新型雌激素膜受體GPR30與子宮內(nèi)膜容受性及卵母細(xì)胞成熟的關(guān)系

周麗媛，毛增輝

(湖南省婦幼保健院生殖中心，長(zhǎng)沙 410007)

2002年，G-蛋白偶聯(lián)受體30(G-protein coupled receptor 30，GPR30)被發(fā)現(xiàn)是除雌激素核受體(ERα和ERβ)外的一種G蛋白偶聯(lián)七次跨膜受體[1-2]。作為一種新型的雌激素膜受體，GPR30從發(fā)現(xiàn)至今一直是研究的熱點(diǎn)，其主要介導(dǎo)雌激素的快速非基因反應(yīng)，如腺苷酸環(huán)化酶(cAMP)、內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮合酶系統(tǒng)(eNOS)、環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)和超氧化物歧化酶等信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的活化。隨著GPR30在卵泡細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)，其與生殖領(lǐng)域的相關(guān)性逐漸被廣泛關(guān)注。本文探討GPR30與子宮內(nèi)膜容受性及卵母細(xì)胞成熟這兩個(gè)與輔助生殖助孕成功率密切相關(guān)的因素之間的關(guān)系。

一、GPR30的發(fā)現(xiàn)

雌激素有多種受體，包括眾所周知的核受體(ERα和ERβ)及新型的膜受體GPR30。1997年在人MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞和人MCF7乳腺癌細(xì)胞中，利用差異cDNA文庫(kù)篩選技術(shù)發(fā)現(xiàn)并克隆了GPR30的cDNA，但當(dāng)時(shí)并沒有發(fā)現(xiàn)GPR30是一種雌激素受體[1]。直到2002年，通過將GPR30質(zhì)粒轉(zhuǎn)染至人類乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231中，發(fā)現(xiàn)GPR30參與了雌激素介導(dǎo)的cAMP-表皮生長(zhǎng)因子受體激活等快速作用，首次證實(shí)了GPR30是一種新型雌激素受體[2]。2004年研究者們發(fā)現(xiàn)GPR30的表達(dá)可以被其反義寡核苷酸序列阻滯，并證實(shí)了GPR30是G蛋白偶聯(lián)七次跨膜受體家族中的一員[3]。

人類GPR30基因位于染色體7p22.3，該基因由3個(gè)外顯子組成，GPR30氨基酸的編碼區(qū)位于第3個(gè)外顯子。GPR30由375個(gè)氨基酸組成，分子量約為40～50 KDa[4]。在GPR30發(fā)現(xiàn)后，其命名并不統(tǒng)一，直到2007年才確定了官方名稱：G蛋白偶聯(lián)雌激素受體-1(GPER1)，但目前廣泛使用的名稱依然是GPR30[5]。GPR30分布廣泛，可表達(dá)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、質(zhì)膜和胞內(nèi)小泡等膜結(jié)構(gòu)[6]。

自從發(fā)現(xiàn)GPR30后，研究者們致力于研究這一新型雌激素受體的具體作用。研究發(fā)現(xiàn)雌激素的慢反應(yīng)是由其經(jīng)典的核受體(ERα及ERβ)介導(dǎo)的，通過調(diào)控相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯等基因反應(yīng)進(jìn)行，通常需要幾小時(shí)的時(shí)間[7]；然而雌激素參與的許多快速非基因反應(yīng)是由GPR30介導(dǎo)的，如cGMP、eNOS和超氧化物歧化酶等信號(hào)通路的活化[8-9]。短期使用雌激素能降低絕經(jīng)后高血壓婦女的外周血管阻力和血壓，若長(zhǎng)期使用雌激素能提高血管對(duì)血管舒張因子[如一氧化氮(NO)]的敏感性，雌激素的這些作用均與雌激素膜受體GPR30密切相關(guān)[10]。提示雌激素是通過膜受體GPR30，而非核受體(ERα及ERβ)，介導(dǎo)血管的舒張作用[10-11]。

二、GPR30與子宮內(nèi)膜容受性

GPR30作為雌激素膜受體，主要介導(dǎo)雌激素的快速非基因作用，包括促進(jìn)細(xì)胞增殖，降低細(xì)胞凋亡，促進(jìn)血管生成、舒張血管、降低血管阻力等。GPR30廣泛分布在乳腺、卵巢、子宮內(nèi)膜、宮頸、滋養(yǎng)層細(xì)胞、胎盤血管、睪丸及前列腺等組織中[12-17]。但目前研究多集中于其與相關(guān)腫瘤發(fā)生的關(guān)系，如子宮內(nèi)膜癌、乳腺癌、宮頸癌等。GPR30參與這些惡性腫瘤的發(fā)生，并與腫瘤預(yù)后密切相關(guān)[13-15]。其中子宮內(nèi)膜癌患者GPR30的表達(dá)顯著升高，GPR30通過PI3K/AKT等相關(guān)信號(hào)通路促進(jìn)子宮內(nèi)膜細(xì)胞增殖[13]。

隨著研究的深入，GPR30特異性激動(dòng)劑G1轉(zhuǎn)基因動(dòng)物被應(yīng)用到對(duì)GPR30的研究中。之前在離體小動(dòng)脈環(huán)的體外實(shí)驗(yàn)研究中表明，G1能夠舒張豬的冠狀動(dòng)脈，小鼠的腸系膜動(dòng)脈、主動(dòng)脈和頸總動(dòng)脈，人的乳腺動(dòng)脈等[13]。GPR30的血管舒張作用比較復(fù)雜，我們之前在人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞中的研究證實(shí)，GPR30與雌激素結(jié)合后，可促進(jìn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)合成，從而促進(jìn)血管生成；同時(shí)可通過PI3K/AKT通路調(diào)節(jié)血管擴(kuò)張劑NO的合成，進(jìn)而調(diào)節(jié)血管舒張[18-19]。NO可參與調(diào)節(jié)胎兒-胎盤血管反應(yīng)性、降低胎盤床血管阻力、增強(qiáng)滋養(yǎng)層細(xì)胞浸潤(rùn)能力、降低滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡、降低絨毛間隙血小板粘附和聚集等，在促進(jìn)胚胎存活、組織重塑、免疫抑制和對(duì)胎盤營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)等方面發(fā)揮著重要的支持作用[20]。人子宮內(nèi)膜中存在一氧化氮合酶(NOS)，其能在氧氣存在的條件下，催化L-精氨酸分解生成NO和L-瓜氨酸，NO在促進(jìn)胚胎著床過程中具有重要作用。有證據(jù)表明NO/NOS系統(tǒng)能夠改變子宮內(nèi)膜螺旋小動(dòng)脈的形成與植入，促進(jìn)子宮內(nèi)膜的蛻膜化改變，在胚胎植入過程中可能起著重要的作用[21]。且我們之前在滋養(yǎng)層細(xì)胞體外實(shí)驗(yàn)研究中表明，GPR30激動(dòng)劑能夠增強(qiáng)滋養(yǎng)層細(xì)胞的增殖、侵襲等能力，促進(jìn)胚胎植入[16，22]。因此，GPR30可能通過調(diào)節(jié)NO/NOS系統(tǒng)，從而舒張血管、降低小血管阻力，促進(jìn)小血管生成、促進(jìn)子宮內(nèi)膜蛻膜化等，改善子宮內(nèi)膜容受性；且GPR30可能通過增強(qiáng)滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲能力，降低滋養(yǎng)細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)胚胎植入，繼而改善妊娠結(jié)局。

GPR30參與了多種生殖系統(tǒng)事件，包括卵泡形成、子宮內(nèi)膜細(xì)胞增殖、增加子宮對(duì)催產(chǎn)素的收縮反應(yīng)、促進(jìn)精子增殖、抑制精子凋亡等[16，22]。此外，與正常女性相比較，子宮內(nèi)膜異位癥患者、子宮腺肌癥患者及多囊卵巢綜合征(PCOS)患者子宮內(nèi)膜上的GPR30表達(dá)均存在差異。研究表明與正常參與者的子宮內(nèi)膜相比，子宮內(nèi)膜異位癥患者子宮內(nèi)膜中GPR30表達(dá)量升高[23-24]。通過對(duì)正常女性及子宮腺肌癥患者子宮組織GPR30的單核苷酸多態(tài)性(SNPs)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)子宮腺肌病患者子宮組織的GPR30的SNPs表達(dá)不同，即GPR30的SNPs在子宮腺肌病組中，與子宮腺肌癥疾病進(jìn)展相關(guān)的rs4266553的C等位基因出現(xiàn)多態(tài)性更為常見，提示GPR30的基因多態(tài)性可能與子宮腺肌病發(fā)病相關(guān)[25]。研究者檢測(cè)了PCOS患者及正常女性植入期子宮內(nèi)膜中ERα、ERβ和GPR30的表達(dá)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PCOS患者種植窗子宮內(nèi)膜的GPR30表達(dá)較正常者顯著下降，可能影響胚胎著床，相關(guān)分子機(jī)制研究尚未見報(bào)道[26]。子宮內(nèi)膜異位癥患者、子宮腺肌癥患者及PCOS患者合并不孕的概率較高，且這些患者行輔助生殖助孕成功率及持續(xù)妊娠率都較正常女性低，但具體機(jī)制目前尚不明確。子宮內(nèi)膜異位癥患者、子宮腺肌癥患者及PCOS患者中，子宮內(nèi)膜GPR30的表達(dá)量不同或者基因多態(tài)性不同，可能降低這些患者的子宮內(nèi)膜容受性，增加不孕癥的發(fā)生并影響其輔助生殖助孕的結(jié)局，但具體機(jī)制需要進(jìn)一步的研究證實(shí)。

三、GPR30與卵母細(xì)胞成熟

卵泡液是卵丘冠復(fù)合物、卵泡膜細(xì)胞和顆粒細(xì)胞增殖分化的微環(huán)境，卵母細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育依賴卵泡液中的各種生長(zhǎng)因子和激素，其中E2水平較為重要。研究表明HCG扳機(jī)日血清E2水平可能和卵子成熟、受精以及胚胎質(zhì)量存在正相關(guān)的關(guān)系，雖然卵泡E2水平顯著高于血清E2水平，但兩者濃度呈正相關(guān)，因此外周血內(nèi)E2的水平可以間接反映卵泡液E2的水平，外周血E2水平可以作為預(yù)測(cè)卵母細(xì)胞是否成熟的標(biāo)志[27]。人們?cè)谘芯眶~類卵母細(xì)胞與雌激素關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)液E2的濃度與卵母細(xì)胞內(nèi)內(nèi)源性cAMP含量呈正相關(guān)，而卵母細(xì)胞內(nèi)高水平的內(nèi)源性cAMP對(duì)維持卵母細(xì)胞減數(shù)分裂停滯是必須的；E2通過增加卵母細(xì)胞內(nèi)內(nèi)源性cAMP水平，從而抑制卵母細(xì)胞減數(shù)分裂及成熟[28-29]。而且有學(xué)者發(fā)現(xiàn)過高濃度的E2可能導(dǎo)致小鼠卵母細(xì)胞的凋亡[24]。這些足以說明卵泡液E2水平與卵母細(xì)胞成熟存在相關(guān)性。近期研究表明，E2是通過激活其膜受體GPR30刺激卵母細(xì)胞生成內(nèi)源性cAMP并保持高水平的內(nèi)源性cAMP，從而抑制卵母細(xì)胞的成熟和減數(shù)分裂[30]。卵母細(xì)胞與卵丘細(xì)胞通過長(zhǎng)微絨毛緊密聯(lián)系，長(zhǎng)微絨毛橫貫于卵母細(xì)胞與顆粒細(xì)胞之間，使卵丘細(xì)胞及卵母細(xì)胞間形成橋粒和縫隙連接，卵丘細(xì)胞通過這些連接參與卵母細(xì)胞的成熟[31]。之前認(rèn)為雌激素在卵泡成熟過程中的作用很多由ERβ介導(dǎo)，因?yàn)橛醒芯堪l(fā)現(xiàn)隨著卵母細(xì)胞的不斷成熟，卵泡液中的E2水平及卵丘細(xì)胞內(nèi)雌激素核受體ERβ的表達(dá)量也隨之升高，但這些研究結(jié)果都不足以闡釋雌激素與卵母細(xì)胞發(fā)育與成熟的關(guān)系[32-33]。近期，研究者們通過使用GPR30的抑制劑或者進(jìn)行siRNA基因沉默后，顆粒細(xì)胞的增殖顯著降低，表明人類卵泡液內(nèi)E2是通過GPR30受體，而非經(jīng)典的核受體，介導(dǎo)顆粒細(xì)胞增殖的[30]。

從2006年研究者在魚類性腺中發(fā)現(xiàn)GPR30開始[34]，雌激素通過GPR30參與卵子成熟的相關(guān)性研究引起了研究者們的興趣。有研究者從黃魚卵巢中克隆出了GPR30的cDNA，將GPR30的cDNA轉(zhuǎn)染至黃魚卵母細(xì)胞及HEK 293細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定表達(dá)于細(xì)胞質(zhì)膜上；注射E2或GPR30特異性激動(dòng)劑G1到黃魚和斑馬魚卵母細(xì)胞中，可顯著降低卵母細(xì)胞的自然成熟；而GPR30的反義寡核苷酸可以阻斷雌激素對(duì)卵母細(xì)胞成熟的抑制作用，說明GPR30在調(diào)節(jié)卵母細(xì)胞成熟中起著關(guān)鍵作用[35]。同時(shí)有學(xué)者發(fā)現(xiàn)GPR30的小干擾RNA通過阻斷GPR30 mRNA和蛋白的表達(dá)，減少了倉(cāng)鼠卵巢原始卵泡形成，說明GPR30是雌激素刺激卵巢原始卵泡形成中所必須的因子[36]。

2011年，Peyton等[37]在研究斑馬魚的卵母細(xì)胞成熟機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，雌激素通過GPR30反式激活EGFR-MAPK信號(hào)通路，使MAPK磷酸化激活，進(jìn)而抑制脊椎動(dòng)物的卵母細(xì)胞減數(shù)分裂；且在一定的雌激素濃度范圍內(nèi)，卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的抑制程度與雌激素水平呈正相關(guān)。另外，近期的研究已經(jīng)清楚的說明，E2通過激活GPR30刺激卵母細(xì)胞生成cAMP并保持高水平的內(nèi)源性cAMP，從而維持魚類卵母細(xì)胞減數(shù)分裂停滯[30]。而排卵前LH峰激活孕激素膜受體，繼而抑制G蛋白信號(hào)通路，降低卵母細(xì)胞內(nèi)內(nèi)源性cAMP水平，促進(jìn)卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂。提示排卵前LH峰通過降低魚類卵母細(xì)胞內(nèi)內(nèi)源性cAMP，促進(jìn)卵母細(xì)胞減數(shù)分裂；而GPR30通過增加內(nèi)源性cAMP，維持魚類卵母細(xì)胞減數(shù)分裂阻滯。但目前關(guān)于GPR30維持對(duì)卵母細(xì)胞減數(shù)分裂阻滯的具體調(diào)控機(jī)制尚未完全闡明。

在哺乳動(dòng)物中，研究者們發(fā)現(xiàn)GPR30存在于小鼠卵母細(xì)胞內(nèi)，通過檢測(cè)小鼠不同階段卵母細(xì)胞GPR30的表達(dá)水平發(fā)現(xiàn)：成熟卵母細(xì)胞中GPR30表達(dá)最高，而未成熟卵母細(xì)胞中GPR30表達(dá)較成熟卵母細(xì)胞低；并且體內(nèi)成熟的卵母細(xì)胞較體外培養(yǎng)成熟的卵母細(xì)胞，GPR30表達(dá)量更高；目前體外成熟的卵母細(xì)胞的胚胎發(fā)育潛能低于體內(nèi)成熟的卵母細(xì)胞，卵母細(xì)胞質(zhì)膜GPR30的表達(dá)量與卵母細(xì)胞質(zhì)量的相關(guān)性尚不明確，但推測(cè)小鼠卵母細(xì)胞GPR30的表達(dá)量與小鼠卵母細(xì)胞的成熟和卵母細(xì)胞質(zhì)量存在相關(guān)性[38]。還有研究發(fā)現(xiàn)，在體外培養(yǎng)的山羊和小鼠卵冠丘復(fù)合體(COCs)中，卵丘細(xì)胞與卵母細(xì)胞上都存在GPR30的表達(dá)，且定位在細(xì)胞的質(zhì)膜上，E2通過GPR30增加小鼠及山羊COCs中內(nèi)源性cAMP水平及ERK1/2磷酸化水平，從而促進(jìn)卵丘的擴(kuò)展[39-40]。與魚類一樣，卵母細(xì)胞中高水平的內(nèi)源性cAMP以及G蛋白的激活對(duì)維持哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞減數(shù)分裂停滯是必須的；但是維持內(nèi)源性cAMP高水平的具體機(jī)制尚不明確，推測(cè)可能與GPR30相關(guān)[41-42]。直到2019年，有研究表明E2可能通過GPR30介導(dǎo)山羊卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的進(jìn)行，且GPR30介導(dǎo)的卵母細(xì)胞減數(shù)分裂可能與山羊COCs縫隙連接通透性下降相關(guān)，而縫隙連接通透性下調(diào)可能是由GPR30-MAPK激酶依賴的CX43磷酸化介導(dǎo)的，其具體機(jī)制還需進(jìn)一步證實(shí)[43]。總之，在哺乳動(dòng)物(山羊及小鼠)生殖過程中，GPR30通過調(diào)節(jié)COCs縫隙連接通透性參與調(diào)節(jié)卵母細(xì)胞減數(shù)分裂，但其具體機(jī)制尚未闡明，需要進(jìn)一步探索。

綜上所述，新型雌激素膜受體GPR30介導(dǎo)雌激素的一些重要作用，目前關(guān)于GPR30對(duì)子宮內(nèi)膜血管血流、子宮內(nèi)膜容受性及卵母細(xì)胞成熟的具體調(diào)控機(jī)制尚處于探索階段。深入研究GPR30可能為改善子宮內(nèi)膜容受性及人類未成熟卵母細(xì)胞體外培養(yǎng)成熟的研究提供新的方向，進(jìn)一步推進(jìn)輔助生殖技術(shù)的發(fā)展。