TGF-β超家族信号在复发性流产中的研究进展 (1).pdf

基金项目:国家自然科学基金资助项目(82071655);湖北省科技厅重点研发计划项目(2020BCB023);国家自然科学基金资助项目地区项目(81860276);湖北省科技厅创新专项(2019AEA170)作者单位:430060武汉大学人民医院妇产科通信作者:程艳香,主任医师,教授,博士生导师,电子信箱:yanx-iangCheng TGF-超家族信号在复发性流产中的研究进展朱融慧程艳香摘要复发性流产(recurrent spontaneous abortion,RSA)是一种复杂的妊娠并发症,在育龄夫妇中发生率逐年升高,严重危害全世界女性的生殖健康。RSA 的病因复杂,目前研究认为与基因表达异常、免疫失调、内分泌改变等因素密切相关,而临床上尚缺乏 RSA 早期诊断标志物和个体化的精准治疗策略。因此,探索 RSA 发病的分子机制并寻找早期、高效的诊断和干预靶点具有重要的临床意义。研究认为 TGF-超家族参与妊娠早期母体-胚胎界面多种细胞生物学活动,如细胞分化、增殖、黏附、侵袭和凋亡,与 RSA 密切相关。本文对 TGF-超家族相关分子和信号通路在 RSA 中影响滋养细胞侵袭和子宫内膜蜕膜化进行综述。关键词复发性流产TGF-超家族蜕膜化滋养细胞母-胎界面中图分类号R711.6文献标识码ADOI 10.11969/j.issn.1673-548X.2024.04.034复发性流产(recurrent spontaneous abortion,RSA)是指与同一伴侣发生两次或两次以上妊娠 20 24 周前的妊娠失败,包括胚胎和胎儿丢失,在育龄夫妇中发生率约为 2.5%1。目前 RSA 的诊断仍缺乏标准化定义,临床表现高度可变,发病机制涉及染色体错误、基因表达异常、母体内分泌改变、代谢异常、免疫失调及 血 栓 前 状 态 等 复 杂 因 素2 4;且 仍 有 高 于40%的 RSA 病因尚未明确,即不明原因复发性流产(unexplained recurrent spontaneous abortion,URSA)。反复的胚胎丢失严重影响女性生殖健康,也对患者及其家庭造成极大的心理伤害和经济负担。因此,我们的基础和临床研究应当着眼于探索复发性流产的发病机制,寻找确切的病因用以制定新的检测、诊断和精准治疗策略,对促进人类生殖健康具有非常重要的临床意义。转化生长因子-(transforming growth factor-,TGF-)超家族在哺乳动物细胞中由 33 个基因编码,并以同二聚体/异二聚体蛋白形式分为多个亚家族,包括 TGF-s、激活素(activins)和抑制素(inhib-ins)、骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs)、生长分化因子(growth differentiation factors,GDFs)、抗 苗 勒 氏 激 素(anti-Mllerian hormone,AMH)以及节点蛋白(Nodal),参与调控多种细胞的生长增殖、谱系分化及 相应的组织 生理稳 态5,6。TGF-家族信号转导的失调可导致发育异常和功能障碍,而增强的 TGF-信号转导导致癌症和纤维化7。对于不同的母-胎界面相关生殖细胞或免疫细胞,TGF-配体通过与细胞表面受体结合,控制跨膜双特异性激酶的异聚受体复合物的功能呈递和活化8,可能是 启 动 复 发 性 流 产 的 关 键 信 号 转 导机制。本文从滋养层侵袭和子宫内膜蜕膜化入手,从母体-胚胎双向层面探讨 TGF-超家族信号转导在复发性流产中的调控作用,以及对来自其他信号转导途径的细胞因子的依赖性合作。一、TGF-超家族与滋养层侵袭1.RSA 与滋养层侵袭障碍:胚胎着床后,绒毛外滋养细胞(extravillous trophoblasts,EVTs)在妊娠早期一定程度上侵入母体蜕膜,对人类正常胎盘形成、妊娠的建立和维持至关重要。EVTs 来自于锚定绒毛的绒毛细胞滋养细胞(cytotrophoblasts,CTBs),通过间质和血管内途径迁移并侵入蜕膜基底层,参与胎盘与子宫壁的附着和母体螺旋动脉重塑过程9。EVTs对子宫蜕膜的不充分侵袭以及随后的螺旋动脉重构受损,将导致复发性流产、反复植入失败、子痫前期等不良妊娠结局10,11。2.TGF-超家族调控 RSA 绒毛外滋养细胞侵袭:在正常妊娠中,EVTs 侵袭过程稳定控制在子宫肌层的内 1/3,并且该过程高度依赖于转化生长因子-(transforming growth factor-,TGF-)超家族配181医学研究杂志 2024 年 4 月第 53 卷第 4 期综述与进展体、受体和伴随的下游信号转导分子共同的时空表达调节及协同/拮抗作用的精确调控9。其中,TGF-s、激 活 素 和 Nodal 通 过 结 合 TGF-型 受 体ALK4/5/7 及型受体 ACVR2A、ACVR2B 或 TGF-R,激 活 和 磷 酸 化 胞 内 SMAD 家 族(Sma-andMad-related proteins,SMADs)中的 SMAD2/3 介导的信号通路,而 BMPs、GDFs 和 AMH 则与 TGF-型受体 ALK2/3/6 及型受体 BMPR2、ACVR2A 或ACVR2B 结 合,激 活 SMAD1/5/8 介 导 的 信 号 通路12。研究表明,激活素的 3 种亚型(激活素 A、激活素B、激活素 AB)均通过诱导 SMAD2/3 的等效磷酸化,上调间充质黏附分子神经钙黏蛋白(N-cadherin),最终促进滋养层细胞的侵袭13,在人类妊娠早期的胚胎发育中起保护作用,但在复发性流产患者的绒毛组织 中 显 著 下 调。GDF 亚 家 族 成 员 GDF8 通 过ALK5-SMAD2/3 信号通路上调卵泡抑素-3(fol-listatin-like 3,FSTL3)的 表 达,GDF11 通 过 增 加DNA 结合蛋白 2(DNA-binding protein 2,ID2)介导MMP2 表 达 上 调,协 同 促 进 滋 养 层 细 胞 的 侵 袭性14,15。此外,BMP 亚家族成员 BMP2 在健康妊娠绒毛和胎盘中的表达高于 RSA 患者,可能是通过结合 ALK2/3 介导 SMAD1/5/8 信号通路促进 EVTs 侵袭,促进胎盘的发育和成熟16。与此同时,BMP2 通过 ALK3-BMPR2/ACVR2A-SMAD1/5/8-SMAD4信号通路上调抑制素 A 的表达,从而增加激活素 A的生成,表明不同 TGF-s 的相互作用有利于协同调控 EVTs 侵 袭,促 进 人 类 早 期 胚 胎 发 育 和 胎 盘形成17。有趣的是,TGF-超家族蛋白虽然具有相似的蛋白结构和信号转导,但它们在人类滋养层的侵袭过程中会通过自分泌或旁分泌的方式表现出不同的作用。例如,TGF-s 与激活素具有相同的 SMAD2/3依赖的信号通路,但 TGF-s 的 3 种亚型(TGF-1、TGF-2、TGF-3)均抑制 EVTs 侵袭,这可能是由于具有不同的型受体和靶基因。例如 TGF-1 通过 ALK5 诱导 SMAD2/3 磷酸化,上调滋养细胞内结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF)的 mRNA 和蛋白表达水平,发挥其抗侵袭作用,导致复发性流产的发生18。此外,Nodal 对 EVTs侵袭的抑制作用类似于 TGF-1,在这个过程中,Nodal 通过结合 ALK7 抑制下游基质金属蛋白酶 2 表达,显著降低滋养细胞侵袭性,是妊娠早期胚胎丢失的发病机制之一19。到目前为止,已有大量研究阐明了 TGF-超家族成员在早期妊娠期间调节 EVTs 侵袭功能及其导致反复胚胎丢失的潜在分子机制,这为 EVTs 侵袭功能障碍相关复发性流产的诊断和治疗方法的发展提供了新的思路和研究重点。二、TGF-超家族与子宫内膜蜕膜化1.RSA 与子宫内膜蜕膜化缺陷:蜕膜化是一个复杂的生物学过程,人子宫内膜间质细胞(human en-dometrial stromal cells,hESCs)发生广泛的形态、功能和遗传变化,为着床囊胚的发育提供了重要的营养和免疫环境支持20。蜕膜化的 hESCs 高表达胰岛素样生长因子结 合蛋白-1(insulin-like growth factorbinding protein-1,IGFBP1)和 催 乳 素(prolactin,PRL),可用作蜕膜化进展的标记分子21。蜕膜化过程中类固醇激素、生长因子、信号分子和表观遗传机制协调互作,在妊娠蜕膜的诱导、生长和变性中起调节作用22 24。蜕膜化的成熟和稳定对早期妊娠的建立和维持至关重要,蜕膜化缺陷严重损害胚胎植入和胎盘形成,阻碍母胎界面的免疫耐受性建立,与复发性流产密切相关25。深入研究影响子宫内膜间质细胞蜕膜化这种生物学行为的危险因素,有助于阐明 RSA 的发病机制,为寻找更有效和精确的治疗方法提供重要依据。2.TGF-超家族调控 RSA 子宫内膜蜕膜化:TGF-超家族信号在子宫内膜蜕膜化的过程中至关重要,健康的分泌期人子宫内膜和孕早期蜕膜中可检测出多种 TGF-超家族蛋白表达,包括 BMP2/4/7 和 GDF5/8/11,但在蜕膜细胞中仅能定位 BMP2、GDF5 和 TGF-1 的蛋白表达。同时,与未妊娠女性比较,妊娠早期血清中也能检测到 TGF-1 水平显著升高。研究表明,复发性流产和复发性植入失败的患者血清和早期蜕膜中 TGF-1 的表达均显著低于正常妊娠女性,TGF-1 可能由蜕膜化进程中的子宫内膜间质细胞产生,以自分泌、旁分泌和外分泌的方式发挥信号调控功能26。在 RSA 中显著缺失的TGF-1 通过削弱 SMAD2 通路和下调 hESCs 中 PRL 和IGFBP-1 的表达,损害子宫内膜蜕膜化过程27。体外实验也证明了这一结论,诱导 hESCs 蜕膜化过程中TGF-1 的分泌显著增加,外源性补充重组 TGF-1 可以促进蜕膜化过程28。与 TGF-1 不同,BMPs 在蜕膜化中的调控机制281综述与进展J Med Res,April 2024,Vol.53 No.4更为多样性。BMP2 可通过激活 cAMP/PKA/Wnt4 途径,或抑制 ALK2/3-SMAD1/5-SMAD4 依赖性信号通路介导的 PTX3 的产生29,30。在蜕膜化过程起到显著的促进作用,子宫内膜间质细胞中 BMP2 的表达缺失导致蜕膜化障碍和复发性流产31。有趣的是,与正常子宫内膜比较,分泌高水平 TGF-3 的平滑肌瘤相关子宫内膜中 BMPR1A、BMPR1B 和 BMPR2水平较低,体外 TGF-3 添加则通过降低 hESCs 中BMP 受体的表达抑制蜕膜化,这表明 TGF-s 可能与 BMPs 信号通路在调节子宫蜕膜细胞功能方面交织在一起。此外,有相当多的证据表明激活素在人子宫内膜蜕膜化过程中具有自分泌/旁分泌作用,妊娠早期人子宫内膜基质细胞和内皮细胞中激活素 A 及其受体表达明显增加。补充激活素 A 可以剂量依赖性地增加 PRL 的产生,促进 hESCs 蜕膜化,FSTL3 可减弱这种效应并导致反复植入失败和胚胎丢失。值得关注的是,缺乏卵泡抑素的子宫内膜中激活素 B 的表达显著上调,导致 BMPs 信号受损和蜕膜容受性的下降。由此可知,激活素 A 和 B 是人子宫内膜蜕膜化过程中的双向调节因子,而卵泡抑素与激活素亚家族对子宫内膜蜕膜化的调控具有双向拮抗特征。TGF-超家族在 RSA 患者子宫内膜蜕膜化缺陷中的关键作用尚有诸多新兴机制被密切关注,特别是表观遗传修饰/非编码 RNA 的潜在相互作用。组蛋白甲基转移酶 EZH2 是组蛋白甲基化这一重要的的翻译后修饰的关键酶,研究表明,TGF-信号通路降低人蜕膜细胞中 EZH2 mRNA 和蛋白的表达,阻碍了 hESCs 从增殖到蜕膜化的表型切换,导致妊娠早期反复胚胎丢失19。反之,阻断 TGF-信号转导可以弥补 EZH2 缺陷并改善生殖能力。总之,探索 TGF-超家族信号分子和互作通路之间的网络关系,阐明其与表观遗传修饰/非编码RNA 之间的潜在相互作用,可能有助于开发新的治疗策略,治疗与蜕膜化缺陷相关的复发性流产。三、展望本文从滋养层侵袭性障碍和子宫内膜蜕膜化缺陷两个方面阐述 TGF-超家族信号参与复发性流产发生、发展的机制和相关细胞因子。现阶段,临床上尚缺乏高效、准确的 RSA 病因检测手段,以及针对深层发病机制的个体化治疗策略。依据当前的大量研究支撑,TGF-超家族信号作为一种兼具组织细胞自分泌/旁分泌且存在于血清中的标志分子,在妊娠母体-胚胎双层面的生长、分化、成熟和功能表达中承担关键作用。这些成果为 RSA 的病因探索提供了新视角,也有望为 RSA 的诊断和治疗提供新的方向。但目前,相关研究主要着眼于分子机制和动物实验,与其他信号转导途径的合作网络并未彻底阐明,未来需要更全面的基础研究和充分的临床试验证实TGF-超家族在 RSA 中确切的诊断和治疗价值。综上所述,深入探索 TGF-超家族在 RSA 发病背后的深层分子机制,对于开发 RSA 相关生殖障碍的临床检测和诊断体系,确定精准诊疗的关键靶点并指导辅助生殖临床决策起到关键支撑作用,对改善反复妊娠失败患者的妊娠结局具有重要价值。利益冲突声明:所有作者均声明不存在利益冲突。参考文献1 Dimitriadis E,Menkhorst E,Saito S,et al.Recurrent pregnancy lossJ.Nat Rev Dis Primers,2020,6(1):982 Coomarasamy A,Dhillon-smith RK,Papadopoulou A,et al.Recur-rent 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