细胞骨架与人滋养细胞迁移关系的研究进展

周丽娟，韩磊(综述) 李力(审校)

·综 述·

细胞骨架与人滋养细胞迁移关系的研究进展

周丽娟，韩磊(综述) 李力(审校)

滋养细胞迁移与细胞骨架密切相关，若细胞骨架中微丝微管的动态性重组受阻，则滋养细胞迁移受到抑制，其侵袭入子宫螺旋动脉及蜕膜层不足，导致滋养细胞着床变浅，进而引起胎盘缺血缺氧，最终导致子痫前期的发生。而滋养细胞浅着床是子痫前期发病的关键环节，滋养细胞的浸润深度直接影响子痫前期的发病。因此研究细胞骨架与人滋养细胞迁移之间的关系对深入了解子痫前期的发病机制具有重要意义。近年来关于细胞骨架在滋养细胞迁移中的作用时有报道，本文对此加以综合分析。

微丝；微管；子痫前期；滋养细胞；迁移

子痫前期(pre-eclampsia，PE)是导致围产期母亲和胎儿死亡的重要原因之一[1-2]。PE是以并发高血压、蛋白尿为特征，并可进一步发展为肝、肾、脑、眼等多器官功能改变的一种妊娠期特殊复杂性疾病[3-5]。流行病学调查显示，妊娠妇女PE发病率为2%～10%，全世界每年至少400万孕妇患病，5.0万～ 7.6万女性和50万新生儿因此而死亡[6]。在胎儿、胎盘娩出后PE相关症状即可解除[7]，表明PE可能是一种“胎盘源性”疾病，目前终止妊娠是治疗PE的唯一有效方法。

研究显示，绒毛外滋养细胞(extravillous trophoblast，EVT)迁移和侵袭不足、滋养细胞浅着床、胎盘血管重塑障碍致胎盘灌注不足是PE的特征性病理变化，也是PE发病的关键环节[8]。由于局部病理改变，绒毛外滋养细胞增殖和浸润能力减弱，血管内皮损伤，动脉扩张受阻，血流阻力增加，血管痉挛，可引起母体高血压、蛋白尿等临床表现。国内外大量病理研究结果显示，与正常胎盘绒毛组织相比，PE患者胎盘绒毛组织细胞骨架蛋白以及调节细胞骨架蛋白的基因均有明显下调[9-10]，为多种分子机制通过调控滋养细胞骨架影响滋养细胞迁移这一理论提供了依据。体外研究显示，微丝(microfilament，MF)、微管(microtubule，MT)等细胞骨架在滋养细胞迁移和侵袭过程中起到了关键作用[11]。本文就微丝、微管在滋养细胞运动中的作用进行综述。

1 概 述

细胞骨架系统主要由微管和微丝组成，它们均是由单体蛋白相互结合构成的多聚体结构，在多种因素调节下处于聚合和解聚的动态变化中，以维持细胞形态及各种功能。

1.1 微管 微管是由α、β微管蛋白亚单位结合构成的微管蛋白二聚体，多个微管蛋白二聚体相互结合形成中空管状结构并相互交错，在细胞内呈束网状分布[12]。微管是构成细胞骨架的重要成分，具有维持细胞形态及细胞内物质运输的作用，并参与构成细胞内多种结构如中心粒、纺锤体、纤毛、鞭毛等，参与许多重要的细胞生理生化过程，包括囊泡运输、细胞运动、信号转导以及细胞分裂等[13]。微管是两种运载分子即驱动蛋白(kinesin)和动力蛋白(dynein)的运行轨道，三者一起共同参与细胞内多种物质的运输。微管直径约25nm，呈放射状排列，具有极性的正负两端，正端生长速度更快、解离速度更慢，负端生长速度更慢、解离速度更快，其中负端嵌入近核处，正端伸向细胞质，并处于伸长与收缩的不断转换中，这对于细胞的定向移动非常重要[14]。

1.2 微丝 微丝是由两股方向相同的单体肌动蛋白呈螺旋状聚合而成的丝状结构，因此也将微丝称为丝状肌动蛋白，直径约为7nm。微丝及其结合蛋白

(肌球蛋白)共同构成一种化学机械系统，利用化学信号等产生的化学能转化成机械能而进行机械运动，使细胞收缩并最终促使细胞定向移动。因此，微丝的延长为细胞的运动和侵袭性迁移提供了动力[15]。

1.3 滋养细胞的定向迁移 与其他细胞侵袭过程类似，滋养细胞的侵袭受到多种因子的精细调控，包括识别细胞外信号、消化细胞外基质蛋白、向目的地定向迁移等多个过程，而滋养细胞定向迁移的过程是其侵袭行为的中心步骤。此过程主要包括：细胞极化、细胞前方伪足形成、与前方基质蛋白粘连、细胞尾部粘连结构解聚释放、胞体向前收缩移动等，其中，细胞骨架和粘连结构的动态变化存在于滋养细胞迁移过程的每个环节，是多种因素调节滋养细胞迁移的效应靶点[16-17]。

2 细胞骨架在人滋养细胞迁移中的作用及调节信号

微丝和微管形成动态的，能产生推动和收缩力的聚合体[18]，在细胞迁移过程中，微丝在细胞前方产生向前的推动力，肌球蛋白与微丝在细胞的两边及后方产生回缩力[16]。在细胞生长过程中，微丝和微管决定了细胞的形态和极性，并分别通过与钙黏蛋白和整合素的相互作用促进稳定的细胞与细胞、细胞与基质之间的黏着[19-20]。细胞骨架系统和粘连结构的动态重组是细胞正常迁移的物质基础。微丝骨架为细胞迁移提供了内在动力，而胞外基质与微丝骨架之间的黏着斑(focal adhesion)结构是微丝收缩动能的物理着力点，黏着斑是黏着斑蛋白与微丝在细胞膜上紧密结合形成的，在细胞迁移的终末环节，黏着斑结构的适时解聚更是细胞迁移完成的必经途径。Palazzo等[21]研究发现使用微管抑制剂后，以微丝为基础的板状伪足和膜皱褶开始从细胞前方易位到整个细胞边缘，且细胞迁移明显减弱，由此证明微管与微丝骨架是影响细胞迁移的重要因素。

2.1 微管及其调节信号 微管在滋养细胞内稳定聚合，其延长方向可以精确地指向细胞与胞外基质粘连的黏着斑部位，并通过抑制黏着斑激酶的活性促进胞膜黏着斑的分解，微管向黏着斑移动与细胞周围的黏着斑溶解有关[22]。在迁移的滋养细胞中，胞核位于微管组织中心(microtubule organizing center，MTOC)的后方[23]，微管组织中心朝向细胞前方，由于微管正端朝向细胞前方，因此产生与细胞迁移方向一致的极性的微管排列[24]，这对于细胞与细胞之间的运动很重要。正常妊娠早期，人滋养细胞的运动依赖于微管骨架伸长与缩短的动态平衡，微管骨架的聚合伸长与结合在其内、外侧及游离缘的微管结合蛋白(microtubuleassociated protein，MAP)有关。目前在高等生物中发现的MAP包括MAP1、MAP2、MAP4、Tau蛋白、stathmin蛋白等，其中仅MAP4和stathmin在人滋养细胞有表达。MAP4是促进滋养细胞微管稳定延长的正性调节因素，正常情况下通过调节微管骨架稳定聚合、黏着斑适时解聚直接影响细胞运动，而stathmin蛋白是滋养细胞微管稳定延长的负性调节因素。本课题组研究发现，在缺氧环境中，随着缺氧时限的延长，人滋养细胞中MAP4及微管蛋白的表达均有降低趋势，且在免疫荧光染色下，微管形态由束网状逐渐解聚变为点状模糊结构[25]；此外，本课题组预实验还发现RhoC通过对ROCK、MAP4信号通路的调节而促进微管稳定聚合，最终促进滋养细胞的定向迁移。Nadeem等[26]研究发现，滋养细胞转染了携带Nodal(转化生长因子家族的一个成员)基因的病毒后，stathmin(一种稳定微管的蛋白)过度磷酸化，失去了微管解聚功能，导致微管稳定性增强，抑制了滋养细胞的运动。Yoshie等[27]也发现在使用抑制stathmin合成的小分子干扰RNA时，滋养细胞的迁移明显受到抑制。以上研究表明多种分子通路均是通过调控微管的动态平衡继而影响滋养细胞运动的。Choi等[11]研究发现合体滋养细胞形成、滋养细胞分化和迁移依赖于细胞融合，而细胞融合与细胞骨架动态重组过程密切相关。

2.2 微丝及其调节信号 微丝与微管类似，均能在多种信号调节下发生组装和去组装的动态变化。微丝对细胞黏附、运动、内吞、细胞分裂等许多细胞功能具有重要作用。微丝在细胞运动中起主要作用，由微丝和肌球蛋白形成的微丝束称为应力纤维，横贯于细胞长轴。应力纤维定位于黏着斑，并通过肌动蛋白-肌球蛋白装置向细胞外基质传输收缩力，使细胞向前运动[28]。黏着斑蛋白(vinculin)通过桩蛋白(paxillin)与α肌动蛋白(α-actin)、丝状肌动蛋白(F-actin)在黏着斑上紧密结合，提高黏着斑的稳定性，而黏着斑蛋白基因敲除大鼠细胞迁移能力明显增强[29]。Rho亚家族蛋白属于Ras超家族小分子量G蛋白成员[30]，研究发现，Rho下游的激酶(Rhoassociated kinase，Rock)能通过促进微丝与肌球蛋白的结合产生收缩力，继而促进滋养细胞的迁移[31]。本课题组研究发现，应用Rho蛋白抑制剂C3胞外酶后，滋养细胞系JEG-3和JAR的微丝骨架解聚，细胞皱缩，迁移率显著降低，分别降低70%和60%[32]。Zhou等[33]研究发现，正常培养条件下的滋养细胞微丝结构致密，呈丝网状，当给予LIMK1抑制剂BMS-5后，滋养细胞微丝的丝网状结构消失，呈点状分布，滋养细胞迁移率明显降低。Kabir-Salmani 等[34]研究发现，胰岛素样生长因子1(IGF-1)处理后的滋养细胞微丝重排，指向伪足延伸的方向，细胞与细胞外基质黏附增强，而未处理组的细胞微丝缺乏重排，细胞黏附及迁移能力较处理组明显减弱。Webb等[35]发现黏着斑激酶(FAK)可通过调节微丝动态性和促进由微丝组成的黏着斑解聚而促进细胞迁移，而缺乏FAK的细胞表现出微管不稳定，以及因黏着斑解聚障碍所致的细胞迁移能力降低。Pollheimer等[36]同样发现黏着斑是细胞外基质蛋白与细胞骨架联系的位点，FAK位于黏着斑上，并通过细胞前方微丝的直接聚合以及应力纤维的形成而促进细胞迁移。Patel等[37]发现体外培养的绒毛外滋养细胞在迁移穿过明胶层时，能利用细胞中由微丝构成的非典型伪足小体(atypical podosomes)降解细胞外基质。以上研究均表明微丝在促进滋养细胞的侵袭、迁移过程中发挥了极其重要的作用，微丝的动态重组受到影响，必将使细胞的运动能力受损。

3 展 望

综上所述，细胞骨架与人滋养细胞的运动密切相关。若人滋养细胞在孕早期运动功能减弱，其侵袭子宫蜕膜层不足，子宫螺旋血管重塑障碍，导致胎盘形成不良、胎盘浅着床、合体滋养细胞功能障碍，进而引起胎盘低灌注、缺血缺氧及胎盘源性不良因子释放入血，引起血管内皮损伤、全身炎症反应，最终导致高血压、蛋白尿、子痫抽搐、肝肾衰竭、血液高凝等一系列临床表现，这是子痫前期发病的病理生理基础[38]。因此与滋养细胞侵袭性迁移相关的细胞骨架结构——微丝和微管——可能在子痫前期早期胎盘浅着床阶段起到关键作用。对细胞骨架的调节机制进行深入研究将有利于进一步阐明滋养细胞的侵袭迁移调控机制，为PE的病因研究提供理论依据，也有利于寻找标志性物质用于PE的预测及早期诊断并确定相应的治疗靶点。控制滋养细胞迁移，对于PE、早期流产、胎儿生长受限等滋养细胞侵袭不足相关疾病以及侵袭性葡萄胎、绒毛膜癌等滋养细胞侵袭过度相关疾病的防治具有重要意义。

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Advance in study of the relationship between cytoskeleton and the migration of trophoblast

ZHOU Li-juan, HAN Lei, LI Li*
Department of Gynecology and Obstetrics, Research Institute of Field Surgery, Daping Hospital, Third Military Medical University, Chongqing 400042, China
*< class="emphasis_italic">Corresponding author, E-mail: cqlili2011@163.com

, E-mail: cqlili2011@163.com
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (81170576, 81401224)

The migration and invasion of trophoblast are closely associated with the cytoskeleton. The blocking of cytoskeleton's dynamic restructuring might inhibit the migration of the cell into the spiral artery and decidua, and it would lead to a shallow trophoblast implantation, ischemia and anoxia of placentome, and the occurrence of preeclampsia (PE) eventually. Shallow trophoblast implantation plays a key role in the development of PE, and the depth of implantation was shown to be directly related to the occurrence of PE. So the research in regard to the relationship between cytoskeleton and trophoblast's migration are of great significance for the understanding of the pathogenesis of PE. In recent years a number of studies on the role of cytoskeleton in shallow implantation have been reported from time to time, and their results will be analyzed comprehensively in the present article.

microfilament; microtubule; pre-eclampsia; trophoblast; migration

R714

A

0577-7402(2015)07-0599-04

10.11855/j.issn.0577-7402.2015.07.18

2014-11-24；

2015-02-20)

(责任编辑：张小利)

国家自然科学基金(81170576，81401224)

周丽娟，医学硕士，住院医师。主要从事妊娠期高血压疾病方面的研究

400042 重庆 第三军医大学大坪医院野战外科研究所妇产科中心(周丽娟、韩磊、李力)

李力，E-mail：cqlili2011@163.com