子宫内膜容受性与白血病抑制因子的相关性

张晓轩，翟超，李光璨，任春娥

子宫内膜允许囊胚定位、黏附、侵入的能力称为子宫内膜容受性[1]。子宫内膜容受性和胚胎发育高度协调同步，使胚胎在种植窗口期完成植入[2]。据统计，约2/3的植入失败是子宫内膜容受性欠佳导致的。在种植窗口期，复杂的调控因子网络在子宫内膜容受性的建立和胚胎成功植入中起重要作用。该时期可发生上皮细胞增殖受抑、基质细胞蜕膜化等变化，类固醇激素、前列腺素、细胞因子等诸多因子和下游细胞信号通路均参与胚胎-子宫内膜相互作用的调控过程。雌二醇（estradiol，E2）、孕酮、表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）以及EGF样分子（EGF-like growth factor）等均可随时间的推移调节子宫内膜的转化[3-4]。近年来，随着对子宫内膜容受性影响因素的深入研究，发现白血病抑制因子（leukaemia inhibitory factor，LIF）在调节胚胎植入和子宫内膜蜕膜化的过程中发挥重要作用[5]。在月经周期和胚胎植入过程中，LIF均有差异表达，提示其可作为子宫内膜容受性潜在的生物学标志物。目前临床上尚无可用参数定量评估子宫内膜容受性。尽管学者们已经对胚胎植入和子宫内膜容受性建立的相关过程有一定的了解，但在诊断和治疗子宫内膜容受性欠佳方面临床进展甚微。综述LIF在子宫内膜中的表达、对胚胎植入以及子宫内膜蜕膜化调控的影响因素及研究进展，以期更好地评估子宫内膜容受性，提高不孕女性的胚胎植入率。

1 LIF概述

1.1 LIF基因及蛋白质结构LIF是白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）家族中的多效性细胞因子，最初由于LIF诱导髓系M1白血病细胞分化并抑制其增殖而命名。LIF与IL-6、IL-11、抑癌蛋白M（oncostatin M）、心肌营养因子1（cardiotrophin 1）和睫状神经营养因子（ciliary neurotrophic factor）具有相似的受体结构和信号通路，故这些细胞因子在功能上存在一定的重叠性[6]。LIF是位于人类第22号染色体、小鼠第11号染色体上的单拷贝基因，二者同源性达78%～95%。根据LIF基因转录的起始位点不同，可产生分泌型LIF（diffusible LIF，D-LIF）和基质型LIF（matrixassociated LIF，M-LIF）两类蛋白质[6]。D-LIF氨基（N）端信号肽的前6个信号残基MKVLAA由外显子1a编码，M-LIF N端前4个信号残基由外显子1b编码。切除N端信号肽后，成熟的D-LIF及M-LIF序列完全一致，但不同处在于前者分泌到细胞间液中并可溶，而后者则锚定于细胞外基质。

1.2 LIF受体（LIF receptor，LIFR）与信号转导LIFR是分子质量为250 ku的糖蛋白，分为低亲和力和高亲和力两种。LIF与低亲和力LIFR结合，触发跨膜糖蛋白130（glycoprotein 130，gp130）的二聚化，形成高亲和力受体，从而激活Janus激酶（Janus kinase，JAK）/信号转导及转录活化因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）通路，但gp130本身并不与LIF结合，故认为gp130与LIFR共同组成高亲和力受体[5]。同时，JAK活化后也会激活细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）/丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信 号 通 路 和 磷 脂 酰 肌 醇3激 酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）信号通路。细胞因子信号传送阻抑物3（suppressor of cytokine signaling 3，SOCS3）是LIF信号通路的负调控因子。LIF与LIFR、gp130结合后，SOCS3表达显著上调，高表达的SOCS3通过抑制JAK/STAT3信号通路发挥抑制LIF信号通路的作用[6]。SOCS3还可以通过竞争LIFR上的SHP2（Src homology 2 domain containing phosphatase 2）结合位点抑制ERK/MAPK信号通路[6]。已有研究表明，LIF基因缺失可导致小鼠胚胎植入失败[7]。分别敲除gp130和STAT3基因的小鼠均因胚胎植入失败而不孕，且胚胎于受精第6～7天迅速退化死亡[8-9]，提示LIF-JAK/STAT3通路在胚胎植入中的重要性。

2 LIF与子宫内膜容受性

2.1 LIF在子宫内膜中的表达及调控LIF mRNA和蛋白在人子宫内膜腔上皮细胞中表达最丰富，腺上皮细胞次之，基质细胞中最低。在人子宫内膜中，LIF的表达量在分泌中晚期达到高峰，其表达量为增生期的4～5倍[6]。子宫内膜腔上皮细胞同时表达LIFR mRNA和gp130 mRNA，除此之外gp130 mRNA还表达于腺上皮细胞，表达水平均于分泌期达到高峰，LIFR mRNA和gp130 mRNA在基质细胞中不表达[8，10]。

LIF在子宫内膜的表达与细胞类型、性激素水平、月经周期以及局部的细胞因子密切相关，其表达下降可能是不孕症的重要原因。其中，整个种植窗卵巢类固醇激素在调节子宫内膜LIF、LIFR和gp130的表达中发挥重要作用。在小鼠妊娠第4天早上，囊胚进入子宫腔并与腔上皮同步接触，E2激增诱导子宫内膜分泌LIF，使子宫内膜容受囊胚[11]。将囊胚移植至给予人工周期刺激的去势小鼠子宫内后，囊胚停止发育并且着床失败，给予E2脉冲刺激，囊胚则能够正常着床[12]。在缺乏E2的情况下单次注射LIF可以诱导小鼠囊胚正常着床以及维持植入后胚胎的发育。有学者通过小鼠胚胎植入实验模型发现，应用过量的孕酮处理小鼠可能通过抑制E2对LIF的诱导和降低蜕膜中孕酮受体的表达进而抑制胚胎黏附[13]。人绒毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotropin，hCG）是人类胚泡、滋养层以及子宫内膜上皮的产物，分泌期hCG直接进入女性子宫腔导致LIF水平升高[14]。小鼠子宫内膜中肿瘤抑制因子p53可以在E2作用下调节LIF的转录[3]。p53-/-小鼠由于胚胎植入失败而导致生育能力降低，这与LIF水平降低有关，通过腹腔注射LIF可以提高小鼠胚胎植入率[15]。Sini等[16]研究结果表明，在29例接受体外受精-胚胎移植的患者中，临床妊娠者11例，未妊娠者18例，临床妊娠组着床窗口期子宫内膜分泌物中LIF蛋白水平高于未妊娠组[（1 200±376）pg/mL vs.（643±636）pg/mL，P=0.003]。提示子宫内膜分泌的LIF水平具有预测子宫内膜容受性的价值。

LIF的表达同时受到包括IL-1和肿瘤坏死因子α等促炎细胞因子的调节[3]。在体外，IL-1β刺激子宫内膜上皮细胞分泌LIF，LIFR受IL-1β和瘦素调控表达上调。此外，精液可刺激LIF分泌增加，可能是由于精液中的某些因子可以引起类炎性反应[17]。因此，LIF在体内的调控是复杂的，主要取决于局部微环境和调控因子之间的平衡。需要进一步的研究来明确影响LIF调控的因素、各因素之间的相关性以及与种植窗有关的因素。

2.2 LIF在胚胎植入中的应用LIF是哺乳动物胚胎植入所必须的重要调节因子。胚胎植入失败可能与LIF表达减少或缺失有关。反复种植失败的女性在种植窗子宫内膜中LIF表达水平明显下降[18]；小鼠注射LIF抗体，胚胎植入位点数减少；在恒河猴植入前期注射LIF抗体可导致妊娠率降低；敲除LIF基因（LIF-/-）的雌性小鼠在种植窗由于胚胎植入失败而不能生育，单次注射重组LIF可使LIF-/-雌性小鼠的胚胎正常植入[19-20]。此外，LIF-/-小鼠的胚胎可以在野生型假孕雌性小鼠子宫腔内正常植入[12]，表明母体LIF基因缺失可能是胚胎植入失败的原因之一。Cheng等[11]研究发现特异性敲除小鼠子宫内膜腔上皮细胞中的LIFR，可导致STAT3无法易位到腔上皮细胞的细胞核，并导致LIF的调节基因肌节同源盒基因1（MSH homeobox 1，Msx1）表达减少。子宫内膜腺上皮细胞产生的LIF分泌到子宫腔内，与定位于子宫腔上皮顶端的LIFR和gp130结合，形成稳定的LIFLIFR-gp130复合物[21]。LIF-LIFR-gp130复合物活化JAK，后者引发细胞质内受体酪氨酸磷酸化，进而募集和活化STAT3，磷酸化的STAT3形成二聚体，最后转入细胞核内激活下游的转录因子。通过基因敲除、使用小分子抑制剂或LIF的单克隆抗体阻断小鼠JAK/STAT通路，可导致胚胎植入失败。LIF还可以激活其他信号通路，如ERK/MAPK、Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）和Notch信号通路等[22]。有研究发现，LIF调控的JAK/STAT3信号通路的激活，特别是在腔上皮细胞中，可诱导包括Wnt/β-catenin在内的二十余条信号通路活化，这些通路均介导子宫的生理变化，包括上皮细胞的增殖与分化、细胞极性、血管生成、炎症反应、先天性免疫反应以及蜕膜化等[23]。Dhakal等[10]研究表明，敲除叉头框蛋白A2（forkhead box A2，FOXA2）基因（Foxa2-/-）的成年小鼠在妊娠早期不表达LIF，最终因胚胎着床失败和间质细胞蜕膜化缺陷而不育，在种植窗腹腔注射LIF后胚胎植入和蜕膜化成功，表明LIF通路在胚胎植入中发挥一定作用。以上研究揭示了子宫内膜表达LIF对于胚胎植入的必要性，并且进一步完善了有效的胚胎植入所必须的LIF相关信号通路。

子宫内膜分泌物中的细胞因子（包括LIF）可能为植入前的胚胎发育提供最佳环境[24]。LIF在输卵管中也有表达，可能调节早期胚胎发育。此外，LIF在体外也显示出促进人类胚胎发育的作用[25]。Kimber等[26]研究了LIF和肝素结合型表皮样生长因子（heparinbinding EGF-like growth factor，HBEGF）在不同培养基中对人类囊胚形成的影响，虽然达到囊胚期的胚胎比例没有改变，但LIF可增加每个胚胎表达的基因数量，包括编码HBEGF受体的EGF受体基因ERBB4。HBEGF可增加LIFR的转录，表明HBEGF和LIFR可能存在协同作用[24]。此外，Hosseini等[27]在含有人子宫内膜上皮细胞的培养皿中加入LIF共培养，结果发现，与LIF共培养小鼠胚胎发育率可显著提高，并且LIF组第3天囊胚率显著高于无LIF组（82.67%vs.61.04%，P＜0.05），LIF组第4天囊胚与人子宫内膜上皮细胞贴壁率高于无LIF组（64.0%vs.45.45%，P＜0.05）。表明LIF在胚胎早期发育中起重要作用，进一步研究LIF在胚胎体外培养中的作用具有重要意义。

LIF还可诱导人类早期妊娠绒毛外滋养层细胞（extravillous trophoblast cell，EVT）对子宫内膜的侵袭[28]。研究发现LIF可增加EVT与细胞外基质成分的黏附，如纤维连接蛋白、玻璃粘连蛋白和层粘连蛋白。LIF还可将EVT中的整合素β4 mRNA水平降低50%，并刺激金属蛋白酶组织抑制物1（tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1）和TIMP-2的分泌[29]。因此，LIF可能有助于调节早期胎盘发育过程中EVT的侵袭。此外，已证实LIF可刺激人类足月滋养层细胞产生hCG和胎儿纤维连接蛋白，此现象也可见于妊娠早期[14]。人类滋养层细胞的诱导分化依赖于hCG证实了LIF与hCG的协同作用。

2.3 LIF与子宫内膜蜕膜化蜕膜为植入的胚胎提供营养，直到形成有功能的胎盘。胚胎滋养层细胞的侵袭与子宫内膜间质细胞的保护形成动态平衡，是形成胎盘的重要条件之一[30]。蜕膜细胞通过分泌TIMP调控胚胎滋养层细胞的侵袭。Shuya等[31]在受精后第4天给予腹腔注射LIF拮抗剂的小鼠中观察到，小鼠蜕膜面积减少，表明LIF是小鼠蜕膜化过程的重要调控因子。Foxa2-/-小鼠在妊娠早期不表达LIF，胚胎植入失败的同时间质细胞无法蜕膜化，腹腔注射LIF后间质细胞可成功蜕膜化[10]。提示FOXA2可能通过刺激子宫内膜细胞分泌LIF诱导子宫内膜蜕膜化，LIF是子宫内膜蜕膜化过程的重要因子之一。

Wnt/β-catenin是LIF调控的一组重要通路，包括典型和不典型Wnt/β-catenin通路。典型Wnt/βcatenin通路参与胚胎植入的准备过程，作为该途径的主要共转录因子，LIF调节子宫内膜蜕膜化，Wnt/β-catenin通路缺陷的小鼠，会由此而表现出胚胎植入失败[32]。LIF通过在子宫内膜腔上皮细胞中激活特异性配体WNT7A来诱导典型Wnt/β-catenin通路，并最终导致子宫内膜上皮和间质细胞中β-catenin的核易位[33]。WNT7A基因的缺失可使子宫内膜腺体无法发育，从而导致女性不孕[34]。由于子宫内膜腺体分泌LIF以及胚胎植入过程中其他因子的参与，尚不能明确WNT7A在胚胎植入过程有直接作用。LIF还可调节子宫内膜上皮细胞中非典型Wnt/β-catenin通路，受LIF调节的Msx1的缺失可导致WNT5A的表达增加。LIF通过调节不同的信号通路促进子宫内膜蜕膜化，各通路之间的相互作用仍需进一步研究。

2.4 其他Fukui等[22]研究发现LIF在小鼠宫颈上皮中的高表达与种植窗子宫内膜上皮细胞的高表达密切相关，同时发现人宫颈上皮细胞在种植窗也表现出LIF表达水平升高；在给予孕激素拮抗剂RU486处理引起胚胎植入失败的小鼠中，宫颈上皮细胞LIF表达下调。表明宫颈上皮细胞LIF表达水平可能是检测子宫内膜容受性的潜在生物标志物。在辅助生殖技术助孕过程中，通过收集宫颈细胞检测LIF表达情况判断种植窗也许可成为一种新的临床诊疗方式。

3 结语

LIF在调节子宫内膜容受性、胚胎植入和子宫内膜蜕膜化过程中发挥重要作用，其表达受到雌、孕激素及多种细胞因子、生长因子的调节。子宫内膜容受性的建立是多因素调控、精密复杂的生理过程，其具体机制尚不明确。目前子宫内膜容受性相关研究存在的主要问题是缺乏对其评估的金标准，因此探索评估子宫内膜容受性的生物标志物意义重大。随着新一代的基因测序技术及各种组学技术的发展，LIF作为子宫内膜容受性标志物的潜能不断被证实，通过LIF表达水平判断种植窗或许成为可能。