机械刺激改善反复着床失败患者子宫内膜容受性机制的研究进展

侯志金，孟昱时

随着不孕症发病率逐年上升，人类辅助生殖技术变得愈加重要。胚胎移植（ET）作为人类辅助生殖技术的一个重要组成部分，许多专家及学者在该领域进行了大量研究，其中，改善子宫内膜容受性是研究的一个热点及难点。近年多项研究使用机械刺激方法改善子宫内膜容受性，取得成效，但亦有研究认为机械刺激无法改善子宫内膜容受性。出现这种争议的主要原因是对适用人群的定义不明确。Lensen等[1]进行了一项大样本多中心随机对照研究，纳入了1 364例近期未行宫腔操作的体外受精（IVF）患者（无论是否曾移植失败），按1∶1的比例分为试验组与对照组。试验组在胚胎移植周期前的第3天进行子宫内膜搔刮，而对照组不做任何操作，结果发现试验组与对照组的活产率并无显著差异。Tumanyan等[2]采用了比人类生殖与胚胎协会（ESHRE）对反复着床失败（RIF）的定义更加严格的标准（移植≥3个囊胚或≥7个第3天高质量胚胎但仍未获得妊娠）纳入了研究，发现机械刺激组的妊娠率显著高于未进行机械刺激组（54.8%vs.29.0%）。由此推测，相对未经挑选的IVF患者，子宫内膜机械刺激可能更适用于RIF患者。机械刺激改善子宫内膜容受性的机制是近年的研究热点，许多学者对其进行研究，但切入的角度均不同，现对该机制的研究进展进行综述。

1 机械敏感性离子通道

机械敏感性离子通道是将物理刺激转换为电信号的传感器。早期Fronius等[3]的研究报道了子宫内膜上存在一种机械传感器——上皮钠通道（ENaC），可被子宫内膜上皮分泌的前列腺素E2所调节。机械敏感性离子通道PIEZO 1属于PIEZO家族，主要在肺、膀胱、胰腺和皮肤中表达，其机械敏感性具有重要的生物学作用。Hennes等[4]使用人类子宫内膜上皮细胞（h-EEC）的有效替代模型——三维人体子宫内膜器官（EMO）进行研究发现，机械刺激EEC可引起钙离子大量内流，导致电流密度增加，而这一作用可被机械敏感性离子通道抑制剂所阻断。进一步进行RNA表达研究发现，PIEZO 1在人类和小鼠的EEC中高表达，使用PIEZO 1的化学激动剂刺激EEC，发现细胞内钙离子浓度和电流密度增加，说明在人类及小鼠子宫内膜上很有可能存在着PIEZO1的功能性表达。以上研究为机械刺激对子宫内膜作用的有效性提供了证据。

2 基因表达

可正常受孕女性的子宫内膜基因表达谱与RIF或复发性流产（RSA）女性之间存在广泛差异。Lédée等[5]通过基因微阵列测序研究发现，与正常妊娠女性相比，RIF或RSA患者子宫内膜基因表达存在广泛失调，进而使子宫内膜与胚胎的协调能力受损。Zhou等[6]纳入121例行鲜胚IVF-ET助孕患者，其中60例在行控制性超排卵（COH）前1周期行子宫内膜局部损伤术，并于月经第10天的子宫内膜采样，使用基因芯片技术进行分析发现，妊娠与非妊娠患者有218个基因存在表达差异，其中41个基因上调，177个基因下调，其中存在重要表达差异的基因包括基质金属酶蛋白1（MMP-1）、人层黏蛋白α4（LNα4）、整合素α6（ITGα6），推测这些基因参与了胚胎着床过程的调控。MMP-1是一种能分解细胞外基质的蛋白水解酶，分泌期的MMP-1可影响滋养细胞的侵袭能力。Zhou等[6]研究显示妊娠患者的MMP-1水平较未妊娠患者上调了15.95倍，子宫内膜增生期MMP-1的高表达可能预示着子宫内膜良好的容受性。LNα4是一种表达于滋养细胞基底膜的重要糖蛋白，具有调节子宫内膜功能的作用，此外亦参与胚胎着床和胎盘形成的过程[7]。ITGα6在胚泡植入过程中发挥重要作用，其在种植窗期高表达，胚胎着床后迅速下降，提示种植窗前ITGα6的高表达可能预示子宫内膜容受性较差[8]。Zhou等[6]的研究也发现妊娠患者的ITGα6表达水平较未妊娠患者下调4.92倍。

此外，多项研究发现，子宫内膜机械损伤可通过调节（上调或下调）多种基因的表达来改善子宫内膜容受性，如晶体蛋白a4、子宫内膜干细胞表达基因、磷脂酶A2、黏蛋白跨膜蛋白1（MUC1）、脂肪分化相关蛋白（ADRP）、膀胱跨膜尿路蛋白Ib（UPIb）、糖脂蛋白A（GDA）、载脂蛋白D基因（APDD）、整合素D6基因、同源框基因（HOXA10）等，主要涉及离子结合、细胞通讯、细胞代谢、物质转运、信号转导等过程[6,9-12]。目前，国内外关于机械刺激是否能改善子宫内膜容受性阵列（endometrial receptivity array，ERA）的研究尚属空白，是一个值得探索的领域。

3 血管生成理论

多项研究发现，子宫内膜机械刺激可以改善子宫内膜血流指数（FI）、阻力指数（RU）及收缩期与舒张期比值（S/D），从而改善子宫内膜容受性，提高ET成功率[13-15]。缺氧诱导因子1（HIF-1）是一种氧依赖性转录激活因子，在缺氧条件下，HIF-1α大量聚集，调节细胞凋亡，并通过上调血管内皮生长因子（VEGF）转录增加血管生成。于璇[16]将20例移植3次高质量胚胎仍未成功的患者作为试验组，10例第1次行ET就获得妊娠并成功分娩的患者作为对照组，采集了所有患者种植窗期（月经第19～23天）的子宫内膜，并进行免疫组织化学分析和细胞凋亡测定，发现试验组子宫内膜组织的HIF-1α表达水平低于对照组，而经过机械刺激后HIF-1α表达水平显著提高。同时发现HIF-1α的表达水平与子宫内膜微血管密度（MVD）呈正相关。提示机械刺激增加了子宫内膜LIF-1α的表达，并进一步增加了子宫内膜MVD，从而改善了子宫内膜容受性。彭丹等[17]的研究发现机械刺激增加了子宫内膜VEGF的表达，并使妊娠结局得到改善，与上述研究结论一致。

此外，Gibson等[18]研究发现，子宫自然杀伤（uNK）细胞是子宫内膜的特异性组织驻留免疫细胞，大多数表型为CD56brightCD16-，可调节子宫内膜和蜕膜内的血管重塑。有研究发现，uNK细胞可增加RIF患者子宫内膜的血管生成与分化，并增加局部氧化应激水平[18-19]。Junovich等[20]研究发现，机械刺激子宫内膜后，uNK细胞在增生晚期有所增加。Blois等[21]通过体外研究发现，uNK细胞能促进子宫内膜血管生成、调节细胞分化及滋养细胞侵入。El-Azzamy等[19]的研究表明，子宫内膜增多的uNK细胞加强了胚胎植入前的血管生成，从而为组织提供足够的血流，并防止发生胚胎排斥反应。然而也有研究认为，子宫内膜局部的uNK细胞数量应维持一个稳态平衡，过多或过少均可能对胚胎植入不利[22]。但Donoghue等[23]的研究发现，RIF患者子宫内膜的CD56和CD16 uNK细胞数量与普通IVF患者没有显著差异，uNK细胞的数量不能作为预测ET结局的指标。

4 炎症机制

损伤的愈合是一个动态过程，有3个特征性阶段：炎症、组织形成和组织重塑。多项研究证实，子宫内膜的机械性刺激可能通过炎症机制改善子宫内膜容受性，而炎症反应的相关分子是启动胚胎与子宫内膜“对话”的关键。损伤引起的炎症反应与巨噬细胞和树突状细胞的流入及促炎细胞因子的激增有关。多项研究表明，骨桥蛋白（OPN）、巨噬细胞炎性蛋白1B（MIP-1B）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、生长调节致癌基因α（GRO-α）、黏蛋白1（MUC1）、细胞间黏附分子1（ICAM-1）等在机械刺激后表达增加，参与炎症启动、子宫内膜蜕膜化、滋养细胞迁徙、胚胎黏附以及巨噬细胞和树突状细胞的招募等过程[24-28]。此外，有研究发现，其他细胞因子、生长因子和酶亦参与并放大整个炎症过程，如白血病抑制因子（LIF）、肝素结合表皮生长因子样生长因子（HB-EGF）、白细胞介素4（IL-4）、IL-6、IL-8、IL-10、IL-11、IL-13、IL-15等[28-30]。

机械刺激引起的子宫内膜炎症反应是一个复杂的过程，细胞因子、趋化因子、黏附分子及细胞之间相互作用并相互影响，形成了一个复杂网络。MIP-1B和GRO-α可能招募巨噬细胞、树突状细胞以及单核细胞至损伤部位[31]。这些细胞在某些组织中可存活数月，除发挥炎症作用外，还可对子宫内膜产生免疫调节作用，对蜕膜发育及胚胎着床发挥有利影响。其中，树突状细胞可通过IL-5和IL-12调节uNK细胞的分化[21]，uNK细胞又通过产生IL-8和干扰素诱导蛋白10调节基质细胞的分化[28]，增强滋养细胞侵入。与此同时，uNK细胞还能影响子宫内膜基因表达，促进子宫内膜血管生成，并通过产生IL-5和IL-12影响树突状细胞丰度[32]。伴随炎症反应进展，损伤的子宫内膜发生一连串愈合事件，恢复子宫内膜容受性，为胚胎着床创造有利环境。

5 干细胞的修复作用

在机械刺激后的子宫内膜修复过程中，干细胞发挥着重要作用。Gargett等[33]研究发现，子宫内膜基底层存在着内皮细胞、上皮细胞和间充质细胞这3种类型的干细胞，具有增殖、分化和自我更新能力，负责创伤、月经或分娩后的组织再生。但机械刺激后的子宫内膜修复可能并不是由子宫内膜的原位干细胞完成的。Du等[34]的研究发现，机械损伤小鼠子宫内膜后的组织再生是通过骨髓或循环中的干细胞进行的。这些细胞可能是被损伤部位产生的某种信号所招募。Tal等[35]通过动物研究发现，成体骨髓源性干细胞可在子宫内分化为罕见的非造血子宫内膜细胞群，在蜕膜化和妊娠中发挥重要作用。在Zhu等[36]的研究中，使用米非司酮对人胚胎干细胞进行损伤，然后与人经血源性子宫内膜干细胞（MenSCs）共培养，发现MenSCs显著恢复了受损胚胎干细胞的增殖和迁移能力，抑制了子宫内膜间质细胞凋亡，并上调总蛋白激酶B、p38丝裂原活化蛋白激酶、VEGF和β-连环蛋白的蛋白表达。进一步研究发现，以上过程可能是通过激活p38 MAPK和蛋白激酶B（AKT）信号通路实现的，MenSCs可能用于治疗子宫内膜损伤。

6 子宫内膜形态学改变

机械刺激除了可引起上述微观层面改变外，还可以去除子宫内膜病变结构，并改善子宫内膜形态结构。罗国群等[27]研究发现，机械刺激可增加子宫内膜腺体/间质比值。胞饮突的成熟是子宫内膜进入种植窗的重要标志。有研究发现，机械刺激可使反复着床失败患者子宫内膜胞饮突数量大幅上升，并增加完全发育的胞饮突比值[14,37]。机械刺激有可能增加子宫内膜厚度。覃桂荣等[14]研究发现，经宫腔镜刺激后的反复着床失败患者，内膜厚度由（4.75±1.59）mm增加到（8.55±1.55）mm。但也有相关研究表明机械刺激未能显著增加子宫内膜厚度[13]。另外有研究发现，机械刺激能改善子宫内膜分型，但均样本量小，结果有待进一步考证。

综上所述，应用机械刺激改善子宫内膜容受性的机制涉及多个方面，前文所提及的各项机制并不是相互独立的，从离子通道改变到胞饮突发育促进，各项机制相互影响，共同改善子宫内膜发育，为胚胎着床提供有利环境。尽管目前学者们对机械刺激改善子宫内膜容受性的机制已经有了初步认识，但仍需更多研究进行更深入探讨，为提升ET成功率提供更多理论支持。