胚胎著床過程中MMPs對(duì)子宮內(nèi)膜重塑的作用研究進(jìn)展

廖海艷

(湖南第一師范學(xué)院,湖南長沙 410125)

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胚胎著床過程中MMPs對(duì)子宮內(nèi)膜重塑的作用研究進(jìn)展

廖海艷

(湖南第一師范學(xué)院,湖南長沙 410125)

摘要胚胎著床是一種細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移的正常生理過程，涉及細(xì)胞外基質(zhì)的降解和重塑、胎盤絨毛血管的發(fā)生、子宮螺旋動(dòng)脈的重建等，在基質(zhì)金屬蛋白酶、組織金屬蛋白酶抑制劑以及其他許多因子的調(diào)控下，對(duì)子宮內(nèi)膜細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行有序地降解和重塑。對(duì)MMPs參與胚胎著床中子宮內(nèi)膜重塑過程中的作用及其引起細(xì)胞外基質(zhì)的變化情況進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞胚胎著床；細(xì)胞外基質(zhì)；降解和重塑；侵襲和轉(zhuǎn)移；基質(zhì)金屬蛋白酶

在子宮內(nèi)膜周期變化、胚胎附植、炎癥以及腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的過程中均會(huì)發(fā)生細(xì)胞外基質(zhì)的破壞與重塑。在這些生理過程中，基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinases, MMPs)是引起細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular matrix，ECM)發(fā)生變化的直接作用酶類。在胚胎著床過程中，子宮內(nèi)膜細(xì)胞外基質(zhì)從破壞到重建過程都受到精密調(diào)控，了解MMPs在這個(gè)過程中所起的作用及其引起細(xì)胞外基質(zhì)的變化情況，可為其他類型的細(xì)胞外基質(zhì)的破壞和重塑的調(diào)控提供基本方向。筆者對(duì)MMPs參與胚胎著床中子宮內(nèi)膜重塑這一正常生理過程中的作用及其引起細(xì)胞外基質(zhì)的變化情況進(jìn)行了綜述。

1MMPs的種類

基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)是一個(gè)含有Zn2+、其活性程度與Ca2+濃度密切相關(guān)的蛋白水解酶家族，其結(jié)構(gòu)具有高度同源性，在人體中已分離鑒別出23個(gè)成員。MMPs主要來源于人體巨噬細(xì)胞、免疫細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、泡沫細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞等。它們的大小和底物不盡相同，但都含有信號(hào)肽、前肽、催化區(qū)和C末端等4個(gè)結(jié)構(gòu)域。根據(jù)作用底物的不同和片段的同源性，可將MMPs分為膠原酶、明膠酶、基質(zhì)溶解素、基質(zhì)降解素、furin活化MMP和其他分泌型MMP等6大類。

2MMPs的活性調(diào)節(jié)

MMPs的活性調(diào)節(jié)一般在3個(gè)水平上：基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)、無活性酶前體的激活調(diào)節(jié)以及內(nèi)源性抑制調(diào)節(jié)。在基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)上，多種生長因子、激素、細(xì)胞因子、癌基因和致癌劑均可影響其表達(dá)，如白介素-1β(IL-1β)、白介素-12(IL-12)、血小板源性生長因子(PDGF)、表皮生長因子(EGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)、轉(zhuǎn)化生長因子α(TGF-α)、腫瘤壞死因子(TNF-α)等均上調(diào)MMPs的表達(dá)，而轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)、γ干擾素(IFN-γ)、類固醇激素和視黃醇則下調(diào)MMPs的表達(dá)[1-4]。在無活性酶前體激活調(diào)節(jié)方面，可溶性MMPs(如明膠酶、膠原酶和基質(zhì)溶解素)都是以無活性的酶原形式分泌, 在細(xì)胞間質(zhì)內(nèi)去除N-端結(jié)構(gòu)域后才被激活，并具有蛋白水解酶活性。MMPs之間可相互作用或與其他蛋白酶(如纖維蛋白溶酶)作用,發(fā)生激活級(jí)聯(lián)反應(yīng)。在內(nèi)源性抑制調(diào)節(jié)方面，組織金屬蛋白酶抑制劑(Tissue inhibitor of matrix metalloproteinases, TIMPs) 以共價(jià)鍵的形式與MMPs相結(jié)合成生成1∶1復(fù)合體，表現(xiàn)出特異性抑制MMPs的活性。TIMPs由多基因家族成員組成，主要來自巨噬細(xì)胞和結(jié)締組織細(xì)胞，在體內(nèi)廣泛分布。目前已報(bào)道的有TIMPs-1、TIMPs-2、TIMPs-3和TIMPs-4共4種，每種TIMPs都可以與幾種MMPs以共價(jià)鍵形式生成1∶1復(fù)合物,具有專一抑制MMPs活性的作用。TIMP-1幾乎對(duì)所有膠原酶的活性均有抑制作用[5],MMP-2與TIMP-2的比例發(fā)生失調(diào)時(shí)則影響滋養(yǎng)細(xì)胞的浸潤能力[6]，TIMP-4則具有抑制腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移的作用[7-8]。

3MMPs與胚胎著床過程中ECM的降解

胚胎著床是胚胎滋養(yǎng)層細(xì)胞與母體子宮內(nèi)膜細(xì)胞之間相互作用的過程，包括胚胎與子宮內(nèi)膜的黏附、滋養(yǎng)層細(xì)胞侵入子宮內(nèi)膜細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)以及著床部位ECM的降解等過程。生理性ECM 降解過程受到嚴(yán)格調(diào)控，其降解過程有賴于MMPs/TIMPs的動(dòng)態(tài)平衡。子宮內(nèi)膜和滋養(yǎng)層細(xì)胞產(chǎn)生的MMPs通過降解子宮內(nèi)膜細(xì)胞外基質(zhì)，促進(jìn)滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵入，而TIMPs則通過抑制MMPs的活性間接抑制滋養(yǎng)細(xì)胞的侵入，防止ECM的過度降解。TIMPs還可參與ECM 的更新與重塑，從而對(duì)內(nèi)膜的修復(fù)與生長起輔助作用。在MMPs和TIMPs的共同調(diào)控下，使得滋養(yǎng)細(xì)胞只能侵入蛻膜層，完成胚胎植入過程。若二者表達(dá)失衡則可能造成ECM降解受阻或過分降解，從而使滋養(yǎng)層細(xì)胞侵入子宮內(nèi)膜失敗或過度侵入，最終影響胚胎的植入。Ping X等[9]研究表明MMP-9蛋白在子宮內(nèi)膜腺上皮細(xì)胞、腔上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)水平較高，有利于子宮內(nèi)膜細(xì)胞外基質(zhì)的降解，使細(xì)胞間連接疏松，便于絨毛滋養(yǎng)層細(xì)胞穿透母體子宮內(nèi)膜；同時(shí)，有些MMPs可被其他 MMPs家族成員(如MMP- 2、MMP-3、MMP-7)激活后發(fā)揮生物學(xué)作用[10]。Yang P F等[11]研究發(fā)現(xiàn)在早孕期滋養(yǎng)細(xì)胞中均有MMP-2和MMP-9的表達(dá)，說明二者均參與了滋養(yǎng)細(xì)胞浸潤,但不同時(shí)期內(nèi)它們?cè)谠缭凶甜B(yǎng)細(xì)胞中的表達(dá)不同，孕9周前主要是MMP-2，而孕9周以后是MMP-9[12]。在人類胎盤形成過程中，早孕期滋養(yǎng)細(xì)胞侵入子宮內(nèi)膜的過程類似于惡性腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移的過程，不同點(diǎn)是滋養(yǎng)細(xì)胞的浸潤過程是受到調(diào)控的[13]。在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移過程中，MMP-2有利于腫瘤細(xì)胞的遷移，是腫瘤浸潤轉(zhuǎn)移的生化基礎(chǔ)[14]。MMP-2表達(dá)水平高的癌細(xì)胞在侵襲和轉(zhuǎn)移過程中突破各種屏障的能力也較高。丁峰等[15]研究發(fā)現(xiàn)早孕期TIMP-2與MMP-2的表達(dá)與滋養(yǎng)細(xì)胞的侵潤活性成正比，可以推測滋養(yǎng)層細(xì)胞在浸潤時(shí)可能也是MMP-2起主導(dǎo)侵襲和轉(zhuǎn)移的作用。

4MMPs與著床后ECM的重塑

滋養(yǎng)層細(xì)胞對(duì)子宮內(nèi)膜的浸潤，首先表現(xiàn)為ECM的降解。胚胎成功植入后，與胚胎接觸的子宮內(nèi)膜基質(zhì)發(fā)生蛻膜反應(yīng)(Decidualization)，并在子宮內(nèi)膜上形成植入小室(Implantation chamber)，滋養(yǎng)細(xì)胞的侵入僅限于子宮內(nèi)膜及肌層的淺層1/3，且侵入行為中止于妊娠中期。整個(gè)妊娠期間，蛻膜始終存在。隨著滋養(yǎng)細(xì)胞侵入子宮螺旋血管，內(nèi)膜基質(zhì)逐漸形成動(dòng)態(tài)平衡，有研究表明MMP-9在早孕后期發(fā)揮作用[16]。MMP-9(又稱明膠酶B)是一種Ⅳ型膠原酶，可以降解ECM及子宮內(nèi)膜基底膜的不同成分，被認(rèn)為是滋養(yǎng)層細(xì)胞浸潤的限速酶。TIMP-1可以等量與活化的MMP-9結(jié)合，參與ECM的降解調(diào)節(jié)。當(dāng)TIMP-1與MMP-9 的比值保持穩(wěn)定，才能保證ECM 的新陳代謝正常進(jìn)行。龐戰(zhàn)軍等[17]研究發(fā)現(xiàn)在正常增生期子宮內(nèi)膜中MMP-9和TIMP-1低表達(dá)，而在分泌期的子宮內(nèi)膜高表達(dá)。TIMP-1mRNA的高表達(dá)抑制了MMPs的作用，避免子宮內(nèi)膜細(xì)胞外基質(zhì)受到過度降解，防止滋養(yǎng)細(xì)胞過度浸潤，以保證妊娠的順利進(jìn)行。其中，MMP-2在早孕晚期的低表達(dá)可能是導(dǎo)致侵襲穩(wěn)定的直接因素[18]。王晗等[19]研究表明調(diào)節(jié)MMP-2的控制因素能直接影響胚胎侵入子宮內(nèi)膜程度。胚胎在著床后在侵入子宮內(nèi)膜一定程度后在正常生理?xiàng)l件下會(huì)自動(dòng)停止深度侵入，其中MMPs是如何相互激活又是如何平衡的則有待進(jìn)一步研究，這對(duì)于探索在MMPs層面抑制腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移具有重大意義[20-21]。滋養(yǎng)層的侵襲特性使其可能成為研究腫瘤浸潤轉(zhuǎn)移的生理性模型，研究滋養(yǎng)層有節(jié)制侵入的調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)于揭示腫瘤浸潤轉(zhuǎn)移的機(jī)理可提供參考。

不同MMP間具有一定的底物特異性，但這并非絕對(duì)。同種MMP可降解多種ECM成分，而某一種ECM成分又可被幾種MMP降解，但不同酶的降解效率不同。在細(xì)胞外基質(zhì)降解過程中，理論上無需每一種MMP都參加，只需其中幾種，或與其他類蛋白水解酶有機(jī)搭配便可降解所有ECM成分。在正常生理過程中，MMPS對(duì)ECM的降解作用都是通用并且可控的，只在病理?xiàng)l件下才會(huì)失控。但是，在不同生理過程中基質(zhì)金屬蛋白酶參與的種類和它們發(fā)生作用的順序是不同的，研究不同生理過程中MMPs參與種類和作用順序以及細(xì)胞外基質(zhì)變化情況，并試圖建立標(biāo)準(zhǔn)模型和它們的調(diào)節(jié)因素表對(duì)于糾正病理過程十分重要。

5小結(jié)

胚胎著床是胚胎侵入子宮內(nèi)膜過程，是在許多因素參與下受到精密調(diào)控的過程,其中MMPs活性的調(diào)節(jié)在胎盤發(fā)育過程中起到非常重要的作用，其活性水平的高低與子宮內(nèi)膜的重塑過程密切相關(guān)。深入研究MMPs的活性調(diào)節(jié)機(jī)制將為胚胎黏附和侵入子宮內(nèi)膜的生物學(xué)行為提供理論依據(jù)，為解決動(dòng)物胚胎著床率低、流產(chǎn)率高、胎盤異常發(fā)育等問題奠定理論基礎(chǔ)。同時(shí)，調(diào)節(jié)或檢測MMPs可為診治子宮內(nèi)膜異位癥等病理性妊娠提供新途徑。

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Research Advances in Remodeling Endometrium by Matrix Metalloproteinases in the Process of Embryo Implantation

LIAO Hai-yan (Hunan First Normal College , Changsha, Hunan 410125)

AbstractEmbryo implantation is a normal physiology process of cell invasion and metastasis, which involves the degradation and remodeling of extracellular matrix, development of intraplacental villous vessel, rebuilding of uterine spiral arteries and etc. The extracellular matrix of endometrial is degraded and rebuilt orderly under the regulation of matrix metalloproteinases, tissue inhibitor of matrix metalloproteinase and other factors. The function of MMPs in remodeling endometrium in the process of embryo implantation and the change of extracellular matrix were reviewed.

Key wordsEmbryo implantation; Extracellular matrix; Degradation and remodeling; Invasion and metastasis; Matrix metalloproteinases

收稿日期2015-12-07

作者簡介廖海艷(1974- )，女，湖南邵陽人，副教授，碩士，從事分子生物學(xué)方面的研究。

基金項(xiàng)目湖南省教育廳科研項(xiàng)目(10C0529)。

中圖分類號(hào)Q 132

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2015)36-086-02