孕期不良环境所致胎盘糖皮质激素屏障改变机制的研究进展

余露婷 周瑾 刘福林 汪晖

早在上世纪90年代初，英国学者Barker基于大规模流行病学调查结果，提出宫内生长迟缓(intrauterine growth retardation,IUGR)患儿成年后代谢综合征(metabolic syndrome,MS)的发病率增加以及“成人疾病发育起源”假说[1]。IUGR是指孕期各种不良因素导致的胚胎(胎儿)生长发育受限，主要表现为多器官功能发育障碍、生长迟缓及低出生体重，为最常见的发育毒性表现之一。大量流行病学调查表明，IUGR不仅可造成胎儿窘迫、新生儿窒息和围产儿死亡，其危害还将延续至出生后，明显影响胎儿出生后体格和智力发育，最终造成成年后多种慢性疾病(如代谢性疾病和神经精神性疾病)的易感性增加，甚至具有跨代遗传效应[2，3]。大量研究证实，胎儿接触过多的糖皮质激素(glucocorticoids,GC)是导致IUGR发生的主要原因[4]。

胎盘GC屏障包括11β-羟类固醇脱氢酶2(11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2,11β-HSD2)和P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)，胎盘GC屏障可以避免母亲来源的GC过多地进入胎儿体内，从而维持胎儿的发育。大量研究表明，孕期不良环境可引起胎盘GC屏障的改变，使其对GC的灭活作用减少，导致胎儿过多暴露母源性GC，从而引起IUGR及成年后多种慢性疾病易感[5，6]。因此，了解孕期不良环境导致胎盘GC屏障改变的发生机制，对于探究成年疾病的胎儿起源和寻找阻断胎盘GC屏障破坏的分子靶标，具有重要的理论和实践意义。

一、胎盘GC屏障的生理变化及其意义

妊娠期间GC起着极其重要的作用，参与维持妊娠、启动分娩等过程。研究证实，胎盘上存在11β-HSD2，能将有活性的GC代谢为无活性的代谢产物，在胎盘局部起到功能性屏障作用，从而使妊娠期间由母体循环进入胎儿循环的活性GC量保持在适度范围。人类妊娠中、晚期胎盘11β-HSD2的mRNA表达呈增加趋势，但是临产时11β-HSD2活性降低。临产时的11β-HSD2活性降低会减少GC的灭活，从而提高羊膜局部皮质醇的量，以促进分娩。P-gp是位于细胞膜上的糖蛋白，分子质量为170 kD，由1280个氨基酸组成，是ATP结合盒转运蛋白超家族成员之一。P-gp能利用ATP，从胎盘滋养层细胞将药物和其他外源物主动泵回母体循环，以保护胎儿。P-gp构成了胎盘另一GC屏障，其能逆浓度将GC转运到母体面，限制GC跨胎盘进入胎儿，从而减少胎儿暴露于母源性GC。不同妊娠阶段的胎盘P-gp表达水平有所不同，妊娠早期胎盘P-gp表达量比足月高；妊娠13～14周人胎盘中P-gp蛋白水平约为足月时的2倍。P-gp在妊娠中期高水平表达后随着孕周的增加而下降，使母体的皮质醇顺利进入胎儿，这有利于促进胎儿成熟及在临产阶段调控分娩。

二、GC介导子代成年后代谢综合征和神经精神性疾病易感

MS是胰岛素抵抗、高血糖、高血压、血脂紊乱等多种症状在人体内集结的合称，可引起非酒精性脂肪肝、糖尿病、心脑血管等多种代谢性疾病。流行病学调查表明，MS有宫内发育起源，不良宫内环境会增加其成年时期MS的发病率[1，2]。本课题组前期研究发现，孕期不良环境暴露所致胎盘GC屏障改变，使胎儿过暴露于母源性GC，后者通过调节海马糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor,GR)表达，负反馈抑制胎鼠下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)轴功能发育；另一方面GC通过调节胎鼠外周代谢组织(肝、骨骼肌)GR表达，改变糖、脂代谢功能及胎血代谢谱，包括抑制胰岛素样生长因子1/胰岛素信号通路[7-10]。这些改变具有宫内编程效应，可一直延续至出生后[11]，引起外周糖、脂代谢功能紊乱，增加子代MS的易感性。

神经精神性疾病是指大脑病变或功能紊乱而发生的感觉、记忆、思维、感情、行为等方面表现异常的疾病，包括抑郁症、精神分裂症、孤独症等。流行病学调查结果显示，胎儿时期营养不良或IUGR胎儿在成年后，抑郁症发病率要显著高于正常水平[12]，提示抑郁症可能存在宫内起源。动物实验发现，产前尼古丁暴露可增加成年子代抑郁样行为[11]。这些均提示，孕期不良宫内环境与子代罹患抑郁症风险增加密切相关。孕期不良环境致胎盘GC屏障改变，胎儿过暴露于母源性GC可影响胎儿HPA轴的调控，使胎儿HPA轴发育编程改变，表现为成年期HPA轴对应激反应的敏感性增强。这些是胎源性抑郁症的解剖学及组织学起源，也是成年后抑郁症易感的原因之一。

三、孕期不良环境所致胎盘GC屏障改变

孕期不良环境主要包括外源环境因素和母体健康因素[6]。外源环境因素包括外源物暴露(重金属、药物)和微生物感染等，母体健康因素主要有母体的营养状况(如营养不良)、应激和疾病状态(如子痫)等。

1.孕期不良环境所致胎盘11β-HSD2改变：本实验室通过动物实验证实，孕期乙醇暴露可通过应激升高母体GC水平，同时胎盘11β-HSD2表达降低，导致胎儿过多暴露于母源性GC[13，14]。孕期咖啡因暴露可下调胎盘11β-HSD2的表达，母血、胎血皮质酮水平均升高[9]。三氯生是一种新生环境内分泌干扰物，广泛应用于医药用品、化妆品、洗涤剂、肥皂、牙膏或婴儿护理品等日用化学品中的抗菌剂和防腐剂中，可通过各种途径与人体接触，且易经皮肤、黏膜吸收。研究发现，三氯生可以抑制人足月胎盘合体滋养细胞11β-HSD2的表达[15]。人类足月胎盘绒毛体外培养发现，加入白介素1β(interleukin-1β,IL-1β)、IL-6或肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)后均可降低11β-HSD2活性。镉可通过降低11β-HSD2启动子活性抑制11β-HSD2基因的转录，从而减少其表达和活性[16]。

有研究将有高焦虑行为和低焦虑行为的Wistar孕鼠置于同一压力下，发现有高焦虑行为组的胎盘11β-HSD2表达明显低于低焦虑行为组，表明产前母体焦虑可以导致胎盘11β-HSD2表达减少[17，18]。妊娠期出现母亲情感障碍(抑郁)时11β-HSD2的表达降低提示胎儿暴露于母体皮质醇增加，这可能导致不良神经发育结局[19]。妊娠期母体疾病(如妊娠期并发子痫前期)也可致胎盘11β-HSD2活性明显降低。孕妇应激、缺血、缺氧可降低胎盘11β-HSD2表达而破坏胎盘GC屏障，使胎儿过暴露于母源性GC。除此之外，孕期母体营养缺乏、营养过剩或营养不均衡都会破坏GC屏障。动物实验发现，孕鼠蛋白饮食限制可以选择性地减弱胎盘11β-HSD2的功能，使内源性的GC过多地进入胎儿体内[20]。母体摄入的膳食成分会影响11β-HSD2的表达，有研究表明长期摄入镁缺乏的食物可致11β-HSD2的表达降低[21]。

2.孕期不良环境所致胎盘P-gp的改变：本实验室研究发现，孕期尼古丁暴露可抑制大鼠胎盘P-gp的表达，从而对子代的生长发育产生不良影响；当孕期共暴露于烟草和酒精，胎盘中多药耐药基因(multidrug resistance 1,MDR1)水平显著降低，即P-gp的GC外排作用减弱[22]。孕期乙醇暴露会使小鼠肠道表皮细胞顶面的P-gp表达下降[23]。IL-1β、TNF-α能显著降低胎盘滋养层细胞中P-gp表达及其外排作用。妊娠期使用大麻可使P-gp表达下调，导致P-gp依赖的外排作用被抑制，从而减弱胎盘的屏障功能，影响胎儿生长发育[24]。母亲营养不良可导致胎盘中P-gp表达的显著降低[5]。妊娠期病理状态(妊娠期糖尿病)均可不同程度影响胎盘P-gp的表达及功能[5,25]，破坏胎盘GC屏障，致胎儿暴露于母体GC增加。

四、胎盘GC屏障改变的发生机制

1.孕期不良环境致胎盘11β-HSD2改变的机制：研究证实，环磷酸腺苷/蛋白激酶A(cyclic adenosine monophosphate/Protein kinase A,cAMP/PKA)通路可上调胎盘11β-HSD2表达。cAMP途径的激活可增加胎盘合体滋养层中转录因子特异性蛋白1(specificity protein 1,Sp1)的表达，并促进Sp1和RNA聚合酶II与11β-HSD2启动子结合，使11β-HSD2启动子区组蛋白H3K9乙酰化增加、甲基化减少，从而增加其表达和活性[26]。有研究报道，咖啡因可通过拮抗腺苷受体A2b抑制cAMP/PKA，从而下调胎盘11β-HSD2的表达[27]。早期生长应答因子(early growth response factor 1,Egr-1)属早期基因家族一员，其编码蛋白是一种含锌指结构的核转录因子，能参与对11β-HSD2的转录调节。研究发现，Egr-1与11β-HSD2启动子区的结合位点和Sp1相重叠，Egr-1表达增加可竞争性拮抗Sp1对11β-HSD2的转录激活作用，从而抑制主动脉平滑肌细胞中11β-HSD2的表达[28]。缺氧可通过增加Egr-1表达来降低肾脏中11β-HSD2的表达和活性[29]。上述研究均提示，孕期不良环境可能通过影响胎盘cAMP/PKA通路来调节Egr-1和/或Sp1表达，从而影响11β-HSD2表达和活性。

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinases,MAPK)是指细胞内的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，MAPK信号通路包括外部调节蛋白(extracellular signal-regulated kinase,ERK)和p38MAPK通路，它们参与调控11β-HSD2。镉可抑制11β-HSD2基因的转录，进一步研究发现，镉是通过激动ERK1/2从而抑制11β-HSD2的表达和活性[30]。研究发现，p38 MAPK能上调11β-HSD2的表达，但GC可以抑制p38 MAPK[31,32]，那么GC可能通过抑制p38MAPK抑制11β-HSD2的表达。酪氨酸激酶-信号转导子和转录激活子(janus kinase-signal transducer and activator of transcription,JAK-STAT)通路也可调节11β-HSD2的表达，氨基酸缺乏可通过抑制JAK-STAT和MAPK通路，最终使11β-HSD2的表达和活性降低[33]。所以，信号通路如cAMP /PKA、MAPK和JAK-STAT通路均可介导孕期不良环境所致的11β-HSD2表达或活性改变。

Lanz等[34]对人绒癌细胞JEG-3研究发现，血管紧张素Ⅱ通过转录后机制下调11β-HSD2活性。本实验室通过动物实验发现[35]，孕期咖啡因暴露使母血AngⅡ含量升高，上调胎盘AT1和AT2受体的表达，致肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin-system,RAS)激活，Ras激活后可诱导胎盘滋养层细胞凋亡。11β-HSD2是在胎盘滋养层细胞中表达，而滋养层细胞凋亡增加可减少11β-HSD2的表达[15]。另外，IL-1β、IL-6、TNF-α、雌激素和孕激素均能抑制11β-HSD2的活性[36,37]。

2.孕期不良环境所致胎盘P-gp改变的机制：文献报道，cAMP可正向调节P-gp的表达[38]。仓鼠P-gp启动子的同源区包含CCAAT增强子结合蛋白β(CCAAT/enhancer-binding protein beta,C/EBPβ)和GC反应元件，且两者结合位点重叠。研究显示，GR可通过干扰C/EBPβ的作用抑制p-gp的转录，从而减少其表达[39]。孕期肥胖母体的血浆及胎盘中IL-1β、IL-6、TNF-α表达水平均较正常母体显著增高，而炎症因子可激活多条细胞通路，包括kB核转录因子(nuclear factor-k-gene binding,NF-kB)、JAK-STAT等，最终抑制P-gp表达。Evseenko等[40]亦发现，IL-1β、IL-6、TNF-α均能显著降低胎盘滋养层细胞P-gp表达及其外排作用。

研究表明，孕期母体接触一些药物也会影响P-gp的活性，如氨氯地平、利福平等都会抑制P-gp的活性。药物可以竞争性或非竞争性抑制的方式阻止细胞内药物的外排，即可以通过与底物竞争同一转运部位导致P-gp外排功能降低，也可通过相互独立的调节部位引起变构效应抑制P-gp的活性[41]。Karina Klappe等[42]发现，P-gp作为细胞膜上具有重要功能的转运蛋白定位于脂筏区域内，其功能的调节与脂筏中鞘脂和胆固醇的改变有关；母体摄入过多的脂肪、胆固醇等，可引起脂筏内鞘脂和胆固醇的改变，进而影响P-gp的转运活性。

五、研究展望

虽然多数研究证实孕期不良环境可以引起胎盘GC屏障功能改变，且胎循环中高GC水平可诱导子代IUGR及其多种慢性成年疾病易感[4]，然而胎盘GC屏障的适度开放机制尚无系统报道，缺乏较为完整、系统的理论体系支持。因此，加强探寻孕期不良环境下胎盘GC屏障开放的调节机制及分子靶标，并进行合理干预，有可能成为胎源性成年疾病早期预警、早期诊断和早期防治的新策略并具有重要的理论与实践意义。