妊娠期不良环境暴露对胎儿多脏器肾素-血管紧张素系统影响的研究进展

刘和泽，戴永国，刘可欣，汪 晖

（1.武汉大学基础医学院药理学系，湖北 武汉 430071；2.发育源性疾病湖北省重点实验室，湖北 武汉 430071）

流行病学调查和动物实验表明，肾素-血管紧张素系统（renin-angiotensin system，RAS）参与个体发育，其改变可引起多种疾病易感。本文将从各组织脏器RAS在胎儿发育过程中的变化及调控等方面进行综述，旨在阐明胎儿时期RAS功能改变在胎源性疾病发生发展中的重要地位。

1 RAS的组成及其功能

RAS在传统上被认为是一种激素系统，主要负责控制血压和调节水电解质平衡。RAS主要由肾素、血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）、Ang（1-7）、血管紧张素转换酶（angiotensin converting enzyme，ACE）、ACE2、血管紧张素受体（angiotensin receptor，ATR）和Mas受体（Mas receptor，MasR）等组成。RAS作用途径可分为经典和非经典途径，经典途径通过ACE-AngⅡ-ATR轴发挥作用，而非经典途径则通过ACE2-Ang（1-7）-MasR轴发挥作用。在经典途径中，成年时期AngⅡ的生物学作用主要是由AT1R所介导，ACE-AngⅡ-AT1R轴改变会导致血管平滑肌舒缩异常、醛固酮分泌增加和肾小管钠离子过度重吸收等一系列病理生理学变化。此外，AT1R的激活还会刺激炎症、血栓及纤维化发生。非经典途径中，Ang（1-7）主要通过MasR拮抗AngⅡ的生物学作用，对机体起到保护作用。

2 妊娠期不良环境所致RAS功能改变与多脏器发育毒性

RAS各组分在胎儿发育时期开始表达，但其在不同物种的脏器表达与分布有所不同（表1）。在人类和大鼠中，ACE，AT1R，AT2R和ACE2等组分伴随着胎儿发育的不同时期在胎盘中表达，而MasR仅在胎大鼠部分脏器中有表达。RAS各组分虽然在各脏器中的表达分布有所不同，但对于维持胎儿各脏器正常生长发育起着重要作用。系列研究表明，妊娠期不良环境因素（如营养不良、母体缺氧、乙醇、尼古丁和糖皮质激素暴露）均可致母体-胎盘及胎儿各脏器RAS表达及功能的改变，进而引起胎儿多脏器发育毒性。

2.1 母体-胎盘RAS功能改变

妊娠期，孕妇卵巢、胎盘和蜕膜等分泌激素使母体雌激素水平升高。激素水平的改变可激活母体循环RAS，进而调节母体水盐平衡［10］。子痫前期，胎盘RAS激活，RAS组分蛋白由胎盘释放入母体循环系统，破坏母体循环RAS稳态平衡［11］。妊娠期子痫与母体-胎盘RAS功能改变的具体机制及影响因素可参考LUMBERS等［12］的综述。

RAS各组分广泛分布于胎盘中。AT1R位于胎盘绒毛滋养层细胞，AngⅡ和AT1R相互作用会刺激细胞增殖，并通过增加转化生长因子及纤溶酶原激活物抑制剂的表达，降低滋养层细胞侵袭。妊娠早期，胎盘合体滋养层细胞中的ACE2调节Ang（1-7）释放入母体循环系统，促进母体血管舒张。因此，胎盘RAS对于胎盘细胞增殖、滋养层细胞侵袭及母体循环系统都具有重要意义。

表1 RAS各组分在发育中的人和大鼠胎儿组织器官中的表达和分布

先兆子痫孕妇胎盘血管紧张素原（angiotensinogen，AGT）、ACE2和AT1R mRNA水平和Ang（1-7）含量降低，而AngⅡ含量升高。胎盘RAS与血管活性肽之间失衡，导致胎盘血液灌流量及胎儿营养摄入减少，造成妊娠期发育迟缓（intrauterine growth retardation，IUGR）［13］。低氧环境下，胎盘HTR-8/Svneo细胞中AT1R高表达，并且胎盘ACE-AngⅡ-ATR轴介导了血管内皮生长因子、纤维蛋白溶酶原激活物抑制剂Ⅰ及血管生成素2/1上调所致的血管增生［14］。胎盘暴露于颗粒物后，AngⅡ含量降低而AT1R表达增加。RAS表达改变可能介导了滋养层细胞侵袭及胎盘血管生成受损，造成胎儿营养摄入减少及IUGR率增加［15］。妊娠期地塞米松暴露可致胎盘ACE2表达和Ang（1-7）含量降低，而MasR表达增加［16］。妊娠期蛋白摄食限制可致胎盘AngⅡ含量及AT1R表达增加，ACE2表达及Ang（1-7）含量降低。这种变化具有性别差异并随妊娠期增加有程度上的不同，可能对成人高血压的性别特异性胎盘编程具有重要意义［17］。妊娠期高盐饮食可致胎盘AngⅡ含量降低，并激活AT1R引起细胞肥大［18］，因此推测高盐饮食下AT1R的激活是胎盘重量增加的原因。综上，妊娠期不良环境会影响母体-胎盘RAS的表达与功能。

2.2 胎儿各组织脏器RAS功能改变

妊娠期不良环境不仅改变母体-胎盘RAS，还会影响胎儿各组织脏器RAS表达及功能。这种改变可致胎儿各脏器发育毒性，进而危害子代健康。

2.2.1 胎儿肾RAS功能改变与肾发育毒性

胎儿肾局部RAS对于肾发育及出生后肾脏功能具有重要的调控作用。妊娠期时期，AngⅡ与ATR结合后诱导肾发育基因的表达，从而促进肾发育。如AngⅡ与AT2R结合后，可上调配对盒基因（paired box gene，Pax2）或下调骨形态蛋白4（bone morphogenetic protein 4，BMP4）的表达，从而激活胶质源性神经营养因子（glial-cell-line-derived neurotrophic factor，GDNF）/c-Ret受体酪氨酸激酶（c-Ret tyrosine kinase receptor，c-Ret）通路；同时，AngⅡ也可与AT1R结合，抑制Sprouty1的表达，同时活化表皮生长因子RTK、c-Ret等酪氨酸激酶受体蛋白，继而激活GDNF/c-Ret通路的下游，发挥对肾发育的调节作用［19］。

妊娠期维生素D缺乏会导致胎大鼠肾的肾素水平升高，该影响可持续至成年，导致子代肾功能不全［20］，这可能与维生素D能够抑制cAMP反应元件结合蛋白进而抑制肾素表达有关。妊娠期邻苯二甲酸二酯暴露会降低新生子代肾肾素和AngⅡ水平，并下调RAS下游形态分化基因，如GDNF和Pax2，进而抑制肾发育［21］。妊娠期咖啡因暴露会降低胎肾AT2R的表达，并伴有下游GDNF通路抑制，导致胎肾发育迟缓［22］。妊娠期乙醇暴露通过抑制AT2R基因启动区中H3K27ac的表达引起AT2R的低表达编程，并协同抑制ACE2-Ang（1-7）-MasR轴的表达，最终导致成年子代大鼠肾发育迟缓和肾病综合征的发生［7］。因此，妊娠期不良环境下胎儿肾RAS改变会影响胎儿肾发育，导致成年肾疾病易感。

2.2.2 胎儿心RAS功能改变与心脏发育毒性

RAS各组分在心血管系统中广泛分布。妊娠第25天，胎儿心肌细胞中即可检测到肾素、AT1R和AT2R［2］。AT1R基因敲除小鼠心脏收缩压下降［23］；AGT及AT2R基因敲除小鼠出现心肌细胞萎缩［24］，提示经典RAS途径参与心脏发育。ACE2-Ang（1-7）-MasR轴同样在心脏发育过程中具有重要作用，ACE2低表达可促进冠状动脉重构，并造成心肌肥厚。

妊娠期高盐饮食可增加胎大鼠心脏AngⅡ含量及AT1R表达，导致成年子代心肌纤维化及高血压［25］。地塞米松处理胎鼠心脏48 h，其AT2R表达降低［26］，并且心肌细胞生长及分化被抑制。AngⅡ注入胎羊心脏会导致心肌细胞肥大、心脏质量和收缩负荷均增加［27］。ATR抑制剂氯沙坦处理胎羊心脏，ERK，JNK，P38和 Akt被激活，而末端激酶MAPK表达未发生改变，推测AngⅡ通过增加心脏负荷影响心功能，而非ATR介导的直接作用［28］。妊娠期营养不良小鼠子代出生后16周，左心室AngⅡ和内皮素-1水平升高，并伴有心脏扩大及心肌细胞肥大［29］。以上可知，妊娠期不良环境下胎儿心脏RAS改变，与胎儿心脏发育毒性及成年心脏疾病密切相关。

2.2.3 胎儿肺RAS功能改变与肺发育毒性

肾素、ACE、AT1R和AT2R在胎大鼠肺发育的早期阶段均有表达。AngⅡ通过P44/42和Akt磷酸化对AT1R介导的肺分支具有刺激作用［8］。鉴于RAS组分主要表达于胎肺上皮细胞、间充质细胞及血管细胞，推测RAS可能参与了肺发育的2个过程：气道及脉管发育［30］。

妊娠期低氧血症可致胎小鼠肺肾素水平升高，ACE表达降低而ACE2表达增加［31］。妊娠期暴露于超细颗粒可致成年子代小鼠肺组织ACE及AT1R表达增加，并伴有血压升高［32］。妊娠期高盐饮食可致成年子代大鼠肺组织ACE mRNA表达降低［33］。妊娠期卡托普利暴露可致新生子代大鼠ACE表达降低，肺泡形成受损［34］。提示，RAS参与了妊娠期不良环境暴露下胎肺发育毒性的发生。

2.2.4 胎儿胰腺RAS功能改变与胰腺发育毒性

胰腺中也存在RAS。胎儿时期，AT2R在胰腺β细胞发育的关键时间点表达显著增加，随后即降低至无法检测到的水平。AT2R拮抗后胰腺β细胞数量减少，而胰腺α细胞数量增加［35］，表明AT2R激活可促祖细胞向胰腺β细胞分化。ACE2-Ang（1-7）-MasR轴在胎儿时期胰腺发育的各个阶段均有表达，它可能介导活性氧的生成，进一步激活MAPK诱导胰腺细胞的分化［36］。但尚不能确定胰腺中是否存在完整的RAS［1］。

妊娠期蛋白摄食限制可致胎儿低出生体质量，并以性别特异性方式影响子代胰腺中RAS各组分的表达［37］。妊娠期蛋白摄食限制，雌性及雄性子代小鼠胰腺组织AGT、肾素和ACE表达及AngⅡ含量均增加，而雄性子代小鼠胰腺组织ACE2及AT2R表达升高。最终，仅ACE2及AT2R表达未发生改变的雌性小鼠发展为高血糖。其机制目前尚未阐明。

2.2.5 胎儿肝RAS功能改变与肝发育毒性

肝是AGT的产生场所。胎儿时期即可在肝中检测到AGT和AT1R mRNA表达［2］。与胎儿及新生儿相比，成年小鼠肝中AT1R表达较低，而AT2R表达较高，表明AT1R参与胎肝发育而AT2R主要调节成人肝功能［38］。

妊娠期蛋白摄食限制的胎肝AGT mRNA表达增加而蛋白表达降低［39］，子代出生1周后，肝AGT和AT1R mRNA表达增加；出生后12周，肝AGT和AT1R mRNA表达恢复正常［40］，表明营养成分会影响肝RAS表达，而机体出生后可代偿性恢复其表达。本实验室研究发现，妊娠期地塞米松暴露雄性胎大鼠ACE2-Ang（1-7）-MasR轴被抑制，肝脂质合成功能增强而氧化功能减弱。这种改变由miRNA-122/YY1参与编程并延续至出生后，导致成年子代非酒精性脂肪肝病易感（待发表文章）。因此，妊娠期不良环境下胎肝RAS的改变与肝脂质代谢功能密切相关。

2.2.6 胎儿骨RAS功能改变与骨发育毒性

RAS可调节骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSC）向成骨细胞的分化及骨的骨化。研究发现，新生大鼠颅盖骨的成骨细胞，AngⅡ通过下调骨钙素水平及抑制碱性磷酸酶活性，减少骨的矿化结节数及矿化总面积，降低细胞内及间充质层的钙含量［41］。同时，AngⅡ能够提高新生大鼠颅盖骨成骨细胞中DNA的合成速率，促进成骨细胞的增殖。

妊娠期咖啡因暴露可致胎大鼠股骨ACE表达及AngⅡ含量增加，而局部RAS激活抑制了BMSC的成骨分化，胎鼠体长及骨矿物质含量减少，导致骨骼生长迟缓和成人骨量减少［42］。妊娠期地塞米松暴露可致胎大鼠骨组织ACE表达及AngⅡ含量增加，使F1代成骨分化抑制；并且骨组织中经典RAS通路由F1代持续激活至F2代，进而抑制F2代成骨分化［43］。因此，妊娠期不良环境下胎儿骨RAS的改变，对骨发育有重要影响。

3 表观遗传修饰异常与子代RAS编程改变

表观遗传修饰是指DNA序列不发生改变而基因表达发生可遗传性改变。表观遗传修饰主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰及miRNA。孕期不良环境所致子代各脏器RAS的改变受到表观遗传修饰的调节（表2）。妊娠期高盐饮食可使胎大鼠心脏AT1R mRNA表达增加，与其启动子区CpG岛低甲基化有关［26］。妊娠期低蛋白饮食小鼠子代脑组织中ACE基因表达上调，与该基因启动子区CpG岛低甲基化有关［44］。妊娠期地塞米松暴露胎大鼠骨组织可通过激活糖皮质激素受体，招募C/EBPα和p300，导致ACE基因启动子区H3K27ac水平升高，从而促进ACE表达［43］。提示妊娠期不良环境可致子代RAS相关基因表观遗传修饰异常，从而影响RAS的表达及功能，最终导致胎源性疾病的发生。

4 结语

综上所述，妊娠期不良环境可致母体-胎盘及子代各脏器RAS表达及功能异常，造成子代发育毒性，并增加成年子代慢性疾病易感的风险。尽管许多药物在控制高血压方面疗效显著，如ATR拮抗剂等，但妊娠期应禁止使用直接作用于RAS的药物。这些药物与胎儿及新生儿损伤有关，包括低血压、无尿、可逆性或不可逆性肾衰竭甚至死亡。妊娠期不良环境可致RAS功能改变开展RAS非经典通路机制探索，为胎源性疾病的预防与治疗提供更多精确的分子靶标。

表2 妊娠期不良环境暴露与子代RAS编程改变