細(xì)胞衰老在子癇前期中的研究進(jìn)展*

張 陽(yáng), 鐘彥琪, 鄒 麗, 劉曉夏

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院婦產(chǎn)科,武漢 430022

胎盤發(fā)育良好是胎兒宮內(nèi)正常發(fā)育的前提,胎盤發(fā)育不良是子癇前期等多種胎盤源性疾病的病理基礎(chǔ),嚴(yán)重危害母嬰健康。細(xì)胞衰老是一種不可逆性的細(xì)胞生長(zhǎng)終末停滯狀態(tài)[1],正常妊娠進(jìn)展至足月分娩的過(guò)程中,存在胎盤生理性衰老[2-3];而缺血缺氧、炎癥因子、氧化應(yīng)激等多種衰老相關(guān)應(yīng)激因素可加劇胎盤病理性衰老,導(dǎo)致胎盤發(fā)育不良和功能障礙,引起子癇前期等多種胎盤源性疾病發(fā)病。近年來(lái),多種天然或合成藥物被發(fā)現(xiàn)具有顯著的抗衰老效果,且在子癇前期疾病模型中同樣具有良好的預(yù)防治療效果,提示靶向細(xì)胞衰老可能是治療子癇前期的潛在新思路。本文結(jié)合相關(guān)最新文獻(xiàn),圍繞細(xì)胞衰老在胎盤發(fā)育和子癇前期發(fā)病中的研究現(xiàn)狀作一綜述。

1 細(xì)胞衰老概述

細(xì)胞衰老是一種不可逆轉(zhuǎn)的細(xì)胞周期停滯狀態(tài),伴有衰老相關(guān)分泌表型(senescence-associated secretory phenotype,SASP)的發(fā)生。細(xì)胞衰老由缺血缺氧、氧化應(yīng)激、代謝紊亂、線粒體功能障礙、端粒縮短、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)異常等內(nèi)外刺激或應(yīng)激源觸發(fā),導(dǎo)致核DNA損傷,繼而激活DNA損傷修復(fù)反應(yīng),通過(guò)p53-p21-pRb-E2F及p16-pRb-E2F信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑引發(fā)細(xì)胞周期阻滯,最終引起細(xì)胞衰老。識(shí)別細(xì)胞衰老依賴于多種衰老標(biāo)志物的組合,包括:①細(xì)胞體積異常增大或形態(tài)變?yōu)楸馄?②細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制物p21和p16表達(dá)增加;③衰老相關(guān)-β-半乳糖苷酶(senescence-associated β-galactosidase,SA-β-gal);④衰老相關(guān)分泌表型;⑤核衰老相關(guān)異染色質(zhì)位點(diǎn)(senescence-associated heterochromatic foci,SAHF)和部分DNA甲基化數(shù)據(jù),也被稱為“表觀遺傳時(shí)鐘”。由于沒有單一的性狀可以獨(dú)自定義細(xì)胞衰老,所以細(xì)胞衰老表型的確定往往需要至少存在3個(gè)不同的細(xì)胞衰老標(biāo)志。

2 子癇前期概述

子癇前期是一種妊娠期特有疾病,表現(xiàn)為妊娠20周以后,出現(xiàn)血壓升高和蛋白尿,并可出現(xiàn)頭痛、視物模糊、惡心嘔吐、上腹不適等多器官系統(tǒng)損傷的癥狀,是孕產(chǎn)婦和圍產(chǎn)兒病死的主要原因[4]。子癇前期病因和發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,目前尚未完全闡明,Redman的“兩階段學(xué)說(shuō)”指出:子癇前期絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲能力受損,造成“胎盤淺著床”和子宮螺旋動(dòng)脈重鑄極其不足,導(dǎo)致胎盤缺血缺氧與氧化應(yīng)激,釋放多種胎盤因子進(jìn)入母體循環(huán),促成系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)、全身小血管痙攣及內(nèi)皮細(xì)胞損傷,引起子癇前期多臟器受損[5]。新近研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),胎盤自噬受損、能量代謝紊亂、過(guò)度焦亡與鐵死亡等多種新型病理現(xiàn)象同樣參與子癇前期發(fā)病[6-7]。由此可見,遺傳因素、缺血缺氧、炎癥免疫、氧化應(yīng)激、能量代謝紊亂和內(nèi)皮功能障礙等多種危險(xiǎn)因素相互串?dāng)_,共同導(dǎo)致胎盤發(fā)育不良,介導(dǎo)子癇前期發(fā)病。由于上述高危因素同樣也是重要的細(xì)胞衰老刺激因素,故子癇前期胎盤極可能發(fā)生病理性衰老。

3 細(xì)胞衰老與子癇前期

正常妊娠進(jìn)展至足月分娩的過(guò)程中,胎盤滋養(yǎng)層[8]與母體蛻膜[9]中的衰老相關(guān)標(biāo)志物p16、p21以及抑癌蛋白p53表達(dá)逐漸增加,細(xì)胞出現(xiàn)SAHF和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重組,且整個(gè)妊娠期間細(xì)胞滋養(yǎng)層中p16和p21的表達(dá)水平均顯著高于合體滋養(yǎng)層,提示胎盤生理性衰老參與調(diào)控滋養(yǎng)細(xì)胞合體化,胎膜的生理性衰老則可能介導(dǎo)分娩啟動(dòng)[10]。相反地,缺血缺氧、炎癥免疫、氧化應(yīng)激等多種子癇前期發(fā)病因素可加劇胎盤衰老進(jìn)程。研究表明:與正常妊娠相比,子癇前期胎盤滋養(yǎng)層[11-12]中p16、p21及p53表達(dá)均異常增加,端粒縮短、聚集且功能障礙,端粒酶活性降低,SAHF水平異常升高[13-14],滋養(yǎng)層高表達(dá)DNA氧化損傷標(biāo)記物8OHdG[11],且衰老相關(guān)分泌表型明顯,IL-1β和IL-6等促炎因子分泌水平明顯增加[15];子癇前期臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞周期G1/G0期細(xì)胞百分比減少而p53表達(dá)水平顯著升高[16],導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙;子癇前期胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞細(xì)胞周期異常,衰老標(biāo)志物p21、p53和SA-β-Gal表達(dá)增加,而異常衰老的PMSC旁分泌促炎因子和可溶性FMS樣酪氨酸激酶-1(soluble FMS-like tyrosine kinases-1,sFlt-1)等抗血管生成相關(guān)因子[17],介導(dǎo)滋養(yǎng)細(xì)胞功能受損和血管生成不良[18]。胎盤病理研究進(jìn)一步證實(shí):子癇前期胎盤具有明顯的絨毛加速成熟特征,絨毛末端細(xì)小,基質(zhì)數(shù)量減少以及絨毛分支減少[19],合胞體結(jié)節(jié)增多[20]。因此,子癇前期胎盤病理性衰老,衰老程度加劇,介導(dǎo)多種胎盤細(xì)胞功能障礙。此外,Suvakov等[21]發(fā)現(xiàn),子癇前期患者全身多處組織器官(血液、血管、脂肪、腎臟等)均衰老水平加劇,這可能與子癇前期孕婦全身多器官損傷和產(chǎn)后遠(yuǎn)期罹患心血管代謝疾病風(fēng)險(xiǎn)增加密切相關(guān)。

目前,已發(fā)現(xiàn)包括300個(gè)以上的人類衰老調(diào)控相關(guān)基因,已確認(rèn)胰島素/胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(Insulin/IGF-1)信號(hào)通路、雷帕霉素(mTOR)信號(hào)通路、SIRT家族和NAD+、AMP-活化蛋白激酶(AMPK)信號(hào)通路、衰老細(xì)胞抗凋亡信號(hào)通路等多個(gè)衰老相關(guān)靶點(diǎn)和信號(hào)途徑。例如,Klotho是一個(gè)重要的衰老抑制基因[22],位于人13q12染色體上,編碼的Klotho蛋白是Ⅰ型單次跨膜糖蛋白,廣泛表達(dá)于腎臟、脂肪、胎盤等多種組織器官之中[23],而膜結(jié)合型Klotho蛋白經(jīng)過(guò)可變剪接或裂解,產(chǎn)生可溶性α-、β-和γ-Klotho蛋白。研究表明:孕婦血漿α-Klotho濃度顯著高于非孕婦女,且妊娠期α-Klotho血漿濃度隨妊娠進(jìn)展而顯著增加[24];較正常妊娠,子癇前期患者胎盤中Klotho的mRNA和蛋白表達(dá)水平均顯著降低[25-26],尿α-Klotho蛋白水平也明顯降低[21],且子癇前期胎盤Klotho基因的744G/A突變的多態(tài)性也更為常見[25];然而,Uzun Cilingir等[27]和Loichinger等[19]的研究均發(fā)現(xiàn),子癇前期孕婦的血清Klotho蛋白含量顯著高于正常妊娠,且血清Klotho蛋白可能是診斷子癇前期的潛在標(biāo)志物(診斷截?cái)嘀?12.48 pg/mL,敏感度100%,特異度96%)。SIRT1也是一個(gè)經(jīng)典的長(zhǎng)壽基因[28],位于人10號(hào)染色體,編碼的SIRT1蛋白是一種NAD+依賴性的組蛋白去乙酰酶。研究表明:較正常妊娠,子癇前期孕婦胎盤和血清中SIRT1水平均顯著降低[29-30];經(jīng)典的子宮灌注壓降低(RUPP)誘導(dǎo)的[31]、脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的[32]和腺苷A2A受體拮抗劑(SCH58261)誘導(dǎo)的[33]三種子癇前期孕鼠模型中,胎盤SIRT1的表達(dá)水平也均顯著降低。因此,子癇前期胎盤SIRT1表達(dá)異常減低,導(dǎo)致子宮螺旋動(dòng)脈重鑄不良和胎盤血管發(fā)育受損,參與子癇前期發(fā)病[29]。Wang等[34]通過(guò)分析GEO胎盤轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集(GSE75010)鑒定58個(gè)基因與子癇前期胎盤衰老密切相關(guān),其中LEP和FLT1可能是調(diào)控胎盤衰老的關(guān)鍵基因。綜上可見,子癇前期胎盤衰老加劇,Klotho、SIRT1和LEP等多種衰老調(diào)控基因表達(dá)異常,介導(dǎo)胎盤細(xì)胞功能障礙,并異常旁分泌多種胎盤因子,共同導(dǎo)致胎盤發(fā)育不良乃至全身多臟器損傷。

子癇前期的發(fā)病機(jī)理異質(zhì)性高,不同子癇前期亞型的衰老途徑可能存在差異。既往根據(jù)發(fā)病時(shí)間分為早發(fā)型(孕34周前發(fā)病)和晚發(fā)型子癇前期(孕34周后發(fā)病)。早發(fā)型子癇前期主要與妊娠早期胎盤滋養(yǎng)層發(fā)育異常,子宮螺旋動(dòng)脈重塑不良導(dǎo)致胎盤缺血缺氧有關(guān),臨床易出現(xiàn)多器官功能受損,胎盤體積減小、胎兒生長(zhǎng)受限(FGR),子宮和臍動(dòng)脈多普勒檢測(cè)異常;晚發(fā)型子癇前期則與母體高血壓、糖尿病等微血管疾病或母體遺傳傾向密切相關(guān),臨床上胎盤胎兒生長(zhǎng)狀況以及子宮臍動(dòng)脈血流多為正常。一項(xiàng)研究通過(guò)7個(gè)既往發(fā)表的研究和157個(gè)來(lái)自BioBank的高度注釋的新樣本,創(chuàng)建了一個(gè)大型的臨床相關(guān)的人類胎盤微陣列數(shù)據(jù)集(n=330),通過(guò)無(wú)監(jiān)督聚類分析確定了3種新的子癇前期亞型,包括典型子癇前期(早發(fā)型、FGR、HELLP綜合征相關(guān))、母體型子癇前期(晚發(fā)型、胎盤胎兒生長(zhǎng)正常)和免疫型子癇前期(嚴(yán)重FGR,母體免疫紊亂)[35]。Siddique等[36]進(jìn)一步基于人類衰老基因數(shù)據(jù)庫(kù)(http://genomics.senescence.info/cells)和GEO數(shù)據(jù)庫(kù)中胎盤轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集(GSE75010)分析發(fā)現(xiàn):子癇前期胎盤衰老加劇,多種衰老相關(guān)基因表達(dá)異常,且三種亞型子癇前期均表現(xiàn)出抗衰老基因表達(dá)異常減低,提示子癇前期胎盤細(xì)胞對(duì)衰老的易感性增加;典型子癇前期胎盤中ATR激活的應(yīng)激反應(yīng)、復(fù)制前復(fù)合物激活和mRNA剪接的相關(guān)基因表達(dá)異常減低;母體型子癇前期胎盤中著絲粒MAD2信號(hào)抑制、有絲分裂紡錘體形成和核小體組裝的相關(guān)基因表達(dá)異常;免疫型子癇前期胎盤中端粒酶和雙鏈斷裂修復(fù)以及著絲粒MAD2抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)表達(dá)異常降低。

4 抗衰老藥物與子癇前期

近年來(lái),針對(duì)衰老相關(guān)靶點(diǎn)和信號(hào)途徑研發(fā)了多種靶向的抗衰老藥物,或發(fā)現(xiàn)多種天然/合成化合物具有潛在的抗衰老活性。盡管目前尚未有抗衰老相關(guān)的藥物獲批上市,但在基礎(chǔ)研究中都顯示出良好的延緩衰老的效果,部分藥物已經(jīng)進(jìn)入臨床研究階段。有趣地是,許多經(jīng)典的抗衰老藥物在子癇前期疾病模型中同樣具有良好的預(yù)防治療效果。盡管相關(guān)研究仍停留在基礎(chǔ)研究水平,但仍提示靶向胎盤衰老機(jī)制可能是治療子癇前期的潛在新思路(表1)。

表1 抗衰老藥物具有治療子癇前期的潛力

5 結(jié)論與展望

綜上所述,正常妊娠進(jìn)展中胎盤生理性衰老,而缺血缺氧、炎癥因子、氧化應(yīng)激等多種內(nèi)外應(yīng)激源可介導(dǎo)胎盤細(xì)胞功能障礙并異常旁分泌SASP,加劇胎盤病理性衰老,從而導(dǎo)致子癇前期等多種臨床不良妊娠發(fā)生。新近研究發(fā)現(xiàn),多種天然或合成的抗衰老藥物在子癇前期疾病模型中具有良好預(yù)防和治療作用,提示靶向細(xì)胞衰老可能是治療子癇前期的潛在新思路。盡管如此,細(xì)胞衰老相關(guān)通路中各信號(hào)分子的作用及相互關(guān)系的詳細(xì)機(jī)制仍有待進(jìn)一步闡明,從而深入了解生理性和病理性衰老在正常胎盤發(fā)育及子癇前期發(fā)病機(jī)制中的作用。此外,靶向細(xì)胞衰老可能是子癇前期新藥研究的潛在方向之一,但目前相關(guān)研究仍停留在動(dòng)物模型水平。首先,需要關(guān)注妊娠期用藥的安全性;其次,需明確抗衰老相關(guān)藥物是否通過(guò)靶向胎盤衰老的作用機(jī)制發(fā)揮改善子癇前期的作用;最后,基于子癇前期多因素-多機(jī)制-多通路致病的特點(diǎn),且不同子癇前期亞型的衰老途徑差異顯著[36],未來(lái)仍需在多種不同類型的子癇前期動(dòng)物模型中驗(yàn)證抗衰老藥物的療效,有助于進(jìn)一步明確靶向胎盤衰老的新藥可能適用的子癇前期亞分類和亞分型,最終推向臨床應(yīng)用。