馬 婧 薩日娜 俞 蘭

胎盤的主要功能為保障胎兒正常生長發(fā)育。胎盤滋養(yǎng)層干細(xì)胞源于形成囊胚壁的外胚層，逐漸分化形成絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞(extravillous trophoblast cell, EVT)和合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞(syncytiotrophoblast cell, STB)[1]。EVT侵襲進(jìn)入母體子宮間質(zhì)和螺旋動脈，參與子宮動脈重塑，其侵襲程度過深或過淺均致病理性妊娠，嚴(yán)重影響母體健康及胎兒的正常發(fā)育；故，EVT侵襲子宮的生物學(xué)行為對于維持胎盤的正常功能至關(guān)重要。也由此成為妊娠研究的熱點。已有研究認(rèn)為，諸多因素如前列腺素E2、轉(zhuǎn)化生長因子β1、白細(xì)胞介素、血氧分壓以及胎盤血液流速等均參與調(diào)控胎盤的侵襲能力，但深入的調(diào)控機制、通路及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚未闡明[2～4]。

基質(zhì)金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinases, MMPs)首次在研究蝌蚪形態(tài)變化過程時被發(fā)現(xiàn)，隨后在人類病理生理領(lǐng)域得到了廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)MMPs可降解細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)中幾乎所有蛋白成分,在各類惡性腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移過程中的地位舉足輕重。MMPs家族龐大，目前已發(fā)現(xiàn)26個成員，即MMP-1～MMP-26。并根據(jù)它們的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)分布和針對細(xì)胞外基質(zhì)成分的特異性，分為基質(zhì)蛋白酶(matrilysins)、膜型基質(zhì)金屬蛋白酶(membrane-type matrix metalloproteinase, MT-MMP)、膠原酶(collagenases)、明膠酶(gelatinase)以及母系基質(zhì)蛋白酶(stromelysins)[5]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，無論在正常、還是病理條件下，MMPs都是調(diào)控胚胎和組織發(fā)育過程中的關(guān)鍵酶。其中，MMP-2和MMP-9參與降解子宮上皮基膜的主要成分——Ⅳ型膠原。因此，它們在滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲子宮的過程中，很可能扮演著重要的角色。本文就胎盤滋養(yǎng)層對子宮的侵襲能力、MMP-2和MMP-9之間的關(guān)系綜述如下。

一、胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲行為

滋養(yǎng)層細(xì)胞侵入子宮是胚胎著床和胎盤發(fā)育的重要過程，由滋養(yǎng)層干細(xì)胞介導(dǎo)。生理狀態(tài)下，滋養(yǎng)層干細(xì)胞在侵襲中分化成滋養(yǎng)層細(xì)胞亞群，最終形成胎盤。具體來說，在滋養(yǎng)層細(xì)胞侵入子宮的過程中，絨毛頂端的滋養(yǎng)層細(xì)胞從基膜開始向外增殖，形成細(xì)胞柱，滋養(yǎng)層細(xì)胞的表型也從非侵襲性增殖轉(zhuǎn)變?yōu)榉窃鲋承郧忠u生長，在細(xì)胞柱中遷移、侵入和重塑母體螺旋小動脈。與此同時，子宮內(nèi)膜間質(zhì)細(xì)胞蛻膜化，其過程類似于排卵后子宮內(nèi)膜重塑，包括子宮腺體開始分泌活躍、子宮自然殺傷細(xì)胞涌入、子宮內(nèi)膜血管重塑、間質(zhì)細(xì)胞上皮樣轉(zhuǎn)化為蛻膜細(xì)胞。母體蛻膜形成過程中，EVT遷移到母體蛻膜的基質(zhì)中，開始與參加血管重塑的子宮免疫細(xì)胞密切接觸。子宮免疫細(xì)胞通過分泌大量細(xì)胞因子和趨化因子，促進(jìn)EVT的侵襲，該過程在介導(dǎo)螺旋動脈轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[6]。

胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲、增殖、分化等生理行為與癌細(xì)胞極其相似，都是一個多步驟過程，包括附著并降解基膜或ECM成分，然后通過其降解的成分遷移。然而，與癌細(xì)胞失控的侵襲行為不同，胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞的增殖與侵襲受到嚴(yán)格的調(diào)控。在正常妊娠中，滋養(yǎng)層細(xì)胞對子宮的侵襲發(fā)生在兩個高峰期：第一個高峰期發(fā)生在妊娠10周內(nèi)，此時，螺旋動脈侵入子宮壁，直至逆行延伸至蛻膜-子宮肌層交界處；第二個侵襲高峰發(fā)生在妊娠14～20周內(nèi)，此時已經(jīng)能觀察到螺旋動脈肌層段的血管生理變化：螺旋動脈的直徑增加了4～6倍，從高阻低流的血管變成了極度擴(kuò)張的血管，以滿足增加胎盤和胎兒的血供要求[7]。滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲行為持續(xù)到妊娠5個月左右，在其侵襲過程中，胎盤發(fā)生上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，上皮細(xì)胞獲得間質(zhì)細(xì)胞的表型：首先是STB穿透子宮內(nèi)膜上皮，然后EVT侵襲進(jìn)入整個子宮內(nèi)膜、子宮肌層內(nèi)1/3和子宮血管系統(tǒng)[8]。最后，滋養(yǎng)層細(xì)胞從細(xì)胞柱遷移到蛻膜，侵入母體子宮螺旋動脈，建立母體-胎盤循環(huán)。

二、MMPs及其抑制劑

MMPs家族是一類依賴Ca2+、Zn2+等金屬離子的內(nèi)肽酶家族，其家族成員具有相似的結(jié)構(gòu)，在5個結(jié)構(gòu)域中，前肽區(qū)的主要作用是保持酶原的穩(wěn)定性，用外源性酶切前肽區(qū)，MMPs酶原即被激活；催化活性區(qū)有金屬離子結(jié)合的位點，對酶催化有重要作用；羧基末端區(qū)與酶的底物特異性有關(guān)。MMPs對器官的形態(tài)發(fā)生以及組織的重塑起重要作用，除了能降解ECM中幾乎所有成分之外，還參與細(xì)胞外基質(zhì)的重塑。在正常成人的組織中，MMPs的表達(dá)水平極低，甚至檢測不到，只有在生理性組織重塑、炎癥和傷口修復(fù)等過程中才上調(diào)。其中，MMP-2與MMP-9都屬明膠酶類，明膠酶可能通過其蛋白水解功能參與細(xì)胞增殖、血管生成和腫瘤轉(zhuǎn)移等過程[9]。

MMP-2位于人類染色體16q21， 包括內(nèi)含子12個，外顯子13個。其他金屬蛋白酶的5′旁側(cè)序列promotor 區(qū)域含TATA盒，而MMP-2則是兩個GC盒。MMP-2編碼明膠酶A，底物包括明膠、Ⅴ型膠原和Ⅵ型膠原等[10]。MMP-2主要以不活躍的前體形式(Pro-MMP-2)存在于細(xì)胞柱遠(yuǎn)端的滋養(yǎng)層細(xì)胞和EVT中，相對分子質(zhì)量為72kDa。細(xì)胞表面的MT-MMP-1與基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子(tissue inhibitors of metalloproteinase, TIMP) -2結(jié)合形成二元復(fù)合物后，Pro-MMP-2的Haemopexin結(jié)構(gòu)域通過與二元復(fù)合物中TIMP-2的C端結(jié)合形成MT-MMP-1-TIMP2-Pro-MMP-2三元復(fù)合物，Pro-MMP-2的N-末端蛋白水解裂解，激活了Pro-MMP-2，成為具有活性的aMMP-2形式，相對分子質(zhì)量為63kDa[11]。aMMP-2位于細(xì)胞和基質(zhì)交界處的最前端，推測它在細(xì)胞穿透基質(zhì)的過程中發(fā)揮“鉆頭”的功能。 aMMP-2降解ECM分兩個階段進(jìn)行：第1階段aMMP-2的功能類似于間質(zhì)膠原酶。第2階段的過程是由纖維連接蛋白樣結(jié)構(gòu)域促進(jìn)的明膠溶解，通過降解、破壞靠近細(xì)胞表面的ECM和基膜，為細(xì)胞掃清組織屏障，促進(jìn)細(xì)胞侵襲。由此也證明了aMMP-2的表達(dá)與細(xì)胞的侵襲和遷移密切相關(guān)。

MMP-9同樣也是MMPs家族中的一員，首次發(fā)現(xiàn)于人的中性粒細(xì)胞中，位于人類染色體20q11.2～q13.1，相對分子質(zhì)量92kDa，編碼明膠酶B蛋白。與MMP-2不同的是，MMP-9擁有連接活性位點和Haemopexin結(jié)構(gòu)域的獨特連接序列——O-糖基化序列(OG結(jié)構(gòu)域)[12]。研究證明，OG結(jié)構(gòu)域的缺失降低MMP-9介導(dǎo)的細(xì)胞遷移。該酶的主要底物包括明膠、Ⅳ型膠原Ⅴ和Ⅵ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ型膠原等。MMP-9在正常組織中表達(dá)較低或缺失，而在炎癥和傷口愈合過程中表達(dá)升高[13]。因MMP-9可分解呼吸道和肺內(nèi)ECM或基膜，并通過促進(jìn)釋放血管內(nèi)皮生長因子參與血管生成，所以目前的研究大多聚焦于呼吸道疾病、心血管等慢性病以及各類腫瘤。妊娠期間MMP-9由胎盤的滋養(yǎng)層細(xì)胞表達(dá)，介導(dǎo)滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲和遷移。

MMP-9同樣以酶原形式Pro-MMP-9和有活性的aMMP-9兩種形式存在于體內(nèi)。aMMP-9的相對分子質(zhì)量為87kDa。Pro-MMP-9通常與TIMP-1形成復(fù)合物，兩種蛋白在Pro-MMP-9的羧基末端連接,當(dāng)TIMP-1被釋放后，Pro-MMP-9轉(zhuǎn)化為具有活性的aMMP-9形式。此外，人體內(nèi)缺氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子啟動一氧化氮的產(chǎn)生，通過催化Zn2+和酶的前肽結(jié)構(gòu)域之間的連接激活Pro-MMP-9[14]。

MMPs發(fā)揮活性的范圍和持續(xù)時間受到內(nèi)源性抑制劑的嚴(yán)格調(diào)控，包括血清抗蛋白酶和上文提及的TIMPs。目前已知有4種類型TIMPs，每一種都通過與多個MMPs的催化和(或)Haemopexin結(jié)構(gòu)域結(jié)合而抑制MMPs功能[15]。其中，TIMP-1不論在健康組織還是病理條件下，都能抑制ECM水解。TIMP-1常被誤認(rèn)為是MMP-9的特異性抑制劑，然而有研究發(fā)現(xiàn)所有的TIMPs都能抑制aMMP-9，只是TIMP-1復(fù)合物優(yōu)先與Pro-MMP-9 C端的Haemopexin結(jié)構(gòu)域結(jié)合；多項研究結(jié)果顯示，TIMP-2同樣有抑制ECM水解的作用，并通過間接調(diào)節(jié)包括MMP-2在內(nèi)的金屬蛋白酶抑制ECM的降解；有研究發(fā)現(xiàn)，TIMP-3是ECM重塑的關(guān)鍵抑制劑，TIMP-3與其他TIMPs的不同之處在于它與ECM的結(jié)合更緊密。TIMP-4主要表達(dá)于發(fā)育中的肺、女性生殖道、胚胎和移植組織的ECM蛋白水解過程中，并在心臟和大腦中的表達(dá)具有組織特異性。

三、MMP-2和MMP-9在細(xì)胞侵襲行為中的變化

胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲子宮的行為是受到嚴(yán)格調(diào)控的多步驟過程，諸多調(diào)控因素參與；其中，MMP-2和MMP-9的合成和激活是必需的環(huán)節(jié)，兩者可顯著增強滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲力。MMP-2是人類妊娠第6～8周胎盤明膠酶的主導(dǎo)成分，是此階段滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲的關(guān)鍵酶。隨著妊娠進(jìn)展，MMP-2分泌逐漸減少，MMP-9分泌逐漸增加[16]。妊娠第8～11周，MMP-9的表達(dá)占優(yōu)勢，直到妊娠結(jié)束。因此根據(jù)胎盤的發(fā)育過程以及MMP-2和MMP-9表達(dá)的變化可以推測，MMP-2在早期胎盤植入子宮過程中起重要的作用，而MMP-9在維持滋養(yǎng)層細(xì)胞適度侵襲中較為重要。

妊娠期間MMP-2和MMP-9的表達(dá)變化受到多種物質(zhì)的影響，關(guān)系到滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲行為。研究發(fā)現(xiàn)妊娠期血管內(nèi)皮生長因子和胎盤生長因子促進(jìn)胎盤MMP-2和MMP-9的表達(dá)和活化，促進(jìn)滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲、胎盤生長以及血管重構(gòu)。有研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，激活素A刺激原代培養(yǎng)的滋養(yǎng)層細(xì)胞產(chǎn)生Pro-MMP-9、Pro-MMP-2和aMMP-2，并對滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲起到促進(jìn)作用[17]。沉默血管生成素樣蛋白8、β淀粉樣蛋白1-42可顯著加速細(xì)胞的遷移和侵襲，同時MMP-2和MMP-9的表達(dá)水平升高[18,19]。當(dāng)MMP-2和MMP-9的表達(dá)受到正向調(diào)控的同時，負(fù)向調(diào)控也正在進(jìn)行以維持動態(tài)平衡，比如滋養(yǎng)層細(xì)胞表達(dá)的NOD1受體，在其受到非特異性配體刺激時，MMP-2 和MMP-9的分泌均明顯下降；當(dāng)受到 NOD1 特異性配體如iE-DAP 刺激后，MMP-9的分泌水平明顯降低，MMP-2的分泌未受明顯影響，因此，通過激活NOD1負(fù)向調(diào)節(jié)MMP-2和MMP-9的表達(dá)水平，使母胎界面滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲能力下降[20]。沉默層粘連蛋白α4亞單位、顆粒蛋白前體以及N-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶Ⅲ等也負(fù)向調(diào)控MMP-2和MMP-9的活性，并顯著降低人絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞系HTR-8/SVneo的侵襲、遷移和柱狀結(jié)構(gòu)的形成[21～23]。由此可見，MMP-2和MMP-9高表達(dá)可顯著增加滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲力；反之，其表達(dá)水平的降低會導(dǎo)致滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲力降低。

近年來，關(guān)于微小RNA( micro RNA，miRNA)影響滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲力的研究越來越多。例如，miR-346和miR-582-3p通過抑制MMP-2和MMP-9的表達(dá)，進(jìn)而抑制滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲力[24]。過表達(dá)miR-491-5p的HTR-8/SVneo細(xì)胞與正常細(xì)胞比較，MMP-9的表達(dá)水平顯著降低，推測miR-491-5p可能通過降低MMP-9的表達(dá)水平來抑制滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲和遷移[25]。miR-204同樣通過降低MMP-9的表達(dá)抑制滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲;而miR-519d則通過降低胎盤組織中MMP-2的表達(dá)來降低滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲能力[26]。除此之外，沉默STAT5B可使MMP-2在HTR-8/SVneo細(xì)胞中的表達(dá)增加，提示STAT5B負(fù)向調(diào)控滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲力[27]。經(jīng)敲降抗衰老基因Klotho處理的HTR-8/Svneo細(xì)胞侵襲能力顯著減弱，并且其MMP-2和MMP-9的表達(dá)也顯著下調(diào)；當(dāng)敲除HTR-8/Svneo的Nesfatin-1基因時，亦發(fā)現(xiàn)細(xì)胞表型的上述變化[28]。

綜上所述，胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞侵入子宮壁的生物學(xué)行為受嚴(yán)格的調(diào)控；胎盤及蛻膜組織分泌的多種細(xì)胞因子及諸多miRNA都參與其中，或正向或負(fù)向，對維持滋養(yǎng)層細(xì)胞正常侵襲力的動態(tài)平衡、胚胎植入以及妊娠順利進(jìn)行均有重要意義。在該龐大周密的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，都是病理性妊娠的發(fā)病原因，但是對于病理性妊娠的研究深度目前還不足以詳盡解釋，另一方面，只有充分了解調(diào)控機制，才有可能做到有的放矢，達(dá)到病因治療的高度。對于妊娠糖尿病、先兆子癇等相對多發(fā)的病理性妊娠尤其需要關(guān)注深層機制。

四、展 望

隨著晚婚晚育成為現(xiàn)代社會的發(fā)展趨勢，生育年齡的后延，孕婦年齡的遞增，使孕婦病理性妊娠的發(fā)生率增加，關(guān)注胎盤EVT的適度侵襲力，是針對病理性妊娠的重要防治手段。EVT是胎盤“扎根”子宮并得以正常發(fā)育的前提，嚴(yán)格調(diào)控EVT侵襲行為才能使胎兒在母體子宮中正常發(fā)育。滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖和侵襲對子宮螺旋動脈的重塑以及母-胎之間物質(zhì)交換也至關(guān)重要。不論EVT的異常侵襲行為是因還是果，都將導(dǎo)致多種妊娠相關(guān)疾病，給親代和子代都帶來不可逆的損傷。了解精確調(diào)控滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖和侵襲行為的基因及影響因素，不斷探索各種病理性妊娠情況下EVT侵襲行為的異常，不僅可以為豐富疾病的診療手段提供理論基礎(chǔ)，而且可從致病機制層面更深入探討此類疾病的防治新方法。