纤溶酶原激活物抑制剂-1在胎盘源性疾病中的作用及其调控因素

温惠婷, 黎静

南方医科大学南方医院妇产科(广东广州 510515)

纤溶酶原激活物抑制剂-1(plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1)是丝氨酸蛋白酶抑制剂，又称serpin family E member 1或SERPINE1，其在胎盘组织、蜕膜等妊娠组织中表达增加，在孕妇血浆、羊水中处于高水平并随着孕周规律性变化。PAI-1是人体内主要纤溶酶原激活物抑制剂，与组织型纤溶酶原激活物(tissue-type plasminogen activator，t-PA)、尿激酶型纤溶酶原激活物(urokinase-type plasminogen activator，u-PA)相协调，发挥着纤溶抑制、抑制母胎界面出血等作用，与胎盘源性疾病的发生发展密切相关。迄今为止，PAI-1除了抑制纤维溶解、预防母胎界面出血的作用外，其还在各种激素、细胞因子和免疫细胞等的作用下对胎盘中细胞外基质降解、滋养细胞增殖和侵袭、细胞衰老及氧化损伤中发挥着不可忽视的作用。

1 活性PAI-1在抑制纤维溶解、凝血过程中变化

PAI-1能通过抑制u-PA或t-PA阻止纤维蛋白过早降解。在正常人群中，PAI-1其实有4种形式：活性形式、潜在形式、裂解形式、结合形式[1]。活性形式的PAI-1能结合u-PA或t-PA并且使其失活，但是活性形式的PAI-1非常不稳定，在生理条件下它的环状反应中心可自发地插入自身的β-折叠结构而不可逆地转化为无活性的潜在形式。在体外，活性形式的PAI-1的半衰期一般仅约1～2 h[1]。

但在体内，活性PAI-1与玻连蛋白的结合能减慢PAI-1转化成无活性潜在形式的速率[2]。另外，体内微环境里的温度、pH值、周围离子强度、金属刺激等各种因素能影响PAI-1的活性[3-4]。而在发生血管破裂等出血情况时，激活的凝血酶能刺激血小板脱颗粒、释放出活性形式的PAI-1[5]。活性形式的PAI-1与t-PA以1∶1比例结合并失活，有研究发现创伤患者增多的t-PA能消耗过多的活性PAI-1[6]，导致纤溶亢进。因为出血过程是瞬发的，所以抑制纤维溶解、促进凝血过程中的PAI-1表达水平可能是细胞储备的PAI-1表达水平，大量的t-PA可耗竭活性PAI-1而导致纤溶亢进。而妊娠期胎盘中的PAI-1表达在各种激素、细胞因子和免疫细胞等因素的调控下增加，提升了胎盘局部纤溶抑制、预防母胎界面出血的能力。

2 妊娠期PAI-1表达的调控因素

2.1 各种激素可调控PAI-1的表达

2.1.1 雌孕激素可上调蜕膜中PAI-1的表达 子宫内膜基质细胞在妊娠期雌孕激素共同作用下蜕膜化，蜕膜化的子宫内膜基质细胞在体内或体外都上调组织因子和PAI-1的表达，使蜕膜保持高凝状态而预防出血[7]。Ueyama 等[8]发现雌孕激素能上调体外子宫内膜和胎盘滋养细胞PAI-1表达，孕激素孵育培养72 h使子宫内膜细胞PAI-1水平增加[(40.9±4.9) ng/mLvs(28.6±2.9)ng/mL，P<0.012]，雌激素、雌孕激素联合培养也能分别使PAI-1水平不同程度地增加(P<0.028,P<0.004)。妊娠期雌孕激素使蜕膜化的子宫内膜中PAI-1的上调至近2倍。而滋养细胞表达的PAI-1水平极高，正常妊娠中的胎盘滋养细胞中的PAI-1可高达(3 957±1 353) ng/mL，雌激素和孕激素未能显著影响胎盘滋养细胞PAI-1的表达水平。

雌孕激素上调蜕膜中PAI-1的表达，理论上增加了预防母胎界面出血的能力。但雌激素能同时促进子宫内膜基质细胞PAI-1和t-PA的表达，而孕激素在促进子宫内膜上皮细胞和基质细胞PAI-1表达的同时抑制上皮细胞中 u-PA 的产生。孕酮能通过上调母胎界面PAI-1的表达以预防出血，这可能是孕酮能降低妊娠早期流产率的原因。

2.1.2 糖皮质激素上调孕期PAI-1的表达 糖皮质激素可差异性、显著性地调节细胞基因表达，在胎儿发育、成熟中发挥重要作用。1988年Riccio等[9]发现糖皮质激素可在启动子水平对PAI-1的表达进行调节。孕妇唾液中的皮质醇在孕15～37周中逐渐增加，从0.27 μg/dL左右增至约60 μg/dL[10]，孕期唾液中皮质醇每周约增加0.015 μg/dL。Kisanga等[11]发现糖皮质激素能促进活化的聚合酶Ⅱ和糖皮质激素受体募集到PAI-1启动子上游而上调PAI-1的表达，等量(100 nmol/L)的皮质醇、地塞米松、倍他米松均能使孕早期滋养细胞系Swan.71细胞PAI-1表达上调至原来的4倍左右，而等量孕酮则上调1.5倍左右。因此，糖皮质激素可能是妊娠期间PAI-1在循环中高水平并随孕周逐渐增加的重要调控因素。

2.1.3 促性腺激素释放激素(gonadotropin-releasing hormone, GnRH)与PAI-1 GnRH能对子宫内膜细胞、胎盘滋养细胞及其他生殖系统以外的细胞等产生直接作用。妊娠期下丘脑释放的GnRH极低，但胎盘滋养细胞和蜕膜均可表达2种GnRH(1型和2型)及对应的受体[12]。GnRHⅠ型和Ⅱ型均能在体外以剂量或时间依赖性方式降低体外妊娠早期胎盘分离的人绒毛膜外滋养细胞中PAI-1 mRNA和蛋白的表达水平，却增加u-PA的表达[13]。100 nmol/L的GnRHⅠ型或Ⅱ型处理人绒毛外细胞滋养细胞48 h可将其PAI-1 mRNA将至原来的50%左右。但Lee等[14]的研究未发现GnRH影响体外新鲜分离的滋养细胞或蜕膜中PAI-1表达。GnRH对体外滋养细胞PAI-1表达的影响仍有争议，而GnRH对妊娠期母胎界面PAI-1的作用仍需进一步研究。

2.1.4 肾素-血管紧张素系统可调控PAI-1表达 除了经典的肾脏RAS途径外，妊娠期除了经典的循环肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)之外，胎盘滋养细胞、蜕膜组织也可产生RAS成分，包括血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，ANGⅡ)，ANGⅡ的表达水平在妊娠期中上调[15]。胎盘滋养细胞也富含血管紧张素Ⅱ受体1(angiotensin type 1 receptor, AT1 receptor)，PAI-1基因的表达可受AT1受体信号转导而上调[15]。Xia等[16]发现ANGⅡ以时间、浓度依赖性方式刺激体外滋养细胞中的PAI-1的合成和分泌，100 nmol/L的ANG Ⅱ处理滋养细胞48 h可分别将PAI-1 mRNA和蛋白上调至对照组的3.6倍。Araki-Taguchi等[17]发现ANGⅡ的作用类似于缺氧，可通过调控缺氧诱导因子-1而上调PAI-1的表达。

另外，正常妊娠中AT1受体呈单体状态、对ANGⅡ的敏感性处于低水平，并且容易被活性氧灭活，但合并妊娠期高血压疾病的孕妇中，AT1受体可与胎盘中的缓激肽受体形成异二聚体，使其保持活性、对ANGⅡ高敏感[15]。Dechend等[18]还发现部分患者存在AT1受体的自身抗体，也能促进PAI-1表达。因此，在妊娠期高血压疾病的孕妇中，缓激肽、AT1受体自身抗体通过与AT1受体相互作用介导PAI-1表达上调，参与妊娠期高血压的发病机制。

2.1.5 肾上腺髓质激素可下调滋养细胞的PAI-1表达水平 肾上腺髓质素(adrenomedullin, ADM)在胎盘、子宫等生殖系统组织中也广泛表达，通过降钙素受体样受体/受体活性修饰蛋白起作用，对妊娠期间胎盘滋养细胞增殖分化和血管舒张具有重要作用[19]。Zhang等[20]发现ADM以时间依赖性地下调HTR-8/SVneo细胞系PAI-1的表达，10 nmol/L ADM培养细胞72 h可使其表达的PAI-1 mRNA下降40%左右。一方面，正常胎盘组织中的ADM表达水平在孕晚期达到最高水平，孕妇血浆中ADM在妊娠中、晚期明显增加，可增至原有的2倍以上[19]。另一方面，在孕期激素的作用下降钙素受体样受体/受体活性修饰蛋白对ADM的敏感性增加。胎盘高表达的ADM可能介导PAI-1下调在局部发挥重要作用，与胎盘的形成发育密切相关。

另外，在一项包括2 000 多例孕妇的前瞻性队列研究中，那些后来发展为子痫前期的孕妇循环中ADM mRNA水平相比于对照组在妊娠28周(n=39vs.n=248 对照，P=0.005)和妊娠 36 周(n=39vs.n=205 对照，P<0.000 1)显著减少[21]。而Agersnap等[22]的荟萃分析发现11项研究中有8项认为子痫前期妇女血浆中PAI-1水平明显高于无高血压的孕妇，子痫前期孕妇血浆中PAI-1明显升高。因此，妊娠期循环中ADM mRNA减少并降低了对PAI-1水平的负调控，可能参与子痫前期的发病机制中，这值得进一步研究。

2.2 免疫细胞、细胞因子调控PAI-1表达 肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)调节母胎界面的免疫反应及胎盘的发育[23]。脂多糖活化的巨噬细胞通过TNF-α上调HTR-8 / SVneo滋养细胞PAI-1表达，却减少u-PA的生成[24]。Huber等[25]发现TNF-α诱导的转录因子可与PAI-1启动子的NF-κB识别位点相结合而上调PAI-1表达，10 ng/mL TNF-α处理HTR-8/SVneo滋养细胞24 h后PAI-1分泌增加了100%。另一方面，白细胞介素-10(IL-10)在母体界面的免疫耐受发挥重要作用[26]。Renaud等[27]发现IL-10能使活化巨噬细胞分泌的TNF-α减少83%，并且抑制了活化巨噬细胞所增加的PAI-1表达。因此，IL-10可能减少巨噬细胞分泌TNF-α并阻止滋养细胞PAI-1的上调。

白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)能促进癌细胞侵袭和转移，其受体均在妊娠早期绒毛细胞滋养细胞和绒毛外滋养细胞中表达[28]。Prutsch 等[28]发现IL-1β可上调绒毛外滋养细胞中PAI-1蛋白水平，10 ng/mL的IL-1β处理绒毛外滋养细胞48 h可使PAI-1蛋白上调2.5倍，但其具体机制未明。

转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)超家族蛋白通过可通过多种途径调节子宫内膜蜕膜化、胚胎着床、母胎界面免疫系统。活化的TGF-β可通过SMAD蛋白、核转录机制调节基因的表达[29]。Ma等[30]发现TGF-β可从转录水平调控人滋养细胞系PAI-1表达，使PAI-1上调3～4倍。但TGF-β家族对PAI-1的调节可能具有细胞特异性，Sinclair等[31]报道子宫肌瘤表达高水平的TGF-β3使子宫内膜基质细胞PAI-1 mRNA降低了9倍以上(P=0.006)。这可能与妊娠合并子宫肌瘤患者流产风险升高相关。

足月分娩孕妇的胎盘、羊膜、绒毛膜、蜕膜等妊娠组织中IL-6、IL-8、IL-1β、TNF-α水平均都升高，IL-6和IL-8可能是整体非特异性炎症的生物标志物[32]。IL-6、IL-8、PAI-1的分泌是衰老相关分泌表型(senescence associated secretory phenotype，SASP)，是指处于稳定生长停滞、仍具代谢活性的衰老细胞所具有的分泌表型[33]。两种转录因子[核转录因子-κB(NF-κB)、CCAAT增强子结合蛋白β]均调节IL-6和IL-8等炎性SASP的转录，而IL-6和IL-8还通过自分泌的形式、前馈正向调节NF-κB和CEBPβ的活性。而TNF-α也可通过NF-κB介导PAI-1的表达上调。目前尚未清楚它们对PAI-1表达的共同影响。Umemura等[34]发现IL-6、IL-8处理的人绒毛膜癌细胞中的PAI-1 mRNA水平略有降低。

蜕膜自然杀伤(decidual natural killer cell，dNK)细胞在孕早期占蜕膜白细胞种群的70%，可能在滋养层侵袭的免疫调节中起重要作用。妊娠早期新鲜蜕膜分离出的dNK细胞与同一妊娠个体的滋养细胞共同培养可使绒毛膜外滋养细胞的中TNF-α、γ干扰素、TGF-β1、PAI-1上调，其中PAI-1 mRNA上调2倍左右[35]。但是难以区分dNK是直接上调PAI-1，还是通过分泌TNF-α、TGF-β1来促进PAI-1的表达。

另外，Anteby等[36]发现血管内皮生长因子，表皮生长因子、成纤维细胞生长因子-4和成纤维细胞生长因子-10均能不同程度地增强体外妊娠早期滋养细胞的PAI-1活性，其中血管内皮生长因子使PAI-1活性增加了122%。

因此，雌孕激素、糖皮质激素等多种激素及TNF-α、IL-10、IL-1β、TGF-β等多种细胞因子、dNK细胞、血管内皮生长因子，表皮生长因子、成纤维细胞生长因子等均可调控PAI-1在母胎界面微环境的水平，目前仍未清楚它们之间调控机制。

2.3 糖代谢、脂肪代谢、低氧环境对PAI-1的影响 高糖环境能使滋养细胞PAI-1水平降低。Cawyer等[37]发现高血糖使人绒毛膜外滋养细胞系Swan.71系下调血管内皮生长因子、胎盘生长因子的表达和u-PA、PAI-1表达，其中PAI-1下调了约30%。尚未区分是糖代谢影响胎盘滋养细胞PAI-1的表达，还是是高血糖缓解使血管内皮生长因子等生长因子减少，从而下调PAI-1表达。但高血糖环境使PAI-1水平下降，可能因此损害了滋养细胞功能。

脂质代谢与PAI-1的代谢相关联。低密度脂蛋白受体相关蛋白(lowdensitylipoproteinreceptor-relatedprotein,LRP)介导细胞表面内吞作用，调节血脂的动态平衡。1992年Herz等[38]发现LRP介导u-PA-PAI-1复合物的细胞摄取和降解。但因为PAI-1与PA结合后将不可逆地失去活性，所以LRP清除的是细胞表面失活的PAI-1。目前仍未清楚u-PA-PAI-1复合物降解增多后是否对PAI-1的表达产生影响。据报道，循环PAI-1水平与患者BMI正相关。肥胖孕妇在孕早期、产后的血浆PAI-1水平均高于非肥胖孕妇[39]。

孕早期胎盘缺氧调节上调了滋养细胞PAI-1表达。在孕早期，胎盘在生理性的低氧环境中形成、发育。Koklanaris等[40]发现低氧调控众多基因表达，包括PAI-1、胰岛素样生长因子结合蛋白3、SMAD4和缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor-1,HIF-1)、血管内皮生长因子等，其中PAI-1mRNA上调近5倍左右。已发现PAI-1启动子中存在缺氧反应元件(hypoxia response elements，HREs)，在低血氧环境下HIFs与HREs相互作用并促进PAI-1表达[40-41]。

2.4 基因多态性影响PAI-1表达水平 Huang等[42]进行对19 599例受试者进行全基因组研究，PAI-1基因单核苷酸多态性与血浆PAI-1水平密切相关。除了PAI-1基因外，芳香烃受体核转位因子样蛋白基因ARNTL与粘蛋白基因MUC3相关的单核苷酸多态性也与PAI-1的循环水平相关。PAI-1基因4G/5G多态性与循环中PAI-1水平具有最强的相关性。因为5G等位基因具有一个转录抑制因子结合位点，导致基因转录减弱，因此改变PAI-1循环水平。但目前尚未清楚上述几种基因多态性对胎盘局部PAI-1水平的影响程度。

3 PAI-1在胎盘源性疾病中的作用

3.1 抑制纤溶、预防母胎界面出血、止血 PAI-1是人体主要的纤溶抑制分子。当发生血管、血窦破裂等时，组织中组成性表达的组织因子暴露并迅速激活外源性凝血途径，血管内皮下带负电荷的胶原纤维接触血液激活内源性凝血途径，促进凝血酶激活以及纤维蛋白多聚体形成，导致血栓形成。PAI-1能与纤溶酶原激活物u-PA或t-PA共价结合并使其失活，防止血栓过早的溶解[7]。Saes等[43]发现患有PAI-1缺乏的妇女有正常的凝血时间和出血时间，但血栓可自发性溶解、易出血，容易处于纤溶亢进状态，围产期大出血风险明显增加。因此，妊娠期间蜕膜、胎盘高水平PAI-1与纤溶酶原激活物结合，预防母胎界面出血；在发生出血时抑制纤维溶解、防止血栓过早溶解，发挥止血作用。

但过高水平的PAI-1可能使胎盘纤维溶解活动减少、血栓形成风险上升。子痫前期伴或不伴胎儿生长受限的孕妇胎盘梗塞的区域中PAI-1表达显著增加[44]。但尚不清楚是PAI-1增多所导致的胎盘局部区域梗塞，还是胎盘局部梗塞后出现的低血氧环境上调了滋养细胞PAI-1表达，需进一步研究。

3.2 阻止细胞外基质降解、降低滋养细胞侵袭性 孕早期绒毛膜外滋养细胞侵入母体蜕膜并重塑螺旋动脉才能建立子宫胎盘循环，滋养细胞的侵袭能力对胎盘结构形成密切相关。u-PA能促进细胞外基质降解、细胞迁移。PAI-1能与u-PA结合使其失活，成为影响滋养细胞侵袭的关键分子之一。Floridon等[45]发现蜕膜和绒毛膜外层的母体界面有明显的PAI-1阳性表达，而间质和血管滋养细胞相邻的大部分胎盘蜕膜组织则PAI-1阴性。在缺乏蜕膜的输卵管妊娠组织和蜕膜广泛坏死的葡萄胎妊娠组织中，PAI-1表达较少。滋养细胞侵袭能力可能受到蜕膜细胞PAI-1的调节。

Kisanga等[11]认为PAI-1是滋养细胞侵袭的抑制剂，糖皮质激素上调PAI-1表达并降低孕早期滋养细胞系Swan.71细胞迁移及侵袭能力，这可能与子痫前期的发病机制相关。Dechend等[18]发现AT1的自身抗体(AT1-AA)刺激过多的 PAI-1 分泌和相对较浅的滋养层细胞侵袭相关。Huber等[25]认为TNF-α主要通过增加 PAI-1 的表达来限制滋养层的侵袭，TNF-α可将体外HTR-8/SVneo细胞侵袭活动减少61%。dNK细胞也能使绒毛膜外滋养细胞的中PAI-1 mRNA增多并抑制滋养细胞迁移[35]。

据报道，妊娠早期滋养细胞处于生理性氧气浓度约1%～3%的低氧环境，HIFs上调滋养细胞PAI-1表达，滋养细胞处于增殖、分化但侵袭抑制的状态[46]。孕8～12周可能由于滋养层螺旋动脉栓塞开始脱落，胎盘中的氧分压出现了巨大的变化，由20 mmHg上升至50 mmHg。Lash等[46]发现体外10～12周的滋养细胞PAI-1水平随氧气浓度增加而降低，其中8%氧浓度下的滋养细胞PAI-1水平是3%氧浓度的50%，但滋养细胞的侵袭能力随氧气浓度增加而明显增强。妊娠12周后，如果胎盘局部PAI-1仍处于过高水平，可能持续抑制滋养细胞侵袭活动，造成螺旋动脉重塑不足、浅胎盘。

综上所述，以上增加PAI-1水平的调控因素均可能抑制滋养细胞侵袭，包括糖皮质激素、血管紧张素Ⅱ、AT1-AA、活化的巨噬细胞、dNK细胞、TNF-α、低氧环境等。但是，尚不清楚PAI-1表达水平降低是否能增强胎盘滋养细胞的侵袭性。部分PAI-1调控因素对滋养细胞侵袭性作用可能还受到其他复杂的因素影响。在Cawyer等[37]研究中，高糖环境降低了PAI-1表达(P<0.05)，但有研究[47]发现高浓度的葡萄糖可通过NADPH氧化酶产生活性氧介导小鼠滋养细胞PAI-1表达上调，但滋养细胞增生、扩散能力增强。另外，Prutsch 等[28]发现IL-1β能上调PAI-1，但IL-1β以剂量依赖性地增强孕早期绒毛外滋养细胞的迁移。滋养细胞侵袭性不但母胎界面PAI-1水平的调节，还受到u-PA、基质金属蛋白酶、基质金属蛋白酶抑制物、整联蛋白、纤连蛋白、玻连蛋白等与细胞外基质、细胞黏附能力相关的分子共同影响[48]，甚至还有更复杂的信号调节牵涉其中。

3.3 调控细胞衰老 PAI-1是衰老相关分泌表型(SASP)的一种细胞因子[3, 33]。DNA损伤、氧化应激、线粒体功能障碍、癌基因激活等刺激使部分细胞衰老后上调PAI-1的表达。PAI-1不仅是衰老的子宫内膜基质细胞衰老的内分泌特点，它还可以通过自分泌或旁分泌的方式促进邻近细胞的衰老[49]。美洲印第安人血浆较高水平的PAI-1与白细胞端粒长度缩短相关[49]，而Khan等[50]在伯尼尔阿米什地区发现具有PAI-1基因罕见突变的杂合子患者，其循环血浆 PAI-1水平降低了50%[(5.9±6.6) ng/mLvs.(12.7±9.8) ng/mL，P<0.000 1]，这些人群拥有更长的寿命。Colatto等[51]胎膜的衰老可能与早产相关，他们发现胎膜组织端粒长度随着孕周增加而减短，足月分娩的端粒长度最短。但未足月胎膜早破的胎膜组织端粒长度明显小于同胎龄的端粒长度(P=0.04)，却与足月的端粒长度相差不大(P=0.31)。研究发现PAI-1是复制性衰老中p53的关键下游靶标，可下调成纤维细胞中细胞周期蛋白依赖性激酶活性，促进细胞衰老[52]。研究发现胰岛素样生长因子结合蛋白-3(insulin-like growth factor binding protein-3，IGFBP3)能介导细胞衰老，而PAI-1通过使t-PA失活阻止IGFBP3 蛋白水解并而诱导衰老[53]。虽然妊娠组织中富含PAI-1，但目前尚未清楚PAI-1在妊娠组织衰老相关致病机制，需进一步研究。

综上所述，PAI-1水平受到各种激素、细胞因子、免疫细胞、遗传性基因多态性等因素的共同调控，目前已发现妊娠妇女循环中PAI-1处于高水平并随孕周增长而逐渐增加，PAI-1可能通过抑制纤维溶解、促进止血、预防母胎界面出血、阻止细胞外基质降解、降低滋养细胞迁移或侵袭能力、调控细胞衰老等多种作用参与胎盘源性疾病的发生发展中。但PAI-1在胎盘源性疾病发病机制中的角色仍未明了，需后续深入研究探索，望以PAI-1为介入点找到预测和治疗胎盘源性疾病的方法。

利益相关声明：论文内容不涉及相关利益冲突。

作者贡献说明：温惠婷执笔，黎静审校。