人陰道成纖維細胞功能紊亂與盆腔器官脫垂

朱靜，夏志軍

盆腔器官脫垂（pelvic organ prolapse，POP）是一類臨床常見的綜合性疾病，臨床表現(xiàn)以陰道口組織物脫出為主，可伴有排尿、排便異常，陰道出血、炎癥，以及性功能障礙等癥狀，會對患者的健康和生活質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響，同時也增加了社會和家庭的經(jīng)濟負擔(dān)[1]。POP 的具體患病率很難確定，普遍認為僅有約3%的女性會發(fā)生有癥狀的POP，多數(shù)患者并無自覺癥狀。因此，在基于客觀婦科檢查而不考慮女性主觀癥狀的研究中，歐美地區(qū)有超過50%的女性發(fā)生解剖性POP[2]。近年來，研究者們一直在探尋該病的發(fā)病機制，但至今尚未明確。在“整體理論”中，盆底是一個由肌肉、結(jié)締組織和神經(jīng)組成的平衡和相互關(guān)聯(lián)的整體。盆底結(jié)締組織由細胞、纖維和細胞外基質(zhì)組成，起連接、支持作用。盆底結(jié)締組織的結(jié)構(gòu)及生化代謝異常，如Ⅰ/Ⅲ型膠原蛋白比例失調(diào)、膠原的合成和分解不平衡等，將減弱盆底的支撐作用，從而導(dǎo)致POP[3]。結(jié)締組織中的細胞外基質(zhì)由膠原蛋白和彈性蛋白等蛋白質(zhì)組成，維持陰道及其周圍組織的生物力學(xué)性質(zhì)，而這種基質(zhì)主要是由人陰道成纖維細胞合成并分泌。同時，人陰道成纖維細胞還可以通過分泌基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）及金屬蛋白酶組織抑制物（tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMPs）來重塑細胞外基質(zhì)[4]。因此，人陰道成纖維細胞增殖和功能的改變可能會影響陰道內(nèi)細胞外基質(zhì)的周轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致POP。人陰道成纖維細胞的功能強弱與其自身的增殖能力和凋亡、衰老狀態(tài)有關(guān)。研究表明，POP 的發(fā)病率隨著年齡的增長而增加，研究者們對氧化應(yīng)激（oxidative stress）、線粒體功能障礙、內(nèi)在衰老過程及蛋白質(zhì)失衡等機制進行了深入探索，提高了對盆腔組織中人陰道成纖維細胞衰老的分子機制的認識[5]，而人陰道成纖維細胞的增殖能力下降和凋亡增加同樣也參與了POP 的病理過程[6-7]?？梢姡岁幍莱衫w維細胞在POP 的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)對誘導(dǎo)人陰道成纖維細胞功能紊亂的分子機制及其在POP 疾病發(fā)展中的作用進行綜述。

1 人陰道成纖維細胞概述

人陰道成纖維細胞在POP 和尿失禁的病理學(xué)發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。人陰道成纖維細胞能夠持續(xù)合成并分泌大量的膠原蛋白和細胞外基質(zhì)前體物質(zhì)，以維持結(jié)締組織的結(jié)構(gòu)完整性。當(dāng)外部拉伸負荷施加于組織時，人陰道成纖維細胞可以感知其環(huán)境的機械特性，并通過細胞骨架重塑主動響應(yīng)機械刺激。細胞骨架不僅能維持細胞的結(jié)構(gòu)和形狀，還能傳遞機械信號，參與細胞增殖、凋亡和遷移等多種生物學(xué)過程。研究表明，人陰道成纖維細胞分泌的小胞外囊泡可通過改變成纖維細胞生成膠原蛋白、遷移及增殖的能力，對女性應(yīng)激性尿失禁起到抑制作用[8]。伴隨著成纖維細胞形態(tài)、細胞骨架結(jié)構(gòu)和細胞功能的改變，組織不斷重塑和拉長，最終會導(dǎo)致POP 的發(fā)生和發(fā)展。目前，針對POP 的實驗室研究多集中在細胞外基質(zhì)，如組織中膠原含量變化方面，而對產(chǎn)生這些膠原的人陰道成纖維細胞的功能變化的研究相對較少。

1.1 膠原蛋白成纖維細胞能夠合成并分泌膠原蛋白。膠原蛋白廣泛存在于結(jié)締組織、肌腱、皮膚、骨骼和軟骨等組織中[9]。膠原蛋白家族成員眾多，包含29 種蛋白質(zhì)，但在骨盆結(jié)締組織中，最具代表性的是Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白。這兩種膠原蛋白負責(zé)盆底支撐結(jié)構(gòu)的完整性和正常功能。Ⅰ型膠原蛋白是最豐富的膠原蛋白類型，具有高拉伸能力，其在加強骨盆結(jié)構(gòu)方面起著重要作用。而Ⅲ型膠原蛋白常與彈性蛋白一起負責(zé)組織的靈活性和柔韌性。盆腔結(jié)締組織中膠原蛋白占總蛋白的百分比以及Ⅰ型/Ⅲ型膠原蛋白比例，對盆腔支撐結(jié)構(gòu)的完整性具有顯著影響。因此，膠原蛋白功能障礙或Ⅰ型/Ⅲ型膠原蛋白比例異常，最終都會破壞盆腔組織的強度、彈性以及松弛能力。

MMPs 和TIMPs 是兩種調(diào)節(jié)膠原蛋白代謝和細胞外基質(zhì)周轉(zhuǎn)的關(guān)鍵酶。MMPs 屬于細胞外基質(zhì)蛋白家族，是一組可以降解所有細胞外基質(zhì)蛋白的蛋白水解酶。但是，有些蛋白成員是可以在細胞內(nèi)表達的，尤其是MMP-1、MMP-2 和MMP-11[10]。MMPs 通常以酶原或前基質(zhì)金屬蛋白酶的形式存在于細胞中，其激活依賴于鈣和鋅，可被多種蛋白水解酶裂解前肽結(jié)構(gòu)域改變其構(gòu)象[11]。MMPs 在成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、巨噬細胞、單核細胞和中性粒細胞中均有表達。其濃度通常保持恒定，這一動態(tài)平衡由激素、細胞因子、生長因子、紫外線輻射和細胞相互作用所介導(dǎo)。研究表明，腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素-1（interleukin-1，IL-1）和IL-6等細胞因子以及轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）[12]、血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）及表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）等能夠促進MMPs 的表達。IL-4、皮質(zhì)類固醇、肝素和維甲酸等因子則可以抑制MMPs 的表達。TIMPs 可以平衡MMPs 的作用，TIMPs 與MMPs結(jié)合形成復(fù)合物，抑制MMPs 與其底物的相互作用，并降低其活性，從而抑制膠原蛋白降解過程，減少其他細胞外基質(zhì)蛋白的破壞[10]。

1.2 彈性蛋白成纖維細胞同樣可以合成并分泌彈性蛋白。彈性纖維是除膠原蛋白之外骨盆支撐結(jié)構(gòu)的另一個重要組成部分，其賦予盆腔組織較高的拉伸能力和被動反沖能力。彈性蛋白和微纖維是彈性纖維的關(guān)鍵組成成分。彈性蛋白的合成是一個復(fù)雜的過程，包含多個精確的步驟。原彈性蛋白（tropoelastin，TE）是一種單體彈性蛋白前體，由平滑肌細胞和成纖維細胞分泌。TE 單體相互結(jié)合形成聚合物，沉積在微纖維表面[13]。在形成聚合物的過程中，首先，TE 單體相互作用并形成小聚合物。而后，衰老關(guān)鍵蛋白4（fibulin 4，F(xiàn)BLN4）和FBLN5 進一步促進上述小聚合物之間的相互作用，進而形成更大的聚合物，最終在微纖維上定位沉淀[14]。此時，一些微纖維元件（微纖維蛋白-1/2 以及微纖維相關(guān)糖蛋白）會使TE 聚合物重新排列，發(fā)生新的交聯(lián)過程，從而形成成熟的彈性纖維。上述過程即為彈性纖維的組裝過程，未經(jīng)有效組裝的彈性纖維無法執(zhí)行正常的生理功能。這一組裝機制目前尚未完全明確，但研究已表明FBLN 和脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）在彈性纖維的組裝中起關(guān)鍵作用，F(xiàn)BLN5 作為整合素（αvβ3、αvβ5 和α9β1）的配體，促進細胞與彈性纖維之間的連接[15]。LOX 參與催化該聚合過程。LOX 和LOX 樣蛋白1～4 由5 個基因編碼。因此，編碼過程受到干擾或正常LOX、類賴氨酰氧化酶（lysyl oxidase-like protein，LOXL）蛋白合成過程出現(xiàn)任何問題都可能導(dǎo)致彈性發(fā)生改變?？紤]到TE 是由幾種對氧化應(yīng)激敏感的氨基酸（賴氨酸、脯氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、精氨酸、酪氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸和纈氨酸）組成，因此任何氧化應(yīng)激引起的TE水平變化都可能通過改變彈性纖維的質(zhì)量來改變彈性發(fā)生過程。

2 人陰道成纖維細胞功能紊亂與POP

盡管POP 的發(fā)病機制目前還未明確，但已有研究表明，人陰道成纖維細胞功能紊亂參與POP 的病理過程。成纖維細胞功能紊亂相關(guān)表型涉及細胞增殖、衰老、氧化應(yīng)激、細胞外基質(zhì)沉積和重塑等多個方面。

2.1 細胞增殖在陰道中，人陰道成纖維細胞的增殖隨著年齡的增長而減少。Hung 等[16]發(fā)現(xiàn)，與Ⅰ型/Ⅲ型膠原蛋白比例降低的人陰道成纖維細胞相比，表現(xiàn)出Ⅰ型/Ⅲ型膠原蛋白比例增高的人陰道成纖維細胞具有更高的增殖率。因此，人陰道成纖維細胞增殖的減少可能會改變陰道內(nèi)細胞外基質(zhì)的膠原蛋白比例，最終導(dǎo)致POP 的發(fā)生。Gong 等[17]發(fā)現(xiàn)POP患者陰道壁固有層β-連環(huán)蛋白（β-catenin）減少可能是導(dǎo)致成纖維細胞數(shù)量減少和功能障礙的原因之一，β-catenin 可能通過影響成纖維細胞數(shù)量以及膠原的合成和代謝在POP 發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。

2.2 細胞衰老細胞衰老在形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)為細胞結(jié)構(gòu)的退行性變，在生理學(xué)上的表現(xiàn)為功能衰退與代謝速率低下。有許多與細胞衰老相關(guān)的表型，包括基因組不穩(wěn)定、端粒磨損、表觀遺傳改變、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡、線粒體功能障礙、細胞衰老和干細胞衰竭等。

2.2.1 氧化應(yīng)激 盆腔組織中常駐細胞的遺傳改變是衰老過程的主要標(biāo)志。DNA 的完整性和穩(wěn)定性不斷受到外源和內(nèi)源的威脅，如氧化應(yīng)激、自發(fā)水解反應(yīng)，導(dǎo)致各種遺傳損傷，包括DNA 復(fù)制錯誤、雙鏈斷裂和染色體畸變。氧化應(yīng)激是生物體活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成過多或抗氧化能力下降而引發(fā)的一系列反應(yīng)。衰老過程經(jīng)常與抗氧化系統(tǒng)受損有關(guān)。有研究報道，抗氧化基因編碼的核轉(zhuǎn)錄因子紅系2 相關(guān)因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）抵消了ROS 的生成，與正常小鼠相比，體內(nèi)缺乏Nrf2 的小鼠應(yīng)激性尿失禁的發(fā)生率和氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細胞凋亡增加[18]。此外，較高水平的Nrf2 減輕了機械創(chuàng)傷引起的陰道前壁異常。低水平的Nrf2 和過多的氧化應(yīng)激導(dǎo)致骨盆組織中成纖維細胞和Ⅰ型膠原蛋白的損失，這反過來削弱了骨盆支持組織的力量。

除了衰老引起的異常氧化還原信號，內(nèi)源性ROS還可以介導(dǎo)DNA 損傷，揭示了細胞衰老導(dǎo)致POP的另一種機制。晚期糖基化終產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）是非酶糖基化和氧化過程的產(chǎn)物，經(jīng)常在衰老過程中積累[19]。有研究發(fā)現(xiàn)，AGEs 在一些POP 患者中抑制人陰道成纖維細胞的增殖，降低膠原蛋白的表達水平，同時增加MMPs 的表達水平[6]。人陰道成纖維細胞經(jīng)AGEs 處理后，MMPs 表達增加，TIMPs 表達降低，導(dǎo)致Ⅰ型膠原蛋白和彈性蛋白快速降解，減弱組織的支持作用。在衰老的盆腔組織中，AGEs 受體、p38 絲裂原激活的蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK）和核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信號通路通過抑制膠原合成、上調(diào)MMP-1 表達，介導(dǎo)AGEs 對POP 患者成纖維細胞的影響[20]。因此，上述研究提示，在細胞衰老過程中，不平衡的ROS/氧化應(yīng)激系統(tǒng)可能誘導(dǎo)AGEs 積累，抑制Nrf2 信號通路，從而通過各種分子途徑抑制膠原蛋白和彈性蛋白的合成。

2.2.2 線粒體功能障礙 線粒體功能障礙和呼吸鏈活性下降是許多類型組織衰老的主要特征，如皮膚和神經(jīng)組織。線粒體融合蛋白2（mitofusion 2，MFN2）定位于線粒體外膜[21]，調(diào)節(jié)線粒體融合，也可定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[22]，介導(dǎo)線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間的融合。有研究表明，MFN2 在老年P(guān)OP 患者陰道成纖維細胞中的表達水平顯著升高，雌二醇可通過抑制MFN2 的表達而促進人陰道成纖維細胞的增殖和膠原蛋白的表達，抑制POP 進展[23]。

2.2.3 蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡 蛋白質(zhì)合成受損和蛋白質(zhì)代謝失調(diào)與POP 密切相關(guān)。蛋白質(zhì)通過一種有序的機制進行調(diào)節(jié)，以保持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性和功能性，這一過程被稱為蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。細胞衰老過程中不穩(wěn)定的蛋白水解系統(tǒng)導(dǎo)致蛋白酶體減少。老年P(guān)OP 患者的蛋白穩(wěn)態(tài)失衡表現(xiàn)為雌激素顯著降低[24]。絕經(jīng)后POP 患者的雌激素治療可通過調(diào)節(jié)骨形態(tài)發(fā)生蛋白-1（bone morphogenetic protein-1，BMP-1）和MMPs/TIMPs 復(fù)合物來增強膠原蛋白和彈性蛋白的表達，從而改善細胞外基質(zhì)，進而保護成纖維細胞和支持性膠原蛋白[25]。在老年P(guān)OP 患者中，雌激素治療后MMP-1/2/3 表達減少，TIMP1/4 表達增加[25]。局部雌激素治療的研究表明，盆腔組織環(huán)境中的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)在衰老過程中起著重要作用，包括BMP-1、MMPs/TIMPs 和前膠原蛋白/膠原蛋白之間的平衡[25]。可見，雌激素可以平衡蛋白質(zhì)水平，加強陰道細胞外基質(zhì)的支撐作用。

2.3 細胞外基質(zhì)的代謝人陰道成纖維細胞分泌的膠原蛋白和彈性蛋白是細胞外基質(zhì)的基本組成成分，為盆底提供力量和靈活性。盆底結(jié)締組織中細胞外基質(zhì)代謝改變，包括合成代謝減少和分解代謝增加，是POP 的主要致病機制。

2.3.1 細胞外基質(zhì)合成代謝減少 研究表明，TGFβ1 的mRNA 和蛋白表達水平降低與POP 的嚴重程度相關(guān)，TGF-β1 預(yù)處理可激活TGF-β1/Smad 信號通路，從而減少細胞外基質(zhì)的降解，提示TGF-β1 下調(diào)阻礙膠原蛋白合成，干擾細胞外基質(zhì)代謝，最終影響POP 的發(fā)生和發(fā)展[26]。此外，同源框基因A11（HOXA11）是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，是平衡膠原蛋白代謝的關(guān)鍵，HOXA11 表達下調(diào)后，MMPs 的表達水平升高，TIMPs 的表達水平下降，進而增加細胞外基質(zhì)的降解，這表明HOXA11 缺失破壞了膠原蛋白代謝的平衡，最終導(dǎo)致POP[27]。以上研究表明，HOXA11和TGF-β1 對膠原蛋白和MMPs 表達的影響具有協(xié)同作用，這兩種信號介質(zhì)在細胞外基質(zhì)的代謝中具有重要作用。膠原蛋白的穩(wěn)定周轉(zhuǎn)對于維持骨盆結(jié)締組織的機械強度是必要的。彈性纖維由于其彈性和反沖特性，能夠維持盆腔器官和陰道結(jié)構(gòu)的完整性，以抵抗機械應(yīng)變[26]。POP 患者表現(xiàn)出彈性蛋白柔韌性減弱和彈性蛋白酶活性增加，因而破壞盆底的機械平衡。FBLN5 在彈性纖維合成中發(fā)揮重要作用。FBLN5 是彈性纖維組裝所需的整合素結(jié)合基質(zhì)細胞蛋白，其通過確保彈性纖維的正常組裝和抑制MMP-9 的活性來發(fā)揮雙重作用，以維持盆底生物力學(xué)的完整性并預(yù)防POP 的發(fā)生[28]。

2.3.2 細胞外基質(zhì)分解代謝增加 研究表明，MMP-2/9在POP 患者盆底組織中過表達[29]，而拮抗MMPs 作用的TIMPs 表達水平降低。因此，MMPs 和TIMPs 被認為是調(diào)控細胞外基質(zhì)降解的關(guān)鍵因素。MMPs 和TIMPs 之間的失衡可能嚴重改變盆腔結(jié)締組織的質(zhì)量，從而引起POP 的發(fā)生[30]。與非POP 患者相比，POP 患者的骨盆支持結(jié)構(gòu)的膠原蛋白水平并不低，POP 發(fā)病的分子機制實際上是膠原蛋白代謝過程中的降解速率超過了其合成速率[31-32]。Chen 等[33]對盆底功能障礙女性患者的陰道組織中各種彈性蛋白酶的表達水平進行比較，發(fā)現(xiàn)彈性蛋白代謝的增加可能會改變支撐組織的力學(xué)特性。隨后的一項研究表明，增加彈性蛋白酶的表達會導(dǎo)致彈性纖維斷裂，盆底結(jié)構(gòu)完整性被破壞，增加POP 的發(fā)病風(fēng)險[34]。總之，細胞外基質(zhì)的分解代謝增加也是導(dǎo)致POP 發(fā)病的關(guān)鍵因素。

3 結(jié)語與展望

人陰道成纖維細胞功能紊亂參與POP 的病理過程，其功能紊亂涉及細胞增殖、細胞衰老以及細胞外基質(zhì)的代謝等方面。POP 的發(fā)病率隨著女性年齡的增長而升高，細胞衰老相關(guān)的氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡可能與老年P(guān)OP 的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。盡管目前對POP 發(fā)生的相關(guān)分子機制研究已經(jīng)取得了較大進展，但仍存在許多問題尚未解決。因此，仍有必要對POP 進行更深入的研究，以期為臨床預(yù)防和治療POP 疾病提供關(guān)鍵線索和切實有效的理論依據(jù)。在未來的研究中，進一步深入探索人陰道成纖維細胞功能紊亂在POP 發(fā)生、發(fā)展中的具體作用，可為揭示POP 發(fā)生的分子機制提供新的思路和見解。