子宫内膜容受性各相关标志物研究进展

      【摘要】子宫内膜容受性是指母体子宫内膜对胚泡的接受能力。子宫内膜的形态学及相关因子表达伴随子宫内膜容受性发生变化, 如胞饮突的出现、白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor, LIF)、白介素-1(interleukin-1, IL-1)、整合素、选择素、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factors, IGF)、前列腺素(prostaglandin, PG)、降钙素、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)、组织金属蛋白酶抑制剂(tissue inhibitor of matrix metalloproteinases, TIMPs)、同源框基因(HOA基因)等蛋白和基因表达水平的变化。这些均可作为子宫内膜容受性不同时空的标志物, 研究这些标志物不仅能够很好地监测子宫内膜容受性, 而且能针对性地改善子宫内膜容受性, 有助于提高胚胎着床率。

      子宫内膜容受性是指母体子宫内膜对胚泡的接受能力。当子宫内膜具有良好的容受性时, 才能够容纳胚泡, 使其完成定位、黏附、植入等着床过程。子宫内膜容受性随着月经周期而发生变化, 在一个特殊的时期表现出最大的容受性, 这个时期被称为“种植窗”, 一般出现在子宫内膜的分泌中期(月经周期第20~23 日)即排卵后的第7~9 日左右。近几年来, 辅助生殖技术(ART)被越来越广泛地应用于女性不孕的治疗当中, 在解决了大多数女性生育问题的同时, 一些失败的例子也引起了人们的思考。其中, 体外受精(IVF)的胚胎于子宫内膜的着床成功率低不容忽视。胚胎着床成功与否主要取决于胚胎植入子宫的能力和子宫内膜的容受性; 也就是说, 具有良好的子宫内膜容受性是胚胎着床成功的关键因素之一。如果子宫内膜处于低容受性状态, 即没有达到适合胚胎着床的状态, 将会大大降低胚胎移植的成功率。因此, 子宫内膜容受性的相关研究成为提高胚胎着床成功率的突破口。子宫内膜的形态学及相关因子的表达会随子宫内膜容受性发生变化, 某些因子还被确认为参与了调控子宫内膜的容受性。因此, 研究子宫内膜容受性标志物不仅能够监测子宫内膜容受性的变化, 还能够通过干涉某些标志物的表达, 从而改善子宫内膜容受性, 成为提高胚胎着床成功率的关键。

      子宫内膜容受性的理想标志物应具备以下特点: ① 于子宫内膜上皮组织或胚胎着床附近表达;② 与“种植窗”的开启具有时间上的同步性。许多研究者从各研究水平发现了符合标准的理想标志物, 本文将对近年来各水平的子宫内膜容受性标志物进行总结。

      1 形态学标志物——胞饮突胞饮突是在扫描电子显微镜(scanning electronicmicroscopy, SEM)下可见到的子宫内膜上皮细胞表面形成的大而平滑的膜突起, 由于其与胞饮及胞吞作用有关, 故命名为胞饮突。曾有研究显示, 胞饮突出现在人类正常月经周期的第20日左右, 且已证实囊胚着床均在有胞饮突的地方。除此之外, 胞饮突还参与了胚胎黏附的过程, 促进胚胎着床。研究表明, 胞饮突的膜中含有胚胎黏附的必需受体, 随着胞饮突的出现妊娠相关蛋白也会随之出现, 胞饮突通过与其结合直接参与胚胎黏附过程。还有研究指出, 胚胎与胞饮突之间的黏附力要远远大于和其他部位的子宫内膜上皮细胞, 并且胞饮突的结构很大程度上增加了胚胎与子宫内膜接触的面积。Diedrich等通过临床试验观察到, 胞饮突缺乏的患者其胚胎易着床失败; 反之, 胞饮突丰富的女性则妊娠率很高。胞饮突的出现、发育及退化与人类的“种植窗”时间几乎完全吻合, 且表达于囊胚着床的部位,还参与了胚胎着床的过程, 能够协助准确直观地判断子宫内膜容受性的变化, 具备了子宫内膜容受性理想标志物的特点。但由于胞饮突的检测是有创的, 所以暂时没有在临床上得到应用。

      2 分子水平标志物

       2.1 白血病抑制因子 白血病抑制因子(leukemiainhibitoryfactor, LIF)是一种分泌型糖蛋白, 最初是因为能够诱导M1型白血病细胞分化而且能够抑制白血病细胞分化而被命名, 属于白细胞介素-6(interleukin-6, IL-6)家族的一员。LIF 受体分布广泛, 在不同的组织和细胞中具有不同的生物活性, 以调节细胞的增殖、分化和表型为主。有研究报道, LIF被检测出表达于子宫内膜腔上皮和腺上皮细胞, 当子宫内膜处于月经周期的分泌中期时, LIF mRNA在子宫内膜的转录表达大幅度上升, 当分泌中、晚期时, 其表达量达到峰值, 与胚胎的“种植窗”期相吻合, 且LIF 的表达定位于胚泡植入附近的子宫内膜上皮或基质细胞。LIF 的低表达会导致不孕以及胚胎移植失败。研究显示, 一些经历过胚胎反复植入失败(RIF)的女性子宫内膜LIF蛋白的表达低于生育正常的女性, 差异具有统计学意义, 还有些长期不孕的妇女甚至出现了LIF 基因的表达缺失。有研究者曾于前一个月经周期的黄体期留取一组即将进行体外受精-胚胎移植(IVF-ET)患者的子宫内膜, 结果表明, 成功妊娠妇女的子宫内膜分泌中期时的LIF mRNA 水平高于未能妊娠者, 差异具有统计学意义。还有研究表明,一些不明原因不孕患者的胚胎移植失败与子宫内膜增殖期LIF 的低表达相关。LIF 的表达与子宫内膜的“种植窗”时期几乎同步, 且定位于胚泡植入的子宫内膜附近, 是子宫内膜容受性理想的标志物。除此之外, LIF 在胚胎着床的过程中还起着关键作用, 其表达减弱或缺失都会引起子宫内膜容受性的降低从而引起不孕。目前, LIF在临床治疗方面的应用研究尚少, 但其作为分泌性蛋白, 取样简单, 检测方便, 除了作为子宫内膜容受性的标志物外, 可考虑通过给予重组人LIF来改善妊娠结局。2.2 整合素整合素是一种通过依赖于细胞内/外的Ca2+介导细胞内、外环境之间发生联系的跨膜受体, 属于细胞黏附分子家族中的重要一员。整合素在体内表达广泛, 大多数细胞表面都表达一种以上的整合素,在多种生命活动中发挥关键作用。整合素由a 和b 2 个亚基组成, 它们按不同的组合构成20 余种整合素, 在体内广泛表达。其中, 整合素avb3是最佳的子宫内膜标志物。研究表明, 整合素avb3 于月经周期的第20日左右开始表达, 即相当于月经周期的分泌中期,并可持续至妊娠期, 其表达与“种植窗”的开启相一致。据报道[14], 整合素avb3在子宫内膜上皮细胞和血管中的表达均高于间质细胞。同时, 整合素avb3 的低表达还有可能影响胚胎着床的成功率。杨海燕等观察到, IVF-ET的RIF患者中, “种植窗”期子宫内膜整合素avb3 的表达明显减弱, 是胚胎着床受阻的原因之一。整合素avb3 的表达与“种植窗”的开启相一致, 且主要表达于子宫内膜上皮细胞和血管中, 可作为子宫内膜容受性和“种植窗”开放的标志。除此之外, 由于整合素在人体内表达广泛, 而且影响着胚胎的着床, 因此整合素的表达还可能应用于ART,成为一种判断IVF 时间和预测受孕几率的新指征。2.3 选择素选择素是Ca2+依赖的一类细胞黏附分子, 能与特异糖基识别并结合, 属于细胞黏附分子中的一个家族, 主要参与白细胞与血管内皮细胞之间的识别与粘着, 又称为选择蛋白或选择凝集素。其家族有白细胞选择素(L- 选择素)、内皮细胞选择素(E- 选择素)、血小板选择素(P- 选择素)3 个成员。其中, L-选择素可作为子宫内膜容受性的标志物。研究显示, L- 选择素及其寡糖配体MECA-79在整个月经周期的子宫内膜上皮都有表达, 且在分泌中期的表达加强。还有研究表明, 着床成功的胚胎与母体的交界面有选择素黏附系统, L-选择素及其配体M E C A - 7 9 在“种植窗”均表达上调。Nejatbakhsh等通过免疫荧光染色和免疫印迹法也观察到, L-选择素及其配体MECA-79在分泌中期表达加强。L- 选择素及其配体还在胚胎种植中发挥着重要的作用, Foulk等通过检测比对RIF与正常妇女的子宫内膜, 结果显示在正常妇女的子宫内膜均表达L-选择素及其受体, 但25%的RIF妇女却存在着L-选择素的表达缺失。还有研究显示, 将L-选择素高表达和L-选择素低表达的妇女相比, 前者的妊娠成功率要远远高于后者, 由此, 我们可以认识到L- 选择素参与子宫内膜容受性的构建。L- 选择素及其寡糖配体MECA-79 于月经周期的分泌中期呈现高表达, 在胚胎着床中发挥着不可忽视的作用, 是子宫内膜容受性的理想标志物。2.4 白细胞介素-1 白细胞介素-1, 简称白介素-1(interleukin-1,IL-1), 属于细胞因子, 它能够参与免疫细胞增殖、分化并提高其功能。IL-1 的家族成员包括IL-1a、IL-1b 以及天然抑制剂和IL-1 受体拮抗剂。IL-1被发现于排卵期后的第7~9日左右表达上调, 与“种植窗”期吻合。其中, IL-1b 可通过调节NF-kB的表达参与胎盘形成中的免疫耐受,并促进胚胎的成长。实验中观察到在子宫内膜的“种植窗”期注射IL-1 受体拮抗剂, 结果阻断了胚胎的着床过程。还有研究指出[21], IL-1可能通过影响人体绒毛膜促性腺激素(hCG)的表达从而触发血管生成, 进而促进胚胎生长。IL-1 的表达不仅于子宫内膜的“种植窗”期上调, 参与构建子宫内膜容受性, 并且还通过各种机制参与促进胚胎的生长。2.5 胰岛素样生长因子(insulin-like growth factors,IGF) IGF是一类多功能细胞增殖调控因子, 在细胞的分化、增殖、个体的生长发育中具有重要的促进作用。IGF 家族由2 种低分子多肽(IGF-I、IGFII)、2 类特异性受体及6 种结合蛋白组成。研究显示, IGF在子宫以自分泌和/或旁分泌的形式发挥着重要的调节作用。其中, IGF-I mRNA的表达量与血清中雌激素的浓度呈正相关, 增生期的表达量多于分泌期。而IGF-II mRNA 则正相反, 其分泌期的表达量多于增生期。还没有足够的证据证明IGF会影响子宫内膜容受性, 但其周期性的表达特点促使我们考虑在今后的研究中进一步揭示IGF 对子宫内膜容受性的影响。2.6 前列腺素(prostaglandin, PG) PG 是存在于人体中的一类由不饱和脂肪酸组成的、具有多种生理作用的血管活性因子。通过在局部产生和释放, 对产生前列腺素的细胞本身或对邻近细胞的生理活动发挥调节作用, 而前列腺素在胚胎植入子宫内膜的过程中起着至关重要的作用。已证实, PG在子宫内膜的任何阶段都有表达。其中, PGE2 和PGF2a 合酶的表达在子宫内膜的分泌中期显著增加, 与胚胎的“种植窗”吻合, 当抑制PGE2 和PGF2a 合酶或PG 受体的表达时均会导致胚胎着床的失败。Achache等观察到, RIF患者可能是因为PG 合成障碍从而导致了子宫内膜容受性的下降, 进而使胚胎着床失败。PG作为血管活性因子, 不可避免地影响着子宫内膜的容受性。Vilella等认为[24], PGE2 和PGF2a的浓度水平在胚胎移植前24 h可以预测妊娠结局, 是子宫内膜容受性的潜在生物标志。2.7 降钙素 降钙素是一种含有32个氨基酸的直线型多肽类激素, 其主要的功能是降低血钙。降钙素主要由甲状腺的滤泡旁细胞分泌, 除此之外, 子宫也能合成微量的降钙素。研究显示, 降钙素mRNA 在子宫内膜中的表达具有周期性, 于月经周期第17日左右开始上升, 第19~24日明显增加, 第25日开始表达水平下降, 并受孕激素调节。降钙素的主要表达部位在子宫内膜上皮, 它还能够促进子宫内膜蜕膜化以及维持子宫的静息状态。除此之外, 降钙素还可以通过上调子宫内膜上皮的某些相关基因的表达来提高子宫内膜对胚胎的容受能力; 降钙素还可通过调节Ca2+的流向促进胚胎的发育。有研究显示, 给植入前(孕第2 日)大鼠子宫内注射与降钙素mRNA 特异性互补的反义寡脱氧核苷酸, 阻断降钙素基因的转录和翻译,可导致胚胎着床受阻。由此可见, 降钙素于子宫内膜上皮细胞中呈周期性表达, 通过多种机制调节子宫内膜容受性, 并且进一步影响胚胎的侵入与发育。因此, 降钙素不仅可作为子宫内膜容受性理想的标志物, 而且还可为不孕不育的治疗提供新的靶点。2.8 基质金属蛋白酶与基质金属蛋白酶抑制剂 基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)是一类依赖Ca2+、Zn2+ 等金属离子作为辅助因子的蛋白水解酶, 组织金属蛋白酶抑制剂(tissuenhibitor of matrix metalloproteinases, TIMPs)是MMPs的特异性抑制剂, TIMPs 与活化的MMPs 以1∶1非共价键稳定结合且不可逆; 目前MMPs 家族已发现26 个成员。有研究显示, MMP-9在子宫内膜的分泌中期特异性表达升高。陈莉萍等通过研究8 4 例进行IVF-ET的不孕患者表明, 成功妊娠者的MMP-9表达要远远高于未成功妊娠者, 而其相应的抑制剂TIMPs 的表达亦是如此。还有研究者采用免疫组织化学的方法研究显示, MMP-9 以及TIMP-1 均在不明原因不孕者的子宫内膜中呈现出显著的低表达,与正常组相比, 具有显著的统计学差异。除MMP-9外, 还有些研究者观察到, 不明原因不孕以及RIF 患者的子宫内膜MMP-2 和TIMP-3的表达比正常妇女要低。MMPs 家族对子宫内膜容受性的影响研究尚少, 其中MMP-9 与其抑制剂TIMPs 可能协同作用于子宫内膜, 可作为子宫内膜容受性的潜在标志物之一。

3 基因水平标志物——HOXA10

      HOX基因全名同源框基因, 是胚胎组织形态的主要调控基因。其在人体内分为4 个基因群集, 分别位于不同的染色体上, 其中, 位于7号染色体上的HOXA10 基因对于胚胎着床影响最大。HOXA10 蛋白定位于子宫内膜基质细胞的细胞核中, 当胚胎进入植入窗口期子宫内膜时, 子宫腔内大量的雌激素和孕激素会激活HOXA10 基因的转录, 随后HOXA10 通过激活或抑制下游靶基因的转录来诱导子宫内膜成熟, 从而使子宫内膜向着良好容受性的趋势分化, 并指导胚胎成熟。除此之外, 在子宫内膜间质, HOXA10还通过上调色氨酸-2,3加双氧酶的转录来增加色氨酸的代谢, 从而使免疫耐受的胚胎植入。利用RT-PCR 检测即将进入IVF-ET患者的子宫内膜分泌中期的样本HOXA10 的表达,结果显示妊娠组的表达明显高于非妊娠组。Szczepañska等利用免疫组织化学技术观察到, 不孕患者子宫内膜HOXA10 的转录水平明显低于正常女性。很多因着床失败而不孕的患者(多囊卵巢综合征、子宫内膜异位症等) 子宫内膜均存在HOXA10 的表达缺陷。通过调节雌、孕激素水平可改变HOXA10 基因在子宫内膜中的表达。结合蛋白相关因子能够通过乙酰化HOXA10 来减弱其对胚胎的介导。

      在分子生物学飞速发展的今天, 越来越多的基因水平操作被应用到了疾病的治疗与预防当中, 这与核酸分子的一些特殊物理化学性质密不可分。HOXA10 基因不仅特异性表达于“种植窗”期的子宫内膜基质细胞, 其转录水平在不孕女性与正常女性中的差异具有统计学意义, 可作为子宫内膜容受性基因水平的理想标志物。

4 展望

      近20多年来, 体外受精卵移植的胚胎种植成功率始终徘徊在10%~20%, 胚胎种植成功率较低仍是困扰生殖技术发展的难题。胚胎着床是一个极其复杂的过程, 其成功与否由胚胎的植入能力以及子宫内膜容受性共同决定。子宫内膜容受性受不同时间不同空间表达的各种因子所调控, 研究其标志物不仅能够很好地监测子宫内膜容受性, 而且针对性地改善子宫内膜容受性有助于提高胚胎着床率。另外, 通过可逆地降低子宫内膜容受性阻断胚胎着床的过程,进而研究出更有益的避孕方式。