SDF-1/CXCR4与妊娠期高血压疾病关系的研究进展

朱小华，罗新

妊娠期高血压疾病（hypertensive disorder complicating pregnancy，HDCP）严重影响母婴健康，目前尚不能完全阐明HDCP的病因和发病机制。研究证明，滋养细胞对子宫内膜及螺旋动脉侵袭不良导致胎盘浅着床与HDCP的发生有重要关系[1]。近年HDCP与趋化因子的关系引起了越来越多的关注，趋化因子是对某些细胞具有定向趋化作用的小分子蛋白质。基质细胞衍生因子1（SDF-1）是一种趋化蛋白，主要由基质细胞和骨髓细胞分泌，具有持续表达性，在红细胞的生成、发育过程和免疫系统中发挥了重要的作用，广泛表达于多种干细胞如CD34+造血干细胞、肝脏干细胞等，以及一些成熟体细胞如血管内皮细胞、视网膜色素上皮细胞等。近年研究发现SDF-1/CXC族趋化因子受体4（CXCR4）在HDCP的发生、发展中发挥着重要的作用[2]。就其研究进展综述如下。

1 SDF-1及其受体CXCR4的结构与功能

SDF-1属于CXC类趋化因子，最早是从骨髓的基质细胞中分离出来，SDF-1在人体内的编码序列位于人染色体10q11.1，开放编码270 bp，编码89个氨基酸残基。人体内SDF-1的存在形式主要分为SDF-1α和SDF-1β 2种，其调节表达方式和功能结构十分相似，由3条反向平行的链构成了SDF-1立体结构，外面有螺旋环绕，其中以SDF-1为主，但两者的二级或三级结构没有明显改变。趋化因子是可以激活和吸引白细胞的小分子蛋白质，各个亚类的一级结构相似，共有4个亚类：①C亚类，仅有1对二硫键；②CX3C亚类，间隔3个氨基酸；③CC亚类，2对二硫键间没有其他氨基酸间隔；④CXC亚类，间隔1个氨基酸。

CXCR4属于CXC亚类趋化因子受体，分子质量为48 ku。因其序列与其他CXC亚类趋化因子受体基因相似而取名为CXCR4，是SDF-1的唯一受体。其编码基因具有高度保守性，位于人类染色体2q21，由352个氨基酸组成。目前已知CXCR4的氨基端是由7个位于细胞膜外疏水跨膜的α螺旋环绕结构构成，在细胞内外可形成3个环链，SDF-1主要与蛋白受体的氨基端结合，CXCR4位于胞外的第3环链可辅助配体与受体氨基端结合，SDF-1与CXCR4形成复合物的稳定性与G蛋白和位于胞内的第2环链偶联有关。CXCR4主要表达于发育阶段的脑和心脏的内皮细胞、白细胞、单核细胞和血管内皮祖细胞，同时存在于胞质内和细胞表面。嗜中性粒细胞、单核巨噬细胞是CXCR4的主要功能表达载体。

当CXCR4的氨基端结合SDF-1后既可发生二聚化而形成SDF-1/CXCR4生物轴，在细胞内可通过促进CXCR4的空间构象改变等机制进而激活多种信号转导通路，从而完成相应的生物学效应，影响细胞的生物学行为。SDF-1/CXCR4轴的主要功能有：①调控造血干细胞迁移及归巢；②介导免疫炎性反应；③介导人类免疫缺陷病毒（HIV）感染；④参与胚胎发育过程；⑤促进血管生成，参与恶性肿瘤的侵袭转移过程。

2 SDF-1/CXCR4与血管重铸及细胞黏附

SDF-1/CXCR4会加速血管生成，增加血管内皮生长因子（VEGF）的表达，同时会降低胎盘中绒毛膜外滋养细胞的凋亡[3]。绒毛膜外滋养细胞对子宫内膜和基层的正常侵袭是保证妊娠顺利进行的前提，其通过侵袭螺旋小动脉肌层和弹性纤维层导致血管重铸，逐步为胎儿创造一个高容低阻的血流环境。SDF-1/CXCR4通过分泌VEGF及碱性成纤维细胞生长因子而对其自分泌信号系统实现调节，从而参与血管的重铸过程。相比正常妊娠者，子痫前期者中VEGF的分泌量会显著下降[4]。子痫前期的临床表现是内皮细胞功能异常的直接结果，血管内皮细胞损伤导致内皮细胞功能异常是子痫前期的基本病理变化，高水平的VEGF-1可溶性受体可降低循环中的VEGF[5]。SDF-1/CXCR4在滋养层细胞侵袭和子宫螺旋动脉的重铸过程中，导致不良的血管形成是HDCP发病的关键病因，另一原因可能是引起细胞抗凋亡能力的异常。在体外培养系统中SDF-1/CXCR4通过激活抗凋亡途径，从而对滋养细胞的存活起到重要作用[3]。

SDF-1对CXCR4具有显著趋化作用，当SDF-1的浓度为10 μg/L时，绒毛膜外滋养细胞的侵袭能力最强。黏附性是细胞实现转移的一个重要条件，在人重组SDF-1存在的情况下，骨肉瘤细胞向内皮细胞和骨髓基质细胞移动的黏附能力明显提高，使用RNA干扰技术干扰CXCR4或抗CXCR4抗体则会导致骨肉瘤细胞的黏附能力下降[6]。用SDF-1处理过的前列腺癌细胞的黏附性要明显增加[7]。SDF-1/CXCR4的相互作用是通过调控细胞表面其他黏附分子的表达活性来影响癌细胞与血管内皮细胞的黏附能力，从而影响细胞的转移[8]。SDF-1/CXCR4能诱导血管内皮细胞脐静脉内皮细胞株发生迁移运动，SDF-1/CXCR4在肿瘤的迁移和新生血管建立的过程中起重要作用[3]。

3 SDF-1/CXCR4在HDCP中的表达

Kim等[3]利用聚合酶链反应（PCR）技术、逆转录PCR（RT-PCR）技术和免疫组化技术研究发现，相比正常妊娠者，子痫前期患者胎盘床中SDF-1/CXCR4的表达量显著下降，因此SDF-1/CXCR4在胎盘床中的表达可能与子痫前期的病情发展存在相关性。Hwang等[9]发现，相比正常妊娠女性的胎盘间充质干细胞，在子痫前期患者的蜕膜中提取出的蜕膜间充质干细胞表面的SDF-1/CXCR4的表达量显著下降。这意味着SDF-1/CXCR4在胎盘的形成中起了重要作用。在HDCP的病理妊娠中，胎盘床中SDF-1/CXCR4含量的下降可能是发病的决定因素。

妊娠早期的人绒毛组织中CXCR4和CXCR6普遍高表达，滋养细胞的侵袭能力可能主要受CXCR4、CXCR6及其配体的调控，但仅有CXCR4在整个妊娠期均表达[10]。SDF-1/CXCR4在胚胎发育、器官发生及修复中发挥着重要作用。滋养细胞与肿瘤细胞很相似，但是仅局限于妊娠早期的子宫并有严格的时空限制，而母胎界面的趋化因子及其受体在调控其浸润和分化中发挥了重要的作用[11]。SDF-1/CXCR4可能参与了蜕膜免疫活性细胞的募集和母胎界面免疫环境的调控，最终使得妊娠顺利进行。Ma等[12]在1998年报道，当将小鼠胚胎中SDF-1或CXCR4基因敲除后，小鼠会出现心脏室间隔缺损、小脑发育异常、骨髓造血细胞集群受损和肠道血管的发育异常等现象，最终导致胎鼠死亡或出生后生存期明显缩短。上述研究提示SDF-1/CXCR4可能为了解HDCP的潜在靶点提供了更多新的临床思路。

细胞因子在蜕膜的侵袭中起着十分重要的作用。血管平滑肌祖细胞从骨髓向血管募集的过程主要受趋化因子的调节，其中SDF-1/CXCR4则直接介导参与新生内膜的形成[13]。SDF-1与CXCR4的结合是发挥其各种生物学效应的基础。由此可知SDF-1可能在滋养细胞的侵袭和迁移中起了重要的作用。妊娠早期的绒毛组织通过自分泌方式表达有功能活性的CXCR4和SDF-1来刺激绒毛细胞增殖及分化，介导免疫细胞活化、迁移和募集[14]。在围着床期，免疫细胞约占蜕膜总细胞的40%，其中约70%是细胞表面分化抗原16-自然杀伤（CD16-NK）细胞，目前认为CD16-NK细胞可能也在蜕膜的生长、分化和侵袭中起着重要作用。妊娠早期的滋养细胞通过自分泌方式分泌SDF-1和CXCR4，SDF-1通过旁分泌方式使CD16-NK细胞被特异性地招募到蜕膜内。这些研究提示SDF-1/CXCR4在蜕膜免疫、调控母胎界面的免疫环境中有重要意义，最终使妊娠顺利进行。Hernández-López等[15]证明 SDF-1 对人早期胸腺细胞的生长分化具有促进作用，同时可实现双阴性T细胞向双阳性T细胞的转化；SDF-1还能增加T细胞对抗原的敏感性，促进T细胞活化。此外SDF-1/CXCR4还参加机体T细胞、浆细胞、树突状细胞、单核细胞、成熟B细胞和中性粒细胞等多种与免疫相关细胞的活化和运动，由此可见SDF-1/CXCR4与机体的免疫功能有着密切的关系，而这种来自于细胞免疫的改变又与HDCP的发生发展有着紧密的联系。

4 SDF-1/CXCR4与HDCP的发病机制

目前关于SDF-1和CXCR4对HDCP影响的研究尚处于初级阶段，其作用及机制有待于系统研究来证实。CXCR4及其配体调控着妊娠早期人绒毛组织中滋养细胞的侵袭性[16]。滋养细胞在绒毛定植处获得CXCR4，进一步分化为具有侵袭性表型的滋养细胞。蜕膜基质血管表达SDF-1，SDF-1在血管周围形成高浓度梯度后可诱导高表达CXCR4的绒毛膜外滋养细胞侵袭至蜕膜血管局部[17]。同时SDF-1对CXCR4的趋化作用还可诱导表达CXCR4的绒毛膜外滋养细胞向母体蜕膜组织中表达SDF-1的细胞靠近，在适当的范围内绒毛膜外滋养细胞的侵袭性与SDF-1的浓度呈正相关[18]。侵袭性滋养细胞在整个妊娠期绒毛组织中均有CXCR4和SDF-1的表达，由此可推测CXCR4和SDF-1表达量的改变与妊娠中后期出现的HDCP的病理改变可能密不可分。

研究显示SDF-1和CXCR4的表达或功能的改变可能与特殊的妊娠疾病有关。对妊娠期高血压、轻度子痫前期和重度子痫前期孕妇分娩后的胎盘组织进行研究发现，各组SDF-1和CXCR4均有表达，且胎盘中SDF-1和CXCR4的表达均逐渐下降，说明随着SDF-1、CXCR4阳性滋养细胞表达量的下降也会引起浸润力逐渐下降。浸润力的减弱可能导致滋养细胞对蜕膜的浸润不良，影响蜕膜层子宫螺旋动脉重铸[19]。在妊娠期高血压和轻度子痫前期组中发现绒毛膜内SDF-1阳性滋养细胞对蜕膜细胞仍有侵袭能力，但在重度子痫前期组却发现这种侵袭性减弱得很明显，这种变化很可能成为病情明显加重的诱因[20]。在HDCP中约半数的胎盘蜕膜板螺旋动脉血管内没有滋养细胞的浸润。对比正常孕妇与子痫前期孕妇的胎盘组织，结果发现：正常蜕膜组正常滋养细胞的数量明显高于子痫前期组，其差异在子宫肌层最明显，子痫前期组却没有发现滋养细胞侵入到子宫螺旋动脉中[18]。由此可知随着病情的进一步发展，反映在病理上的改变主要是滋养细胞侵入胎盘组织的密度会逐渐下降。

5 结语

综上所述，SDF-1和CXCR4在胎盘绒毛组织中表达降低可能与滋养细胞侵袭力下降、血管重铸异常所致的HDCP关系密切，SDF-1/CXCR4生物轴在HDCP的发生发展过程中的作用已成为当今国内外学者研究的热点。关于HDCP仍有大量问题亟待阐明，除目前已知的滋养细胞对胎盘组织的浸润会越来越表浅、侵入的密度也会逐渐下降的机制外，是否还有其他信号诱导了HDCP加重的演变，SDF-1/CXCR4是否具有其他的免疫调控作用，还需要通过大量体外及体内的实验深入研究才能了解其具体效应，进而为临床预防HDCP发生提供理论依据。随着对SDF-1/CXCR4的结构、功能、信号转导以及抑制剂研究的不断深入，从分子水平了解HDCP的发病机制和病因，将会对HDCP的防治起到一定的作用。

[1] Rasanen J，Quinn MJ，Laurie A，et al.Maternal serum glycosylated fibronectin as a point-of-care biomarker for assessment of preeclampsia[J].Am J Obstet Gynecol，2015，212（1）：82.e1-82.e9

[2] Gefter JV，Hubel CA，Powers RW.Stromal cell-derived factor-1(SDF-1)is significantly elevated in preeclampsia[J].Reprod Sci，2012，19（3 Suppl）：212A.

[3] Kim SC，Moon SH，Lee DH，et al.Differential expressions of stromal cell-derived factor-1α and vascular endothelial growth factor in the placental bed of pregnancies complicated by preeclampsia[J].Hypertens Pregnancy，2014，33（1）：31-40.

[4] Kim SC，Park MJ，Joo BS，et al.Decreased expressions of vascular endothelial growth factor and visfatin in the placental bed of pregnancies complicated by preeclampsia[J].J Obstet Gynaecol Res，2012，38（4）：665-673.

[5] Warner JA，Zwezdaryk KJ，Day B，et al.Human cytomegalovirus infection inhibits CXCL12-mediated migration and invasion of human extravillous cytotrophoblasts[J].Virol J，2012，9：255.

[6] Liao YX，Zhou CH，Zeng H，et al.The role of the CXCL12-CXCR4/CXCR7 axis in the progression and metastasis of bone sarcomas[J].Int J Mol Med，2013，32（6）：1239-1246.

[7] Ding G，Wang L，Xu H，et al.Mesenchymal stem cells in prostate cancer have higher expressions of SDF-1,CXCR4 and VEGF[J].Gen Physiol Biophys，2013，32（2）：245-250.

[8] Zhao HB，Tang CL，Hou YL，et al.CXCL12/CXCR4 axis triggers the activation of EGF receptor and ERK signaling pathway in CsA-induced proliferation of human trophoblast cells[J].PLoS One，2012，7（7）：e38375.

[9] Hwang JH，Lee MJ，Seok OS，et al.Cytokine expression in placentaderived mesenchymal stem cells in patients with pre-eclampsia and normal pregnancies[J].Cytokine，2010，49（1）：95-101.

[10] 徐楗荧，杨桂艳，刘彦，等.基质细胞衍生因子-1（SDF-1）表达与复发性流产的关系[J].生殖与避孕，2014，34（6）：511-514.

[11] Schanz A，Red-Horse K，Hess AP，et al.Oxygen regulates human cytotrophoblast migration by controlling chemokine and receptor expression[J].Placenta，2014，35（12）：1089-1094.

[12] Ma Q，Jones D，Borghesani PR，et al.Impaired B-lymphopoiesis，myelopoiesis，and derailed cerebellar neuron migration in CXCR4-and SDF-1-deficient mice[J].Proc Natl Acad Sci U S A，1998，95（16）：9448-9453.

[13] Seubert B，Grunwald B，Kobuch J，et al.Tissue inhibitor of metalloproteinases(TIMP)-1 creates a premetastatic niche in the liver through SDF-1/CXCR4-dependent neutrophil recruitment in mice[J].Hepatology，2015，61（1）：238-248.

[14] Kayali AG，Lopez AD，Hao E，et al.The SDF-1α/CXCR4 axis is required for proliferation and maturation of human fetal pancreatic endocrine progenitor cells[J].PLoS One，2012，7（6）：e38721.

[15] Hernández-López C，Varas A，Sacedón R，et al.The CXCL12/CXCR4 pair in aged human thymus[J].Neuroimmunomodulation，2010，17（3）：217-220.

[16] Wu X，Li DJ，Yuan MM，et al.The expression of CXCR4/SDF-1 in first-trimester human trophoblast cells[J].Biol Reprod，2004，70（6）：1877-1885.

[17] Jaleel MA，Tsai AC，Sarkar S，et al.Stromal cell-derived factor-1(SDF-1)signalling regulates human placental trophoblast cell survival[J].Mol Hum Reprod，2004，10（12）：901-909.

[18] 杨昀，邹丽，何明.CXCL12/CXCR4在绒毛外滋养细胞中的表达及其意义[J].现代妇产科进展，2006，15（7）：528-530，封三.

[19] 孟丽婵，权会丽，李丽，等.胎盘中SDF-1/CXCR4的表达与妊娠期高血压疾病的关系 [J].中国优生与遗传杂志，2012，20（10）：65-67.

[20] Naicker T，Khedun SM，Moodley J，et al.Quantitative analysis of trophoblast invasion in preeclampsia[J].Acta Obstet Gynecol Scand，2003，82（8）：722-729.