miR-21介导的转化生长因子-β信号通路在子宫内膜异位症发病中的作用

陈继明，高红艳，李沁，蒋国华，吴洁

（1.苏州大学附属第三医院妇产科，常州 213003；2.南京医科大学第一附属医院妇产科，江苏省妇幼保健院，南京 210099）

子宫内膜异位症（Endometriosis，EMS）是有功能的子宫内膜腺体或间质异位在子宫腔之外，其主要发生部位为盆腔生殖器官、腹膜、膀胱与直肠等。EMS是一种常见的妇科良性疾病，在育龄妇女中大约10%～15%发病，而在不孕症妇女中，EMS的发病率更是高达25%～40%，且存在逐年上升趋势［1］。虽然已有大量学者对EMS的基础和临床方面进行了深入的研究，但迄今为止EMS 的病因及发病机制尚未完全明确。有较多研究报道，EMS主要病理过程引起盆腔炎症和纤维化［2］，EMS的发生和纤维化相关因子的异常表达关系密切。转化生长因子-β（Transforming growth factor-β，TGF-β）是目前所发现的最强的致纤维化因子，主要参与组织的纤维化作用［3］，而miR-21是调控TGF-β信号通路中关键miRNA，参与EMS的盆腔纤维化过程。研究表明，TGF-β的促纤维化作用在miR-21水平的上调时明显增强［4-6］。本文综述miR-21 介导的TGF-β信号通路在EMS 发生中的重要作用，以明确EMS的发生的分子机制，为临床上探寻EMS新的治疗靶点和提高EMS 的治疗效果具有重要意义。

一、EMS的主要临床特征与纤维化的发病机制

EMS的主要临床表现为痛经、慢性盆腔痛、性交痛、月经异常及不孕。它对患者的生活质量产生了严重影响，已成为令妇科医生最为困扰的临床难题之一。EMS病变广泛，形态多样，虽为良性病变却具有明显的恶性生物学行为，如病变的浸润、转移及复发。这种性质良性而行为类似恶性的疾病一直让妇科临床医生困扰不堪。虽然目前已有多种方法可用于诊断与治疗EMS，但临床结果却并不令人满意。因为无论采用何种治疗措施，EMS的5年复发率均在40%以上［3］。

目前有关EMS的研究，主要集中于EMS患者异位内膜的来源以及EMS的病灶及其微环境等方面。在众多有关EMS的理论学说中，主导理论是经血逆流、异位内膜种植和体腔上皮化生学说以及在位内膜决定论等。Sampson（1920 年）首先提出子宫内膜种植学说，即妇女在经期时子宫内膜腺上皮和间质细胞可随经血倒流，经输卵管进入腹腔，种植于卵巢和盆腔腹膜，并在该处继续生长和蔓延，形成盆腔EMS。郎景和等［7］根据EMS患者的在位子宫内膜与非EMS患者的在位子宫内膜存在基因表达等方面差异提出了EMS的在位内膜决定论。近年来的研究提出了EMS发病的3A 模式，子宫内膜细胞在异位种植的过程中，需要经过粘附、侵袭、血管形成（Attachment，Aggression，Angiogenesis）这三个主要步骤。即子宫内膜组织脱落降解随月经血逆流→侵袭并种植在盆腔→子宫内膜细胞异位增生→新生血管生成→病灶产生。在此一系列的过程中，经血逆流是疾病之诱因，而局部病理生理环境的改变是外部因素，多种细胞因子协同作用在这复杂的病理生理过程中发挥着十分重要的作用［8-9］。

研究认为，EMS主要病理过程引起盆腔炎症和纤维化［2］，纤维化的发生可能是EMS 发生机制的一个重要方面，这也很好的解释了EMS 患者往往存在不同程度的盆腔粘连形成，从而引起不孕。盆腔炎症和纤维化的产生可导致患者盆腔粘连及卵巢巧克力样囊肿（子宫内膜异位囊肿）的形成［2］，但这其中具体的发病机制与病理生理过程迄今尚未完全明确。近年来，有关EMS 的基础研究取得了新的进展，并提出了EMS的3A 发病模式（包括粘附、侵袭和血管形成），但此模式在EMS的致病过程中可能需要多种细胞因子、转移因子以及生长因子的相互协同作用［5］。这其中整个过程的调控机制还不明确，尽管目前有国内外学者在分子机制方面探寻了EMS 的发病机理，但在基因水平方面调控的研究尚不多见，从基因调控层面探寻EMS 发病机制、探讨新的EMS 治疗方法必将具有巨大的临床意义。

二、TGF-β在EMS发生中的重要作用

TGF-β是迄今所发现的最强的致纤维化因子，也是增加细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）的最重要的细胞因子［3］。TGF-β有着多种生物学功能，其主要由巨噬细胞合成与分泌，通过和细胞膜或细胞浆的Ⅰ型、Ⅱ型受体结合，形成复合物，从而广泛参与多种病理生理过程。TGF-β对细胞的增殖与分化、ECM 的增加、创伤愈合、胚胎发育、血管生成、细胞凋亡及机体免疫系统均有重要作用［10］。TGF-β主要参与组织的纤维化作用，能刺激间质细胞生长，对ECM 的产生有明显的促进作用，能引起胶原蛋白和纤维连接蛋白的增加，对纤维化的形成具有重要的起始促进作用。现已发现哺乳动物TGF-β有三种异构体，即TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三种亚型，三者的功能相似且相互依赖，其中以TGF-β1活性最强［11］。

研究认为，在EMS 的形成过程中细胞因子TGF-β均有直接或者间接的参与。TGF-β能有效促进细胞粘附蛋白及其受体的转录和翻译，在数量和种类上改变细胞整联蛋白的表达，提高其对ECM的粘附，并通过调节蛋白酶的表达抑制ECM 的降解［12］，使盆腔组织更易于被异位的子宫内膜细胞粘附。作为强效的致纤维化因子，TGF-β能明显促进纤维母细胞的增生、胶原的沉积和纤维蛋白的形成，同时增加ECM 的合成、减少其降解，最终导致盆腔纤维化的发生和盆腔粘连的形成，并促使EMS 的发生与发展，引起不孕［5］。此外，TGF-β可有效活化血管内皮生长因子（VEGF），增加子宫内膜异位病灶周围微血管的形成［11］，导致异位子宫内膜细胞的种植、增殖与侵润。有研究认为TGF-β在腹膜异位病灶神经纤维的高表达与EMS 的痛经有关。TGF-β在EMS中的异常表达通过使异位子宫内膜细胞逃避机体免疫监视并促使异位内膜病灶新生血管的生成，为异位子宫内膜的种植、增生及转移创造了必要的条件。TGF-β促使纤维母细胞增生并在神经纤维中高表达，导致盆腔粘连的形成和痛经的出现，最终引起患者不孕和慢性盆腔疼痛（CPP）症状［12］。因此，TGF-β可能在EMS的发生发展中发挥重要的作用，有望能为EMS的发病机制和防治策略的研究方面提供一定的思路和依据。

三、TGF-β／smad信号通路在EMS发生发展中的重要作用

临床实践发现，EMS患者往往存在不同程度的盆腔粘连。而盆腔EMS患者的粘连常常与手术所致的粘连不同，EMS病灶周围粘连、纤维组织增生，并造成组织的挛缩变形，引起病灶局部解剖学结构的改变。研究表明，TGF-β可以通过促使纤维母细胞的增生、胶原蛋白的沉积和纤维蛋白的形成，参与EMS粘连的形成，导致盆腔粘连与解剖变形，最终导致EMS患者不孕等严重并发症［12-14］。体外实验也显示TGF-β能促进异位内膜细胞的增殖、生长，促进纤维化和腹膜粘连。鉴于此，可以认为TGF-β系统介导的纤维化过程的发生可能是EMS发生机制中的一个重要方面。大量研究证实，TGF-β是目前所发现的最强的致纤维化因子，也是增加ECM的重要细胞因子，可以激活纤维母细胞转化为成纤维细胞，促进ECM 的产生，对纤维化的形成具有重要的起始促进作用［15］；Smad蛋白是TGF-β的作用底物，其磷酸化后可穿越胞膜。因此，Smad蛋白既是胞内信号分子，又起到转录子的作用。TGF-β／Smad信号通路由TGF-β及其受体（TGF-βⅠ型受体和TGF-βⅡ型受体）以及受体底物Smad蛋白家族信号分子等组成，是纤维化发生的主要信号传导途径。TGF-β／Smad信号通路是TGF-β发挥生物学作用的主要通路，在纤维化机制中起重要作用，是多种脏器纤维化疾病的病理发生过程中关键的生物调节通路［16］。实验证实，TGF-β／Smad信号通路对于肝纤维化的启动以及肝星状细胞的激活与转化起着至关重要的作用。在心肌、肾、肺、腹膜等其他纤维化疾病的多项研究中也陆续提示，TGF-β／Smad信号通路是导致纤维化进展的关键通路，TGF-β 还可能与纤维化程度密切相关［17-18］。因此，TGF-β／Smad信号通路以其在纤维化疾病中高表达，具有强大的促纤维化作用及可调控纤维化主要相关蛋白表达的特点，成为极具价值的纤维化疾病诊治的新靶点。

研究证实，TGF-β在EMS患者腹水、血清及异位内膜组织中的表达明显高于正常对照组，TGF-β在EMS的发生发展中可能发挥重要作用［12］，但TGF-β在EMS 发病中的确切机制尚不完全清楚，且TGF-β／Smad信号通路与EMS发生发展的关系亦无定论，需要进一步的深入研究。

四、miR-21 在纤维化疾病中的作用及调控TGF-β／Smad信号通路参与EMS发生的可能机制

作为一类内源性非编码的小分子单链RNA，miRNA 的长度约为19～25个核苷酸。miRNA 通过与mRNA 的3’非编码区（3’UTR）进行完全或不完全的互补配对结合，导致靶mRNA 的降解或者翻译过程抑制，从而在转录后的水平调控靶基因。成熟的miRNA 的3’端有一个羟基，而5’端存在一个磷酸基团，这是miRNA 与其他功能性的RNA 降解片段相区别的重要标志。已证实miRNA 及其靶基因的表达异常，为多种疾病的病因，并成为生物学领域研究的热点［19］。

研究证实，miR-21在肝、肾和肺等脏器的纤维化疾病中具有明显的致纤维化作用［20］。如前所述，TGF-β参与了多种器官与组织纤维化的发生和发展过程，TGF-β的过度表达与体内的纤维化及致癌过程密切相关［15］。Cano等［21］在揭示TGF-β诱导人角质化细胞上皮间充质转分化的miRNA 表达谱时，采用了基因筛选、靶序列预测以及与基因表达谱数据库相结合的方法，描述出TGF-β 所指向的miRNA 的表达框架。其中上调的miRNA 有miR-21、miR-137、miR-32 以 及miR-346，其 中 下 调 的miRNA 有miR-211、miR-210、miR-136 以及miR-192。上述8个miRNA 与上皮间充质转分化效应相关，且各自均有独特的靶序列。研究证实，miR-21在鼠的乳腺癌模型中明显上调，如果除去miR-21则可明显抑制TGF-β诱导产生的细胞上皮间充质转化以及细胞的迁移与侵润［22］。相关研究表明，肿瘤细胞可以破坏miRNA 的稳态机制，从而阻碍TGF-β发挥作用。miR-21及miR-17是调控TGF-β信号通路中的关键miRNA，其在肝脏及中枢神经系统（CNS）的细胞凋亡中也发挥上述类似的作用［4-5］。在特异性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis，IPF）中约有10%的miRNA 出现明显的改变，其中下调的miRNA 有miR-30、miR-29等，上调的miRNA 则主要有miR-21及miR-155［23-24］。Liu等［25］研究了miR-21在IPF 中发挥的作用，发现经过博来霉素处理之后，IPF 的小鼠模型以及IPF 患者肺组织成纤维细胞中的miR-21 的表达增加。TGF-β可增加初级肺纤维母细胞内miR-21 的表达，而miR-21表达的增强又明显增强纤维母细胞内的TGF-β的促纤维化作用。反之，如将miR-21进行基因沉默，TGF-β 的促纤维化能力就会被削弱。由此可见，miR-21可以明显放大TGF-β信号通路，促进TGF-β的致纤维化作用。目前已得到证实的多个miR-21 靶基因中，COL1A1、COL1A2、COL3A1 和FBN1 基因等为细胞纤维化相关蛋白［23］。miR-21通过调控这些蛋白表达，参与了多个信号通路的调控，其中包括导致纤维化最重要的TGF-β／Smad信号通路。因此，建立在目前相关研究的基础上，miR-21可能通过如下机制调控TGFβ／Smad信号通路并参与EMS发生与发展：子宫内膜细胞发生异位种植后，miR-21水平上调，通过其靶基因对TGF-β／Smad信号通路进行调控，TGF-β／Smad信号通路表达增强，发挥致纤维化作用，从而导致EMS的发生与发展。

五、结语与展望

综上所述，以miRNA-21为切入点，分析miRNA-21的生物学功能与EMS发生的关系，并深入探讨miRNA-21调控EMS形成的TGF-β／Smad信号通路，得到以下假说：异位子宫内膜细胞发生种植后，通过上调miR-21水平，由其靶基因调控TGFβ／Smad信号通路，促使TGF-β／Smad信号通路表达增强，启动致纤维化过程，从而导致EMS的发生与发展。如能下调miR-21 水平以抑制TGF-β／Smad信号通路的表达有可能成为EMS治疗的一个新治疗靶点。此为临床上明确EMS 的发生机制，探寻新的EMS治疗方案、提高EMS的治疗效果具有重要意义。

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