雌性哺乳動物子宮血管新生及其調控機制

谷 博，姜懷志

(吉林農業大學 動物科學技術學院，吉林 長春130118)

哺乳動物在進入初情期(青春期) 后，子宮內膜隨著甾體類激素水平的變化出現著周而復始的增殖、分化與脫落的變化，主要表現在子宮內膜上皮和間質的分化上［1］。這種周期性變化內膜組織的生長與發育有賴于毛細血管網的再生能力［2］。Taylor 等［3］認為，子宮內膜血管生成的調節是通過不同類型細胞間復雜的相互作用間接介導的，并提出子宮內膜的血管形成受內分泌及旁分泌兩種途徑作用調控，在整個發情(或月經) 周期子宮內膜都與血管生成的潛力，且在月經周期的不同階段中血管生成是有顯著差異的［3］。血管形成對于維持月經周期子宮內膜的增生和修復及妊娠期胚泡植入及胎盤形成提供了必要的血管豐富的內環境。國內外的大量研究結果表明: 血管新生與退化是與多種細胞因子、生長因子及其受體間相互作用的結果，其中血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF) 及其受體是起重要作用的細胞因子之一［4］。

1 血管新生的過程及調控因子

血管新生是指機體在生長發育過程中或創傷修復、缺血缺氧和炎癥等情況下，原微血管內皮細胞(EC) 經過生芽、遷移、增殖與基質重塑等形成新毛細血管的過程，一般包括血管細胞分泌蛋白水解酶降解血管基底膜; EC 穿過基底膜遷移到血管周圍基質;EC 增殖、相互黏附并連接; 形成血管腔樣結構; 從基質重塑和平滑肌的包圍及血管相互吻合形成血管網等5 個階段［4］。哺乳動物血管新生的機制十分復雜，涉及多種細胞(內皮細胞、血管壁細胞、炎性細胞) ，是細胞與細胞因子、細胞外基質及蛋白水解酶直接相互作用的結果。能夠調節血管新生的因子很多，其中血管內皮生長因子(VEGF) 被認為是促進血管新生的最重要細胞因子，并且國內外在研究器官(組織) 血管新生過程中亦將VEGF 表達的變化作為主要研究手段［5］。血管新生大多發生于機體的病理條件下，如腫瘤、炎癥、創傷性修復等方面，而在機體的正常生理狀況下，主要發生于哺乳動物的具有周期性變化過程的生理器官上和胚胎發育等方面。Folkman 認為，成年哺乳動物組織中卵巢、子宮內膜周期和哺乳期的乳腺具有生理性的血管新生［6］，說明哺乳動物卵巢和子宮內膜等是正常生理狀態下經常發生血管新生的主要器官。

2 哺乳動物子宮內膜在發情周期(或月經周期) 的血管新生

在哺乳動物(包括人及靈長類) 的發情周期(月經周期) ，其子宮內膜血管發生和血管通透性發生變化，VEGF 在這一過程中起到了重要的作用［7］。在VEGF 的參與下，血管通透性發生改變，使薄而高密度的子宮內膜轉化為厚而具通透性的分泌性內膜。在哺乳動物和人的整個發情周期或月經周期中在子宮內膜中都有表達［8］。VEGF 在子宮內膜增殖后期和黃體期表達量增加，這同血管發生和血管通透性變化相一致［9］。此外，VEGF在發情周期中對子宮內膜血管發生進行調控是以旁分泌方式實現的［2，9］。研究表明，婦女月經周期過程中，增殖期KDR 的表達量最高，幾乎比同時期的Flt-1 高2 倍，在分泌中期有所減少，而Flt-1 在分泌期表達量最高，這同毛細血管快速增殖和子宮內膜脫落的時間一致［9］。

由于人和非靈長類動物在月經前卵巢激素表達處于低水平狀態，子宮內膜VEGF 適量表達，可為月經過程中子宮內膜上皮細胞正常脫落提供保障。如果VEGF 及其受體表達不平衡將會導致月經出血異常［10］。在體內和體外研究發現，雌二醇(E2) 可以調節VEGF 的表達，ICI182、780 和米非司酮都是E2的拮抗物，能抑制VEGF 表達［11］。研究還發現，月經周期VEGF 及其受體在子宮內膜中呈激素依賴的周期性表達，在子宮內膜血管發生毛細血管滲透性改變過程中發揮非常重要的作用，同時也參與子宮內膜的修復過程［12］。

VEGF mRNA 在大鼠整個發情周期均有表達。研究表明，VEGF mRNA 在發情前期和發情期表達是其他時期的2 倍，發情前期和間情期VEGF mRNA 表達在腔上皮，而動情期則轉至基質表達。隨著情期不斷變化，VEGF 蛋白表達也發生變化，發情前期和發情期VEGF 蛋白只在腔上皮中表達，而且在發情期表達量達到最高值，但在間情期VEGF 蛋白表達量非常少，幾乎檢測不到［13］。研究表明，大鼠子宮內膜在發情周期的不同階段，類固醇激素和促黃體素(LH)周期性的變化與VEGF mRNA 和蛋白表達有關［14］。在發情期后期，VEGF 表達量增高，毛細血管中Flt-1 蛋白表達量也升高，且Flt-1mRNA 也高水平表達。用E2處理后VEGF 的表達升高，使大鼠子宮發生浸滲，產生水腫現象。這些研究結果說明，在發情周期VEGF 和受體通過其表達變化來調節血管通透性［15，16］。因此，發情周期中，VEGF及其受體在激素的調節下參與子宮內膜血管的重組過程。

3 哺乳動物妊娠期子宮內膜的血管新生

哺乳動物妊娠期，胎兒正常發育需要足夠的營養，而營養物質供應則需要豐富的血液來運輸。因此，在妊娠期子宮內膜的血管經歷了3 個適應性改變，即血管舒張、滲透性增加及新血管的生長和發育［17，18］。

3.1 胚胎植入中子宮內膜血管新生及VEGF的調控

胚胎植入過程中最顯著的現象是胚泡植入部位的血管通透性顯著增加，一般認為，這是胚胎植入最早的必備事件之一［19］。研究表明，VEGF 在胚胎植入過程中參與了血管通透性的調節，介導子宮內膜血管變化和血管發生，同時子宮內膜血管系統在植入前期就開始擴張，植入后擴張幅度更大，這一過程是子宮內膜發育和植入的前提［20］。在嚙齒類動物中，隨著胚泡在子宮內膜的粘附和浸潤，血管通透性逐漸增高。對小鼠、兔和倉鼠等動物的研究清楚表明，VEGF 在血管通透性改變和血管發生中起重要作用［21］。Flt-1mRNA 從小鼠妊娠第4 天開始在基質中表達，隨妊娠時間的推移，表達量逐漸增加。Flt-1 和Flk-1mRNA 同時表達于第5～8 天的系膜和對系膜側的蛻膜層，而緊密圍繞植入胚泡的無血管初級蛻膜區域未見表達［2］。這些結果表明，VEGF 受體不僅參與了系膜側蛻膜化以建立胎盤的血管發生，而且還持續增加了對系膜側區域性血管通透性。在恒河猴和人類的研究中也同樣發現，VEGF 調節了圍植入期血管通透性的變化，而且VEGF 的局部過量表達可以引起其受體的上調，導致局部血管通透性的增加和血管發生［8，22］。

3.2 胚胎發育過程中血管新生及VEGF 調控

在胚胎植入子宮后，尤其是胚胎浸潤母體滋養層后，誘導子宮內膜有大量血管發生，在這一過程中VEGF 及其受體的表達與血管發生的時間是相一致的。隨著胚胎早期分化開始，VEGF 刺激蛻膜、胎盤血管膜及子宮內膜細胞的生長和增殖。在血島中能夠檢測到具有同樣受體結合能力的VEGF［23］。研究表明，早在人胚胎植入前的8 細胞期，VEGF 基因即被激活，而人的基因組大約在4 細胞期即被激活［24］。因此，VEGF 出現在首批被轉錄的基因中［24］。通過對VEGF + /-和VEGF- /-胚胎干細胞系的研究發現，雜合子VEGF+ /-胚胎發育是不正常的，但并沒有立即死亡，而純合子VEGF- /-的胚胎由于血管形成的嚴重破壞而導致在妊娠期間(第11 ～12 天) 死亡。VEGF 的缺陷嚴重損害了血管早期形成，包括血島分布(血管生成) 、從已有血管處出芽(血管發生) ，腔體形成和相互聯系的建立［25］。研究表明，小鼠胚胎發育期間心血管系統的正常發育可能依賴于VEGF 濃度變化，如果在發育階段VEGF 表達量降到一定的閾值以下，組織將會導致不可逆的損傷，這說明胚胎血管發生對VEGF 呈劑量依賴性［26］。

利用同源重組的方法將Flk-1 失活，將會導致小鼠胚胎因造血障礙和子宮內膜細胞早期發育損傷而死亡(第8.5 ～9.5 天) ，并發生卵黃囊血管缺乏，造血干細胞數量急劇下降，這些結果均說明Flk-1 對胚胎和卵黃囊血管發生及血島生成都是必不可少的［27］。同樣Flt-1 突變的小鼠胚胎雖然能形成內皮細胞，但是裝配成的血管卻發生異常，胚胎在妊娠中期(第8.5 ～9.5 天) 即死亡。這些研究結果表明，在血管發生過程中Flt-1 可能調節內皮細胞同其它細胞以及細胞同胞外基質之間的相互作用，而且Flt-1 失活將導致嚴重的血管系統紊亂［28］。因此，VEGF 及其受體對胚胎發育中血管發生和血管新生起著重要的作用。

4 胎盤的血管發生和血管生成

胎盤的血管生長是在著床期開始的，并且在整個妊娠期持續。在這個階段先形成原始絨毛、次級絨毛和三級絨毛，原始祖細胞或核樣結構變得明顯，隨后出現紅細胞及不完全的毛細血管層，從已經存在的毛細血管中的末端形成新的血管芽，最后血管彎曲膨脹，形成竇狀隙并且突出到滋養層，形成所謂的合胞體毛細血管膜。從一些血管芽可以看到，這可能是由干細胞分化來的，后者借助于母胎間的營養和氣體交換。胎盤是血管物質的主要來源，并且在調節胎盤的血管形成中起重要作用，在絨毛膜滋養層和絨毛膜基質的胎兒巨噬細胞中都有VEGF 的表達，且在絨毛上皮細胞和細胞滋養層中表達Flt-1 和Flk-1 兩個受體，暗示VEGF 不但在血管形成中，而且在滋養層侵入中起作用［29］。Fukushima K 等［30］發現，VEGF 誘導ITGAV/ITGB3 表達，增強具有向內皮分化潛力的TCL1 的粘附功能，促進血管的形成。Anteby EY［31］認為，VEGF 刺激了滋養細胞u-PA、PAI- 1、MMP9 的活性，從而調節其侵襲性。

5 結語

雌性哺乳動物的子宮內膜的血管生成是其組織生長和發育的基礎，是維持其結構完整和功能的重要因素。國內外大量的研究結果證實，血管新生的主要調控因子是VEGF，因而對于VEGF 在雌性哺乳動物子宮內膜上表達的相關研究亦成為研究子宮內膜血管新生的主要手段。從研究的對象來看，這方面的研究仍以實驗模式類動物研究為主，在家畜方面的研究還相對較少。因此，深入研究雌性家畜子宮內膜的血管新生機制，將會為提高其繁殖效率提供重要的理論依據。

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