孕激素及其受体与蜕膜化

蒋莎，陈璐，王炜，常卓，张杨，冯晓玲

人子宫内膜蜕膜化是伴随卵巢周期性激素分泌以适应哺乳动物月经（子宫周期性出血）或生殖（胚胎植入）的过程。广义上讲，蜕膜化不仅包括子宫内膜局部腺上皮分泌增加，还包括宫内环境的改变过程。如螺旋动脉重铸、局部免疫细胞募集以及细胞外基质成分改变等。狭义上讲，子宫内膜蜕膜化是子宫螺旋动脉周围的子宫内膜间质细胞转变为较大圆形的蜕膜细胞。在蜕膜化诱导因子的刺激下，增殖和分化逐渐扩散至整个内膜，为胚胎着床做准备。在这一过程中，卵巢分泌的孕激素（progestogen）与子宫内膜转化和蜕膜化密切相关[1]。随着分子生物学发展，近年研究发现蜕膜化缺陷与流产有关[2]，孕酮水平的监测对妊娠早期胚胎丢失的预测具有指导意义。现对孕激素及孕激素受体（progesterone receptor，PR）在狭义的子宫内膜蜕膜化中的作用及其机制进行综述，以期为蜕膜化缺陷导致的先兆流产的治疗和预防提供思路。

1 孕激素及PR概述

孕激素是一种内源性类固醇激素和性激素，参与人月经周期，妊娠和胚胎的维持，既是PR的激动剂，又是σ1受体的拮抗剂、烟碱乙酰胆碱受体的负变构调节剂和G氨基丁酸（GABAA）受体的正变构调节剂。孕激素具有抗盐皮质激素活性、糖皮质激素活性、雄激素、抗雄激素活性、5α-还原酶抑制作用。循环血和子宫内膜中均能检测到孕激素，其在子宫内膜中的表达从增殖期持续增加到分泌期。PR有PRA、PR-B两种亚型。PR-A和PR-B通过直接基因组模式或间接核外模式改变基因表达[3-4]。PR的表达随子宫内膜周期波动具有亚型特异性及细胞特异性特点：PR-A在分泌期上皮细胞表达下降，在妊娠期基质细胞中高表达；PR-B在增殖中期的上皮和基质细胞中达到峰值，然后逐渐减少[5]。妊娠建立后，PR先表达在子宫腔上皮细胞，随后下调，在蜕膜基质细胞中高表达，这与PR-A和PR-B在胚胎植入中各自独特的作用相一致，并且在啮齿动物实验模型研究中得到证实[6]。

蜕膜化过程中孕激素功能大部分的实现需要结合PR。在人类子宫内膜蜕膜化过程中，主要是PR-A介导妊娠过程中子宫内膜的增殖和分化。此外，孕激素功能的实现可独立于转录调控及核受体缺失而激活信号通路发挥作用，而PR不仅参与经典的核受体信号传导，还参与细胞膜的非基因组信号传导[7]。由此可见，孕激素及PR在蜕膜化中的作用主要是通过下游因子之间的相互作用控制上皮细胞增殖，使子宫“容受”并刺激基质细胞分化（即子宫内膜蜕膜化）建立妊娠。

2 蜕膜化过程及其意义

蜕膜化是子宫内膜为胚胎植入和胎盘发育提供营养和免疫特权基质过程中，子宫内膜发生的广泛形态、功能、遗传学变化。目前对蜕膜化的机制研究主要集中于体外诱导蜕膜化。

2.1 人子宫内膜自发蜕膜化 人子宫内膜蜕膜化主要是指间质细胞蜕膜化，即子宫内膜在月经周期的第23天开始反应，表面上皮细胞下的致密层间质成纤维细胞增殖加快，伴大量白细胞浸润[8]，逐步转变为肥大的蜕膜样细胞，分化后的蜕膜细胞呈假足状延伸，吞噬细胞外基质，细胞内吞噬体和溶酶体数量增加。在此期间，子宫内膜螺旋小动脉更加弯曲，增长更快，超过子宫内膜厚度，血管壁变薄；子宫内膜腺体开口面向子宫腔，分泌丰富的营养物质如糖原，腺体较少，分裂成裂隙状，间质更加松散并水肿；海绵层腺体扩大、弯曲，腺上皮细胞丰富[1]。在蜕膜化诱导因子催乳素（prolactin，PRL）和胰岛素样生长因子结合蛋白1（insulin-like growth factor binding protein 1，IGFBP-1）等蜕膜化标志物的刺激下增殖分化，完成蜕膜化过程。

2.2 体外诱导蜕膜化 是观察蜕膜化过程的最有效方法。目前常用的方案有以下3种：①雌二醇和激素；②环磷酸腺苷（cAMP）诱导因子或类似物；③cAMP类似物、孕激素和雌二醇联合来诱导细胞。在人子宫内膜基质细胞中，cAMP可在短时间（≤3 d）刺激完成蜕膜化，但最新发现孕激素刺激的蜕膜化上调的一些基因不能被cAMP上调，提示在子宫内膜基质细胞蜕膜化中，孕激素和cAMP诱导途径还是存在着差异。体外诱导蜕膜化的研究给学者们提供了一个可以直观观察细胞蜕膜重新编程的方法，同时也为寻找治疗靶点提供了新思路。

无论是人子宫内膜自发蜕膜化或体外诱导蜕膜化，蜕膜化的子宫内膜作为屏障，对防止滋养细胞侵入过深、供应胎儿营养、参与调控母胎免疫应答和维持妊娠具有重要作用。体内和体外，蜕膜转化和核的圆整、核仁数量增加、粗面内质网和高尔基体系统的扩张以及糖原和脂质滴在细胞质中的积累有关[9]。真正的蜕膜化相关形态学变化在排卵后9 d左右即规律月经周期的第23天表现出来，提示蜕膜化分化过程存在内分泌、旁分泌和自分泌等途径调控[10]。

3 孕激素及PR在蜕膜化中的作用机制

前文已述孕激素的功能实现还可独立于转录调控及核受体缺失而激活信号通路发挥作用。PR不仅利用经典的核受体信号传导，还参与细胞膜的非基因组信号传导。现主要从核信号通路出发，探讨孕激素及PR对子宫内膜细胞的增殖、分化及蜕膜化过程中血管生成与免疫调节的作用及其机制。

3.1 子宫内膜增殖与分化的转变（endometrial proliferation-differentiation switching） 在蜕膜化过程中，孕激素及PR的结合由子宫腔上皮细胞高表达的发育调控形态发生素hedgehog（hh）基因家族成员IHH（Indian hedgehog）介导，并通过其子宫基质细胞上受体patched 1或patched 2诱导子宫基质增生[11]。Patch1/2与其下游靶点鸡卵清蛋白上游转录因子2（chicken ovalbumin upstream transcription factorⅡ，COUP-TFⅡ）最终介导骨形态发生蛋白2（bone morphogen protein 2，BMP2）和无翼型MMTV集成站点家庭成员4（wingless-type MMTV integration site family member 4，WNT4）启动基质蜕膜化。BMP2通过表达FK-506结合蛋白（FK-506 binding proteins，FKBPs）调节PR的表达来调控蜕膜化，且FKBPs的稳定能够促进PR的活性[12]。激活的PR和COUP-TFⅡ再促进心脏和神经嵴衍生物表达蛋白2（heart-and neural crest derivative-expressed protein 2，HAND2）的表达，HAND2抑制成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）配体（FGF1、FGF2、FGF9、FGF18）产生，停止子宫内膜上皮细胞增殖过程，促进胚胎植入和子宫基质蜕膜化。与此同时，表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）信号也参与其中[13]，同时也可受到BMP2和WNT4等下游靶点的调节[14]。

此外，子宫内膜调节因子FoxO1和C/EBPβ、PR分子伴侣（如HSP90、HSP40、HSP70、P23和FKBP51）、调控PR的转录基因（CCNB1、CCNB2、CDC20、CDC25A、CDK1、BUB1、VEGFA、TGFB2、ANGPT2、ANGPTL4、GRB1、GATA2、BMI1）及其下游靶点HOXA-10等均参与孕激素及PR介导的子宫内膜蜕膜化调控[15]。C/EBPβ的转录活性减弱会抑制子宫内膜蜕膜化，且介导孕激素和cAMP调节多效生长因子（PTN）调节蜕膜化[16]。免疫亲和素FKBP51能够降低蛋白激酶B（AKT）中Ser473的磷酸化水平从而促进蜕膜化[17]。GRB1是PR转录的辅助因子，GRB1导致PR靶基因FoxO1和Wnt4水平降低，影响子宫内膜细胞增殖和分化[18]。BMI1与PR和E3连接酶E6相关蛋白（E6AP）以一种多克隆复合物独立的方式相互作用，调节正常孕激素反应所必需的PR泛素化[19]。而下游靶点HOXA10-/-雌性小鼠的植入失败和蜕膜化异常与子宫对孕激素的反应性降低及基质细胞增殖缺陷有关，且HOXA10-FOXM1-STAT3通路控制子宫内膜基质细胞增殖与分化[20]。另外，GATA2对维持正常子宫内膜上皮分化至关重要，GATA2缺乏可导致PR表达降低，孕激素信号转导减弱，GATA2不仅参与和促进PR基因的表达，还与PR共同调控下游的孕激素反应基因[21]。

3.2 血管生成 孕激素与PR结合后可通过COUPTFⅡ/VEGFA/ANGPT2/FGF2调控血管生成。COUPTFⅡ主要表达在间质和血管细胞，COUP-TFⅡ基因敲除小鼠PR表达降低，基质细胞增殖和血管生成减少，导致蜕膜化失败[22]。体内孕激素刺激血管成熟，体外孕激素和cAMP联合诱导蜕膜化中VEGFA和VEGF受体1（VEGFR1）调节蜕膜血管生成和母体螺旋动脉重构[23]。孕激素可直接减少分泌期子宫内膜腺上皮中的ANGPT2产生并维持ANGPT1的水平[24]，或诱导HAND2抑制人子宫内膜间质细胞中的FGF9抑制ANGPT2产生，使ANGPT2/ANGPT1比值降低，促进子宫内膜血管的发育、稳定及成熟[25]。而FGF2除在蜕膜血管生成中发挥作用外，还参与子宫上皮细胞有丝分裂。

3.3 免疫调节 蜕膜基质细胞介导母体免疫耐受，对同种半异体胎儿和胎盘具有识别、选择和接受的功能。由于多数免疫细胞上无PR，目前仅知孕激素通过孕酮诱导阻断因子（PIBF）的免疫调节蛋白结合新型白细胞介素4（IL-4）受体，诱导IL-10等Th2细胞因子产生，诱导蜕膜自然杀伤（NK）细胞低毒性[26]，介导妊娠期Th2显性免疫[27]，参与母胎界面局部的免疫调节作用[28]。

4 结语与展望

人体子宫内膜蜕膜化从生殖医学角度看是子宫内膜正常生理周期以适应胚胎植入的过程；细胞学上，是间质成纤维细胞转化为专门分泌的蜕膜细胞的过程，包括整个过程中由PR驱动出现的形态学、生物化学和血管变化。生殖医学观点认为母体子宫内膜蜕膜化接受胚胎着床与发育的过程是母体和胎儿对入侵抗原和人类胚胎染色体多样性的免疫耐受过程。蜕膜化的建立是母胎免疫耐受的第一步。蜕膜化过程的正常化是植入期后胚胎生长发育的基础，对早孕维持具有重要意义。过去几十年的蜕膜化研究除了揭示蜕膜化过程中的主要信号传导途径外，还详细揭示了细胞外基质（extracellular matrix，ECM）组织、细胞黏附、细胞骨架组织、应激反应、细胞周期进展、炎症反应和凋亡等功能[29]。蜕膜化过程精密且复杂，受到激素、细胞和分子信号之间微妙的相互作用[30]。黄体期孕激素分泌不断增加，孕激素在月经周期第23天左右作用于间质细胞PR，内膜间质细胞增殖转化启动蜕膜化，蜕膜细胞的形成允许子宫内膜“容受”和胚胎着床。若孕激素及其受体不足或基因缺陷致蜕膜化不足或缺陷，则受精卵无法着床或着床易流产。对分泌晚期子宫内膜外植体培养，发现在添加孕激素后可恢复PRL表达，证实了孕激素及PR在维持蜕膜化中的重要作用。在复杂的蜕膜化机制中，孕激素、PR及其下游靶点与信号通路之间的相互作用是为了控制上皮细胞增殖，刺激基质细胞分化，最终获得子宫内膜容受性以建立妊娠。上文仅描述了孕激素及PR介导的信号通路以及调节孕激素及PR的某些因子，对同时参与蜕膜化的雌激素与雌激素受体[31]及其他信号通路如转化生长因子β1（TGF-β1）、Notch信号介导的DNA甲基化[32]及其他自分泌、旁分泌线索未予以详尽讨论，同时对广义子宫内膜蜕膜化中各种蜕膜免疫细胞和蜕膜基质细胞的调节网络并未讨论，这还需进一步研究以阐明蜕膜化复杂网路信号的相关机制。