間充質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化在女性生殖系統(tǒng)中的研究進展

王斌，高明霞，沈豪飛，王一青，張學(xué)紅

上皮-間充質(zhì)可塑性（epithelial-mesenchymal plasticity，EMP）， 包 括 間 充 質(zhì) - 上 皮 轉(zhuǎn) 化（mesenchymal -epithelial transition，MET） 及 其 逆轉(zhuǎn)——上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），是上皮細胞和間充質(zhì)細胞相互過渡轉(zhuǎn)化的一種特性。近年大量文獻研究支持了EMT在女性生殖系統(tǒng)形成、發(fā)育、維持生理特征和功能中的關(guān)鍵作用[1]。然而，隨著研究的深入，一些學(xué)者也在其中觀察到了MET的參與，逐漸意識到MET的重要性，不僅在子宮內(nèi)膜再生、蛻膜化、胚胎發(fā)育以及器官發(fā)生等過程中發(fā)揮著作用[2]，也參與了子宮內(nèi)膜異位癥（endometriosis，EMs）、腫瘤發(fā)生與轉(zhuǎn)移等一些病理過程[3]，其中涉及的相關(guān)機制能更好地認(rèn)識女性生殖系統(tǒng)的形成和發(fā)展。現(xiàn)回顧總結(jié)MET在生殖系統(tǒng)中參與的生理病理過程，初步探討MET的可能機制與信號通路，旨在為女性生殖系統(tǒng)疾病防治提供靶點，為防治不孕不育及妊娠相關(guān)疾病提供更多線索和理論依據(jù)。

1 MET概念

MET是指機體在生長發(fā)育過程中，部分間充質(zhì)細胞在各種因素的刺激下，經(jīng)過多重生物學(xué)變化，其間充質(zhì)表型和特點逐漸丟失，同時獲得上皮細胞的表型和特點[4]。上皮細胞和間充質(zhì)細胞是哺乳動物主要的細胞類型。其中，上皮細胞主要以表達E-鈣黏蛋白（E-cadherin）、角蛋白（keratin）和扣帶蛋白1（zonula occludens-1，ZO-1）為特點，而間充質(zhì)細胞以表達波形蛋白（vimentin）和α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）為特點[5]，兩者相互轉(zhuǎn)化，參與了機體生長發(fā)育以及部分疾病的發(fā)生發(fā)展。MET是組織發(fā)生的一個基本過程，其將間充質(zhì)樣細胞組裝成有黏性的結(jié)構(gòu)，廣泛參與了器官、組織的發(fā)生與發(fā)展，例如在沒有MET的情況下，胚胎則不能進行原腸胚形成或隨后的體表形成[6]。近年有研究發(fā)現(xiàn)：MET是多細胞動物在形態(tài)和器官發(fā)生的不同階段，產(chǎn)生形體構(gòu)型的一種基本保守的進化機制[7]。在MET期間，間充質(zhì)細胞通過獨特的機制逐漸建立基底極性，其相關(guān)的細胞表面受體產(chǎn)生不同的膜結(jié)構(gòu)域，通過連接復(fù)合物而穩(wěn)定，從而形成外側(cè)區(qū)域頂點的緊密連接以及細胞骨架結(jié)構(gòu)和細胞器組織。也有研究證實，胚胎干細胞（embryonic stem cell，ESC）或誘導(dǎo)多能干細胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）經(jīng)過MET和EMT分化為體細胞，同樣可以通過順序的EMT-MET將分化的體細胞重編程為多能細胞，而MET是獲得多能性的關(guān)鍵步驟[8]。除了建立上皮極性外，重編程中的MET還與代謝轉(zhuǎn)換、表觀遺傳修飾和細胞命運變化有關(guān)[9]。MET受到諸多基因和轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，目前最廣泛研究的是Snail和Wnt基因[2]，轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor beta，TGF-β）信號通路、Wnt/β-連鎖蛋白（β-catenin）信號通路等多種傳導(dǎo)通路參與其中[2,10]，它們之間形成了一個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來調(diào)節(jié)MET的表達。此外，非編碼的微小RNA（miRNA）也可以調(diào)節(jié)細胞內(nèi)各種信號通路的傳遞從而調(diào)節(jié)靶基因的表達來參與MET[11]。

2 MET與子宮內(nèi)膜再生

子宮內(nèi)膜是子宮的內(nèi)層，由功能層和基底層組成，被子宮肌層包圍。雖然標(biāo)準(zhǔn)的組織學(xué)分析其是靜態(tài)組織，但子宮內(nèi)膜實際上是高度動態(tài)的重構(gòu)組織，其在女性體內(nèi)穩(wěn)態(tài)期間經(jīng)歷了大量的細胞更新[12]。MET對于維持其正常的生理功能發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。有研究利用小鼠基因命運圖譜，發(fā)現(xiàn)在小鼠分娩72 h后，子宮內(nèi)膜間質(zhì)以及腺上皮細胞中均可以鑒定出間充質(zhì)來源的細胞，表明了MET在產(chǎn)后子宮內(nèi)膜再生中起作用[13]。Huang等[12]利用小鼠雙轉(zhuǎn)基因模型證明，小鼠在子宮內(nèi)膜損傷后，上皮祖細胞繼續(xù)分化成上皮細胞，而間質(zhì)祖細胞可以分化成間質(zhì)細胞和上皮細胞，這表明子宮間質(zhì)細胞亞群可以對損傷的內(nèi)膜組織做出產(chǎn)生上皮細胞類型的反應(yīng)。Cousins等[14]的后續(xù)研究利用小鼠月經(jīng)樣模型來確定MET在子宮內(nèi)膜再生中的作用，在人工蛻膜化和黃體酮退出后，發(fā)現(xiàn)間質(zhì)細胞群同時表達上皮細胞和間質(zhì)細胞標(biāo)志物，并且隨著時間的推移，間質(zhì)細胞群可能更靠近管腔上皮的恢復(fù)區(qū)域。在黃體酮退出和子宮內(nèi)膜變性的24 h內(nèi)，間質(zhì)細胞標(biāo)志物mRNA表達顯著下降，而上皮標(biāo)志物的mRNA表達顯著增加，表明有潛在的MET過程。這些結(jié)果綜合支持了MET在子宮內(nèi)膜再生機制中的作用，也驗證了MET在子宮內(nèi)膜再生中的巨大潛力，對于研究人子宮的生理和內(nèi)膜病變具有重要意義。

3 MET與蛻膜化

在胚胎植入前期，子宮內(nèi)膜經(jīng)歷了一個實質(zhì)性的分化過程，稱為蛻膜化，以便與囊胚建立直接的生理聯(lián)系，從而精準(zhǔn)調(diào)控胚胎植入、胎盤形成以及正常妊娠。蛻膜化最顯著的表現(xiàn)之一是在子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞中觀察到的形態(tài)學(xué)變化，其細長的紡錘形的基質(zhì)成纖維細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榉置诘纳掀油懩ぜ毎鸞15]。從定義來說，蛻膜化的細胞形態(tài)變化與MET過程一致，并受卵巢激素調(diào)節(jié)[2,16]。Yu等[17]也證明，體外人子宮內(nèi)膜蛻膜化遵循一種基本發(fā)育的MET程序，該程序類似于腫瘤發(fā)生，但沒有轉(zhuǎn)移特性來響應(yīng)內(nèi)分泌信號；同時觀察到，間隙連接蛋白43（Cx-43）在MET中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，在敲除Cx-43后，給予蛻膜刺激的小鼠表現(xiàn)出間質(zhì)分化受損，而在誘導(dǎo)間質(zhì)細胞Cx-43 mRNA過表達后，E-cadherin和ZO-1表達的上調(diào)也證明了Cx-43是MET的直接介質(zhì)。有研究顯示：E-cadherin在胚胎植入前于腔上皮細胞中表達，而在胚胎植入滋養(yǎng)層受到侵襲時，滋養(yǎng)層和初級蛻膜區(qū)（PDZ）的細胞均表達E-cadherin，這提示蛻膜化過程中可能發(fā)生了MET[15]。MET可被Snail基因及其蛋白產(chǎn)物調(diào)控，Snail基因能抑制E-cadherin的表達[18]，經(jīng)歷了MET的細胞表現(xiàn)出Snail表達水平降低。為了研究蛻膜化的具體機制，有學(xué)者對小鼠子宮內(nèi)膜細胞進行體外誘導(dǎo)蛻膜化，發(fā)現(xiàn)蛻膜化的間質(zhì)細胞失去了伸長的形狀，表現(xiàn)出上皮樣特征；同時間質(zhì)細胞顯示出了E-cadherin的增加和高水平的角蛋白表達；此外，體外誘導(dǎo)的蛻膜細胞核中的Snail蛋白相比未誘導(dǎo)組顯著下調(diào)[15]。這些研究表明MET在人類蛻膜化期間發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并且是成功植入和妊娠所必需的。

4 MET與胚胎發(fā)育

MET在胚胎發(fā)育過程中也是必不可少的。研究證實，MET是胚胎發(fā)育的系統(tǒng)機制之一[19]，是決定胚胎發(fā)育中多個器官和組織形成的關(guān)鍵。腎臟、四肢、神經(jīng)管和表皮的發(fā)育都需要MET的參與[20]。人體生殖道Müllerian管和Wolffian管的形成也與MET密不可分，Orvis等[21]利用鼠胚胎遺傳細胞命運圖譜顯示，Müllerian管源自MET，其涉及Wolffian導(dǎo)管通向泌尿生殖竇的路徑，形成該管的細胞瞬時表達間質(zhì)和上皮細胞標(biāo)志物，最終建立成熟子宮細胞類型，包括管腔、腺上皮及子宮內(nèi)膜間質(zhì)等。此外，部分學(xué)者也證實了胚胎發(fā)育過程中有動態(tài)細胞轉(zhuǎn)化過程，即上皮樣細胞經(jīng)歷短暫的EMT產(chǎn)生中胚層，最終通過MET分化為上皮組織[22]。另一方面，MET也參與到了胚胎以及細胞的重編程中，如表現(xiàn)出間質(zhì)表型的成纖維細胞必須經(jīng)歷一個反向過程，其特征是從間質(zhì)表型轉(zhuǎn)變?yōu)樯掀ぬ卣鞯腅SC樣狀態(tài)，即人類ESC樣狀態(tài)[23-24]。也有研究發(fā)現(xiàn)在細胞重編程時，MET通過八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子4（Oct4）、性別決定區(qū)Y框蛋白2（Sox2）、Krüppel樣因子4（Klf4）和轉(zhuǎn)錄因子c-Myc等的過表達與外源添加的堿性成纖維細胞生長因子（FGF）結(jié)合，可以調(diào)節(jié)TGF-β信號通路，以維持自我更新并防止分化，這導(dǎo)致Snail信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受到抑制，產(chǎn)生MET，從而使得部分重編程細胞達到基態(tài)多能性[24]。因此重編程的早期階段，在成纖維細胞中抑制TGF-β途徑可能通過調(diào)節(jié)MET來增強iPSC的生成。胚胎發(fā)生和植入與體內(nèi)的其他任何過程都不同，是廣泛且受控的細胞增殖、遷移、凋亡、侵襲和分化。細胞可塑性在發(fā)育的早期對于形態(tài)發(fā)生和器官穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，MET對其的影響意義深遠。

5 MET與EMs

EMs是常見的婦科良性疾病，有惡性疾病的生物學(xué)特征，臨床治療效果欠佳，其發(fā)病機制尚不明確。近年有學(xué)者認(rèn)為，MET可能參與了EMs的發(fā)病過程。從胚胎發(fā)育角度來看，子宮內(nèi)膜是由中胚層間充質(zhì)細胞向上皮細胞轉(zhuǎn)化形成的，其保留了間充質(zhì)細胞的印跡，可發(fā)生MET，參與EMs的發(fā)展[25]。有研究表明，EMs患者的干細胞發(fā)生基因改變，使得DNA甲基化損傷、組蛋白改變和miRNA失調(diào)，更具有分化、增殖、轉(zhuǎn)移入侵的能力，在局部激素、炎癥因子等微環(huán)境作用下，間充質(zhì)干細胞分化為異位內(nèi)膜上皮細胞，發(fā)生MET，促使EMs的發(fā)生[26]。牛亞南等[27]在建立EMs大鼠模型后檢測上皮、間質(zhì)標(biāo)志物以及Snail轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)現(xiàn)EMs模型大鼠的異位內(nèi)膜包囊腔上皮不僅表達E-cadherin、角蛋白，也表達波形蛋白，且與正常內(nèi)膜比較均明顯處于高水平，同時Snail陽性表達信號增強。這表明EMs模型大鼠異位包囊腔上皮細胞可能是由間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化形成，提示MET參與了異位包囊形成，且Snail參與調(diào)控過程。Matsuzaki等[28]也檢測了各型盆腔EMs的MET常用分子標(biāo)志，結(jié)果顯示深層浸潤性EMs的上皮細胞標(biāo)志物表達多于月經(jīng)期內(nèi)膜和卵巢EMs，但仍保持了一些間質(zhì)標(biāo)志物的表達，這說明在深層浸潤性EMs中可能會發(fā)生類似MET的過程。此外，深層浸潤性EMs上皮細胞中的去磷酸化β-catenin蛋白表達明顯高于其他EMs，這可能與Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)通路參與細胞增殖、遷移和侵襲有關(guān)，隨著Wnt/β-catenin途徑的激活，上皮細胞樣表型增多，可能有助于深浸潤性EMs的生長和浸潤。這些研究結(jié)果綜合表明了MET在EMs形成及侵襲轉(zhuǎn)移過程中的作用，為EMs的發(fā)病機制研究提供了新思路。

6 MET與腫瘤

隨著研究的不斷深入，MET在腫瘤方面也有了進展。MET受體酪氨酸激酶途徑是原發(fā)性人類惡性腫瘤中最常激活的信號傳導(dǎo)途徑之一，其與腫瘤進展和不良預(yù)后有關(guān)[29]。間充質(zhì)表型的細胞可獲得遷移和侵襲的能力，更具有遠處轉(zhuǎn)移的能力，而MET是腫瘤細胞增殖的基礎(chǔ)，繼發(fā)性腫瘤起始于間充質(zhì)樣腫瘤細胞的擴散，后經(jīng)MET形成增殖能力更強的上皮樣細胞，從而促進轉(zhuǎn)移灶的形成[4，30]。Faddaoui等[31]也驗證了這個說法，他們證明抗原受體LY75在晚期上皮性卵巢癌（epithelial ovarian cancer，EOC）中過表達，而抑制LY75表達可以在具有間充質(zhì)形態(tài)的EOC中誘導(dǎo)MET，降低了其體外遷移和侵襲能力，增強了腫瘤細胞在腹腔內(nèi)異種移植EOC模型中的定植和生長。也有研究表明，卵巢高度漿液性上皮癌可能來源于輸卵管間質(zhì)細胞[32]，提示MET與腫瘤的轉(zhuǎn)化和進展有關(guān)，間質(zhì)向上皮分化狀態(tài)的過渡也參與了子宮內(nèi)膜癌或其他婦科惡性腫瘤的表達和發(fā)展[32-33]。MET信號的激活不僅在腫瘤形成、進展、血管生成和轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵作用，還參與介導(dǎo)對其他靶向治療的耐藥性。研究表明MET可能參與三陰性乳腺癌的病理，對其進行CD155（脊髓灰質(zhì)炎病毒受體，PVR或necl-5）敲除誘導(dǎo)了癌細胞的MET，并在體內(nèi)外抑制了癌細胞的遷移和侵襲[34]。Nihan等[35]的研究也顯示，Mbd3/NuRD復(fù)合物、組蛋白脫乙?；负蚑et2羥化酶的活性在保持癌細胞處于高度轉(zhuǎn)移性間質(zhì)狀態(tài)中起關(guān)鍵作用，干擾其功能會導(dǎo)致MET，并有效抑制鼠和人體內(nèi)浸潤性乳腺癌細胞的轉(zhuǎn)移。以上研究不僅表明了MET在腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移中的調(diào)控作用，也顯示了其在治療方向的巨大潛力。

綜上所述，MET在女性生殖系統(tǒng)的發(fā)育和維持中扮演著重要的角色，機體依靠其正常的轉(zhuǎn)化來幫助損傷的子宮內(nèi)膜再生，調(diào)控胚胎發(fā)育并為植入做準(zhǔn)備。然而值得關(guān)注的是，MET的發(fā)生也使得EMs、腫瘤等疾病有更多的定植部位，顯著增加了臨床治療的成本。因此深入研究調(diào)節(jié)MET進程的關(guān)鍵靶點以及上下游作用因子就顯得十分重要，考慮到上皮和間充質(zhì)轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的研究活躍，未來可能會有更多維持上皮狀態(tài)的調(diào)節(jié)因子被發(fā)現(xiàn)，并進一步闡明其在胚胎發(fā)育和惡性腫瘤中驅(qū)動MET的機制，以促進新的治療策略的發(fā)展。