早发型子痫前期内皮细胞损伤机制的研究进展

季燕雯，陈先侠，王海霞，卢晓倩，孙嘉敏

子痫前期(preeclampsia, PE)是妊娠期高血压的特殊类型，主要特征为妊娠20周后出现高血压、蛋白尿和水肿，而分娩后血压恢复正常，严重影响母婴健康,是导致孕产妇和围生儿死亡的主要因素。妊娠34周前发病的子痫一般称早发型PE，目前确切机制不明，分娩是其唯一治愈手段。故本文对早发型PE血管内皮细胞的损伤机制进行综述，以深入了解该病，为其防治提供理论依据。

1 绒毛外滋养层细胞(extravillous cytotrophoblasts, EVTs)入侵受损介导的内皮细胞损伤

1.1 两步理论 已有证据表明，PE的发生发展有多种因素参与，如螺旋动脉重塑受损、氧化应激、氧调节异常等，滋养层细胞异常侵袭是导致螺旋动脉重塑受损的重要原因[1-2]。许多学者支持两步理论，第一阶段，EVTs入侵母体螺旋动脉造成血管重塑不良，扩张螺旋动脉并增加子宫胎盘血流量，诱发胎盘和内皮损伤；第二阶段，这些受损组织释放抗血管生成因子，如可溶性血管内皮生长因子受体1(sFlt-1)和可溶性内皮糖蛋白(sEng),诱导全身内皮功能紊乱，导致妊娠20周后高血压和蛋白尿，在早发型PE中表现更明显[3]。

1.2 自噬对EVTs的入侵作用 近年研究发现，胎盘自噬与PE发病机制有关[4-5]。自噬是细胞成分自我降解的过程，其中双膜自噬体隔离细胞器并和溶酶体融合，使溶酶体酶消化内容物，通过这个机制，细胞可在饥饿或低氧等应激条件下存活。正常妊娠胎盘发育早期，存在生理性胎盘缺氧复氧，自噬对维持细胞生物能量中合成代谢和分解代谢平衡至关重要。在饥饿条件下，哺乳动物西罗莫司靶蛋白C1(mTORC1)被抑制，释放mTORC1-自噬激活激酶(ULK)复合物，游离ULK复合物诱导自噬。研究发现，自噬对低氧状况下EVTs入侵和血管重塑必不可少,缺氧诱导因子(HIF)1在诱导自噬中起重要作用，缺氧稳定HIF1α蛋白质并激活BNIP3，BNIP3释放Bcl-1和Bcl-2复合物，然后游离Bcl-2抑制PI3激酶，导致自噬激活[6]。缺氧导致p53活性显著增强并导致细胞滋养细胞凋亡。与正常妊娠孕妇相比，来自PE孕妇培养的人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells， HUVECs)生长被显著抑制，伴随G1停滞和凋亡增加，原因为p53蛋白表达上调，诱导G1停滞，随后上调p21表达，并下调细胞周期蛋白E表达和CDK2-cyclin E复合物；另一方面，p53的上调也激活了Bax基因并抑制Bcl-2和BIRC5基因表达，导致Bax/Bcl-2比率增加并随后激活半胱天冬酶级联反应，最终导致凋亡机制的启动[7]。Bildirici等[8]提出自噬是在营养缺乏期间被激活的一种生存机制，认为在早发型PE患者中，胎盘缺氧复氧转变机制异常，细胞处于持续的缺氧微环境中，细胞发生氧化应激，引起滋养层细胞和血管内皮细胞自噬活性增加，而细胞发生过度自噬导致细胞功能受损，甚至自噬性死亡增加，最终导致滋养层细胞侵袭不足，子宫螺旋动脉重塑不全、胎盘浅着床，胎盘出现缺血、缺氧等病理生理改变，诱发一系列PE临床表现。但自噬调节滋养层细胞侵袭能力及内皮细胞成管能力的具体机制还需继续研究。sEng抑制缺氧条件下EVTs自噬导致血管重塑失败，在20%O2条件下，sEng不影响EVTs侵袭和血管重塑，在2%O2条件下，sEng抑制细胞侵袭EVTs,在8%O2条件下sEng减少血管重塑[9]。Pan等[10]研究发现早发型PE组的自噬水平与晚发型PE组比较差异有显著统计学意义，而晚发型与正常组之间无差异，证实了自噬在早发型PE发病机制中的意义。

2 氧化应激与抗血管生成因子对内皮细胞的作用

子宫动脉血流减少，子宫胎盘灌注不足，导致胎盘缺血缺氧，胎盘释放生物活性因子(如抗血管生成因子)增多导致母体血管功能障碍。这些抗血管生成因子包括sFlt-1、sEng、纤溶酶原激活物抑制剂1、生长因子抑制剂、炎性细胞因子、活性氧(ROS)或超氧阴离子、缺氧诱导因子和血管紧张素(Ang)Ⅱ抗体受体。目前氧化应激、sFlt-1和炎性细胞因子与早发型PE关系较为紧密。

2.1 氧化应激介导的内皮细胞损伤 胎盘局部过度氧化应激可能损害胎盘滋养层细胞的生物学功能，因而损伤子宫螺旋动脉的生理重塑，导致胎盘浅着床、内皮细胞损伤并最终导致PE 。

2.1.1 Gadd45α：生长停滞和DNA损伤诱导Gadd45α表达，Gadd45α是Gadd45家族一个关键成员[11]。氧化应激可能通过激活p38MAPK信号传导诱导Gadd45α过表达来影响基质金属蛋白酶活性，以影响滋养层细胞的侵袭，并增加sFlt-1和sEng的分泌，参与PE的发生发展[12]。体外HUVECs研究发现，Gadd45α敲除或p38抑制剂在低氧/复氧暴露的HUVECs中通过抑制氧化应激提供保护作用，抑制细胞凋亡，促进血管生成。Li等[12]采用siRNA沉默Gadd45α基因通过抑制p38MAPK信号传导减少细胞凋亡、增加细胞迁移来减轻氧化应激，提示Gadd45α可作为治疗PE的新靶点。

2.1.2 ROS：胎盘缺氧时释放大量ROS，ROS是超氧化物阴离子，其作为细胞信号级联中的第二信使激活了许多氧化还原敏感信号通路，包括核因子κB(NF-κB)。ROS可引起全身炎性反应，诱导滋养层细胞的凋亡从而影响滋养层细胞的浸润能力，还可引起内皮源性舒张因子一氧化氮的失活，使血管舒张不良，内皮功能障碍，最终导致妊娠期高血压。2009年Leeper等[13]发现Apelin/APJ是血管氧化应激的调节因子，发现Apelin能抑制脂肪细胞中ROS的产生和释放，并减轻心肌细胞的氧化应激。相反，也有研究发现Apelin-13可促进血管平滑肌细胞中ROS的产生，Apelin可能通过调节NOX4-AngⅡ途径来升高血压[14]。

2.1.3 长链脂肪酸氧化：长链脂肪酸氧化可通过氧化应激和炎性内皮细胞损伤参与PE的发病。Ding等[15]研究表明，严重早发型PE患者胎盘组织中长链脂肪酸氧化酶(LCHAD)表达减少，而晚发型PE患者与对照组间LCHAD表达无显著差异。游离脂肪酸(FFA)会导致氧化应激，脂肪细胞可通过分泌炎性细胞因子激活血管内皮细胞复制NF-κB信号通路，导致内皮细胞损伤。激活的NF-κB调节肿瘤坏死因子α(TNF-α)、细胞间黏附分子1(ICAM-1)和其他炎症因子的转录，FFA与NF-κB信号通路可能存在正反馈关系。NF-κB与PE患者外周血单核细胞中DNA结合能力高于正常妊娠者，提示NF-κB在PE单核细胞中显著激活，FFA和炎性反应相互促进形成恶性循环，最终导致细胞损伤。Qiao和Sun[16]发现后续发展为PE的妇女在第一次产检时血浆脂肪酸结合蛋白4(FABP4)浓度明显高于未发生PE的妇女。FABP4血浆浓度每增加1单位，PE发生风险升高4%～8%，并认为其可独立预测PE。还有研究指出PE患者妊娠早期血清脂质氧化终产物丙二醛浓度升高，可与其他早期标志物联合预测PE的发生[17]。因此，氧化应激、脂质代谢和炎性内皮损伤与PE的发病密切相关。

2.2 sFlt-1介导的内皮细胞损伤

2.2.1 sFlt-1导致母体广泛的内皮功能障碍：sFlt-1是血管内皮生长因子(VEGF)和胎盘生长因子 (PIGF)受体的可溶形式。PIGF与VEGF具有约50%的同源性，作用于两个血管内皮生长因子家族受体，即存在于血管内皮细胞上[sFlt-1和含有激酶插入区的受体(KDR)]。KDR负责VEGF在内皮细胞上的作用，而sFlt-1似乎不直接参与血管生成。sFlt-1充当血管生成的负调节剂，隔离细胞外VEGF。VEGF与sFlt-1和KDR受体结合，PIGF以高亲和力与sFlt-1受体结合，PIGF通过从sFlt-1受体中置换VEGF，使其能够结合活性KDR受体[18]。

2.2.2 sFlt-1基因表达受氧浓度调控：缺氧导致sFlt-1基因上调使得sFlt-1产生。PE患者子宫血管重塑异常，胎盘缺氧状态释放大量sFlt-1进入母体循环，过表达的sFlt-1通过胎盘向母体循环迁移并抑制VEGF和PIGF的产生，导致主动脉内皮功能障碍[19]。sFlt-1在母体循环中与游离的VEGF和PIGF结合，从而降低其膜受体的生物利用度,抑制VEGF和PIGF对母体内皮细胞和足细胞的作用。胎盘缺氧诱导胎盘蜕膜中自由基和HIF-1α的产生。PE妇女HIF-1α过表达可上调sFlt-1，引起血管收缩，重塑不足[20]。

2.2.3 sFlt-1/PIGF比率反映循环血管生成平衡并与疾病严重程度相关：Zeisler等[21]开展的一个大型前瞻性多中心研究提示，在无PE情况下,sFlt-1/PIGF<38的女性，至少1周(阴性预测值99.3%)的测试时间内可能不会发展为PE；相反，有超过85%的sFlt-1/PIGF>38的孕妇很有可能患有PE；sFlt-1和sEng是预测PE的最有力指标，可导致PE中螺旋动脉重塑不足和胎盘血管床发育畸形。此外，血清sFlt-1可能预测妊娠12周前的PE。Caillon等[22]证明早发型PE患者在发病前第1周sFlt-1/PIGF比率阳性预测值为21%，在第4周为18%，认为此比率可用于早发型PE的常规管理，避免不适当的住院治疗，具有显著的经济效益。

2.3 炎性反应介导的内皮细胞损伤 PE是多种原因导致母体产生过度炎性反应的结果。胚胎对于母体来说是半移植物，着床时必然会发生局部炎性反应，过度应答则可导致内皮功能紊乱，释放炎症因子，引发PE[23]。在健康孕妇中，炎症细胞因子的分泌可调节免疫和炎性反应，而PE患者发生炎性反应可导致白细胞介素1(IL-1)、IL-6、IL-8、IL-17、IL-22、TNF-α等炎症细胞因子的释放增加。

2.3.1 IL-11：IL-11是IL-6家族细胞因子,该家族共享一个辅助信号分子。Winship等[24]指出IL-11在妊娠早期胚胎植入和子宫内膜基质细胞蜕膜化过程中起重要作用，其在女性生殖道中是一种多效的信号传导细胞因子，能调节细胞周期，对胎盘发育至关重要。最近IL-11已被证明有助于胎盘的调节，并导致PE的发生[25]。Winship和Dimitriadis[26]研究证明，IL-11通过JAK/STAT3途径调节滋养层细胞迁移和入侵，并经STAT3的IL-11信号传导途径上调滋养层细胞衍生因子，从而抑制其侵袭性。最近有研究证实，IL-11可能通过STAT3在小鼠胎盘和蜕膜中起作用，并认为IL-11升高损害了子宫自然杀伤细胞(uterus natural iller, uNK)分化和成熟[25]。此外，也有研究发现IL-11的升高造成小鼠早产[27]。在正常妊娠或后来患PE的妇女中，妊娠头3个月的血清IL-11水平发生量化；随后发展为PE的妇女血清IL-11显著增加[25]。这一发现意味着IL-11在PE的发生中起潜在致病作用，并为其将来作为PE预测性生物标志物奠定了基础。Winship和Dimitriadis[25]提出IL-11在早期PE症状出现前升高，但样本量小存在局限性。一项小鼠体内实验表明，PE小鼠停止IL-11注射后缓解了血压升高，但蛋白尿病情加重及小鼠胎儿体质量增加，强调了IL-11靶向治疗改善PE的潜在可行性[25]。有数据表明，针对胎盘和(或)蜕膜IL-11可防止局部炎症级联反应发生并恢复胎盘功能，但需对大批妇女进行进一步的研究，以确定IL-11作为PE血清预测性生物标志物的临床价值[26]。

2.3.2 IL-22：研究发现，PE母亲和新生儿脐带血中IL-22浓度高于健康孕妇，发生炎性反应后，IL-22大量释放，并且IL-22受体表达导致信号通路的激活，IL-22与其受体结合激活JAK1和Tyk2，后者通过丝氨酸和酪氨酸在STAT1,3和5中的磷酸化作用触发多种细胞内途径，最终保持免疫稳态[27]。因此，IL-22在PE发病中也起着至关重要的作用。

3 免疫与血管内皮细胞损伤

3.1 NK细胞介导的内皮细胞损伤 在针对肿瘤及异体移植的研究中发现,活化的NK细胞可识别血管内皮细胞表面配体,紧密黏附于血管内皮细胞,引起内皮细胞功能改变,血管通透性增强[27]。有研究表明,在PE中NK细胞活性增强，可能通过LFA-1/ICAM-1、VLA-4/VCAM-1通路与血管内皮细胞发生黏附及相互作用，进而参与PE血管内皮细胞损伤[28]。近年来，妊娠妇女uNK成为研究热点[29-30]。uNK是母胎界面最丰富的免疫细胞类型，在人和小鼠中都含有70%的蜕膜白细胞，研究表明 uNK是子宫螺旋动脉重塑和介导母体-胎儿免疫耐受所必需的[31]。在母胎界面，uNK在人类白细胞抗原异常激活下毒性增强，且使EVTs入侵不足及子宫螺旋动脉重塑异常,致使血管内皮细胞受损，最终导致妊娠早期PE的发生[32]。还有研究表明，蜕膜uNK能分泌大量的细胞因子，如粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、干扰素、生长刺激因子1、肿瘤坏死因子等。干扰素-γ、干扰素-α 具有促进组织滋养叶细胞迁移作用，引起胎盘浅着床、螺旋动脉重塑受阻，诱发病理妊娠，进一步导致血管内皮功能障碍[33]。虽然NK细胞可诱发PE，但是其与PE病情严重程度、起始时间关系尚不明确，进一步对uNK进行研究将可能成为治疗PE的新方向[33]。

3.2 调节性T细胞(regulatory T cell, Treg)介导的内皮细胞损伤 Treg细胞分为胸腺Treg细胞和胸腺外Treg细胞，在TGF-β存在下刺激天然CD4+ T细胞表达[34]。 胸腺Treg细胞占Treg细胞的70%，而胸腺外Treg细胞占30%。Samstein等[35]报道胸腺外Treg细胞在维持妊娠中起重要作用，sEng可通过竞争性结合TGF-β受体抑制TGF-β活性，推测sEng扰乱了胸腺外Treg细胞的分化，导致母体对胎儿的耐受性降低。Treg细胞的重要作用之一是调节炎症，这种炎症诱导Th1型免疫改变，随后诱导排斥，抑制Treg细胞功能从而导致内皮功能障碍。Wang等[36]通过基因研究指出，siRNA可介导Th1和Th17细胞转录因子的下调，促进CD4+ T细胞亚群免疫平衡、改善PE局部和全身炎性反应，缓解内皮细胞损伤程度，为早发型PE治疗提供新思路。

综上,PE孕妇胎盘灌注不足导致胎盘缺血缺氧，细胞处于持续的氧化应激状态，引起细胞自噬活性增加，造成滋养层细胞功能受损；与此同时，血管内毒性物质和炎性介质的增多使得相应血管舒张功能降低，引起血管内皮细胞活性因子的释放，导致内皮细胞损伤和(或)功能障碍。对这些损伤因子及其作用机制的深入研究有助于PE的检测、预防和治疗,有利于缓解PE孕妇的症状,改善胎盘和全身组织器官灌注,降低PE母婴病死率。