子痫前期母胎界面TLR4 作用的研究进展

黄晓彤，程湘玮，张阳

子痫前期是一种累及多器官的妊娠期特有疾病，是导致孕产妇和围产儿病死率升高的主要原因之一，但子痫前期的病因和发病机制复杂，目前尚未完全阐明。子痫前期患者产后远期出现心血管与代谢性疾病的风险升高，其后代罹患心血管疾病、代谢性疾病和神经系统发育障碍的风险也显著增加，但潜在机制不明[1]。Toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）家族是固有免疫系统中的一类模式识别受体，在炎症免疫应答中发挥关键作用。母胎界面中TLR4 表达量最高，可调控炎症免疫微环境稳态[2]。既往研究指出，子痫前期TLR4 信号异常介导母胎界面炎症免疫稳态失衡，参与子痫前期发病。新近研究相继报道子痫前期母胎界面TLR4 还调控铁死亡、焦亡、代谢重编程和细胞衰老等病理现象[3-6]，并可能介导子代神经系统发育异常，而靶向母胎界面TLR4 可能是子痫前期新型治疗策略的潜在机制之一。因此，全面了解母胎界面TLR4 的作用和机制，有望为研究子痫前期的发病机制和治疗手段提供可能的新方向。

1 母胎界面TLR4 信号通路概述

TLR 是一类重要的模式识别受体，属于Ⅰ型跨膜受体蛋白，由富含亮氨酸重复序列的高度可变的胞外域和高度保守的细胞质Toll/白细胞介素-1 受体（Toll/interleukin-1 receptor，TIR）结构域组成。TLR4是目前研究最为热门的TLR，广泛表达于母胎界面免疫细胞、滋养细胞、胎盘间充质基质/干细胞（placental mensenchymal stromal/stem cell，PMSC）和蜕膜细胞等多种类型的细胞。①革兰氏阴性菌的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等多种病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）和高迁移率族蛋白B1、热休克蛋白和纤维蛋白原等多种损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP）可活化TLR4，再寡聚化TLR4，随后募集激活髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）、诱导β 干扰素TIR 结构域衔接蛋白（TIR domain-containing adaptor inducing interferon-β，TRIF）和TRIF 相关衔接分子（TRIF related adaptor molecule，TRAM）等下游衔接因子；②MyD88、TRIF 和TRAM被激活后发生一系列级联生化反应，启动下游信号传导，激活核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）、激活蛋白-1（activator protein-1，AP-1）和信号转导及转录活化因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）等多种转录因子，最终使信号由细胞外传入细胞核；③上述不同转录因子核转位启动相应靶基因的转录、翻译和蛋白合成，如肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素-8（interleukin-8，IL-8）、IL-6 等多种炎症因子和Ⅰ型干扰素，从而引发、维持和调控炎症免疫反应[7]。

2 母胎界面TLR4 与正常妊娠

妊娠早期，母胎界面适度的炎症反应对囊胚附着、胚胎植入和建立免疫耐受是有益的，而TLR4 可能是诱导妊娠早期宫内炎症样反应的关键。母体子宫内膜上皮与精子的相互作用有利于妊娠早期建立免疫耐受，促进妊娠进展[8]。体外研究表明，敲除TLR4（TLR4-/-）的雌鼠子宫内膜上皮细胞对精子信号的反应受损，多种细胞因子和趋化因子释放减少[9]；体内实验同样发现，TLR4-/-雌鼠与野生型C57BL/6（B6）雄鼠交配受孕后，子宫内膜组织中细胞因子和趋化因子表达减少，子宫对中性粒细胞的募集减弱，CD4+T细胞和调节性T 细胞（regulatory T cell，Treg）增殖受损，最终导致胎盘发育严重异常、胎鼠丢失和胎鼠生长受限等不良妊娠结局[9-10]。相反地，妊娠早期适度激活滋养层细胞TLR4，可增强多种细胞因子的释放以增加囊胚种植率[11]。因此，妊娠早期母胎界面TLR4可能对维持免疫耐受和妊娠进展至关重要。

随着妊娠进展，胎盘TLR4 的表达发生时空动态变化：妊娠早期，细胞滋养细胞和绒毛外滋养细胞中TLR4 均稳定表达，而合体滋养细胞无TLR4 表达；妊娠中期，胎盘TLR4 的表达水平逐渐下降，母体整体呈现部分免疫抑制状态，有利于维持胎儿所处的宫内环境稳定；妊娠晚期，胎盘TLR4 的表达水平再次升高，甚至高于妊娠早期，并主要表达于合体滋养细胞，这可能是因为在妊娠晚期TLR4 是子宫激活和分娩驱动的关键调节因子[12]。相反，TLR4-/-孕鼠胎盘与胎膜中细胞因子和子宫激活相关基因表达显著减少，胎盘中巨噬细胞、中性粒细胞以及子宫肌层中的树突状细胞和Treg 细胞含量均显著减少，尽管最终平均妊娠时间延长了13 h，但围产期胎鼠死亡率显著增加[13]。

因此，TLR4 可能是母体天然免疫系统和胎盘局部免疫微环境之间的联系枢纽，而当妊娠期母胎界面TLR4 表达变化的平衡被打破时，则可能导致子痫前期等多种临床不良妊娠并发症的发生。

3 母胎界面TLR4 与子痫前期

子痫前期是一种妊娠期特有的疾病，表现为妊娠20 周以后出现血压升高和蛋白尿，并可出现头痛、视物模糊、恶心呕吐及上腹不适等症状，伴随多器官的受损。子痫前期是一种多因素－多机制－多通路致病的疾病，目前相关的学说主要包括“滋养细胞功能障碍，子宫螺旋小动脉重铸不足”、“炎症免疫过度激活”、“血管内皮细胞受损”和“遗传因素”等。既往大量文献报道：一方面，子痫前期胎盘中TLR4 表达异常升高[14]；另一方面，子痫前期孕妇肠道菌群中生成LPS 相关的微生物基因表达水平显著升高，子痫前期孕妇粪便和胎盘中LPS 含量也异常升高，并且胎盘中多种类型的DAMP 表达水平也显著升高[15]，故子痫前期孕妇胎盘TLR4 信号通路表达异常且过度激活[16]。此外，经典的Nω-硝基-L-精氨酸甲酯（Nω-nitro-L-arginine methyl ester，L-NAME）[17]和LPS[18]诱导的子痫前期动物模型中，胎盘TLR4 信号通路均表达增强和异常激活。上述研究结果共同反映了母胎界面TLR4 信号异常激活可能是子痫前期的发病机制之一，但也有研究报道与正常妊娠女性相比，早发型子痫前期患者胎盘TLR1 和TLR4 的表达显著降低[19]，故针对子痫前期母胎界面TLR4 表达变化的结论尚未统一。遗传因素方面，既往认为TLR4 基因的rs4986790 和rs4986791 单核苷酸多态性可能是子痫前期的高危因素[20]，但一项纳入5 个遗传模型的Meta 分析报道TLR4 rs4986790 和rs4986791 单核苷酸多态性与子痫前期易感性之间无显著相关性[21]，仍需要高质量、大规模的前瞻性研究来进一步验证。因此，有关子痫前期母胎界面TLR4表达的结论之间仍存在矛盾，这可能与组织取材的不同有关，更可能与子痫前期发病机制的异质性有关。母胎界面低表达的TLR4 可能导致Treg 细胞数量减少，母体对胚胎免疫耐受减弱，胎盘发育不良，引发子痫前期；母胎界面过度激活的TLR4 则可能导致炎症免疫过度激活，辅助性T 细胞1（helper T cell，Th1）/Th2 免疫失衡，巨噬细胞活化，滋养细胞凋亡和血管内皮功能障碍，参与子痫前期的发生、发展[2]。

尽管母胎界面TLR4 最经典的作用是调控局部炎症免疫，但新近研究相继报道子痫前期母胎界面TLR4 介导多种新型病理现象，如铁死亡、焦亡、代谢重编程和细胞衰老等，与子痫前期的发病密切相关[3-6]。铁死亡是一种由铁依赖性脂质过氧化损伤引起的细胞程序性死亡形式。子痫前期胎盘铁死亡水平异常升高，子痫前期胎盘TLR4 表达水平与促铁死亡介质[Fe2+和丙二醛（malondialdehyde，MDA）]含量呈正相关，与抗铁死亡介质[血红素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）、谷胱甘肽过氧化物酶4和还原型谷胱甘肽] 含量呈负相关，并可能通过TLR4/转录激活因子3（activatingtranscriptionfactor3，ATF3）/溶质载体家族7 成员11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）信号途径介导胎盘铁死亡。同时，子痫前期孕妇血清TLR4 则可能是诊断胎盘铁死亡的血清生物标志物，敏感度98.5%，特异度92.0%，曲线下面积0.988（95%CI：0.938～1.000）[3]。

胎盘糖代谢稳态失衡是子痫前期等多种临床不良妊娠并发症的重要病理特征之一，并与疾病严重程度密切相关。子痫前期胎盘线粒体结构和功能受损，氧化磷酸化水平降低，腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）生成受抑制，而胎盘中己糖激酶（hexokinase，HK）、磷酸果糖激酶（phosphofructokinase，PFK）、6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3（6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-biphosphatase 3，PFKFB3）和丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PMK）等糖酵解关键酶的表达水平显著增加[5-6]，提示子痫前期胎盘糖代谢稳态失衡——线粒体氧化磷酸化减少，糖酵解过度激活，胎盘ATP 产量不足，导致胎盘发育不良和功能障碍。然而，目前关于子痫前期胎盘能量代谢紊乱的发生机制仍知之甚少。近年文献报道，TLR4/NF-κB信号途径诱导滋养细胞线粒体结构和功能受损；TLR4 激活诱导转录因子NF-κB1 核转位，直接与PFKFB3 启动子结合，促进糖酵解酶PFKFB3 表达增强，最终调控滋养细胞糖代谢并影响细胞功能[5-6]。

焦亡是一种新型的伴有无菌性炎症级联反应的程序性细胞死亡形式。其中，激活TLR4 诱导NF-κB活化，调控其下游基因NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白（NOD-like receptor family pyrin domaincontaining protein，NLRP）、胱天蛋白酶（caspase）、IL-1β 前体和IL-18 前体，该步骤是经典细胞焦亡途径中的重要环节。而非经典的细胞焦亡途径中，进入细胞的LPS 直接与caspase-11（小鼠）或caspase-4/5（人）结合，活化GSDMD（Gasdermin D）蛋白以裂解细胞膜并释放炎症因子，促进细胞焦亡。由此可见，TLR4信号途径与细胞焦亡关系密切。子痫前期胎盘焦亡水平异常升高，且研究证实滋养细胞中TLR4/NF-κB信号通路调控NLRP3 炎症小体介导的焦亡，参与子痫前期的发生、发展；此外，母胎界面TLR4/NF-κB/PFKFB3 信号更有可能介导滋养细胞糖代谢重编程和NLRP3 炎症小体诱导的焦亡之间的复杂串扰[5]。

细胞衰老是一种不可逆的细胞生长终末停滞状态，且衰老细胞异常分泌多种促炎细胞因子、趋化因子和基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）等，进一步影响邻近细胞功能。正常妊娠进展到足月分娩的过程中存在胎盘生理性衰老，而子痫前期时，胎儿生长受限及流产等临床不良妊娠并发症存在胎盘病理性衰老。其中，子痫前期PMSC 衰老程度加剧，异常分泌多种促炎细胞因子及抗血管生成相关因子。研究发现，子痫前期PMSC 的TLR4 表达异常并过度激活，通过抑制Hedgehog 信号通路加剧PMSC衰老；衰老的PMSC 异常分泌IL-8、IL-6 等促炎细胞因子和可溶性fms 样酪氨酸激酶-1（soluble fmslike tyrosine kinases-1，sFlt-1）等抗血管生成相关因子，诱导滋养细胞功能受损和胎盘血管生成障碍，参与子痫前期的发生、发展[4]。

4 母胎界面TLR4 和子痫前期患者子代神经系统发育异常

据报道，母体子痫前期与其子代罹患神经发育障碍性疾病的风险增加密切相关，包括自闭症谱系障碍、注意缺陷多动障碍、精神分裂症、智力障碍、癫痫和脑瘫等，但其具体机制尚不明确。神经系统炎症在围产期脑损伤和子代神经发育障碍中发挥重要作用，其中TLR 介导的神经系统炎症免疫紊乱会影响神经细胞状态、突触功能和神经连接的细化，导致多种神经病理变化。动物实验发现，TLR4-/-孕鼠无法响应宫内注射LPS 的外源性刺激，母胎界面炎症免疫保持稳定；TLR4-/-孕鼠分娩的胎鼠脑组织中，脑损伤相关通路（如NOTCH 信号通路）的表达无显著增加[22]，因此，母胎界面TLR4 介导的妊娠期宫内炎症激活与子代神经系统疾病密切相关。但另一方面，向TLR4-/-孕鼠宫内注射特殊标记的LPS，发现子宫、胎膜、胎盘和胎儿组织内均可检测到LPS。因此，即使抑制了母体TLR4 介导的宫内炎症激活，内毒素仍可能在羊膜腔中引发胎儿炎症并对胎儿神经发育产生负面影响。子痫前期孕妇的子代脐带血中TLR4的表达水平也显著高于正常孕妇的子代，而TLR4的激活可直接损害新生儿脑发育[23]。因此，母胎界面TLR4 信号极有可能是连接母体炎症和人类子代神经发育障碍的潜在途径[24]。

5 靶向母胎界面TLR4 的子痫前期新型防治手段

目前，子痫前期临床治疗主要是降压、镇静、解痉等对症治疗和小剂量阿司匹林预防，最有效的治疗仍是胎儿及其附属物的娩出，但可能会伴随不良围产结局风险的增加。因此，仍需进一步探索更多可能的治疗手段。TLR4 信号途径从多机制、多通路参与子痫前期的发生、发展，如能有效改善母胎界面TLR4 的异常，有望成为子痫前期的潜在治疗策略。尽管如此，有关的新药研究仍停留在细胞/动物模型的实验室研究层面，这些新药均能有效改善子痫前期症状（高血压、蛋白尿、胎儿生长受限、死胎和死产等）或胎盘发育不良，且潜在药理机制均与作用于母胎界面TLR4 密切相关[5,17-18,25-38]，见表1。

6 结语与展望

众所周知，TLR4 是调控母胎界面炎症免疫的重要介质之一，对妊娠进展和胎盘、胎儿发育具有重要意义。母胎界面TLR4 表达异常可能诱导局部炎症免疫稳态失衡，参与子痫前期发病。然而，子痫前期母胎界面TLR4 的表达差异（过高或过低）尚无定论，早发型和晚发型子痫前期母胎界面TLR4 的表达情况是否存在不同也有待进一步确认。除了激活炎症免疫外，子痫前期母胎界面TLR4 还可能调控铁死亡、焦亡、代谢重编程和细胞衰老等病理现象，并与子代神经系统发育异常关系密切。因此，母胎界面TLR4 的新型调控作用值得深入探索，且新型调控作用与经典的炎症免疫调节作用之间是否存在复杂串扰，仍有待进一步明确。同时，TLR4 在子痫前期发生和发展的哪个阶段、通过何种途径发挥作用，也值得深入研究。最后，靶向母胎界面TLR4 可能是子痫前期新药研究的潜在路径之一，然而，目前临床上仅推荐小剂量阿司匹林（50～150 mg）用于子痫前期的预防，其他药物在子痫前期中的相关研究仍停留在实验室或临床前研究水平。因此，一方面，需首要关注妊娠期用药的安全性；另一方面，基于子痫前期多因素－多机制－多通路致病的特点，未来仍需在多种不同类型的子痫前期动物模型中验证新药对子痫前期的防治作用，有助于进一步明确靶向母胎界面TLR4 的新药可能适用的子痫前期亚分类和亚分型，最终应用于临床。