù)測價值[25]。Gal-13 的增加也預(yù)示著分娩后會出現(xiàn)嚴(yán)重出血，Gal-13 表達(dá)減少可能引起胎盤淺植入，并參與子癇前期等發(fā)病。Balogh 等[1]研究表明，子癇前期患者妊娠晚期Gal-14 水平呈升高趨勢。因此推測子癇前期患者發(fā)生特征性病理生理變化可能與Gal-14在子宮內(nèi)膜的異常表達(dá)有一定的關(guān)系。Gal-13 作為子癇前期生物標(biāo)志物的潛力已經(jīng)被Burger 等[23]證實，在妊娠早期，胎兒生長受限和子癇前期患者血清中的Gal-13 水平低于正常水平，在妊娠中晚期，子癇前期、胎兒生長受限和早產(chǎn)患者血清中的Gal-13 水平均高于正常值。研究表明，Gal-13 在子癇前期中的表達(dá)動力學(xué)可能是該蛋白和可溶性血管內(nèi)皮生長因子受體1（sFlt-1）等抗血管生成因子在母體血管系統(tǒng)中協(xié)同作用的結(jié)果，低水平的Gal-13 起到刺激內(nèi)皮細(xì)胞活化和抑制血管生成的作用，然而在妊娠晚期Gal-13 水平增加，將作為一種自然救援反應(yīng)，促進(jìn)母體血管舒張以降低血壓[26]。有報道稱，妊娠期糖尿病患者在妊娠早期和中期，血清Gal-13 水平升高，足月胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞表達(dá)降低[27]。Gal-13 的失調(diào)被認(rèn)為是導(dǎo)致妊娠期胎盤內(nèi)免疫失衡的原因，可能導(dǎo)致妊娠期糖尿病。

7 展望

大量證據(jù)表明半乳糖凝集素在母胎界面廣泛表達(dá)。它們的表達(dá)在妊娠期間受到調(diào)節(jié)，包括母體免疫適應(yīng)、胎盤發(fā)育和血管生成。半乳糖凝集素表達(dá)失調(diào)與妊娠病理學(xué)相關(guān)性研究尚處于早期階段，對其在妊娠中的生物學(xué)作用大部分都是從體外模型和臨床相關(guān)性研究中推斷出來的。然而，已有充分的證據(jù)表明，半乳糖凝集素特別是Gal-1 和Gal-13，有望成為進(jìn)一步研究妊娠并發(fā)癥（包括危及生命的妊娠相關(guān)疾病，如子癇前期）發(fā)病機(jī)制的生物學(xué)標(biāo)志物。由于半乳糖凝集素是一種獨特的蛋白質(zhì)，能夠識別和解碼一系列復(fù)雜的聚糖基序，因此未來的研究可能包括：①系統(tǒng)研究半乳糖凝集素在母胎界面的表達(dá)，半乳糖凝集素在健康和疾病中的分布；②全面分析妊娠期母體循環(huán)中半乳糖凝集素的作用，以確定半乳糖凝集素是否在遠(yuǎn)處起作用，以及母體循環(huán)中是否存在半乳糖凝集素胎盤組織滲漏的后果；③深入分析妊娠期母體或胎盤組織中半乳糖凝集素所起的作用，以揭示其病理生理功能在妊娠期的重要作用，為妊娠并發(fā)癥的預(yù)測和治療提供靶點。