上皮-間充質(zhì)可塑性在胚胎著床過程中的研究進(jìn)展

黃亞雄，張?jiān)?/p>

(1.武漢大學(xué)中南醫(yī)院，武漢 430000；2.湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬國藥東風(fēng)總醫(yī)院，十堰 442008)

上皮-間充質(zhì)可塑性(EMP)是上皮細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞相互過渡轉(zhuǎn)化的過程，包括間充質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化(MET)及上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)兩個(gè)過程[1]。MET是指機(jī)體在生長發(fā)育過程中，部分間充質(zhì)細(xì)胞在各種因素的刺激下，經(jīng)過多重生物學(xué)變化，其間充質(zhì)細(xì)胞的表型和特點(diǎn)逐漸丟失，同時(shí)獲得上皮細(xì)胞的表型和特點(diǎn)；EMT是指上皮細(xì)胞經(jīng)歷細(xì)胞骨架重構(gòu)后失去細(xì)胞極性、黏合連接、細(xì)胞橋接，由此獲得間質(zhì)細(xì)胞特征，如遷移和侵襲等能力的生物學(xué)過程[1]。盡管EMP過程在胚胎發(fā)育和惡性腫瘤中的作用已經(jīng)被廣泛認(rèn)可，但越來越多的證據(jù)表明，EMP在子宮內(nèi)膜成功蛻膜化、再生/重新上皮化和胚胎植入方面也發(fā)揮著重要作用。本文將對EMP在胚胎著床中不同細(xì)胞及組織中的作用和調(diào)控機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為防治不孕不育及妊娠相關(guān)疾病提供更多線索和理論依據(jù)。

一、子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞(EEC)中的EMP

胚胎著床只能在有限的時(shí)間，即“植入窗口”(WOI)內(nèi)發(fā)生[2]。在WOI期間，子宮內(nèi)膜會發(fā)生形態(tài)學(xué)變化，且始終保持一定程度的可塑性，以便能夠適應(yīng)激素調(diào)控的周期性變化，這對胚泡植入至關(guān)重要[3]。在此期間，EEC從空泡至核上位置腺體變得更不規(guī)則，具有乳頭狀外觀；子宮內(nèi)膜間質(zhì)細(xì)胞(ESC)發(fā)生蛻膜反應(yīng)，增殖并從成纖維樣細(xì)胞分化為上皮樣細(xì)胞，形成母體蛻膜；ESC變大，核圓形和核仁數(shù)量增加，細(xì)胞質(zhì)中的糖原、脂質(zhì)滴和分泌顆粒增多，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體擴(kuò)張，獲得上皮樣表型[2]。

EMP在子宮內(nèi)膜維持正常生理功能中的的作用是特別重要的，正如滋養(yǎng)外胚層必須調(diào)整其上皮特性與粘附并侵入母體子宮內(nèi)膜一樣，母體EEC在胚胎WOI期也會發(fā)生EMT相關(guān)的變化。人類EEC像其他上皮細(xì)胞一樣，是有極性的，通常不允許其他細(xì)胞粘附，在胚胎WOI期EEC需要改變其極性，以形成一個(gè)附著區(qū)域。EEC極性的喪失經(jīng)歷細(xì)胞形態(tài)和分子組成的變化，這些變化包括微絨毛、細(xì)胞表面標(biāo)志物、細(xì)胞連接和細(xì)胞骨架分子的變化。在EEC去極化和EMT過程中，細(xì)胞與細(xì)胞之間連接的主要成分，如緊密連接蛋白和閉合蛋白表達(dá)也隨之減少[4]。EEC細(xì)胞骨架的改變與腫瘤細(xì)胞為侵襲和轉(zhuǎn)移做準(zhǔn)備時(shí)發(fā)生的改變類似。肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)是一種動(dòng)態(tài)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，它在細(xì)胞重塑過程中經(jīng)歷反復(fù)的聚合和分解。在EMT過程中，球狀肌動(dòng)蛋白單體即G-肌動(dòng)蛋白，在細(xì)胞表面的濃度增加并聚合成絲狀肌動(dòng)蛋白，成為F-肌動(dòng)蛋白[5]。肌動(dòng)蛋白的這種重新分布破壞了皮層肌動(dòng)蛋白及其調(diào)節(jié)蛋白的濃度，濃度的改變使得肌動(dòng)蛋白轉(zhuǎn)移到腫瘤細(xì)胞的邊緣，形成前緣的薄壁樣偽足、絲狀偽足和入侵樣偽足，以賦予其遷移能力[5]。胞飲突也是從細(xì)胞頂端表面延伸的富含肌動(dòng)蛋白的突起，在胚胎著床過程中，分泌中期EEC的胞飲突表達(dá)顯著增多。胞飲突可能與腫瘤細(xì)胞中入侵樣類似，都可能通過局部作用分子或因子的胞吐作用分別在細(xì)胞結(jié)構(gòu)重塑，在胚胎植入過程中發(fā)揮作用。還有的研究利用的人EEC的體外植入試驗(yàn)，以研究胚胎植入過程中的早期事件，如胚胎的初始黏附[6]。用EEC和從IVF循環(huán)中回收的胚泡進(jìn)行的體外共培養(yǎng)研究表明，母體EEC與植入胚胎之間存在相互作用[7]。Simon等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在體外EEC培養(yǎng)模型中囊胚可上調(diào)EEC中子宮容受性標(biāo)志物整合素β3的表達(dá)。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，母體子宮內(nèi)膜的信號分子與胚胎著床失敗有關(guān)，并可調(diào)節(jié)EMT過程。Gou等[9]研究發(fā)現(xiàn)，胚胎植入期間的子宮內(nèi)膜中TWIST2在圍著床期表達(dá)水平顯著升高，而TWIST2是調(diào)控EMT的經(jīng)典轉(zhuǎn)錄因子；在妊娠第3天將siRNA-TWIST2注入子宮腔后，N-鈣黏蛋白(N-cadherin)和波形蛋白(Vimentin)的表達(dá)在妊娠第5天顯著下調(diào)，妊娠第8天植入的胚胎數(shù)量顯著減少。以上數(shù)據(jù)均表明，在胚胎著床過程中TWIST2通過調(diào)控EMT影響妊娠結(jié)局，腺上皮細(xì)胞由EMT介導(dǎo)的細(xì)胞形態(tài)轉(zhuǎn)化對胚胎著床至關(guān)重要。

微小RNA(miRNA)通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄后靶基因的表達(dá)在EEC的EMT過程中也發(fā)揮著顯著作用。Liang等[10]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA不僅在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，還可以通過多種形式被細(xì)胞釋放到細(xì)胞外環(huán)境中，積極參與調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育、子宮內(nèi)膜功能以及胚胎與母體之間的溝通。miRNA以多種形式影響子宮容受性，其中包括通過EMT/MET轉(zhuǎn)換的調(diào)控[10-11]。研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠和人類胚胎植入模型的EEC中miR-429、miR-126a-3p和miR-30a-3p在EMP過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[12]。miR-429在小鼠胚胎植入期間表達(dá)下降，上調(diào)miR-429可能通過靶向原鈣粘蛋白8來抑制細(xì)胞的遷移和侵襲能力從而減少胚胎的植入。相反，miR-126-3p在胚胎植入部位特異性上調(diào)，通過調(diào)節(jié)整合素α11的表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞遷移和侵襲能力[13]。miR-30a-3p是miR-30a家族中的一員，通過下調(diào)miR-30a-3p促進(jìn)EMT進(jìn)程進(jìn)而促使胚胎著床，當(dāng)miR-30a-3p失調(diào)時(shí)，EMT相關(guān)過程會受到影響，從而改變細(xì)胞的遷移和侵襲能力并影響胚胎著床[14]。以上研究表明，miRNA通過在滋養(yǎng)層浸潤階段可能影響EEC中EMT的相關(guān)過程，進(jìn)而在胚胎植入中發(fā)揮不同的作用。

二、子宮內(nèi)膜間質(zhì)細(xì)胞(ESC)中的EMP

子宮內(nèi)膜經(jīng)過分化為妊娠做準(zhǔn)備的過程稱為蛻膜化。子宮內(nèi)膜蛻膜化最顯著的變化之一是在ESC中觀察到的形態(tài)學(xué)改變，其中細(xì)長的紡錘狀的子宮內(nèi)膜間質(zhì)成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為分泌性、類上皮樣的蛻膜細(xì)胞[15]。在子宮內(nèi)膜增生期，基質(zhì)細(xì)胞在排卵前幾乎沒有細(xì)胞質(zhì)并且細(xì)胞核呈細(xì)長形[16]。排卵幾天后，子宮內(nèi)膜基質(zhì)區(qū)水腫，ESC細(xì)胞質(zhì)增加。這些改變從末梢螺旋動(dòng)脈附近的基質(zhì)細(xì)胞開始，隨后在月經(jīng)周期的分泌階段遍及整個(gè)基質(zhì)[16]。在ESC中積聚糖原和脂質(zhì)，擴(kuò)展內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并重組細(xì)胞骨架肌動(dòng)蛋白微絲，它們從成纖維細(xì)胞狀態(tài)過渡到上皮樣細(xì)胞[17]。隨著基質(zhì)細(xì)胞的蛻膜化，細(xì)胞核變圓并形成更多的核仁，細(xì)胞內(nèi)吞噬體和溶酶體增加，細(xì)胞質(zhì)顯著擴(kuò)增。蛻膜對于胚胎植入和維持妊娠至關(guān)重要。

調(diào)控蛻膜基因的核心轉(zhuǎn)錄因子包括叉頭盒O1(FOXO1)、叉頭盒M1(FOXM1)和同源框基因A10(HOXA10)[18]，其中FOXO1和FOXM1都屬于叉頭盒轉(zhuǎn)錄因子的大家族。已知FOXO1的表達(dá)在蛻膜化過程中被誘導(dǎo)，并且是ESC蛻膜化所必需的[19]。FOXO1可以與蛻膜化的人類ESC中的孕激素受體相互作用，以控制細(xì)胞增殖和上皮樣分化。

蛻膜化所引起的細(xì)胞形態(tài)變化與MET過程一致，并且受卵巢激素的調(diào)節(jié)[20]。Yu等[21]研究發(fā)現(xiàn)，人類子宮內(nèi)膜蛻膜化過程遵循與腫瘤發(fā)生相似的MET過程。在增生中期從育齡婦女的子宮內(nèi)膜活檢組織樣品中分離得到的子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞在E2、孕酮(P)和cAMP的作用下表現(xiàn)出可逆的MET過程：當(dāng)加入E2、P和cAMP后，子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞從雙極性、成纖維細(xì)胞形態(tài)變?yōu)榈湫偷纳掀訄A形；當(dāng)撤回E2、P和cAMP后，子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞恢復(fù)為細(xì)長的成纖維細(xì)胞外觀[21]。通過小鼠的體外研究進(jìn)一步支持蛻膜化過程中MET的發(fā)生，體外培養(yǎng)的未蛻膜化的小鼠子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞中檢測到間充質(zhì)來源細(xì)胞的標(biāo)志物波形蛋白表達(dá)，而在體外蛻膜誘導(dǎo)的小鼠子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞中則檢測到上皮細(xì)胞標(biāo)志物細(xì)胞角蛋白表達(dá)。Zhang等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在雌激素和P誘導(dǎo)體外蛻膜化后ESC中角蛋白的表達(dá)顯著上調(diào)。在體外蛻膜化過程中，子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞中可誘導(dǎo)細(xì)胞表達(dá)角蛋白，表明細(xì)胞從基質(zhì)表型轉(zhuǎn)變?yōu)樯掀け硇?，進(jìn)一步支持了子宮內(nèi)膜蛻膜化過程中MET的發(fā)生。

Wnt/β-catenin信號通路是蛻膜發(fā)生MET的關(guān)鍵信號通路。β-catenin充當(dāng)從細(xì)胞質(zhì)到細(xì)胞核的信號轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，共同調(diào)節(jié)某些Wnt靶基因，如WNT4和WNT6。另一方面，WNT4腺病毒介導(dǎo)的過表達(dá)促進(jìn)了人子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞的MET體外轉(zhuǎn)化[23]。Zhang等[24]研究發(fā)現(xiàn)，端細(xì)胞作為一種新型ESC細(xì)胞，可通過激活Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)誘導(dǎo)蛻膜化和MET。蛻膜化和MET可促進(jìn)子宮內(nèi)膜的周期性更新和再生，支持胚胎著床并調(diào)節(jié)滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲。蛻膜化不良會導(dǎo)致許多不良妊娠結(jié)局，例如著床失敗和反復(fù)流產(chǎn)。蛻膜化的子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出足夠的運(yùn)動(dòng)性和遷移能力，以適應(yīng)滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲。Grewal 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，人子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞中調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移，運(yùn)動(dòng)性和細(xì)胞骨架重組的蛋白(Rho-GTPases RhoA和Rac1)在細(xì)胞侵襲和遷移能力中發(fā)揮關(guān)鍵作用。敲除人子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞中Rac1會導(dǎo)致基質(zhì)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性降低，從而抑制滋養(yǎng)層細(xì)胞侵入子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞。

三、滋養(yǎng)外胚層中的EMP

小鼠和人類在胚胎植入前形成的胚泡，其細(xì)胞分離成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(ICM)和周圍的上皮滋養(yǎng)外胚層[26]，后者將在整個(gè)胚胎植入過程中與EEC相互作用。滋養(yǎng)層細(xì)胞具有頂基極性、與相鄰細(xì)胞的橫向連接以及與基底膜蛋白的基底接觸，所有這些都是典型的上皮特征。研究發(fā)現(xiàn)，EMT過程在胚胎植入中起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)榕咛プ甜B(yǎng)層細(xì)胞通過失去其上皮特性并獲得侵襲能力而進(jìn)入母體蛻膜[27-28]。在透明帶遷移和脫落之后，滋養(yǎng)外胚層必須在植入并粘附到母體子宮內(nèi)膜之前為植入做好準(zhǔn)備。胚胎的滋養(yǎng)外胚層在植入過程之前經(jīng)歷了幾次變化，最終產(chǎn)生了侵襲性滋養(yǎng)層巨細(xì)胞，植入和早期的血管生成都是由滋養(yǎng)層巨細(xì)胞介導(dǎo)，這對形成胎盤必不可少[29]。

值得注意的是，形成的侵襲性滋養(yǎng)層細(xì)胞的形態(tài)和功能變化與EMT過程完全相同。最初的滋養(yǎng)外胚層通常根據(jù)細(xì)胞與ICM的接近程度沿同一平面分為兩個(gè)區(qū)域。極層滋養(yǎng)層位于ICM附近區(qū)域，而壁層滋養(yǎng)層覆蓋更遠(yuǎn)端的區(qū)域[30]。滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞的頂端區(qū)域是胚泡最初與母體腔上皮細(xì)胞接觸并粘附的區(qū)域。隨后，在粘附和附著過程中，由于整合素αβ異二聚體(例如α5β1)從基底外側(cè)區(qū)域遷移到頂端結(jié)構(gòu)域。這些整合素通過與輔助信號傳導(dǎo)因子(例如骨橋蛋白)以及母體腔細(xì)胞外基質(zhì)中的因子(例如纖連蛋白)相互作用，介導(dǎo)植入的粘附和侵襲，并與粘附的滋養(yǎng)層細(xì)胞的表型和功能變化有關(guān)[31]。這些功能變化包括運(yùn)動(dòng)能力的增加，細(xì)胞間接觸變短，以及E-鈣粘蛋白的下調(diào)，這與EMT過程一致[30]。

轉(zhuǎn)化后的滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞(侵入性滋養(yǎng)層巨細(xì)胞)侵入母體蛻膜并最終形成功能性胎盤[7]。因此，滋養(yǎng)外胚層通過EMT獲得間充質(zhì)特性的能力是胚胎植入的關(guān)鍵。Liu等[32]研究發(fā)現(xiàn)，富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白-1(SPARCL1)可能抑制ERK1/2途徑中的磷酸化和激活蛋白-1(AP-1)轉(zhuǎn)錄因子的產(chǎn)生，從而改變了EMT相關(guān)分子，如基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP2)、基質(zhì)金屬蛋白酶3(MMP3)、N-cadherin、E-鈣黏著蛋白和Vimentin的表達(dá)，抑制絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞的遷移和入侵，導(dǎo)致胎盤發(fā)育障礙而引起流產(chǎn)。Xu等[33]研究發(fā)現(xiàn)，在子宮內(nèi)膜和絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞中，脂氧素A4可以通過抑制基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP9)的活性，顯著上調(diào)β-連環(huán)蛋白的表達(dá)，顯著下調(diào)波形蛋白、纖維連接蛋白、TWIST、核因子κB(NF-κB)、蛋白激酶B(Akt)和糖原合成酶激酶-3β(Gsk-3β)的表達(dá)，抑制EMT并干擾胚胎植入。

此外，miRNA也參與了胚胎著床時(shí)滋養(yǎng)外胚層中的EMP。Wnt/β-catenin驅(qū)動(dòng)的信號通路是實(shí)現(xiàn)囊胚植入的必要途徑之一。研究發(fā)現(xiàn)，Let-7g過表達(dá)后，植入后的胚胎滋養(yǎng)外胚層中的EMT過程受到干擾，體內(nèi)的Wnt/β-catenin信號通路傳遞受損[34]。在胚胎細(xì)胞中，Let-7g的過量表達(dá)激活了EEC標(biāo)志物E-cadherin的表達(dá)，顯著降低了ESC標(biāo)志物N-cadherin和β-catenin的表達(dá)，阻斷了植入后胚胎發(fā)育的EMT過程。Ding等[35]研究表明，miR-27a-3p/USP25軸通過調(diào)節(jié)EMT過程來抑制滋養(yǎng)細(xì)胞的入侵和遷移，從而參與復(fù)發(fā)性流產(chǎn)(RSA)的致病過程。Liu等[36]研究發(fā)現(xiàn)，miR-93通過靶向BCL2L2基因的表達(dá)調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和凋亡。同時(shí)，Ding等[37]研究發(fā)現(xiàn)，miR-146a-5p和miR-146b-5p過表達(dá)抑制了滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲和遷移，在滋養(yǎng)層EMT中發(fā)揮負(fù)調(diào)節(jié)作用，從而參與RSA的發(fā)病機(jī)制。

綜上所述，EMP過程在胚胎的植入過程中起著至關(guān)重要的作用，因此，深入研究調(diào)節(jié)EMP進(jìn)程的關(guān)鍵靶點(diǎn)以及上下游作用因子變得重要，隨著細(xì)胞重塑相關(guān)領(lǐng)域的研究越來越多，未來可能會有更多的調(diào)控靶點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)一步闡明其在胚胎著床中驅(qū)動(dòng)EMP的機(jī)制，以促進(jìn)新的治療策略的發(fā)展。