胎盘自噬与子痫前期

冯晓玲 姜天悦 张 杨*

1.黑龙江中医药大学附属第一医院(哈尔滨，150040)；2.黑龙江中医药大学

PE是指妊娠20周后出现高血压伴蛋白尿的综合征，有早发(34周前分娩)和晚发(34周后分娩)两个亚型[1]，是孕产妇日后罹患心血管疾病、糖尿病、肾脏疾病、高血压等慢性疾病的重要危险因素[2]。目前学者认为PE的核心病理机制是胎盘形成不良，血液灌注不足，使炎性因子和细胞碎片释放入血，母体出现全身炎性反应和内皮功能障碍[3]。可见胎盘功能在PE病理机制中占有核心地位。胎盘发育涉及滋养细胞分化、胎儿血管发育等关键事件[4]。胎盘内部稳态受到细胞自噬机制的调控。自噬活性失调会导致PE等妊娠并发症[5]。本文关注细胞自噬在保持胎盘稳态中的作用，侧重胎盘自噬与滋养细胞功能、内质网应激、蛋白质平衡、炎症反应等细胞活动的关系，综述胎盘自噬在PE发病机制中作用的研究进展。

1 自噬概述

1.1 自噬定义、过程与功能

自噬是真核细胞高度保守的生物学行为，是在精细的调节机制下由溶酶体消化降解老化受损的生物大分子、细胞器及入侵病原体的过程。根据底物进入溶酶体的途径。自噬可分为：微自噬、分子伴侣介导自噬和巨自噬。其中巨自噬主要降解长寿蛋白，是细胞清除受损细胞器和其他大分子的主要途径[6]。本文中“自噬”指“巨自噬”。自噬是连续动态的代谢过程，人类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶复合物(ULK1)从雷帕霉素复合物1(mTORC1)中分离，被激活后介导吞噬体形成，之后在III型磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)复合物驱动下，“C”状囊泡包裹需要降解的细胞内容物，在多种自噬相关基因(Atg)Atg3，Atg5，Atg7，Atg16L1和微管相关蛋白1A/1B轻链3B(MAP1LC3B/LC3)的调节下，吞噬体延伸形成封闭的双膜结构自噬体，自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，使体内大分子物质进入溶酶体降解为小分子供再利用。自噬可被各种刺激激活，通过吞噬线粒体、炎性体和微生物成分，保持细胞内环境的稳定[7]。

1.2 自噬参与胎盘形成

研究显示，自噬是保证胎盘正常生理功能的细胞活动[8]。在生理性低氧的孕早期胎盘中观察到自噬增强，以支持滋养细胞侵袭和血管重塑，保护滋养细胞免受缺氧或营养缺乏引起的细胞死亡[9]。为确认自噬在胎盘发育中的作用，研究人员利用慢病毒系统在滋养层各层删除Atg7，发现胎盘迷路层中自噬的主要标志物MAP1LC3B/LC3蛋白受到抑制，而自噬正常小鼠胎盘各层Atg7表达无差异。模型鼠胎盘海绵滋养层体量更小，胎盘总重量明显低于对照组。通过计量蜕膜胎儿一侧细胞角蛋白8(Keratin-8)阳性细胞的数量，评估滋养细胞侵袭蜕膜的能力，发现迁移入母体蜕膜的滋养细胞数量明显减少，同时螺旋动脉管壁厚度与管径面积之比显著增大，提示滋养层浸润浅，血管重塑不足[10]。不仅如此，Daniel等[11]研究表明，受到严格调控的自噬参与了胎盘滋养细胞的合胞体化过程，负责降解细胞融合过程产生的多余细胞器，在应激条件下提供额外能量促进细胞存活。可见，在生理妊娠中，自噬参与了胎盘滋养细胞2个独特的分化途径-浸润分化与合胞体化。另外，Gao等研究发现，葡萄糖氧化酶过度激活自噬下调了妊娠早期绒毛外滋养细胞(EVT)的侵袭能力[12]。因此，滋养细胞中适当的自噬调节对正常胎盘形成不可或缺。

2 胎盘自噬在PE病理中的作用

人类胎盘对多种环境应激源敏感[13]。自噬作为维持胎盘内稳态的重要细胞机制，参与其能量调节、应激防护、免疫调节、细胞分化、增殖和死亡等细胞功能，保持组织动态平衡。自噬失调会破坏胎盘稳态，导致PE等并发症[14]。

2.1 胎盘自噬与滋养细胞功能

目前，对子痫前期病因的研究，主要着眼于滋养细胞浸润过浅和螺旋动脉重塑不良这一解剖学基础[11]。研究发现，细胞自噬是促进EVT侵袭、与母胎界面内皮细胞交叉对话的重要机制。低氧条件下，EVT在体内(8%氧分压)和体外(2%氧分压)均可诱导自噬。自噬缺陷EVT与野生型相比，侵袭和血管重构能力明显减弱，提示胎盘自噬与滋养细胞功能密切相关[10]。低氧诱导因子(HIF)可激活氧传递、血管生成、细胞增殖、分化和代谢等基因，其表达波动体现正常或病理条件下细胞(器官)的低氧应激反应[15]。巳知HIF也是EVT分化的主要调控因子，在正常胎盘发育中，生理性低氧使HIF1α表达增加，通过PI3K通路激活自噬，成为滋养细胞侵袭的能量来源，从而维持细胞内部稳态[15]。

为揭示自噬在滋养细胞浸润中的作用，研究人员采用氯化钴(CoCl2)诱导HIF1α过表达，对自噬缺陷HTR8-ATG4BC74A细胞和对照HTR8- mStrawberry细胞进行体外低氧细胞培养，经过侵袭测试、基质金属蛋白酶(MMP)密度测量和三磷酸腺苷(ATP)浓度生物发光测量，发现HTR8-ATG4BC74A细胞MMP9水平明显减低，发生侵袭的细胞数量显著减少；细胞内ATP表达水平降低，嘌呤受体P2X配体门控离子通道7 (P2RX7)补偿性增加。而对照组的侵袭细胞数量没有变化，细胞内ATP水平保持稳定。补充ATP之后可恢复HTR8-ATG4BC74A细胞损失的侵袭能力，说明自噬对EVT正常侵袭十分重要[15]。然而，在PE病例中，胎盘严重或持续缺氧加速了EVT中HIF1α的过表达，而PE母体血清和胎盘中高表达的可溶性内皮因子(sENG)却抑制了EVT自噬，使其侵袭能力因细胞能量缺乏受到限制[9]。与正常胎盘相比，重度PE胎盘的ATP水平显著降低[16]，也印证了这一点。这些结果表明，自噬损伤使HIF1α介导的细胞能量消耗无法及时补偿，影响了能量平衡，引发滋养细胞功能受损，且由“浅侵”引起的胎盘缺氧会进一步增加sENG的生成，导致血管重塑不足[9]。

2.2 胎盘自噬与内质网应激

在真核细胞中，内质网(ER)在蛋白质合成、结构修饰，膜蛋白正确折叠中发挥核心作用。生理水平的内质网应激(ERS)，可适度激活自噬，利于保持胎盘稳态。几种主要内质网相关蛋白均与自噬存在互动：内质网应激相关跨膜蛋白需肌醇酶1α(IRE1α)，是未折叠蛋白反应(UPR)的调节因子，可通过c-Jun氨基末端激酶(JNK)途径激活自噬，降低ER的蛋白负荷，增加细胞蛋白质折叠和降解能力。激活转录因子(ATF)4和ATF6β通过降低胎盘生长因子(PlGF)mRNA的表达，负调控滋养细胞PlGF的分泌，以响应ERS[17]。胎盘特异性Atg7敲除小鼠出现PlGF mRNA降低，提示自噬和ER通过PlGF的表达影响胎盘生长发育[18]。另外，ER应激精细调节自噬活性，可能是滋养细胞合胞体化过程中促进细胞存活的适应性机制[11]。

然而，胎盘过度内质网应激成为导致PE病理生理的关键因素[17]。为了解其分子机制，研究人员分别使用布雷菲尔德菌素A(Brefeldin A)和衣霉素(Tunicamycin)诱导HchEpC1b滋养细胞过度ERS，与用DMSO处理的对照细胞相比，实验细胞中LC3-II(自噬体标记)和p62(自噬底物)表达增加，确认ERS可诱导EVT自噬。在用巴佛洛酶素A1(Baf，自噬体和溶酶体融合抑制剂)对3组细胞共处理后检测自噬通量。对照组细胞中，Baf处理使LC3-II显著增加；而2组实验细胞在处理前后没有显著差异，并未改变ERS诱导的p62积累，提示过度ERS抑制了自噬通量。已知LC3-II和溶酶体相关膜蛋白(LAMP)1共定位可用于标记自噬溶酶体，双重免疫染色分析显示，ERS实验细胞中只有极少数LC3-II点与LAMP1共定位。过度ERS增加了自噬体的数量，但未增加自噬溶酶体的数量。后续实验表明，ERS的HchEpC1b细胞中LAMP1和LAMP2的水平显著下调。PE血清样本中LAMP1表达水平低于正常妊娠组。这些结果证明，过度的ERS可导致溶酶体生物合成减少，溶酶体与自噬体的融合受到抑制，降低了滋养细胞的自噬通量。由此，自噬抑制会降低滋养细胞中未折叠或长寿蛋白的消化率，潜在增强ERS，减少PIGF生成。可见，过度ERS和受损的自噬相互作用，导致PE的病理生理过程出现恶性循环[19]。

2.3 胎盘自噬与蛋白质平衡

细胞内稳态需通过平衡蛋白质的合成与降解来维持。自噬可以发挥本体降解作用，防止因蛋白质过度聚集导致的细胞功能失调[20]。PE患者的血清和尿液样本中均检测到蛋白质聚集物，包括淀粉样蛋白-β或甲状腺素运载蛋白[21]，并且在自噬缺陷细胞中以更高的频率沉积。这种积累也在妊娠小鼠中诱发了类似PE表型[22]。

在探寻胎盘自噬上游分子机制的过程中，人们发现转录因子EB(TFEB)作为自噬溶酶体生成的主要调节因子，在自噬降解毒性聚集蛋白的过程中发挥重要作用[23]。缺氧条件下，人原代滋养细胞和永生化EVT的TFEB表达降低，核转位不良。由TFEB负责调控的溶酶体蛋白LAMP1、LAMP2和组织蛋白酶(CTSD)显著减少，溶酶体生成超微结构受损。同时，低氧暴露的滋养细胞显示出PPP3/钙调磷酸酶活性下降和XPO1/CRM1(输出蛋白1)增加[24]。实验证明，自噬缺陷人类EVT显示TFEB核转位较差，溶酶体蛋白表达和功能降低，MTORC1活性增加。而且PE患者血清可诱导EVT的上述特征和蛋白聚集。不仅如此，滋养细胞特异性ATG7基因敲除小鼠表现出TFEB表达减少，胎盘中蛋白质聚集物沉积增加。可见，细胞内抑制剂MTORC1和XPO1/CRM1(输出蛋白1)的激活，下调了TFEB的核转位，减少了溶酶体生成，降低了自噬通量[25]。因此，自噬水平降低，蛋白质合成与降解的失衡参与了PE的病理生理过程。毒性聚集蛋白在胎盘中积累可致胎盘发育不良，并引发抗血管生成因子、细胞外囊泡和警报素对维持妊娠的不良影响[22]。

2.4 胎盘自噬与炎性反应

细胞自噬是先天免疫和获得性免疫的重要调节因子，在生理妊娠中自噬参与母体免疫系统的组成和功能，不仅有助于捕获和清除病原体，还影响免疫细胞亚群的平衡。抗原提呈细胞中微生物组分通过自噬途径降解，可使微生物抗原与细胞表面主要组织相容性复合体2分子相结合，由T细胞诱导抗原获得性免疫。自噬还可捕获激活的炎症小体，阻止其细胞焦亡促炎通路中IL-1β和IL-18的产生[26]。

炎性反应是PE公认的病因之一，且PE胎盘常伴有无菌炎症。研究发现PE与滋养细胞发生促炎特征的细胞焦亡有关[27]。在早发PE分娩的胎盘组织和正常人类滋养细胞(暴露于低氧、ER应激源)，以及PE患者血清中，均显示细胞焦亡相关炎症标记物半胱天冬酶-1(Caspase-1)，Gasdermin D蛋白(GSDMD)，白介素1β(IL-1β)和IL-18表达增加，表明早发PE胎盘发生细胞焦亡。实验表明，过度UPR可通过硫氧化还原蛋白相互作用蛋白(TXNIP)促进炎症小体(NLRP3)促炎途径的发展，导致无菌性炎症和PE早期发病[28]。与此同时，过度激活的UPR也减少了自噬能量，降低了其抑制细胞焦亡的作用，使无菌炎性反应增加，形成局部细胞毒性微环境。Cheng等[29]将自噬缺陷型滋养细胞暴露于早发PE或胎龄匹配的妊娠女性血清中，早发PE组血清显著增加了GSDMD丰度，而且其定位与在PE胎盘组织中观察到的信号相吻合。ASC和caspase-1免疫染色响应早发PE血清作用显著上调且共定位，表明滋养细胞自噬抑制诱导了GSDMD膜转位和caspase-1活化。Mehto等[30]的研究解释了自噬介导的另一种潜在防焦亡机制，免疫相关GTP酶M(GTPase M)通过与p62结合，可诱导NLRP3炎症小体选择性降解。使用非类因醇激素-褪黑激素处理，可通过激活自噬和BECN1蛋白的产生，在缺氧条件下协助保护PE胎盘发育[31]。可见，胎盘自噬可以保护滋养细胞在应激条件下免于焦亡，在促炎与抗炎的平衡中发挥作用。

3 结论与展望

子痫前期的病理生理受到氧化应激、免疫反应等多种机制失衡的影响，自噬功能失调导致的胎盘稳态破坏无疑是其中重要的组成部分。然而，目前围绕影响PE病理的胎盘自噬状态还存在一些分歧。有部分研究认为孕早期胎盘自噬过度激活，损害了滋养细胞的侵袭和血管重塑[32]。与NP相比，PE胎盘中BECN1上调，细胞周期素E下调，自噬活性增加，但自噬相关蛋白p62水平更高[12]。因此，仍需深入开展实验，进一步阐明PE的病理。同时，有专家提示，自噬在细胞生命活动中发挥动态调节作用，而且涉及多环节，由多分子参与，甚至在不同类型细胞中，反应各不相同，应谨慎评估其状态。例如，PE胎盘和血清中自噬体数量(显示为LC3斑点)增加常被作为自噬激活的标志，但却无法解释自噬相关蛋白P62的积累。实际上，当自噬通路的下游过程受阻时，自噬溶酶体调节异常，致使LC3降解失败，同样显示自噬体增加。因此，评估自噬在子痫前期病理生理学中的作用，应科学确定量化自噬的方法，并验证使用特定自噬反应生物学标记的有效性，以减少误判[5]。未来，继续探寻影响胎盘自噬的上游分子，明确相关因素在PE病理中产生影响的时间量程，有利于更准确地开展预防、诊断和临床干预。