上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化和蛻膜化與子宮內(nèi)膜容受性

金婕，熊文倩，劉義

著床是發(fā)生在胚胎和子宮內(nèi)膜間的一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。在此期間，胚胎與母體子宮內(nèi)膜表面緊密相連形成胎盤，而后者為胎兒和母體循環(huán)提供橋梁。由此可見，胚胎和子宮內(nèi)膜的完整性和功能性均是成功受孕的必要條件[1]。胚胎著床失敗一直是生殖領(lǐng)域尚未解決的難題，也是限制輔助生殖技術(shù)發(fā)展的重要原因。有研究表明，體外受精著床失敗的原因中，胚胎因素僅占1/3，而子宮內(nèi)膜容受性的不足占2/3[2]。提示母體子宮內(nèi)膜屏障的完整和功能的完善是胚胎能夠順利著床的關(guān)鍵步驟。

人子宮內(nèi)膜是由反復(fù)更新的淺層功能層和永久性的深層基底層組成，在每個(gè)月經(jīng)周期都會(huì)經(jīng)歷規(guī)律的周期變化，為胚胎植入做準(zhǔn)備[1]。當(dāng)胚胎植入子宮時(shí)，子宮必須從不可接受狀態(tài)變?yōu)榭山邮軤顟B(tài)，這一變化受雌孕激素以及子宮間質(zhì)、腔上皮和腺上皮層之間一系列分子的調(diào)節(jié)[3]。植入窗期是指胚胎能順利著床的時(shí)期，同時(shí)也是子宮內(nèi)膜獲得容受性的關(guān)鍵階段。在正常月經(jīng)周期中，植入窗期開始于正常月經(jīng)周期的第19 或20 天，約持續(xù)4～5 d[4-5]。目前有多種方式可評(píng)估植入窗期，如基于子宮內(nèi)膜組織活檢的形態(tài)學(xué)指征對(duì)內(nèi)膜發(fā)育狀態(tài)的判定、免疫組織和已知容受性標(biāo)志物的綜合表達(dá)評(píng)分及比較子宮內(nèi)膜容受前和可容受時(shí)的轉(zhuǎn)錄組學(xué)差異等[6]。

1 上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）與子宮內(nèi)膜容受性

EMT 存在于多類生理或病理進(jìn)程中，期間經(jīng)歷了上皮細(xì)胞極性的喪失、遷移及侵襲能力的增強(qiáng)和間質(zhì)細(xì)胞表型的形成等重要轉(zhuǎn)變。EMT 可分為3 種生物學(xué)類型，其中Ⅰ型與胚胎發(fā)育有關(guān)[7-8]。在著床過程中，胚胎的滋養(yǎng)外胚層在植入前和植入過程中經(jīng)過數(shù)次變化后最終轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)胎盤形成至關(guān)重要的侵襲性滋養(yǎng)層巨細(xì)胞，后者的形態(tài)和功能變化與EMT表現(xiàn)一致，提示滋養(yǎng)外胚層通過EMT 獲得間質(zhì)特性是胚胎植入的基礎(chǔ)[9]。為保證著床順利進(jìn)行，分泌中期的子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞也需要改變極性，為胚胎的黏附做準(zhǔn)備。有研究指出，卵巢類固醇激素和植入的胚胎可誘導(dǎo)上皮細(xì)胞發(fā)生EMT 以獲得子宮內(nèi)膜容受性[7，10]，提示內(nèi)膜在著床期也存在EMT 現(xiàn)象。鑒于子宮內(nèi)膜是反映女性生育能力的物質(zhì)基礎(chǔ)，下面將重點(diǎn)討論子宮內(nèi)膜EMT 對(duì)容受狀態(tài)的影響。

1.1 EMT 相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子E-鈣黏蛋白（E-cadherin）丟失被認(rèn)為是EMT 過程中最基本的事件，Snail、Slug、Twist 和鋅指E-盒結(jié)合同源異形盒（zinc finger Ebox-binding homeobox，ZEB）等EMT 誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子可通過抑制E-cadherin 的表達(dá)促進(jìn)EMT 的發(fā)生[11]。在正常月經(jīng)周期中，ZEB1 在分泌中期表達(dá)尤為明顯，而分泌中期是著床的關(guān)鍵時(shí)期。有研究者利用JAR 球體進(jìn)行體外著床實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證ZEB1 對(duì)胚胎著床的影響，發(fā)現(xiàn)敲除ZEB1 基因在上調(diào)E-cadherin表達(dá)的同時(shí)，胚胎的體外著床也受到抑制。提示ZEB1 可能通過介導(dǎo)EMT 調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜容受性，從而建立有效妊娠[12]。Gou 等[7]通過設(shè)計(jì)妊娠模型、假孕模型、胚胎著床體外模型等發(fā)現(xiàn)，Twist2 和間質(zhì)標(biāo)志物在著床過程中有一致的動(dòng)態(tài)表達(dá)譜。將雌雄鼠交配后發(fā)現(xiàn)陰道栓定義為第1 天，于第3 天向子宮腔注射靶向Twist2 的干擾小RNA（siRNA）后，相比于空白（正常妊娠）組和陰性對(duì)照（注射亂序的siRNA 核苷酸）組，發(fā)現(xiàn)間質(zhì)標(biāo)志物于第5 天表達(dá)明顯下調(diào)，胚胎著床數(shù)量于第8 天明顯降低，提示下調(diào)Twist2 可通過影響EMT 過程阻礙胚胎的植入。

1.2 微小RNA（microRNA，miRNA）在胚胎著床中，胚胎-子宮內(nèi)膜交流這一關(guān)鍵步驟是由一系列復(fù)雜的分子事件組成的，其中miRNAs 通過反向調(diào)控靶基因在著床過程中發(fā)揮重要作用。目前一些miRNA 靶基因已被證實(shí)，如miR-101/199a-環(huán)氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX2）、miR-199a/生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白10（growthfactorreceptor-boundprotein 10，Grb10）、miR-200a/人第10 號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（phosphates and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN gene）、miR-141/PTEN、miR-224/五聯(lián)蛋白3（pentraxin 3，Ptx3）和miR-98/超大型B 細(xì)胞淋巴瘤（B-cell lymphomaextra large，Bcl-xl）等[13]。有研究證明，容受型和非容受型子宮內(nèi)膜的miRNAs 表達(dá)譜不同，miR-let-7、miR-200、miR-30 家族和miR-17-92 的成員均與子宮內(nèi)膜容受性有關(guān)，提示差異表達(dá)的miRNAs 可影響子宮內(nèi)膜容受性，進(jìn)而影響胚胎著床[14]。

研究發(fā)現(xiàn)，miRNAs 可靶向EMT 進(jìn)而調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜的容受性。miR-200 家族可介導(dǎo)ZEB 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控EMT 進(jìn)程；miR-429 可與鈣黏蛋白基因家族主要成員原鈣黏附素8（protocadherin 8，Pcdh8）的3′非翻譯區(qū)（3′-untranslated region，3′-UTR）結(jié)合，通過影響mRNA 穩(wěn)定性或抑制蛋白翻譯反向調(diào)控Pcdh8的表達(dá)，進(jìn)而抑制EMT 的發(fā)生并最終影響胚胎著床[13]。此外，于著床期表達(dá)下調(diào)的miR-30a-3p 也可通過靶向Snai2 抑制EMT 而影響胚胎著床[15]。另有研究表明，miR-183-5p 可下調(diào)EMT 相關(guān)WNT/β-連環(huán)蛋白（WNT/β-catenin）途徑的負(fù)調(diào)控因子連環(huán)蛋白α2（catenin alpha 2，CTNNA2）和糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3 beta，GSK3β）的表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞的增殖和遷移，通過上調(diào)子宮內(nèi)膜的容受性促進(jìn)胚胎著床[16-17]。

1.3 膜蛋白黏蛋白1（mucin1，MUC1）是一種廣泛存在于上皮細(xì)胞表面的跨膜糖蛋白，其抗黏附特性可阻止胚胎黏附于子宮內(nèi)膜。低表達(dá)的MUC1 協(xié)助子宮內(nèi)膜獲得容受性，促進(jìn)胚胎-子宮內(nèi)膜充分交流[18-19]。miR-192-5p 通過上調(diào)MUC1 的表達(dá)及保留微絨毛的形態(tài)以維持上皮細(xì)胞的抗黏附性而阻礙胚胎黏附，同時(shí)還可增強(qiáng)E-cadherin 的表達(dá)抑制上皮細(xì)胞的EMT 進(jìn)程，繼而對(duì)子宮內(nèi)膜容受性產(chǎn)生不利影響[2]。在另一項(xiàng)關(guān)于膜蛋白的研究中，水通道蛋白（aquaporin，AQP）廣泛分布于哺乳動(dòng)物的各類器官中，其中AQP3 主要表達(dá)于腎集合管、表皮、結(jié)膜、乳腺和子宮腔上皮細(xì)胞等。孕酮（progesterone）可直接靶向AQP3 基因的啟動(dòng)子上調(diào)AQP3 表達(dá)，而孕酮和雌激素（estrogen）共同調(diào)節(jié)對(duì)AQP3 的上調(diào)效應(yīng)明顯高于雌激素或孕酮的單獨(dú)作用。在雌激素和孕酮的雙重調(diào)控下，AQP3 可促進(jìn)子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞發(fā)生EMT。研究發(fā)現(xiàn)，異常表達(dá)的AQP3 可導(dǎo)致反復(fù)種植失?。╮epeated implantation failure，RIF）患者及小鼠的子宮內(nèi)膜容受性下降，提示AQP3 在子宮內(nèi)膜容受性中發(fā)揮著重要作用[10]。

2 蛻膜化與子宮內(nèi)膜容受性

2.1 蛻膜化是子宮內(nèi)膜維持容受性的關(guān)鍵步驟無論妊娠與否，子宮內(nèi)膜在分泌中期獲得容受性表型的同時(shí)，間質(zhì)細(xì)胞也會(huì)發(fā)生蛻膜化。其特征是暫時(shí)的局部水腫、巨噬細(xì)胞和特異性子宮自然殺傷細(xì)胞的趨化、血管的生成以及子宮內(nèi)膜間質(zhì)成纖維細(xì)胞向上皮樣蛻膜細(xì)胞的轉(zhuǎn)換。蛻膜使母體對(duì)胚胎抗原形成免疫耐受，在滋養(yǎng)層細(xì)胞植入和胎盤形成過程中維持胎兒組織的完整性，同時(shí)還賦予子宮內(nèi)膜選擇性識(shí)別和應(yīng)對(duì)發(fā)育受損胚胎的能力[20]。提示子宮內(nèi)膜蛻膜化在維持內(nèi)膜容受狀態(tài)中發(fā)揮著極其重要的作用。

2.2 蛻膜化對(duì)子宮內(nèi)膜容受性的影響

2.2.1 內(nèi)分泌因素蛻膜化過程受內(nèi)分泌、旁分泌和自分泌因子的多重調(diào)節(jié)，如雌激素、孕酮、前列腺素和白細(xì)胞介素（interleukin，IL）等[21]。雌激素信號(hào)促進(jìn)子宮腔上皮的增殖，孕酮信號(hào)則抑制增殖、驅(qū)使分化，兩者相互調(diào)節(jié)使腔上皮從非容受性增殖狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菔苄苑只癄顟B(tài)，促進(jìn)胚胎順利著床[3]。在RIF 患者中可觀察到子宮內(nèi)膜前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）合成受損，而COX2 和磷脂酶A2（phospholipase A2，PLA2）是合成PGE2 的關(guān)鍵因子，兩者的丟失也會(huì)引起小鼠排卵、著床和蛻膜化的異常而導(dǎo)致不孕[22]。正常月經(jīng)周期中，孕酮誘導(dǎo)阻斷因子1（progesteroneinduced blocking factor 1，PIBF1）在增殖期表達(dá)相對(duì)較低，于分泌中期達(dá)到高峰，提示植入窗期PIBF1 的高表達(dá)有助于子宮內(nèi)膜獲得容受性。研究顯示，RIF患者分泌中期PIBF1 表達(dá)顯著降低，低表達(dá)的PIBF1通過下調(diào)IL-6 和磷酸化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3（phosphorylated signal transducer and activator of transcription-3，p-STAT3）抑制子宮內(nèi)膜間質(zhì)細(xì)胞增殖及蛻膜化，提示這可能是RIF 患者子宮內(nèi)膜容受性不足的主要原因之一[23]。

2.2.2 代謝因素在正常人類胎盤的形成過程中，滋養(yǎng)層細(xì)胞對(duì)子宮的侵襲和螺旋動(dòng)脈的重塑依賴于胚胎滋養(yǎng)層細(xì)胞和母體蛻膜間的相互作用。當(dāng)蛻膜化開始時(shí)，蛻膜細(xì)胞的糖酵解信號(hào)被激活，通過合成氨基酸和脂質(zhì)前體為細(xì)胞快速增殖提供足夠的能量以支持早期妊娠。磷酸甘油酸激酶1（phosphoglycerate kinase 1，PGK1）是蛻膜細(xì)胞糖酵解途徑中的主要代謝酶，與長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）和磷酸甘油酸激酶1，假基因2（phosphoglycerate kinase 1，pseudogene 2，PGK1P2）有很高的序列相似性，后者作為miR-330-5p 分子海綿調(diào)控PGK1 的表達(dá)參與蛻膜的形成。低表達(dá)的PGK1 及PGK1P2 致蛻膜化受損，后者可引發(fā)滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲失敗及胎盤發(fā)育不良觸發(fā)子癇前期的發(fā)生[24]。另有研究顯示，胚胎發(fā)育過程中90%被消耗的葡萄糖不會(huì)被氧化，而是在氧氣存在的情況下轉(zhuǎn)化為乳酸。未分化的蛻膜細(xì)胞于妊娠早期通過單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)體1（monocarboxylic acid transporter 1，MCT1）轉(zhuǎn)運(yùn)乳酸為細(xì)胞增殖提供能量，抑制乳酸運(yùn)輸可導(dǎo)致蛻膜化失敗。提示大量的乳酸可能參與妊娠早期酸性環(huán)境的形成，在胚胎植入中發(fā)揮重要作用[25]。

2.2.3 表觀遺傳近年關(guān)于蛻膜化的表觀遺傳修飾作為新興研究在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注。分泌期DNA 甲基化減少是分泌期充分蛻膜化和妊娠早期胚胎成功黏附的必要條件，而組蛋白甲基化和乙?；谕懩み^程中也起著關(guān)鍵作用[26]。子宮內(nèi)膜異位癥是一種以子宮內(nèi)膜生長(zhǎng)于子宮外為特點(diǎn)的良性疾病，也是引起女性不孕的主要因素之一。子宮內(nèi)膜異位癥患者在位內(nèi)膜中組蛋白去乙?；?（histone deacetylase 3，HDAC3）表達(dá)下調(diào)，通過激活Ⅰ型膠原蛋白α1（collagen type I alpha 1，COL1A1）和COL1A2 基因的異常轉(zhuǎn)錄而誘發(fā)蛻膜缺陷，提示HDAC3 在維持子宮內(nèi)膜容受性中發(fā)揮重要作用[27]。

2.2.4 分子調(diào)節(jié)叉頭框（Forkhead box，F(xiàn)OX）家族在細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和分化相關(guān)基因的表達(dá)中起著重要作用，其家族成員FOXO3a 可作為凋亡相關(guān)基因中高度保守的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控細(xì)胞凋亡影響早孕蛻膜化的形成[28]；FOXO1 作為子宮內(nèi)膜間質(zhì)細(xì)胞蛻膜化標(biāo)志物可調(diào)節(jié)催乳素（prolactin，PRL）和胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白1（insulin-like growth factor-binding protein 1，IGFBP1）基因的轉(zhuǎn)錄，同時(shí)于植入窗期特異性表達(dá)維持子宮內(nèi)膜的容受性[1]；而僅在子宮內(nèi)膜表達(dá)的FOXA 成員FOXA2 可影響子宮腺的發(fā)育和功能，并于分泌中期調(diào)節(jié)蛻膜基質(zhì)細(xì)胞的分泌型配體[29]。另有研究顯示，同源框（homeobox，HOX）基因主管發(fā)育功能，其中HOXA10 在人類及小鼠的子宮中均有表達(dá)，HOXA10 缺陷的雌性小鼠因植入失敗及蛻膜不充分最終導(dǎo)致不孕。共激活因子髓樣嗜生態(tài)病毒插入位點(diǎn)1（myeloid ecotropic virus insertion site 1，MEIS1）可與HOXA10 相互作用，與下游靶基因賴氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶2B（lysine acetyltransferase 2B，KAT2B）和A 型內(nèi)皮素受體（endothelin receptor type-A，ETA）的啟動(dòng)子結(jié)合，通過促進(jìn)PRL 和IGFBP1的表達(dá)誘導(dǎo)蛻膜化[21]，為胚胎植入做好準(zhǔn)備。有研究發(fā)現(xiàn)，蛻膜化不充分可能導(dǎo)致流產(chǎn)和早孕丟失，這與胚胎正常與否并無必然聯(lián)系[28]。復(fù)發(fā)性妊娠丟失（recurrent pregnancy loss，RPL）是指發(fā)生連續(xù)3 次或3 次以上妊娠失敗，其患者體內(nèi)高度特異性蛻膜化標(biāo)志物PRL 的低水平表達(dá)提示有蛻膜化受損，而不充分的蛻膜化使胚胎在植入時(shí)無法被識(shí)別和選擇。然而，RPL 患者的子宮內(nèi)膜容受性關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子原激動(dòng)素1（prokineticin-1，PROK1）的高表達(dá)提示植入窗期延長(zhǎng)，MUC1 表達(dá)下調(diào)證明子宮內(nèi)膜屏障功能減弱，最終可能促進(jìn)受損胚胎延遲植入子宮內(nèi)膜[20，30]。但RPL 患者植入窗期的延長(zhǎng)使自然胚胎選擇失敗，或干擾了母體對(duì)胚胎信號(hào)的應(yīng)答，導(dǎo)致妊娠失敗，提示植入窗期的制約失控是導(dǎo)致RPL 患者受損胚胎延遲植入引發(fā)早孕丟失的原因[20]。

3 結(jié)語和展望

可容受的子宮內(nèi)膜是成功妊娠的必備條件，而蛻膜化和EMT 是協(xié)助內(nèi)膜獲得容受性的分子基礎(chǔ)。蛻膜化受損及EMT 受阻均可通過影響子宮內(nèi)膜容受性造成胚胎著床失敗。然而子宮內(nèi)膜的容受狀態(tài)受諸多因素的調(diào)控，繪制子宮內(nèi)膜容受性的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)階段生殖醫(yī)學(xué)需要解決的一大難題。未來通過統(tǒng)一子宮內(nèi)膜容受性的評(píng)估指標(biāo)，明確子宮內(nèi)膜容受性的影響因素，制定提高子宮內(nèi)膜容受性的有效治療方案，改善不孕患者的妊娠結(jié)局。