自噬與早產(chǎn)*

唐瓊, 黎靜

南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院婦產(chǎn)科(廣東廣州 510515)

早產(chǎn)(preterm birth，PTB)是指妊娠滿28 周至不足37 周間分娩者。早產(chǎn)是全球圍生兒并發(fā)癥與死亡的首要原因，也是5 歲以下兒童死亡的第一大原因[1]。據(jù)報(bào)道目前世界各國早產(chǎn)發(fā)生率各不同，發(fā)生率波動(dòng)在5%～18%，雖然不同國家的早產(chǎn)發(fā)生率增長的幅度不同，但整體呈現(xiàn)上升趨勢[2]。鑒于早產(chǎn)問題的重要性和緊迫性，其病因和發(fā)病機(jī)制一直是圍產(chǎn)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是亟待解決的難題。近年來，研究發(fā)現(xiàn)與早產(chǎn)相關(guān)的發(fā)病機(jī)制主要有：感染、應(yīng)激等引起的炎癥、激素分泌紊亂以及細(xì)胞組織衰老等機(jī)制，但大多數(shù)多學(xué)者更傾向認(rèn)為早產(chǎn)是一種病理綜合征[3]。細(xì)胞自噬是細(xì)胞程序性死亡的一種類型，是真核生物細(xì)胞中高度保守的重要代謝途徑,是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要過程之一。近年來發(fā)現(xiàn)自噬在人類胎盤的生成及發(fā)育中發(fā)揮重要作用，目前研究證實(shí)，細(xì)胞自噬與病理妊娠有關(guān)，自噬異常可導(dǎo)致滋養(yǎng)細(xì)胞增殖、分化、凋亡和自噬等生物學(xué)行為異常，破壞母胎界面平衡紊亂，從而導(dǎo)致早產(chǎn)、子癇前期和胎兒生長受限等不良妊娠并發(fā)癥[4-6]。本文就細(xì)胞自噬的概念及功能、胎盤細(xì)胞自噬水平改變與早產(chǎn)的關(guān)系，以及細(xì)胞自噬通過何種機(jī)制導(dǎo)致早產(chǎn)的研究現(xiàn)狀予以簡要綜述。

1 細(xì)胞自噬的概念及功能

細(xì)胞自噬是真核生物細(xì)胞中高度保守的重要代謝途徑，也是細(xì)胞及機(jī)體的一種防御保護(hù)機(jī)制，通過分解對機(jī)體有害或無用的物質(zhì)，釋放氨基酸、單糖以及脂肪酸等小分子物質(zhì)，供機(jī)體再次合成有用的大分子物質(zhì)和能量，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)物質(zhì)循環(huán)利用，從而促進(jìn)機(jī)體在營養(yǎng)缺乏、缺氧、應(yīng)激等狀態(tài)下維持細(xì)胞及機(jī)體的穩(wěn)態(tài)[7]。近年來研究表明細(xì)胞自噬失調(diào)參與多種代謝性疾病、神經(jīng)退行性病變、癌癥及感染性疾病等疾病的發(fā)生發(fā)展，并且認(rèn)為細(xì)胞自噬可能是預(yù)防及治療相關(guān)疾病的一個(gè)潛在靶點(diǎn)，為治療和預(yù)防提供了新的方向[8]。細(xì)胞自噬方式多種多樣，目前研究相對透徹的細(xì)胞自噬方式主要有3種[9]：(1)微自噬：是指機(jī)體內(nèi)有害或多余的物質(zhì)被溶酶體或液泡內(nèi)膜直接包裹，進(jìn)而被降解成小分子物質(zhì)的過程；(2)分子伴侶自噬：是指機(jī)體內(nèi)底物與分子伴侶結(jié)合后被轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體內(nèi)被分解釋放的過程；(3)宏自噬：是指在細(xì)胞自噬激活后首先形成一個(gè)雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬小體，隨后溶酶體膜與自噬小體外膜融合，在溶酶體內(nèi)自噬體內(nèi)膜和包裹在自噬小體內(nèi)的底物被溶酶體酶消化分解的過程。在妊娠過程中，細(xì)胞自噬可通過循環(huán)利用營養(yǎng)物質(zhì)以實(shí)現(xiàn)胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞在低氧及“饑餓”的狀態(tài)下正常發(fā)育[10]。在生理?xiàng)l件下，微自噬、分子伴侶自噬、宏自噬處于基線水平，基線水平的細(xì)胞自噬可避免有害物質(zhì)在體內(nèi)累積，避免機(jī)體結(jié)構(gòu)或功能受損，同時(shí)為機(jī)體反復(fù)提供營養(yǎng)物質(zhì)及能量，使細(xì)胞在生長或環(huán)境改變導(dǎo)致的應(yīng)激和壓力條件下獲得生存優(yōu)勢，從而促進(jìn)機(jī)體穩(wěn)態(tài)的維持。

2 細(xì)胞自噬抑制與早產(chǎn)相關(guān)病理機(jī)制

2.1 細(xì)胞自噬抑制通過促進(jìn)炎癥導(dǎo)致早產(chǎn)發(fā)生 胎盤胎膜局部炎癥可誘發(fā)早產(chǎn)發(fā)生是目前一個(gè)被比較認(rèn)可的早產(chǎn)發(fā)病機(jī)制[3]，其中炎癥分為有菌性炎癥和無菌性炎癥，有菌性炎癥導(dǎo)致早產(chǎn)是被全球認(rèn)可的理論，但關(guān)于無菌性炎癥誘發(fā)早產(chǎn)這一理論仍處于探索中。同時(shí),研究發(fā)現(xiàn)自噬與機(jī)體免疫功能及抗感染能力密切相關(guān)，生理狀態(tài)下基線水平的細(xì)胞自噬可抵御和清除外界入侵的病毒、細(xì)菌和真菌等病原體[11]。目前研究人員通過研究細(xì)胞自噬相關(guān)基因及蛋白表達(dá)水平來探討細(xì)胞自噬水平與早產(chǎn)之間關(guān)系[12]。

目前研究認(rèn)為早產(chǎn)與細(xì)胞自噬抑制和炎癥因子以及炎癥反應(yīng)機(jī)制有關(guān)。Liassides等[13]通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)細(xì)胞自噬可通過影響炎癥細(xì)胞的發(fā)育及功能，抑制炎癥反應(yīng)過度激活從而影響早產(chǎn)的觸發(fā)。Agrawal等[14]在兩種早產(chǎn)小鼠模型組，即炎癥誘導(dǎo)發(fā)生早產(chǎn)的小鼠組和非炎癥誘導(dǎo)發(fā)生早產(chǎn)的小鼠組的子宮和胎盤中檢測與細(xì)胞自噬相關(guān)蛋白，研究發(fā)現(xiàn)在炎癥誘導(dǎo)發(fā)生早產(chǎn)的小鼠的子宮和胎盤組織中細(xì)胞自噬相關(guān)基因Atg4 mRNA和Atg7 mRNA表達(dá)水平均顯著降低，免疫組織化學(xué)分析也證實(shí)Atg4和Atg7相關(guān)蛋白水平降低，且LC3B脂化減少導(dǎo)致LC3B累積，以及溶酶體相關(guān)膜蛋白LAMP-1、LAMP-2及溶酶體酶a2V的表達(dá)水平均比激素誘導(dǎo)的早產(chǎn)組低，同時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在炎癥誘導(dǎo)的早產(chǎn)小鼠的胎盤及子宮中，NF-κB、P65蛋白及腫瘤壞死因子均明顯升高。且有研究表明細(xì)胞自噬可能通過阻斷NF-κB通路的激活從而減炎癥反應(yīng)[15]。因此，細(xì)胞自噬抑制可通過特定的信號通路來誘發(fā)炎癥激活，而多種炎癥因子及炎癥反應(yīng)可以引起分娩發(fā)動(dòng)導(dǎo)致早產(chǎn)。

自噬抑制可能是誘發(fā)感染或促進(jìn)炎癥反應(yīng)的進(jìn)程從而引起早產(chǎn)的因素之一。Cao等[5]通過研究<32周發(fā)生的早產(chǎn)(早期早產(chǎn))、32～37周發(fā)生的早產(chǎn)(晚期早產(chǎn))、及足月分娩的孕婦的胎盤組織以及孕婦的感染指標(biāo)(白細(xì)胞計(jì)數(shù))，發(fā)現(xiàn)早期早產(chǎn)、晚期早產(chǎn)胎盤組織中beclin-1(參與細(xì)胞自噬起始)和ATG 7(參與自噬體膜延伸)的蛋白水平無明顯差異。但早、晚期早產(chǎn)胎盤組織中的ATG16L1平均水平明顯低于足月胎盤，說明早產(chǎn)的胎盤中細(xì)胞自噬水平較足月低，同時(shí)根據(jù)臨床數(shù)據(jù)觀察到早期早產(chǎn)的白細(xì)胞計(jì)數(shù)顯著高于晚期早產(chǎn)及足月分娩組的白細(xì)胞計(jì)數(shù)。因此推測細(xì)胞自噬水平降低可能導(dǎo)致胎盤發(fā)生感染或潛在性感染從而導(dǎo)致早產(chǎn)。同時(shí)Avagliano等[16]也發(fā)現(xiàn)，與沒有炎癥性病變的早產(chǎn)病例相比，具有組織學(xué)炎癥的早產(chǎn)病例中胎盤組織中的自噬標(biāo)記物L(fēng)C3表達(dá)顯著降低，表明了自噬水平降低可能引起感染或促進(jìn)炎癥反應(yīng)的進(jìn)程從而誘發(fā)早產(chǎn)。

因此可以認(rèn)為細(xì)胞自噬是一種抗炎反應(yīng)，可能通過清除炎癥觸發(fā)因子或者影響免疫細(xì)胞的發(fā)育及免疫因子的分泌而增強(qiáng)機(jī)體抵抗外來病原體侵襲感染的方式來抑制炎癥發(fā)生，進(jìn)而維持妊娠。當(dāng)細(xì)胞自噬受到抑制時(shí)，這一保護(hù)機(jī)制將被破壞從而觸發(fā)分娩導(dǎo)致早產(chǎn)。

2.2 細(xì)胞自噬抑制促進(jìn)細(xì)胞衰老導(dǎo)致早產(chǎn)發(fā)生 細(xì)胞衰老是一個(gè)細(xì)胞進(jìn)入持久的生長停滯狀態(tài)的過程，大部分由線粒體功能決定，是一種重要的抑制癌癥發(fā)生的機(jī)制，也是機(jī)體抵抗衰老的一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素[17]。研究發(fā)現(xiàn)胎膜老化可能是自然分娩的發(fā)動(dòng)機(jī)制之一[18]；且胎盤組織及生殖系統(tǒng)的衰老可導(dǎo)致早產(chǎn)[19]。而細(xì)胞衰老與細(xì)胞自噬存在密切聯(lián)系，甚至有學(xué)者提出細(xì)胞自噬的重新建立可以逆轉(zhuǎn)衰老[20]。

Hirota等[21]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)mTORC 1信號表達(dá)可加速蛻膜衰老從而導(dǎo)致早產(chǎn)，而mTOR通路是抑制細(xì)胞自噬活動(dòng)的信號通路之一[22]；另外， Manna等[23]認(rèn)為氧化應(yīng)激在細(xì)胞衰老中起著關(guān)鍵作用，過度的氧化應(yīng)激會導(dǎo)致細(xì)胞衰老和線粒體功能紊亂，進(jìn)而引起胎盤組織過早老化;同時(shí)高水平的ROS、細(xì)胞自噬抑制、線粒體功能損害三者之間相互影響，形成惡性循環(huán)可促進(jìn)蛻膜細(xì)胞衰老，導(dǎo)致蛻膜生理功能損害及產(chǎn)生細(xì)胞衰老相關(guān)分泌表型因子(SASP),從而促進(jìn)分娩發(fā)動(dòng)[24]。

因此我們可以推測細(xì)胞自噬抑制、細(xì)胞衰老、早產(chǎn)三者存在一定聯(lián)系，胎盤細(xì)胞自噬水平降低可引起細(xì)胞內(nèi)線粒體功能喪失，導(dǎo)致細(xì)胞能量供應(yīng)不足加速細(xì)胞衰老，而衰老的細(xì)胞可能通過無菌性炎癥、胎盤抵抗外界病原體侵襲感染的能力降低或其他尚未被發(fā)現(xiàn)的機(jī)制從而導(dǎo)致早產(chǎn)。

2.3 細(xì)胞自噬抑制通過抑制孕激素合成及分泌導(dǎo)致早產(chǎn)發(fā)生 孕激素撤退是早產(chǎn)的一個(gè)重要發(fā)病機(jī)制，臨床上使用孕激素保胎是治療先兆早產(chǎn)的一個(gè)重要措施，但孕激素如何發(fā)揮保胎作用的機(jī)制尚未清楚，目前認(rèn)為孕激素是子宮平滑肌的一個(gè)靜止因子，可抑制子宮收縮來發(fā)揮保胎作用，同時(shí)動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)孕激素在妊娠晚期通過免疫調(diào)節(jié)作用，在母體-胎兒界面和子宮中發(fā)揮抑制炎癥的作用[25]。影響孕激素分泌的因素眾多，如下丘腦、垂體、卵巢的功能、機(jī)體營養(yǎng)狀態(tài)及胎盤的功能等，但其具體機(jī)制仍處于探索階段，有研究表明細(xì)胞自噬活動(dòng)可影響孕激素分泌。

通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)條件性敲除小鼠體內(nèi)的細(xì)胞自噬基因beclin-1可導(dǎo)致早產(chǎn)及流產(chǎn)發(fā)生，通過檢測發(fā)現(xiàn)該組中小鼠體內(nèi)Becline-1蛋白水平明顯下降，而P26水平增加，同時(shí)小鼠血液中的孕激素水平較對照組也明顯降低，反過來，在基因敲除后通過外界補(bǔ)充小鼠體內(nèi)孕激素可延長小鼠的孕周，改善妊娠結(jié)局[26]。同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)用于合成孕激素的膽固醇在基因敲除的小鼠中儲存量極少[27]。根據(jù)目前研究可知機(jī)體可通過脂噬(細(xì)胞自噬的一種特殊類型)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)脂肪循環(huán)[28]，從而為機(jī)體反復(fù)循環(huán)提供孕激素合成所需底物，可促進(jìn)孕激的合成。

因此我們認(rèn)為自噬活動(dòng)可以通過調(diào)節(jié)脂肪代謝水平來影響孕激素合成，發(fā)生細(xì)胞自噬抑制時(shí)，合成孕激素的底物減少從而導(dǎo)致孕激素水平降低。但目前關(guān)于細(xì)胞自噬如何影響孕激素合成的具體機(jī)制仍不清楚，需要進(jìn)一步探索。

3 細(xì)胞自噬導(dǎo)致早產(chǎn)的調(diào)控機(jī)制

細(xì)胞自噬被稱為Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡，與細(xì)胞凋亡(Ⅰ型程序性細(xì)胞死亡)存在一定聯(lián)系但又有所區(qū)別。線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)同為參與兩者發(fā)生的重要細(xì)胞器，但細(xì)胞凋亡是機(jī)體調(diào)控生長和維持穩(wěn)態(tài)而發(fā)生的細(xì)胞主動(dòng)死亡的過程，而細(xì)胞自噬是細(xì)胞消除和降解受損、變性及衰老的細(xì)胞器、變性蛋白與核酸等大分子過程，在一定程度上細(xì)胞自噬抑制細(xì)胞凋亡發(fā)生，但超過某一程度，細(xì)胞自噬即促進(jìn)細(xì)胞凋亡，且兩者在調(diào)控機(jī)制上存在著某種“切換開關(guān)”[29]。

關(guān)于細(xì)胞自噬的調(diào)控機(jī)制仍處于不斷探索階段。其中mTOR通路與神經(jīng)退行性病變、腫瘤及早產(chǎn)等多種疾病的發(fā)生有關(guān)，主要通過影響自噬起始復(fù)合物及調(diào)控蛋白的合成及功能從而抑制細(xì)胞自噬的發(fā)生[22]；Parkin/PINK1以及Nix介導(dǎo)的線粒體自噬對細(xì)胞內(nèi)線粒體的功能至關(guān)重要，而線粒體功能紊亂可引起多種疾病及細(xì)胞與機(jī)體衰老[30]；Class Ⅲ PI3K/Beclin 1通路中Beclin 1與Class Ⅲ PI3K結(jié)合形成復(fù)合物有利于自噬小體的形成，從而促進(jìn)細(xì)胞自噬的發(fā)生，且這條通路與營養(yǎng)缺乏和缺氧等因素所誘導(dǎo)細(xì)胞自噬密切相關(guān)[31]，其中Beclin 1 是早產(chǎn)研究中的一個(gè)常見的自噬相關(guān)分子；此外Class Ⅰ PI3K/AKT通路也是細(xì)胞自噬調(diào)節(jié)通路之一，通過PIP底物磷酸化生成PIP3，進(jìn)而活化AKT,抑制細(xì)胞自噬活動(dòng)。但目前關(guān)于引起早產(chǎn)的細(xì)胞自噬調(diào)控機(jī)制并沒有一條具體完整的通路，研究人員主要通過研究Atg3、Atg5、Atg7、Atg9、Atg13、Atg16L1、ULK1、Beclin1、 Vps34、a2V、LC3-Ⅱ和P62等蛋白在組織中的表達(dá)水平來推斷早產(chǎn)與細(xì)胞自噬之間存在某種聯(lián)系。根據(jù)目前研究可推測：可能存在多條通路導(dǎo)致細(xì)胞自噬抑制引起早產(chǎn)，也有可能由多條通路觸發(fā)同一扳機(jī)點(diǎn)而導(dǎo)致早產(chǎn)。因此，目前只能證實(shí)細(xì)胞自噬與早產(chǎn)存在某種聯(lián)系，但關(guān)于早產(chǎn)與細(xì)胞自噬抑制因果關(guān)系及引起早產(chǎn)的細(xì)胞自噬調(diào)控機(jī)制仍處于初步探索階段。

4 展望

越來越多的證據(jù)表明，細(xì)胞自噬與早產(chǎn)、胎兒宮內(nèi)生長受限、妊娠期高血壓疾病、妊娠期糖尿病等疾病之間有緊密聯(lián)系。Oh等[32]認(rèn)為誘導(dǎo)自噬活動(dòng)的因素有營養(yǎng)缺乏、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、感染和炎癥、缺血缺氧、氧化還原應(yīng)激和線粒體損傷等。同時(shí)自噬活動(dòng)減弱又會導(dǎo)致感染、炎癥、線粒體功能損害、細(xì)胞衰老等，從而導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生衰老、癌癥、神經(jīng)退行性疾病及早產(chǎn)等，自噬影響人體眾多功能，但確切的機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究。

根據(jù)目前研究認(rèn)為，生理水平的自噬可能通過增強(qiáng)機(jī)體抵御外界病原體侵害能力，或抑制無菌性炎癥激活；延緩胎盤及胎膜組織衰老及促進(jìn)孕激素合成等機(jī)制來維持正常妊娠，自噬水平降低破壞相關(guān)機(jī)制后，早產(chǎn)也隨之發(fā)生。此外，孕激素可促進(jìn)抗炎，增強(qiáng)機(jī)體抵御外界微病原生物侵襲的能力[33]，過度的細(xì)胞衰老會降低機(jī)體防御能力，衰老的細(xì)胞累積可引發(fā)炎癥，反過來炎癥也可導(dǎo)致胎盤細(xì)胞衰老[34-35]，因此我們可假設(shè)細(xì)胞自噬水平降低可通過細(xì)胞衰老、孕激素減少及炎癥3種機(jī)制可相互作用共同導(dǎo)致早產(chǎn)，但關(guān)于自噬抑制導(dǎo)致早產(chǎn)的研究成果較少，且目前沒有一個(gè)較完善的信號通路解釋自噬如何導(dǎo)致早產(chǎn)，因此自噬抑制可導(dǎo)致早產(chǎn)這一理論仍然存在疑點(diǎn)，需要更多實(shí)驗(yàn)研究來證實(shí)這一理論。

我們研究的最終目的是為了通過研究發(fā)病因機(jī)制找到治療及預(yù)防早產(chǎn)的方法。同時(shí)最終的受益對象為人類，因此關(guān)于自噬與早產(chǎn)的研究需要分為多個(gè)階段進(jìn)行，第一個(gè)階段:證實(shí)自噬抑制與早產(chǎn)之間的關(guān)系；第二階段：發(fā)現(xiàn)自噬抑制導(dǎo)致早產(chǎn)的調(diào)控機(jī)制；第三階段：從發(fā)病機(jī)制出發(fā)尋找預(yù)防及治療早產(chǎn)的方法。通過相關(guān)研究力求尋找預(yù)測早產(chǎn)的檢測方法及治療早產(chǎn)的新靶標(biāo)從而減少早產(chǎn)的發(fā)生率及不良后果。