盆底器官脱垂分子生物学发病机制的研究进展

邓志敏，代芳芳，程艳香

盆腔器官脱垂(pelvic organ prolapse，POP)是中老年女性常见的妇科疾病，研究表明大约30%～50%的女性会出现POP，且随着年龄增长，患病风险增加。可以预见，随着人口的老龄化，POP对女性患者和医疗系统的负担将越来越重[1]。POP是一种多病因疾病，流行病学研究表明，POP与年龄、体内激素、长期腹压增加和产科因素(如产次、婴儿体重、会阴侧切等)密切相关[2]。然而，这些并不能完全解释POP的病因，越来越多的研究者认为，POP是在环境因素和遗传因素共同作用下发生发展的[3]。公认的是POP是一个多因素多环节共同作用的复杂病理过程，虽然它的发病机制依旧不明确，但是随着技术进步，现今这方面已经取得了较大的进展，本文主要从盆底组织细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的合成及代谢、盆底的神经损伤和氧化应激、雌激素受体、HOXA11、易感基因等方面对POP的分子生物学研究进展进行综述，以期为今后的研究者提供思路和方向。

1 盆底结缔组织与盆腔器官脱垂

女性盆腔器官的支持结构主要由盆底神经、肌肉、韧带等结缔组织组成，其中成纤维细胞可分泌ECM，结构蛋白(胶原蛋白和弹性蛋白)是ECM主要成分之一。他们在合成和降解之间保持平衡，构成结缔组织网络，若网络平衡破坏对盆腔器官的支持会减弱，并最终导致POP。

1.1 胶原蛋白

人体可以合成28种胶原，盆腔结缔组织内以I、III、V型为主，I型最多。既往研究发现POP患者中胶原总量减少、I/III型胶原比例降低、III型胶原增多，近年来研究者开始深入了解胶原蛋白的合成与代谢。

胶原蛋白合成方面，多功能细胞因子转化生长因子-β(transforming growth factor beta,TGF-β)处于中心地位，它广泛调节免疫功能、胚胎发育、ECM合成和降解等生理过程。Mauviel[4]证明TGF-β能抑制金属蛋白酶和ECM降解。在肾纤维化和肺纤维化模型的研究中发现TGF-β1能使ECM过度沉积，导致纤维化[5-6]。这提示TGF-β，尤其是TGF-β1的下调可能是POP的病因之一。

胶原蛋白代谢方面，基质金属蛋白酶家族(Matrix metalloproteinase,MMPs)中的MMP2和MMP9受到最大关注。Ma等[7]发现在机械应变后，MMP2和MMP9的mRNA和蛋白表达水平显著升高，金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP)和ECM表达水平显著降低，猜测低水平的TIMPs无法结合MMPs并阻断ECM降解，MMPs和TIMPs是ECM降解的关键调节因子。Min等[8]发现MMP表达增高时抑制TGF-β1信号通路，影响胶原蛋白合成。Liu等[9]进一步解释，机械应力抑制TGF-β/Smad信号通路，上调MMP2/9活性，抑制TIMP2合成，促进ECM降解。然而，Johnston等[10]用TGF-β1治疗心脏纤维化模型24小时后，TIMP2和MMP9转录水平均增加。出现上述分歧结果可归因于方法、对象、活检部位、样本量的差异，目前多数结果支持Liu等[9]的观点。尽管存在分歧，但这些研究都表明，MMPs可通过影响TIMP的表达和TGF-β1信号通路来影响胶原蛋白代谢。

综上，胶原蛋白的合成和代谢之间此消彼长，它们通过TGF-β1和MMPs进行协调配合，一方面，MMPs抑制TGF-β1信号通路，抑制胶原蛋白合成，另一方面MMPs通过影响TIMPs和TGF-β1，促进胶原蛋白降解，POP中胶原蛋白代谢异常是合成减少和降解增加的双重结果。

1.2 弹性蛋白

弹性蛋白是提供弹性和反冲的组织，对于阴道抵抗机械应变的能力非常重要，它的代谢异常可能导致盆底生物学功能改变，Ma等[7]证明机械应变后，弹性蛋白含量降低，盆底组织对机械应变的抵抗力减弱。妇女分娩时骨盆底的延长扩张会导致弹性纤维的破坏，且绝经后弹性蛋白酶会增加，而缺乏纤蛋白或赖氨酰氧化酶(lysyloxidase,LOX)的雌性小鼠在分娩后不久也出现了自发的POP。纤蛋白(Fibulin)家族属于ECM弹性蛋白，包括Fibulin-1、2、3、4、5。Khadzhieva等[11]和Zhao等[12]的研究提示Fibulin-5(Fbln-5)在POP的发生发展中起到重要作用，Fbln-5可以通过微纤丝帮助LOX样蛋白(LOXL)正确定位，然后弹性蛋白原单体通过LOX交联沉积在支架上并整合形成不溶的弹性纤维，说明Fbln-5是弹性纤维发育所必需的。POP小鼠子宫骶韧带中Fbln-5和LOXL1的表达均降低且Fbln-5的表达与POP中的LOXL1呈正相关[12-13]。Khadzhieva等[11]则认为Fbln-5与LOXL1之间无明显关系。虽然研究数量有限且存在上述争议，但毋庸置疑的是弹性纤维的稳态依赖于弹性蛋白聚合物降解和再合成之间的平衡，Fbln-5和LOXL1可协同导致弹力蛋白合成障碍，打破这种平衡，最终导致POP发生发展。

1.3 盆底神经损伤和氧化应激

通常认为，经产妇经历多次妊娠及阴道分娩后，盆底神经易受损且损伤后修复功能差，盆底组织可发生严重去神经病变、神经肽生成和释放减少、血流灌注不足、肌肉萎缩变性，这些病理过程促进POP发生发展。盆底肽类神经递质如血管活性肠肽(vasoactive intestinal polypeptide,VIP)和神经肽(neuropeptide Y,NPY)的异常，NPY参与血液流动调节，VIP起神经递质和神经调节作用，常反映盆底神经的损伤，可作为评估损伤程度的标志。Shao和Dai发现POP患者中VIP、NPY蛋白表达下降，且与病情严重程度有关，他们认为评估NPY可能可以预测POP的发病[14-15]。虽然VIP和NPY耗竭的潜在机制尚不清楚，但盆腔神经损伤的神经肽理论已被大多数学者所认可。

在氧化应激(oxidative stress,OS)方面，已证明POP患者存在明显的DNA氧化损伤、脂质过氧化和线粒体凋亡[16-17]，此外还有抗氧化酶表达减少、氧化和抗氧化平衡破坏、ROS水平增加、TGF-β1-CTGF通路下调，导致盆腔支持结构发生功能障碍，这些提示OS参与了POP的病理过程[18]。Fang等[18]和Hong等[19]在探讨机械因素在POP发病中的作用时发现机械应力可激活磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸3激酶(PI3K)/Akt信号通路，使ROS的产生和成纤维细胞的凋亡率显著增加，线粒体膜电位明显下降。而杨青等[20]发现ROS水平上调会改变ECM的成分，因此可以猜测机械应变通过PI3K/Akt信号通路导致氧化还原不平衡，激活OS，接着影响细胞凋亡、TGF-β1信号通路和ECM的代谢，最终促进了POP的进程。

综合神经肽学说和OS两个方面可知，机械应力可以直接损伤盆底神经减少神经肽分泌，也可间接干预OS影响ECM的成分，这提示POP最重要的危险因素可能是由分娩相关因素带来的盆底损伤，如阴道分娩次数、会阴切口、胎儿体重、胎头大小等。

2 雌激素受体与盆腔器官脱垂

盆底结缔组织是雌激素作用的靶器官，现普遍认为雌激素可影响结缔组织代谢和功能，增加盆底肌肉力量，绝经后，妇女体内雌激素分泌迅速减少，结缔组织被分解代谢后不能有效地修复，使得盆底结缔组织力量变薄弱，生物力学功能被削弱，这是POP重要的发病机制。

一方面，绝经前和绝经后POP患者雌激素受体(estrogen receptor,ER)α蛋白表达均降低，且ER α蛋白表达与非编码小分子RNA-221和222(mir-221、222)负相关[21]，ER αrs2228480是他们的靶基因，Chen等[22]证明有POP和无POP的女性在ER αrs2228480基因型分布上存在显著差异，说明ER αrs2228480可能是POP的一个易感基因。Ward等[23]后来的Meta分析也证实了这一点。

另一方面，Tomaszewski等[24]发现ER可以刺激成纤维细胞表达III型胶原蛋白从而增强盆底组织的抗力，此外，LOXL1在盆腔器官的表达也受到激素的调节[13]，绝经后雌激素的显著降低也抑制了神经支配，降低了NPY的分布[25]。

综上所述，ER的基因多态性与POP显著相关，雌激素也影响盆底组织的神经分布，且通过LOXL1干预弹性蛋白的装配。有研究者建议使用外源性雌激素治疗或预防绝经后妇女的POP，但是始终没有足够的证据支持该疗法，根据2017年的循证临床实践指南，阴道雌激素及其替代品的使用对更年期女性泌尿生殖系统综合征只有非常有限的改善[26]。因此，有必要对阴道雌激素及其替代品在绝经后妇女POP治疗中的有效性和安全性进行全面系统的审查。可以窥见，ER和POP之间的关系网非常复杂，牵一发而动全身，还需要更多的研究数据才能构建出相对全面的信号网络。

3 HOXA11与盆腔器官脱垂

HOX是调节泌尿生殖道胚胎发育的重要转录因子，决定胚胎前后体轴的分化，包括HOXA、B、C、D，在POP中HOXA11受到最多关注。在2008年，Connell等[27]首次证实HOXA11为宫骶韧带发育所必需的基因，POP患者宫骶韧带中HOXA11、I和III型胶原表达均降低，MMP2表达升高。后来发现，HOXA11基因可通过抑制p53的表达来促进细胞增殖，减弱细胞凋亡[7]，且具有促进胶原沉积、抑制ECM降解的功能，在POP中起保护作用[28]。Jeon等[29]证明miR-30D和181A是子宫骶韧带中HOXA11的重要转录后调节因子，可能是POP的潜在治疗靶点。由于每个miRNA都可以结合并调控多个mRNA靶点，因此我们猜想HOXA11缺陷信号通路中可能涉及多个miRNA，但还需要更多的研究来证实这一猜想。

4 盆腔器官脱垂的易感基因

随着对POP研究的深入，研究者发现虽然机械应变是POP的重要危险因素，但是大多数经阴道分娩产妇并不出现有症状POP，且存在未产妇POP患者，这说明存在某种因素使在具有相同危险因素前提下某类患者更可能患POP。Jack对10例POP患者进行家族分析发现，POP的家族倾向性为不完全外显性，父母均可遗传，有患病亲属的人群患病危险性是普通人群的5倍[30]，前文提到的ER αrs2228480已被认可为POP的易感基因[21]。遗传分析发现Ill型胶原蛋白α1(COL3A1)rs1800255存在时，POP发病概率大幅增加，还有COL1A1、MMPS(MMP1、3、9)、ERα和ERβ等基因也与POP相关[23]。但Cartwright等[31]总结与POP相关的基因后发现只有COL1A1rs1800012与POP显著相关，这可能是由于研究人群及基因分析方式不同。目前迫切需要将这些基因独立复制以证实他们与POP的关系，并且寻找新基因，开发新方法从基因层面阐明POP的发病机制。随着研究的推进和数据的增加，不仅可以建立完整的POP易感基因网络，还将允许研究者用更复杂的分析方式评估基因的可能性和有效性。

由于POP的发病率逐年增加，越来越多的临床工作者期望从根源上解释POP的发病机制，以寻找最佳的临床治疗方案。当前，基因表达谱芯片、生物信息学分析等技术不断进步，加深了大家对POP的了解，虽然POP的机制未完全明确且存在争议，但肯定的是，POP是环境因素(分娩、衰老、雌激素水平降低等)与遗传因素(易感基因)共同作用的结果，易感人群在环境因素作用下，盆底结缔组织细胞内外分子环境改变，导致POP发生发展，未来，多学科的综合利用可能为研究POP发病机制带来新突破和新思路。