信号通路调控子宫内膜异位症的研究进展

谢韬，曾薇薇，陆齐天，周华

子宫内膜异位症（endometriosis，EMs）是指有活性的子宫内膜组织（腺体或间质）种植在子宫体以外的部位并反复出血的一种疾病。临床上常表现为渐进性加重性痛经、难治性不孕，且极易复发等特点，严重影响患者的身心和生殖健康[1]。近年研究表明EMs 的发生发展与异位子宫内膜细胞在组织器官间的变化运动密切相关[2]。具体的病理机制概括：异位内膜细胞经过上皮间质转化、黏附侵袭、血管生成过程最终导致异位病灶的形成，其中不同的信号通路在具体的某一阶段发挥主要的调节作用，现从上述过程进行综述。

1 子宫内膜上皮间质转化（epithelial mesenchymal transition，EMT）

子宫内膜EMT 是对“经血逆流异位种植学说”的补充。子宫内膜上皮细胞在转化中失去上皮表型，获得间质表型，伴随着失去了屏障保护作用进而具备了转移、浸润和抗凋亡的特性，内膜更容易发生运动迁移。EMT 是异位病灶形成的先决条件，参与EMs 的主要为Ⅱ型EMT（参与慢性炎症反应，促进组织纤维化）和Ⅲ型EMT（诱导细胞发生恶性转移），相关的分子变化包括E-钙黏蛋白（E-cadherin）等上皮标志物的表达缺失，而获得了N-钙黏蛋白（N-cadherin）、纤维连接蛋白和肌动蛋白等间质细胞特性。转化生长因子β（transforming growth factor β，TGF-β）通路和Wnt 通路通过调节相关“标志物”蛋白的表达参与EMT 过程[3]。

1.1 TGF-β 信号通路TGF-β 是人体内主要的致纤维化因子，由巨噬细胞合成并分泌，主要作用是调节细胞增殖、分化和凋亡以及组织纤维化、创伤愈合、血管生成过程。其主导的信号通路有两条：经典的Smad 依赖通路和非Smad 依赖通路。前者Smad蛋白为通路的关键节点，Smad 蛋白家族包括Co-Smad（共同介导型）、R-Smad（调节型）、I-Smad（信号转导抑制型），不同的Smad 蛋白介导相应的TGF-β的信号转导。经典的TGF-β/Smad 信号通路中，TGF-βⅠ、Ⅱ型受体两两形成的异源四聚体复合物与TGF-β 结合后被激活，Smad2、Smad3 募集到Ⅰ型受体上被磷酸化后又脱离，进入细胞质中与Smad4共同形成三聚体复合物。该三聚体复合物进入细胞核中与DNA 上的Smad 结合元件区域结合诱导转录。转录结束后，Smad 复合物解离，R-Smad 重新回到细胞质中，完成“Smad 循环”。

TGF-β 在肿瘤的发展过程中发挥双向调节作用：早期发挥对肿瘤的抑制作用，随着肿瘤的进展又转化为肿瘤促进因子，促进EMT 引发肿瘤的迁移[4]。EMs 具有类似于肿瘤转移侵袭的特点，研究表明在EMs患者病灶中可以检测到高水平的TGF-β 表达[5]，Soni等[6]在EMs 小鼠模型中加入外源性激活的TGF-β时发现：磷酸化的N-钙黏蛋白以及构成细胞骨架的波形蛋白表达均增强，推测TGF-β 在EMs 中通过激活下游的Smad2/3 蛋白增强了异位内膜细胞EMT并促进其转移。又有研究指出TGF-β 与锌指E 盒同源结合蛋白1（ZEB1）之间存在TGF-β-BMP2-MMP2-PG-COX2-ZEB1 通路[7]，后者能够直接作用于E-钙黏蛋白参与EMT 过程，当增强TGF-β 的表达时，ZEB1 表达也随之增强，伴随着EMT 过程的激活。微小RNA（miRNA）是一类新的单链RNA，属于外泌体的一种，可以靶向调控基因转录表达，参与多种妇科疾病的发生[8]。Wang 等[9]发现miR-141 在EMs 中低表达，当增强其活性时，能够检测到相应TGF-β、Smad蛋白以及相关钙黏蛋白、波动蛋白的表达降低，内膜细胞的侵袭能力减弱，提示miR-141 可以通过抑制TGF-β/Smad 信号通路抑制EMT 过程，以上也间接论证了TGF-β 通路参与调控了EMT 过程。

1.2 Notch 信号通路Notch 蛋白分为膜外部分、跨膜部分以及细胞内结构域（NICD），相邻细胞之间膜上跨膜配体（5 个同源配体：Dll-1、Dll-3、Dll-4 和Jagged-1、Jagged-2）与跨膜受体（4 种：Notch1～4）相互作用，产生了Notch 信号。信号的传递过程是Notch 蛋白经过两次剪切后膜外部分与膜内部分相互分离，最后经γ-分泌酶切割使NICD 进入核膜，激活下游靶基因CSL 开始转录，当NICD 被泛素化降解时，转录随即停止。

Notch 信号通路最早被发现与EMs 发病机制中血管生成的过程有关[10]，其中Notch 信号可以控制EMs 中出芽式血管生成[11]。近年研究表明，Notch 信号通路在EMs 中的EMT 过程发挥重要的调控作用。Qi 等[12]指出雌激素促进正常和子宫内膜在位上皮的迁移、侵袭，而褪黑激素和阻断Notch 通路能够抑制17β-雌二醇诱导的该过程以及EMs 内膜的EMT。外泌体能够通过与靶细胞膜融合的方式，释放内含的RNA 传递信息，调节E-钙黏蛋白、N-钙黏蛋白、波动蛋白等的表达，进而影响EMT 过程。Luo等[13]发现Notch 蛋白是miR-34c-5p 的下游靶分子，miR-34c-5p 通过抑制Notch 的活化抑制内膜细胞的EMT。Zhang 等[14]观察到异位子宫内膜中存在环状RNA has-circ-0067301/miR-141-5p/Notch-1 轴调节EMT，提示Notch 信号通路与EMs 的形成密切相关。

2 子宫内膜间质细胞与黏附、侵袭

郎景和教授提出了关于EMs 发病机制的“3A”学说（Attachment、Aggression、Angiogenesis），异位子宫内膜间质同种细胞间脱离黏附，通过腹水或腹腔液、腹腔细胞、腹腔外基质三道防线进入腹腔，完成异种细胞间的黏附，为进一步的侵袭和病灶形成打下基础[15]。黏附过程受到细胞黏附分子（CAM）和相关钙黏蛋白的调节，其分子结构的破坏会有利于内膜细胞更好地“生根种植”。在侵袭过程中涉及到细胞外基质（ECM）的降解和重建，基质金属蛋白酶（MMP）等分子参与该过程。其中核因子κB（NF-κB）作为MMP 的调节因子，直接影响异位内膜细胞黏附、侵袭的形成。Wnt/β 连环蛋白（β-catenin）通路被发现在此过程存在异常表达[16]。

2.1 NF-κB 信号通路NF-κB 又称为核因子激活的B 细胞的κ 轻链增强子，是一种具有转录调控功能的蛋白质复合物，能够在异位内膜细胞的黏附和侵袭过程中发挥作用。NF-κB 家族主要由RelA（p65）、c-Rel、Rel-B、p50 和p52 组成，成员间两两结合形成“蝴蝶样”结构的转录因子，最常见的为p65与p50 形成的异二聚体。正常状态下，此二聚体与NF-κB 抑制蛋白（IκB）结合停留在细胞质中，不发挥转录活性。外在因素如环氧合酶2（COX-2）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、脂多糖（LPS）等常作为上游信号分子激活该通路，激活的IκB 激酶（IKK）随即使其下游的IκB 磷酸化、泛素化，进而被降解，NF-κB 二聚体脱离暴露。此异二聚体中的p50 拥有核定位信号，促使整个二聚体向细胞核内转移，而p65 则能够识别特定的DNA 序列，使二聚体在核内与靶基因结合并调节促进转录，影响EMs 的发生、发展。

Nanda 等[17]报道了氧化应激状态下EMs 中多个细胞因子的表达增强，细胞外基质过度降解促进了内膜细胞的侵袭过程。其机制与NF-κB 在氧化应激条件下激活受到抑制，进而影响到下游靶分子MMP表达增强有关。而NF-κB 还可以靶向作用细胞间黏附分子1（ICAM-1），内膜细胞分泌ICAM-1 调节细胞与细胞间、细胞表面受体与细胞外基质的相互作用，影响内膜的侵袭过程[18-19]。进一步研究发现，相当数量的外泌体也需要通过NF-κB 通路影响黏附和侵袭反应，参与EMs 的发生发展。来自腹腔巨噬细胞的miR-22-3p 能够激活NF-κB 进而提升MMP 的表达，MMP 参与细胞外基质的降解过程，细胞的侵袭能力增强[20]。Yu 等[21]发现长链非编码RNA（lncRNA）MALATA1 在异位内膜组织中呈高表达，当转染入其特定的抑制剂时，异位内膜细胞的侵袭力减弱同时观察到NF-κB 和MMP-9 的活性降低，推测lncRNA MALATA1 是通过NF-κB 参与EMs 的过程。综上所述，NF-κB 信号通路参与调控EMs 的黏附侵袭过程。

2.2 Wnt/β-catenin 信号通路β-catenin 是一种多功能蛋白，作用于细胞骨架，表现为细胞对胞外的刺激信号作出相应的反应，在细胞核内充当转录因子。而Wnt 蛋白是一类可通过自分泌或旁分泌发挥作用的分泌型糖蛋白，其信号途径能引起胞内β-catenin积累，并调节基因表达。正常情况下，大部分的β-catenin 与上皮细胞中的E-钙黏蛋白构成复合体，具有介导同型细胞间相互黏附的作用，维持上皮细胞的稳定性和完整性。而小部分的β-catenin 在细胞质中游离，与轴蛋白/腺瘤病大肠杆菌/酪蛋白激酶1/糖原合成酶激酶3β（Axin/APC/CK1/GSK-3β）结合形成“降解复合物”，之后泛素化并被蛋白酶体降解，维持了胞内游离的β-catenin 低水平。当机体出现Wnt信号时，Wnt 蛋白与卷曲蛋白（Frizzled）等结合形成复合物，进一步将刺激信号传递至胞内的蓬乱蛋白（Dsh），抑制“降解复合物”的活性，表现为其磷酸化中止，β-catenin 析出。后者在细胞质内含量增加，进入细胞核结合相应的转录因子T 细胞因子/淋巴样增强因子（TCF/LEF），激活Wnt 信号通路，实现相关靶基因的表达。

EMs 病灶组织中能够检测到Wnt/β-catenin 信号通路的异常表达，当通路被抑制时能够阻断EMs病灶皮损处内膜细胞的增殖和迁移[22]。E-钙黏蛋白是介导细胞间黏附的重要糖蛋白，下调其表达能够激活Wnt/β-catenin 通路，同时增强内膜细胞的迁移和侵袭[23]。相关研究指出，分泌型卷曲相关蛋白2（SFRP2）与通路中的卷曲蛋白高度同源，前者能够作为激动剂激活通路促进EMs 的发展[24]。外泌体调节异位内膜细胞的黏附侵袭过程也是通过Wnt/β-catenin 信号通路发挥作用，Zhu 等[25]研究指出，增强异位内膜组织中miR-488 的表达可以增强异位内膜细胞的转移和侵袭能力，其原因是Wnt/β-catenin 信号通路中的卷曲蛋白FZD7 是miR-488 的下游靶分子，miR-488 间接抑制了β-catenin向核内转移，从而阻断了信号通路。Mai 等[26]指出lncRNA LOC100505766（LINC01541）能够减弱雌激素诱导的异位内膜细胞的迁移和侵袭，其机制与LINC01541 靶向作用Wnt/β-catenin 信号通路有关。

3 子宫内膜间质细胞与血管生成

新生血管的形成是EMs 形成过程的关键，异位内膜通过迁移、黏附和侵袭，最终形成异位病灶，这离不开新鲜血液的供应和支持，并且新生血管的形成也有利于异位病灶的快速生长。血管内皮生长因子（VEGF）是促血管内皮生长、增强血管通透性的细胞因子，在血管生成的过程中发挥重要作用，在EMs中受到磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（PI3K/Akt/mTOR）信号通路的调节。

3.1 PI3K/Akt/mTOR 信号通路PI3K/Akt/mTOR信号通路可以整合一系列细胞外信号，调节不同细胞的功能。当生长因子作用于细胞膜表面受体时，经受体酪氨酸激酶（RTK）激活PI3K。活化的PI3K 将二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）磷酸化为三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3），后者进一步活化Akt，进而抑制结节性脑硬化复合物1/结节性脑硬化复合物2（TSC1/TSC2）二聚体的形成，最终激活了mTOR。mTOR 主要的功能是调控蛋白质的翻译过程，在细胞生长中发挥重要作用。在EMs 中，该通路过度激活异常表达，通过调节细胞相关自噬、凋亡因子的表达，影响异位内膜的黏附侵袭及血管生成等过程。

3.2 PI3K/Akt/mTOR 信号通路与EMs 研究显示PI3K/Akt/mTOR 信号通路在调节VEGF 的表达上起到重要作用[27]。Liu 等[28]指出Akt 能够促进细胞一氧化氮合酶（eNOS）的磷酸化，产生更多的一氧化氮（NO），进而刺激血管的生成。COX-2 作为前列腺素（PG）的限速酶能够在受到细胞因子刺激后诱导VEGF 的合成，Jana 等[29]发现内膜上皮细胞中存在COX-2-PGE2-pAkt 轴，能通过调节MMP-2 的活性调节新生血管形成。以上均说明了PI3K/Akt/mTOR信号通路在EMs 血管生成病理过程中发挥关键作用。同时该通路也是多种分子的下游作用靶点，人参皂苷Rg3 在EMs 大鼠模型中阻断VEGF 受体2（VEGFR-2）介导的PI3K/Akt/mTOR 信号通路的激活，抑制了内膜病灶血管生成的同时促进了异位子宫内膜细胞的凋亡[30]。白细胞介素37b（IL-37b）在EMs 中异常表达抑制了炎症因子及VEGF 的表达，同时还检测到Akt 和Erk1/2 的磷酸化，推测IL-37b通过作用PI3K/Akt/mTOR 信号通路影响血管生成的过程[31]。

综上所述，基于上皮间质转化学说和“3A”理论完整概括出EMs 的病理机制过程。异位内膜细胞经过上皮间质转化、黏附侵袭及血管生成过程后最终导致异位病灶的形成，其中不同信号通路在不同的阶段发挥主要的调控作用。然而，各信号通路往往存在对其他过程的微弱调控作用，不同信号通路间又可以相互产生联系和影响组成信号调节网络，复杂的机制使得研究的难度增加。因此需要从EMs 过程出发对信号通路有更深入的研究，为EMs 的防治提供新的研究思路。