环境重金属暴露与子宫内膜异位症

沈凌超，纪冬梅

子宫内膜异位症（endometriosis，EMs）是指具有生长功能的子宫内膜细胞存在于宫腔外的组织或器官，引起周期性出血、继发性痛经、不孕、盆腔疼痛和性交痛等症状，是育龄期妇女常见的妇科疾病[1]。据报道，EMs的发病率高达15%，且近年发病率逐年上升，确诊患者中约30%～50%合并不孕症，严重影响患者的身体健康和生活质量。目前对于EMs的病因及发病机制的认识尚未统一，主要包括异位种植学说、血源-淋巴性播散学说、体腔上皮化生、免疫相关异常、干细胞决定论以及遗传与环境等理论[2]。近年随着环境污染问题日益突出，不孕不育发病率逐年增加，越来越多的研究者开始关注环境因素对EMs的影响[3]。现就人体环境重金属暴露与EMs的相关性及调控研究进展进行综述，以期为环境因素相关EMs的预防和诊治提供新思路。

1 环境重金属来源及种类

环境中的重金属一般指密度大于4.5 g/cm3的元素，这些元素是地壳的天然成分。其中一些金属对生物体是必需的，但在高浓度或以其他形态存在时会产生毒性，例如铜（Cu）、铁（Fe）、铬（Cr）和锌（Zn），而其他金属则被认为没有任何特定的代谢作用，通常被归类为有毒物质，例如镉（Cd）、汞（Hg）和铅（Pb）[4]。人类活动对环境的破坏极大地改变了它们的化学循环和生化平衡。重金属污染的主要来源包括不同的工业部门、电力行业、运输、城市废物管理和用于土壤施肥的肥料。重金属通过向空气、地表水以及土壤排放威胁着人类的身体健康[5]。最为常见的2种生殖毒素是铅和镉，长期暴露于这2种元素会对染色质的完整性产生有害影响。这些重金属能够分解人体细胞的细胞质膜，具有很强的氧化应激诱导潜能[6]。一旦进入细胞，这些金属会增加自由基，导致蛋白质损伤和脂质氧化，从而改变基因表达，影响患者的神经系统与生殖健康[7-8]。铅和镉已被证明具有生理雌激素效应，可能在女性体内影响孕酮的合成[9]。环境中也存在着对人体有益的重金属，如铁、铜和锌等，但如果这些元素在人体内浓度过高，也会产生相应的不良反应。过量的铁会加重机体的氧化应激[10]。未络合的铁与过氧化物一起会产生含有羟基自由基的混合物，可直接损害DNA、脂质和蛋白质[11]。体内铜含量过高会导致贫血和肝损伤[12]。此外，铜含量过高的女性早产风险更大[13]。

2 不同环境重金属暴露与EMs

2.1 铁与EMs铁是人体所必需的14种微量元素之一，是血红蛋白的主要成分，参与氧的运转、交换和组织呼吸。其在EMs的发生和发展中也扮演着重要角色。早在1994年，Arumugam等[14]检测出EMs患者腹腔液中铁含量增加，并能加速精子脂质过氧化，影响顶体反应的速率，进而导致不孕风险增加。Van Langendonckt等[15]发现EMs患者病灶附近的腹膜中能检测出更高的铁蛋白和含铁血黄素，并存在于全部月经周期中。随后他们向小鼠模型注射月经流出液、子宫内膜碎片加血清、红细胞或子宫内膜细胞来诱发EMs，发现EMs组的病灶与腹膜交界处较正常小鼠存在更多的铁团状颗粒，推测在EMs病变的间质中发现的铁团可能是由月经流出液中的红细胞诱导的。2015年Mori等[16]首次用特异的荧光探针（HMRhoNOx-M）对EMs患者和非EMs患者的子宫内膜进行了组织学分析和催化铁的细胞检测，并进一步评估了内膜细胞中的铁转运蛋白含量，结果显示EMs患者在位和异位内膜均表达更多的铁转运蛋白。

铁和血红素对活细胞是必不可少的，但游离铁和血红素如果不能适当螯合，其会通过芬顿反应（Fenton reaction）促进活性氧（ROS）的形成[17]。ROS是体内有氧呼吸的重要中间产物，能与脂类、蛋白质和核酸等生物分子结合，并参与体内多种物质的代谢，也是巨噬细胞发挥吞噬和杀伤作用的主要介质。但在病理条件下，过量的ROS会与DNA中的脱氧核糖产生脱氢反应，与嘌呤或嘧啶加成产生嘌呤自由基或嘧啶自由基，造成DNA的点突变甚至断裂[18]。ROS造成的持续损伤和机体为清除ROS持续产生的抗氧化物有利于促癌微环境产生，加剧了内膜细胞对异位病灶的侵袭，且ROS还可以通过激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径促进细胞增殖[19]。因此，铁超载引起的ROS能显著推动EMs的发展与恶变，在疾病晚期的妇女身上尤为明显[20]。线粒体是ROS产生的主要场所，也是ROS攻击的主要靶点。研究发现EMs患者的线粒体氧化呼吸链功能受损，代谢下降，能量供应不足，颗粒细胞发育障碍[21]，卵母细胞成熟率和卵母细胞质量下降[22]，严重增加EMs患者不孕的风险[23]。尽管病灶局部存在铁超载现象，但患者全身可能出现病理性的铁缺乏，可能是大量出血和氧化应激造成的铁消耗过多，肠道铁吸收无法弥补铁的损失所造成[24]。对于铁超载造成的氧化应激，目前主张使用铁螯合物或维生素E等抗氧化药物进行治疗。此外，二硝基铁和谷胱甘肽络合物具有细胞毒作用，经证实可以有效抑制EMs的发展，具有良好的使用前景[25]。

2.2 镍与EMs镍是人体必需的生命元素，在人体内含量极微。镍在体内主要参与激素作用和维持生物大分子的结构稳定。然而镍暴露也参与了EMs的发生。2013年Silva等[26]使用全反射X射线荧光法测量EMs患者全血中镍含量，发现EMs患者的全血镍水平显著高于非EMs患者([2.6（1.9～3.3）μg/L vs.0.8（0.7～0.9）μg/L，P=0.016]。Yuk等[27]在韩国人群中的研究证实环境中的镍暴露是EMs发生的危险因素。有研究对31例EMs患者的追踪调查表明，在3个月的低镍饮食后，EMs的症状得到了有效的缓解[28]。

目前普遍认为镍导致EMs的原因是镍在人体内的类雌激素效应，镍结合和激活雌激素受体（ER）的能力定义了一组异种雌激素，称为金属雌激素。ER是雌激素发挥生理作用的媒介，在体内主要有ER-α和ER-β两种亚型，在子宫内膜中发挥作用的主要是ER-α，ER-β对ER-α起调节作用。镍能够特异性结合ER-α，诱导ER-α增殖，而EMs通常被定义为一种雌激素依赖性疾病，ER-α在EMs的病理生理中起关键作用，因此镍的雌激素样作用能显著增加女性患EMs的风险[29]。镍诱发的最常见的疾病是过敏性接触性皮炎，好发于女性，引起局部皮肤的肿胀、瘙痒，其机制是延迟的细胞介导的超敏反应。EMs与1型辅助性T细胞（Th1）反应增强有关，在细胞介导的超敏反应中Th1起到关键作用，因此有学者推测镍还可以促进Th1的功能导致EMs的产生，具体机制还有待进一步研究[30]。

此外，镍是香烟中含量较高的元素，镍暴露主要与环境污染及吸烟有关。人类镍的主要来源是食物：常见富含镍的食物包括番茄、大豆和玉米，其含量取决于土壤和水中的镍含量、工业生产和包装过程[31]。因此，减少镍暴露可以有效减少EMs的发生。

2.3 镉与EMs镉是自然界中广泛存在的一种金属元素，主要分布于岩石、土壤、大气、水及生物体中。最初研究只发现镉具有内分泌干扰活性，并未寻找到镉与EMs间的关联。近年随着研究的深入，学者们发现镉也属于金属雌激素的一种，对ER的亲和力与雌激素相似[32-33]，是雌激素相关疾病的潜在危险因素。与镍不同的是，镉不仅可以激活ER-α，还可以激活ER-β，且有体外实验证明，即使没有雌激素存在，镉也可以与ER结合，产生与雌二醇相似的作用[34]。生理状态下ER-α的主要功能是促进内膜的增殖，ER-β则能够调控ER-α的表达并保护线粒体的功能，减少细胞凋亡。尽管ER-β能一定程度上抑制ER-α的活性，但其急剧升高仍会抑制子宫内膜细胞的凋亡，并增加其迁移活性，总体上有利于内膜细胞在宫腔外种植；且线粒体受ER-β过度激活，在疾病的早期，激活的线粒体可以产生大量三磷酸腺苷（ATP），增加褪黑素向N-乙酰五羟色胺（NAS）的反向转化，褪黑素属于人类松果体产生的一种胺类激素，有抑制ER-α的作用。当褪黑素转化为NAS后，对ER-α的抑制会消失，ER-α的活性会适当增加；且NAS能激活脑源性神经营养因子（BDNF）和酪氨酸激酶受体B（TrkB）2种细胞因子，这2种因子已被证实能促进EMs的发生[29]。在EMs疾病晚期，由于过度消耗和ROS的攻击，患者线粒体产生的ATP会逐渐降低，导致卵细胞的发育障碍，增加不孕的风险。

近年研究还发现属于细胞色素P450家族的CYP1B1基因是EMs等雌激素依赖性疾病的高危因素[35]。镉元素可以影响人体ER-α和ER-β的比例变化，ER-α和ER-β的比例变化可以激活CYP1B1的表达，增加雌激素相关性疾病如乳腺癌和EMs的发生风险[29,36]。另有研究证实，镉和铁等重金属一样能诱导机体的氧化应激，导致脂质过氧化、DNA片段化、并能激活MAPK途径，通过影响雌激素代谢和氧化应激等多种机制，镉可以显著促进EMs的发生、发展[37]。

此外，镉的污染主要来源是香烟烟雾、磷肥、部分化妆品以及镉矿冶炼、耐火材料、电镀、制革、颜料和化工等工业生产以及燃料燃烧排出的含镉废气、废水及废渣等，在人体内可长期积累，难以降解[34]。生活中应注意减少镉污染物的接触。

2.4 其他重金属与EMs近年有学者对铅和铜也开展了研究，此前动物实验表明，铅暴露能显著提高EMs的发生率[38]。2017年，一项针对亚洲女性患者血液铅含量的检测也证实EMs与铅的升高有明显联系[39]。铜主要存在于血液、中枢神经和免疫系统，参与头发、皮肤和骨骼组织以及器官的发育，也是金属雌激素家族的一员，尽管有一定的抗氧化作用，但过量的铜同样也会引起EMs的发生[40]，在EMs患者的尿液中也能检测出铜含量明显升高[41]。

与上述重金属不同，锌具有抗氧化作用和对ROS的保护作用，与其他抗氧化剂如维生素E也有协同作用。锌的水平会影响许多抗氧化酶的活性，例如含锌超氧化物歧化酶。锌还可以保护人体免于DNA损伤。EMs中的异位内膜细胞具有侵袭细胞外基质和基底膜的能力，影响子宫基底膜完整性，进而影响患者生育功能。腹腔液基质金属蛋白酶（MMPs）家族与EMs患者异位的子宫内膜的侵入和转移密切相关，主要参与调节多种细胞外基质的降解与合成，包括水解细胞外基质和细胞基底膜，诱导脱落的子宫内膜细胞迁延、转移，引起异位种植，最终导致粘连。锌是MMP的有效抑制剂，能减少异位内膜的种植，目前已有学者支持补锌和其他抗氧化剂作为EMs临床治疗的一种新方式[42]。

综上，目前EMs与重金属之间的关联研究尚处在初级阶段，主要集中在重金属诱导的氧化应激、重金属产生的金属雌激素效应以及重金属对激素代谢的调节等方面。越来越多证据表明重金属在EMs的发病中起重要作用，但EMs的发生是多种因素共同作用的结果，其发生发展机制错综复杂，现有的研究尚不能解释所有问题。未来可以从重金属对线粒体功能影响、重金属对EMs基因组学的影响以及重金属暴露的预防等角度出发，扩大样本量，在不同地区展开研究。随着环境污染的日益严重，还有很多关于EMs与重金属的具体机制亟待去发现和解决。