雌激素与孕激素对子宫内膜异位症及不孕症病因的分子机制研究进展

刘天泽

佳木斯大学临床医学院，黑龙江 佳木斯 154000

子宫内膜异位症（Endometriosis，EMs）是一种长期的慢性疾病，相关症状主要包括不孕以及慢性盆腔疼痛。子宫内膜的异位病变受到雌激素孕激素代谢的影响。雌激素与孕激素通过它们的同源核受体，雌激素受体（Estrogen receptors，ESR）与孕激素受体（Progesterone receptor，PGR）不仅调控子宫内膜的周期性变化，还是早期成功妊娠的重要决定因素。雌激素在月经周期的增殖期诱导上皮细胞增殖以增加子宫内膜厚度，孕激素在分泌期抑制雌激素诱导的增殖并使得基质细胞在分泌期开始蜕膜化，为受精卵着床做准备。当受到严格调控的雌激素与孕激素信号平衡丧失时，激素对子宫内膜正常的生理调控作用丧失，子宫内膜异位症以及相关不孕症随之产生。

1 孕激素

孕激素是调节女性正常生殖系统的类固醇激素，调节卵母细胞的成熟、排卵、形成月经、促进着床和蜕膜化等一系列女性生殖系统的功能。生理情况下，孕激素可以刺激羟类固醇脱氢酶17β2抗体（HSD17B2），将生物活性强的雌激素雌二醇（E2）转化为雌激素弱雌酮（E1）。相比于正常女性，子宫内膜异位症女性孕激素的传导的信号通路会发生改变，导致孕激素反应性降低，这导致了雌激素优势与孕激素抵抗［1］。而当雌孕激素平衡被打破时，子宫内膜异位症间质细胞表达低水平的PGR，使得其邻近的上皮细胞表达HSD17B2 下降，导致雌激素E2 过量。从表观遗传学的角度上看，与孕激素转导通路相关的基因，经过甲基化和组蛋白的乙酰化等修饰，以及受到microRNAs（miRNAs）的翻译干预，会异常表达，从而对整个信号传导通路产生影响［2］。

1.1 孕激素失调子在宫内膜异位症产生过程中的分子生物学机制

1.1.1 孕激素受体PGR 孕激素的作用由PGR介导，分为2 个亚型，PRA 和PRB。在子宫内膜异位的各种类型的细胞中，PRA和PRB的表达普遍较低，导致了孕激素对受体的反应性降低。PGR表达与PGR基因的高甲基化修饰以及异常乙酰化修饰相关。除此之外，一些调控PGR基因的转录因子表达异常也会导致孕激素失调［3］。众多PGR相关的调节因子中2种信号转导通路的调节因子以及相关的表观遗传学机制。

1.1.2 STAT3 STAT3 是参与PGR 表达的转录激活因子，参与受精卵着床以及早期妊娠的建立。STAT3在患有子宫内膜异位症的女性以及灵长类动物中异常增高。其发生机制可能是由粒细胞集落刺激因子以及白介素6（IL-6）、白介素10（IL-10）上调STAT3 及其下游信号分子缺氧诱导因子1α（H1F1A）所介导。IL-6以及IL-10都与子宫内膜异位症子宫内膜异位基质细胞促纤维化表型的激活相关［4-6］。在表观遗传学方面，STAT3 的激活还受到非编码RNA调控，包括长链非编码RNA （lncRNA）以及微RNA（microRNA，miRNA）［7］。近年来，研究发现的可上调STAT3介导的子宫内膜异位增殖以及组织重塑miRNA包括miR-202-3p、miR-424-5p 等［8-9］。已被证实的miRNA 可以成为子宫内膜异位症潜在的生物学标志，但这些非编码RNA作用于STAT3的方式涉及多种表观遗传学机制，仍有待进一步研究。

1.1.3 HOXA10 另一个重要的PGR 靶点是Homebox 蛋白（HOXA10），它是同源盒基因家族的转录因子，对其下游的靶基因PGR基因有重要的调节作用。HOXA10已被证实在Ems女性中呈现基因沉默。机制包括HOXA10基因的甲基化对转录的阻遏作用以及组蛋白对HOXA10基因的转录阻遏作用［10-11］。研究［12］表明，在HOXA10 的启动子区域内组蛋白H3/H4 在病变子宫内膜中的乙酰化程度较正常的正位子宫内膜更低。这说明，HOXA10的低表达可能是基因的甲基化修饰以及组蛋白去乙酰化对转录阻遏作用的共同结果。除了转录过程的异常，HOXA10的转录后翻译修饰过程在正常女性与子宫内膜异位症的女性中也存在差异。研究显示，一种在子宫内膜异位症女性中过表达的蛋白PCAF ，为HOXA10 相互作用蛋白，并通过在K338和K339 处乙酰化HOXA10 蛋白来抑制HOXA10 介导的ITGB3 转录［13］。除了以上两种机制外，HOXA10 还受到miRNA 的调节。在研究正位子宫内膜间质细胞（EuESC）中分离出的外泌体中miRNA时发现，相比于正常的女性，子宫内膜异位症女性HOXA10 mRNA 相关的miRNA含量显著降低［14］。

HOXA10蛋白对PGR的调控重点体现在表观遗传学机制的多个方面，包括转录以及翻译过程中的甲基化，乙酰化修饰以及miRNA 的调控。除了以上两种PGR 的重要靶点，一些其他的重要靶点：WNT4、、MIG6、FOXO1 和CRISPLD2、SOX17、IHH在子宫内膜异位症的正位子宫内膜中减少，尤其是在分泌期［15］。这些靶点都子宫内膜异位症以及不孕症的共同潜在作用靶点。

1.2 孕激素失调在子宫内膜异位症相关不孕症中的分子生物学机制

1.2.1 孕激素对受体的反应性下降 子宫内膜异位症患者中，合并不孕症的患者占比20%～40%。导致不孕的重要原因为孕激素的反应性下降，受体数量减少，在分泌期所诱导褪膜化作用减弱，抑制雌激素能力降低，导致子宫内膜异位症患者合并不孕症的概率增加。PGR的两个受体基因的异常表达和受体比例失衡也是导致子宫内膜异位症以及相关不孕症的重要原因。PRA的过表达会导致子宫内膜增生以及不孕症［16］。所以，孕激素自身生理功能的丧失、受体表达的异常以及与雌激素平衡之间的破坏都将导致不孕。

1.2.2 孕激素相关候选基因表达水平下降 目前很多研究证实，大多数子宫内膜异位症相关候选基因的下调直接对应着不孕症的产生。WNT4、HOXA10、MIG6、FOXO1、FOX17、IHH 这几种重要的PGR 靶点或介质，在子宫内膜异位症的正位子宫内膜分泌期显著减少，并非常可能影响了胚胎的着床、腺体的发育和褪膜化［15，17］。很多转录因子或调控蛋白已被证实是介导子宫内膜异位症和不孕症的共同靶点。例如，一种可以与PRA 直接结合的蛋白ARID1A，与PRA 共定位于子宫内膜上皮细胞。子宫内膜异位症的女性子宫内膜中的ARID1A 水平显著降低，PGR信号丢失而无法生育［18-19］。

1.2.3 孕激素相关基因表观遗传学改变 子宫内膜异位症相关不孕症的病因也可以从表观遗传学角度阐述。其中，基因的甲基化仍是重要的机制之一。转录因子HOXA10的启动子区域基因在子宫内膜异位症女性子宫内膜中呈现高度甲基化，对应基因的沉默［20］。基因沉默的原因可能是在炎症免疫因素诱导下，在其上游miRNA、DNA甲基转移酶对其调控的结果。组蛋白低乙酰化也是重要机制。子宫内膜异位症女性的子宫内膜整体底乙酰化，导致了基因沉默。而这种低乙酰化水平与组蛋白去乙酰化酶相关。有研究［21］表明，组蛋白去乙酰化酶3 （HDAC3）在患有子宫内膜异位症的女性子宫内膜中下调，并促进子宫内膜的纤维化，并导致容受缺陷。

2 雌激素

据报道，子宫内膜异位症患者的子宫内膜基底层干细胞脱位和增殖能力增强。这种异常增强的增殖能力很可能与雌激素的大量表达高度相关，因为雌激素可促进子宫内膜基质细胞的迁移、黏附、增殖，以及诱导血管生成，并且大量产生的雌激素可以介导炎性物质、金属蛋白酶、前列腺素产生，促进子宫内膜异位并调控细胞凋亡。研究证实，具有干细胞样特性的表观遗传缺陷和抗孕激素的正位子宫内膜基质细胞可能通过月经逆行到达盆腔，可持续大量分泌雌激素［22］。雌激素的大量表达还与雌激素组有关（雌激素组是肠道微生物组中参与雌激素代谢的基因的集合）。当肠道微生物组失调时，大量产生的雌激素可通过循环从肠道转移到子宫内膜以及腹膜微环境［23］。这是雌激素分泌异常增加的典型环境因素。因此，雌激素的大量表达不仅与子宫内膜细胞自身异常有关，还很可能与除生殖系统以外的其他靶器官异常相关。

2.1 雌激素失调子在宫内膜异位症产生过程中的分子生物学机制

2.1.1 雌激素过表达 雌激素大量表达的子宫内膜细胞内机制为：子宫内膜基质细胞可以分泌更多的芳香化酶P450.这种酶可以促进雄激素向雌激素转化。而雌激素的大量产生诱导环加氧酶（COX-2）进一步产生雌激素，同时，COX-2 的大量产生使得前列腺素E2 水平上升，进一步加强了芳香化酶P450 的活性，这个正反馈过程是诱导雌激素大量产生的重要闭合环路。此外，雌激素的大量产生还与生殖系统细胞以外物质有关，包括血源性、免疫原性调控因子，以及多种靶器官的调控因子。例如，血小板可以通过激活NF-κB 和TGF-1 上调与雌激素产生相关物质在子宫内膜异位基质细胞中产生［24］。这些外源性物质是促使雌激素大量产生的重要媒介，并可以为子宫内膜异位症的治疗提供了新思路。

2.1.2 雌激素相关基因表观遗传学改变 在表观遗传学水平，一些参与雌激素生成的重要转录因子的表观遗传学改变会促使雌激素表达大量增加。参与胆固醇向雌二醇转化的孤儿核受体类固醇生成因子SF1，其启动子CpG 岛的低甲基化促进了SF1 激活因子对SF1 的转录促进作用，从而促进了雌激素的大量生成。卵巢中的异位子宫内膜SF1的过表达还与microRNA23a/b 对SF1 的抑制失调有关［25-26］。这说明，与雌激素表达相关的转录因子表观遗传学异常是导致雌激素大量表达的重要原因。

2.1.3 ESR异常表达 产生雌激素的效应主要通过雌激素受体ESRα和ESRβ实现。研究表明，子宫内膜异位症患者分泌期的ESRα水平明显升高，且ESRα的表达受到雌激素的直接调控［27］。子宫内膜异位症患者的α、β受体比例也存在异常，这与转录因子GATA-6的甲基化以及雌激素生长调节抑制因子RERG的甲基化有关［28］。

2.2 雌激素在子宫内膜异位症相关不孕症中的分子生物学机制

子宫内膜异位症患者的不孕症与雌激素大量表达以及所介导的炎症免疫反应直接相关。雌激素依赖和孕激素抵抗是导致子宫内膜细胞异位着床、减少细胞凋亡和增加氧化应激、炎症和神经血管生成的重要因素。另外，一些环境毒物如双酚A、雌激素组（肠道微生物组中编码雌激素代谢酶的基因的集合），以及阴道菌群的破坏都可以影响雌激素的信号传导通路以及产生表观遗传学改变从而导致子宫内膜异位症以及不孕症的产生［29］。大量雌激素所介导的正反馈机制以及大量雌激素所介导的孕激素反应性降低是导致不孕的重要机制

雌激素的大量产生的正反馈环路中，雌激素是异位子宫生长的必要条件，PGE-2和细胞因子介导疼痛、炎症和不孕的重要因素，高浓度的COX-2 导致高细胞增殖、低水平细胞凋亡、高侵袭、血管生成、子宫内膜异位症相关疼痛和不育。一项研究［30］表明，COX-2 编码基因的祖先等位基因启动子CpG岛的异常甲基化（-765G/C）与中度/重度子宫内膜异位症的病理进展风险增加以及生育能力有关，这可能导致子宫内膜异位症相关的不孕症。还有研究［31］表明，编码芳香化酶的基因CYP19A1 在患有子宫内膜异位症的不孕女性卵丘细胞中的表达降低。以上表明，雌激素正反馈闭合环路中的每种物质都参与了子宫内膜异位症相关不孕症的产生。

3 总结与展望

作为一种长期有关痛经、盆腔疼痛和不孕症相关的慢性妇科疾病，子宫内膜异位症与孕激素的反应性降低以及雌激素的大量产生高度相关。在雌、孕激素以及各种细胞因子、微生物等多种调控因子的共同作用下，子宫内膜得以迁移并异位定植。在表观遗传学水平，雌激素、孕激素及其受体的基因异常修饰以及相关转录因子基因的异常修饰在更加微观的层面调控雌、孕激素的表达。

明确子宫内膜异位症的分子生物学发病机制有助于对诊断的早期明确以及治疗方法的改进。提高诊断的准确率和寻找侵入性诊断的替代方法是目前的重要研究方向。在表观遗传学水平上，一些与雌激素、孕激素表达高度相关的基因受到异常修饰，还受到miRNA等非编码RNA的异常调控，从而表达异常。然而，这种异常改变的可逆性也带来了表观遗传重编程的尝试机会，让我们看到了通过非侵入性成像技术诊断子宫内膜相关不孕症的可能性。