母胎界面免疫細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)與妊娠相關(guān)并發(fā)癥的研究進(jìn)展

張燕，肖卓妮

成功妊娠的建立需要母體具備良好的子宮內(nèi)膜容受性及具有侵襲力的胚胎。此外，母胎界面的免疫穩(wěn)態(tài)對(duì)妊娠的維持也是不可或缺的。成功的妊娠依賴于免疫激活和對(duì)胚胎抗原免疫耐受之間的平衡。母胎界面由滋養(yǎng)層細(xì)胞、蛻膜基質(zhì)細(xì)胞和蛻膜免疫細(xì)胞共同組成。母胎免疫細(xì)胞主要由自然殺傷細(xì)胞（natural killer cell，NK細(xì)胞）、巨噬細(xì)胞（macrophage，MΦ）、T細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞（dendritic cells，DC）構(gòu)成，通過分泌多種細(xì)胞因子參與免疫反應(yīng)[1]。新陳代謝和免疫功能的平行變化使免疫代謝成為一種更高效的調(diào)節(jié)機(jī)制，可以在妊娠期間實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)免疫適應(yīng)。免疫代謝是一個(gè)新興領(lǐng)域，其基本原理是細(xì)胞代謝支持免疫細(xì)胞功能。細(xì)胞代謝已成為免疫細(xì)胞功能的關(guān)鍵決定因素，許多學(xué)者已認(rèn)同免疫代謝適應(yīng)可以調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的細(xì)胞因子產(chǎn)生，影響細(xì)胞的吞噬、增殖、凋亡和其他效應(yīng)器功能[2-3]。免疫細(xì)胞代謝途徑不僅參與妊娠的維持與建立，還能介導(dǎo)其他疾病的發(fā)生發(fā)展如癌癥、心血管疾病等。細(xì)胞的代謝途徑主要有糖酵解、三羧酸循環(huán)、磷酸戊糖途徑、脂肪酸氧化、脂肪酸合成和氨基酸代謝，這些代謝途徑經(jīng)過中間產(chǎn)物相互影響、相互作用。免疫代謝途徑可以影響細(xì)胞功能，免疫炎癥和代謝途徑之間的調(diào)控對(duì)維持妊娠及成功分娩十分關(guān)鍵。本文將探討四大免疫細(xì)胞通過其代謝反應(yīng)來影響其分泌的細(xì)胞因子，以調(diào)節(jié)母胎免疫界面穩(wěn)態(tài)，維持正常妊娠。

1 NK細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)

1.1 NK細(xì)胞NK細(xì)胞是母胎界面的第一大類細(xì)胞，具有細(xì)胞毒性，參與人體先天性免疫和適應(yīng)性免疫，對(duì)妊娠的建立與維持十分重要。NK細(xì)胞可通過分泌多種細(xì)胞因子[如胎盤生長(zhǎng)因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子α（vascular endothelial growth factorα，VEGF-α）和γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）等]參與子宮螺旋動(dòng)脈的重鑄與滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲，有利于胎盤和胎兒生長(zhǎng)發(fā)育[4]。

1.2 NK細(xì)胞的代謝編程糖酵解是主要的代謝途徑，可在活化的NK細(xì)胞中檢測(cè)到，糖酵解激活會(huì)增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞溶解能力，反之，糖酵解減弱則會(huì)降低NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性[5]。在妊娠期間，人絨毛膜促性腺激素會(huì)促進(jìn)孕激素與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）分泌，大量TGF-β可以誘導(dǎo)NK細(xì)胞上調(diào)果糖-1,6-二磷酸酶1（fructose-1,6-bisphosphatase 1，F(xiàn)BP1）表達(dá)，F(xiàn)BP1是糖酵解過程中的關(guān)鍵酶之一，其表達(dá)降低會(huì)抑制細(xì)胞自身糖酵解代謝，同時(shí)影響細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育，最終導(dǎo)致NK細(xì)胞的功能紊亂[6]。因此，TGF-β可抑制NK細(xì)胞的糖酵解途徑，降低NK細(xì)胞的毒性，有利于妊娠的維持。

氨基酸代謝也與NK細(xì)胞功能密切相關(guān)。精氨酸可以被酶分解為一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）與精氨酸酶Ⅰ、精氨酸酶Ⅱ。白細(xì)胞介素2（interleukin-2，IL-2）會(huì)促進(jìn)NK細(xì)胞的細(xì)胞裂解能力，增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用，而精氨酸可以抑制NK細(xì)胞中IFN-γ和IL-2的產(chǎn)生[7]。葡萄糖通過葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1進(jìn)入細(xì)胞并代謝為葡萄糖6-磷酸（glucose 6-phosphate 6，G6P），并進(jìn)入磷酸戊糖途徑產(chǎn)生還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）。通過磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的NADPH可為NADPH氧化酶2（NADPH oxidases 2，NOX2）提供燃料，產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）殺死入侵的病原體。NOX2產(chǎn)生的ROS可觸發(fā)包括NK細(xì)胞在內(nèi)的鄰近抗腫瘤淋巴細(xì)胞的功能障礙和凋亡[8]。脂肪酸氧化允許線粒體將脂肪酸轉(zhuǎn)化為細(xì)胞用來進(jìn)一步產(chǎn)生能量的多種中間產(chǎn)物，包括乙酰輔酶A、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸。過度的脂肪酸堆積損害NK細(xì)胞功能，也會(huì)抑制哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的活性，而mTOR能調(diào)節(jié)滋養(yǎng)細(xì)胞，在整個(gè)妊娠階段占據(jù)著重要位置[9]。NK細(xì)胞在妊娠中發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，其代謝途徑不斷提供著能量與中間產(chǎn)物以維持NK細(xì)胞的功能，任何一方出現(xiàn)代謝障礙都會(huì)改變NK細(xì)胞的功能，從而對(duì)妊娠的建立與維持造成一定的影響。

1.3 NK細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)與妊娠相關(guān)并發(fā)癥葡萄糖驅(qū)動(dòng)的糖酵解可能是蛻膜NK細(xì)胞激活所必需的。在反復(fù)妊娠丟失的人群中可以發(fā)現(xiàn)異常的NK細(xì)胞代謝，糖酵解代謝異常將會(huì)導(dǎo)致NK細(xì)胞分泌的VEGF-α減少，增加妊娠胎兒的丟失風(fēng)險(xiǎn)[10]。在反復(fù)妊娠丟失的人群中，蛻膜NK細(xì)胞中的糖酵解相關(guān)酶乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）異常增高降低了mTORC1活性，進(jìn)而增加了流產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)[11]。有研究發(fā)現(xiàn)復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者中會(huì)出現(xiàn)異常的糖酵解和氧化磷酸化反應(yīng)，異常的代謝反應(yīng)通過影響蛻膜NK細(xì)胞分泌細(xì)胞因子IFN-γ和VEGF-α來參與妊娠過程[12]。脂質(zhì)過氧化會(huì)誘導(dǎo)NK細(xì)胞、MΦ發(fā)揮細(xì)胞凋亡作用，而胎兒生長(zhǎng)受限與子癇前期的發(fā)病機(jī)制與細(xì)胞凋亡有關(guān)，補(bǔ)充ω-3不飽和脂肪酸可以降低妊娠期并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[13]。

2 MΦ的代謝調(diào)節(jié)

2.1 MΦMΦ是蛻膜免疫細(xì)胞的第二大群體，具有兩種不同類型的細(xì)胞亞群，包括經(jīng)典激活型（M1）巨噬細(xì)胞和交替激活型（M2）巨噬細(xì)胞。M1型細(xì)胞可以被輔助性T細(xì)胞1（helper T cell 1，Th1）分泌的細(xì)胞因子激活，也可以產(chǎn)生腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-12和IL-23，發(fā)揮促炎作用；M2型細(xì)胞則被Th2分泌的細(xì)胞因子激活，分泌IL-10和TGF-β，發(fā)揮抗炎的作用[14]。

2.2 MΦ代謝調(diào)節(jié)編程在M1型細(xì)胞中，不僅有糖酵解的增強(qiáng)，還有線粒體氧化磷酸化的抑制；磷酸戊糖途徑也增強(qiáng)，其中間產(chǎn)物NADPH生成增加，可用于生成ROS和一氧化氮（nitric oxide，NO）；而M2型細(xì)胞則與之相反[15]。乳酸將蛻膜巨噬細(xì)胞（dMΦ）在常氧下極化為M2型細(xì)胞，但缺氧時(shí)通過缺氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）極化為M1型細(xì)胞[16]。HIF-1α可促進(jìn)LDH活性使丙酮酸產(chǎn)生乳酸，也能通過促進(jìn)丙酮酸脫氫酶激酶使丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase，PDH）活化，限制丙酮酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)[17]。M1型細(xì)胞中，精氨酸被誘生型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）作用生成NO；M2型細(xì)胞中的精氨酸Ⅰ表達(dá)增加[18]。吲哚胺2，3－雙加氧酶（indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO）介導(dǎo)色氨酸代謝，IDO過表達(dá)時(shí)MΦ會(huì)向M2型分化，dMΦ中的IDO促進(jìn)滋養(yǎng)細(xì)胞的增殖并抑制其凋亡，dMΦ中IDO降低會(huì)增加流產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)[19]。MΦ通過細(xì)胞代謝途徑參與免疫微環(huán)境中各種免疫效應(yīng)因子和分子的調(diào)節(jié)，從而建立了母體對(duì)半異體胎兒的特異性耐受。打破M1/M2之間的平衡不利于妊娠的建立與維持，而細(xì)胞代謝的平衡有利于M1/M2穩(wěn)態(tài)建立。

2.3 MΦ的代謝調(diào)節(jié)與妊娠相關(guān)并發(fā)癥乳酸是糖酵解的關(guān)鍵中間產(chǎn)物，乳酸可以抑制T細(xì)胞和NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性，促進(jìn)Th2細(xì)胞的分化和調(diào)節(jié)M2型細(xì)胞的極化[16]。在反復(fù)妊娠丟失人群的蛻膜中發(fā)現(xiàn)乳酸呈高水平表達(dá)，缺氧條件下的乳酸會(huì)促進(jìn)MΦ向M1型細(xì)胞分化，誘導(dǎo)M1型細(xì)胞iNOS的產(chǎn)生，不利于妊娠的維持[10]。母體通過胎盤向胎兒運(yùn)輸乳酸的過程受阻，將會(huì)誘發(fā)胎兒生長(zhǎng)受限，但在低氧情況下，乳酸堆積會(huì)促進(jìn)MΦ向M1型細(xì)胞極化，誘發(fā)復(fù)發(fā)性流產(chǎn)[20]。MΦ中FBP的表達(dá)下降將會(huì)影響子宮內(nèi)膜蛻膜化的過程，不利于胚胎著床，增加妊娠胎兒丟失的風(fēng)險(xiǎn)[21]。在母胎界面上IDO的表達(dá)對(duì)于防止胎兒同種異體移植物的免疫排斥反應(yīng)是必需的，然而反復(fù)妊娠丟失人群中dMΦ中的IDO表達(dá)明顯下降，低表達(dá)的IDO會(huì)抑制滋養(yǎng)細(xì)胞功能增加流產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)[19]。

3 T細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)

3.1 T細(xì)胞T0為T細(xì)胞前體，可分化為Th1細(xì)胞、Th2細(xì)胞、Th17細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Treg），T細(xì)胞亞群通過分泌細(xì)胞因子而相互作用。Th1細(xì)胞是主要的細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（cytotoxic T lymphocytes），通過產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子（IL-2、TNFα、IFN-γ等）刺激細(xì)胞免疫和炎癥反應(yīng)；Th2細(xì)胞作為體液免疫中重要的免疫細(xì)胞，可以產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子IL-4和IL-10等，激活B細(xì)胞抗體的產(chǎn)生，拮抗Th1分泌的細(xì)胞因子，具有抗炎作用；Th17細(xì)胞通過分泌IL-7和IL-17等發(fā)生類似Th1細(xì)胞的炎癥反應(yīng)；Treg細(xì)胞則通過分泌細(xì)胞因子削弱Th17細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，減少妊娠早期胎兒的丟失[22]。

3.2 T細(xì)胞的代謝途徑在Th1、Th17細(xì)胞中，糖酵解增加；相反，糖酵解減弱更利于T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化；而Th2細(xì)胞中糖酵解增強(qiáng)，具體機(jī)制仍不清楚[23]。糖酵解中間產(chǎn)物丙酮酸可以在細(xì)胞質(zhì)中通過LDH轉(zhuǎn)化為乳酸，也可以在線粒體中通過PDH轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A參與三羧酸循環(huán)。Th17細(xì)胞中乳酸較多，乙酰輔酶A較少[24]，因此推測(cè)Th17細(xì)胞的三羧酸循環(huán)代謝反應(yīng)較弱。有研究顯示，乳酸通過抑制人細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞的增殖和IL-2、IFN-γ的產(chǎn)生降低其細(xì)胞毒性[25]。三羧酸循環(huán)通過促進(jìn)胞質(zhì)乙酰輔酶A的產(chǎn)生和琥珀酸脫氫酶驅(qū)動(dòng)電子呼吸鏈來促進(jìn)Th1細(xì)胞的功能；與Th1細(xì)胞不同，抑制電子呼吸鏈對(duì)Th2細(xì)胞的功能影響很小[26]。谷氨酰胺是一種非必需氨基酸，是人體代謝循環(huán)中最豐富的氨基酸，其在活化的T細(xì)胞中的消耗增加。IDO的表達(dá)與Treg細(xì)胞數(shù)量呈正相關(guān)，高表達(dá)的IDO通過影響Treg細(xì)胞來保護(hù)胚胎免受免疫排斥反應(yīng)的影響[27]。磷酸戊糖途徑中的限速酶葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（glucose 6 phosphate dehydrogenase，G6PDH）會(huì)降低Treg細(xì)胞的炎癥抑制功能，使T細(xì)胞轉(zhuǎn)向Th2表型，G6PDH受到抑制會(huì)導(dǎo)致NADPH的產(chǎn)生減少，同時(shí)也會(huì)減少T細(xì)胞產(chǎn)生的炎性細(xì)胞因子[28]。ROS的清除在很大程度上依賴于NADPH的產(chǎn)生，抑制G6PDH后會(huì)導(dǎo)致ROS生成增多，從而造成氧化應(yīng)激影響細(xì)胞正常功能[29]。糖酵解產(chǎn)生的乙酰輔酶A參與脂肪酸的合成。與Th1細(xì)胞相比，Th17細(xì)胞的分化更依賴于脂肪酸合成，而Treg細(xì)胞更依賴于脂肪酸氧化，AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信號(hào)通路可能通過脂肪酸氧化調(diào)控Th17/Treg平衡[30]。在妊娠期間，Th細(xì)胞及其亞群組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)參與了母胎界面的免疫反應(yīng)。Th1/Th2、Th17/Treg之間的平衡穩(wěn)態(tài)對(duì)妊娠的維持至關(guān)重要，細(xì)胞代謝途徑導(dǎo)致一方失衡，都會(huì)影響正常妊娠狀態(tài)。

3.3 T細(xì)胞的代謝編程與妊娠相關(guān)并發(fā)癥有研究表明異常的尿氨酸代謝會(huì)影響T細(xì)胞的分化，通過影響IDO表達(dá)使反復(fù)妊娠丟失的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加[10]。IDO是色氨酸分解代謝的關(guān)鍵限速酶，在母胎界面上蛻膜免疫細(xì)胞中顯著表達(dá)，通過抑制NK細(xì)胞毒性、誘導(dǎo)M2型細(xì)胞極化、促進(jìn)Treg細(xì)胞生成，調(diào)節(jié)母胎免疫耐受的平衡，IDO水平降低會(huì)增加流產(chǎn)的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[19]。妊娠期糖尿病患者的免疫細(xì)胞代謝紊亂，主要表現(xiàn)為Th1表型的上調(diào)、NK細(xì)胞數(shù)量增加與M1型細(xì)胞表型增加，細(xì)胞的糖代謝也已紊亂，氧化應(yīng)激反應(yīng)升高。免疫細(xì)胞在子癇前期患者中更向促炎反應(yīng)分化，細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)、游離脂肪酸增加和血管緊張素原升高，導(dǎo)致胎盤血流灌注減少造成不良妊娠[3]。

4 DC的代謝編程

DC雖然在蛻膜免疫細(xì)胞中占比不高，但作用不可忽視，其常作為抗原提呈細(xì)胞發(fā)揮作用。糖酵解途徑上調(diào)可激活DC活化，為DC提供能量[31]。沉默的DC表現(xiàn)為分解代謝，不斷分解營養(yǎng)物質(zhì)以產(chǎn)生能量和維持細(xì)胞功能。這種代謝狀態(tài)表現(xiàn)為活躍的氧化磷酸化，由三羧酸循環(huán)驅(qū)動(dòng)，由脂肪酸氧化和谷氨酰胺分解提供燃料，在很大程度上受到AMPK的調(diào)節(jié)[32]。抑制G6PDH可以降低脂多糖誘導(dǎo)的DC的成熟。DC還利用NADPH和脂質(zhì)合成支持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的合成，這是激活DC和細(xì)胞因子分泌所必需的[33]。IDO在活化的DC中表達(dá)，其通過分解色氨酸和其他吲哚化合物，抑制固有免疫和適應(yīng)性免疫。DC上調(diào)IDO表達(dá)具有特殊意義，因?yàn)镮DO活性可將成熟DC轉(zhuǎn)化為抗原提呈細(xì)胞，后者可抑制效應(yīng)T細(xì)胞并促進(jìn)Treg細(xì)胞功能，從而促進(jìn)免疫耐受[34]。目前關(guān)于DC細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)對(duì)妊娠維持與建立的機(jī)制研究較少。滋養(yǎng)細(xì)胞生長(zhǎng)方式類似于腫瘤細(xì)胞，DC細(xì)胞在腫瘤細(xì)胞中通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝可以介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、血管形成和細(xì)胞增殖等生物學(xué)行為[35]。因此，推測(cè)DC可以通過脂質(zhì)代謝影響子宮內(nèi)膜蛻膜化、子宮螺旋動(dòng)脈血管重塑和滋養(yǎng)細(xì)胞增殖等過程，參與反復(fù)著床失敗、子癇和胎兒生長(zhǎng)受限等妊娠相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)病。DC在胎兒免疫耐受和母體受精后的其他生理適應(yīng)中發(fā)揮重要作用，不僅起到抗炎作用，還可以作為抗原提呈細(xì)胞，有利于妊娠的維持與建立。

5 結(jié)語與展望

細(xì)胞代謝是所有生物過程的中心，大致分為兩個(gè)過程：使用能量進(jìn)行生物合成的合成代謝過程以及為合成代謝提供原材料并產(chǎn)生能量以促進(jìn)生物功能的分解代謝過程。除了這兩大功能外，代謝的關(guān)鍵酶和中間產(chǎn)物還具有重要的調(diào)節(jié)作用，是細(xì)胞行為的主要控制者。最近在免疫代謝領(lǐng)域的研究表明，代謝編程與其在健康和疾病期間支持的特定免疫功能之間存在密切聯(lián)系。雖然涉及妊娠中免疫代謝的研究較少，但現(xiàn)有的研究為了解各種免疫環(huán)境中免疫細(xì)胞群的不同代謝調(diào)節(jié)劑和重編程途徑提供了重要的信息。本文介紹了妊娠過程中發(fā)生的正常免疫代謝反應(yīng)，可以提升對(duì)免疫代謝可塑性的認(rèn)知，即通過了解妊娠期間免疫細(xì)胞代謝的作用機(jī)制，有助于利用其治療包括妊娠在內(nèi)的多種疾病，未來可以通過代謝組學(xué)調(diào)控疾病的發(fā)生發(fā)展，及時(shí)盡早地干預(yù)有利于疾病的診治。