miR-21介導的轉化生長因子-β信號通路在子宮內膜異位癥發病中的作用

陳繼明，高紅艷，李沁，蔣國華，吳潔

（1.蘇州大學附屬第三醫院婦產科，常州 213003；2.南京醫科大學第一附屬醫院婦產科，江蘇省婦幼保健院，南京 210099）

子宮內膜異位癥（Endometriosis，EMS）是有功能的子宮內膜腺體或間質異位在子宮腔之外，其主要發生部位為盆腔生殖器官、腹膜、膀胱與直腸等。EMS是一種常見的婦科良性疾病，在育齡婦女中大約10%～15%發病，而在不孕癥婦女中，EMS的發病率更是高達25%～40%，且存在逐年上升趨勢［1］。雖然已有大量學者對EMS的基礎和臨床方面進行了深入的研究，但迄今為止EMS 的病因及發病機制尚未完全明確。有較多研究報道，EMS主要病理過程引起盆腔炎癥和纖維化［2］，EMS的發生和纖維化相關因子的異常表達關系密切。轉化生長因子-β（Transforming growth factor-β，TGF-β）是目前所發現的最強的致纖維化因子，主要參與組織的纖維化作用［3］，而miR-21是調控TGF-β信號通路中關鍵miRNA，參與EMS的盆腔纖維化過程。研究表明，TGF-β的促纖維化作用在miR-21水平的上調時明顯增強［4-6］。本文綜述miR-21 介導的TGF-β信號通路在EMS 發生中的重要作用，以明確EMS的發生的分子機制，為臨床上探尋EMS新的治療靶點和提高EMS 的治療效果具有重要意義。

一、EMS的主要臨床特征與纖維化的發病機制

EMS的主要臨床表現為痛經、慢性盆腔痛、性交痛、月經異常及不孕。它對患者的生活質量產生了嚴重影響，已成為令婦科醫生最為困擾的臨床難題之一。EMS病變廣泛，形態多樣，雖為良性病變卻具有明顯的惡性生物學行為，如病變的浸潤、轉移及復發。這種性質良性而行為類似惡性的疾病一直讓婦科臨床醫生困擾不堪。雖然目前已有多種方法可用于診斷與治療EMS，但臨床結果卻并不令人滿意。因為無論采用何種治療措施，EMS的5年復發率均在40%以上［3］。

目前有關EMS的研究，主要集中于EMS患者異位內膜的來源以及EMS的病灶及其微環境等方面。在眾多有關EMS的理論學說中，主導理論是經血逆流、異位內膜種植和體腔上皮化生學說以及在位內膜決定論等。Sampson（1920 年）首先提出子宮內膜種植學說，即婦女在經期時子宮內膜腺上皮和間質細胞可隨經血倒流，經輸卵管進入腹腔，種植于卵巢和盆腔腹膜，并在該處繼續生長和蔓延，形成盆腔EMS。郎景和等［7］根據EMS患者的在位子宮內膜與非EMS患者的在位子宮內膜存在基因表達等方面差異提出了EMS的在位內膜決定論。近年來的研究提出了EMS發病的3A 模式，子宮內膜細胞在異位種植的過程中，需要經過粘附、侵襲、血管形成（Attachment，Aggression，Angiogenesis）這三個主要步驟。即子宮內膜組織脫落降解隨月經血逆流→侵襲并種植在盆腔→子宮內膜細胞異位增生→新生血管生成→病灶產生。在此一系列的過程中，經血逆流是疾病之誘因，而局部病理生理環境的改變是外部因素，多種細胞因子協同作用在這復雜的病理生理過程中發揮著十分重要的作用［8-9］。

研究認為，EMS主要病理過程引起盆腔炎癥和纖維化［2］，纖維化的發生可能是EMS 發生機制的一個重要方面，這也很好的解釋了EMS 患者往往存在不同程度的盆腔粘連形成，從而引起不孕。盆腔炎癥和纖維化的產生可導致患者盆腔粘連及卵巢巧克力樣囊腫（子宮內膜異位囊腫）的形成［2］，但這其中具體的發病機制與病理生理過程迄今尚未完全明確。近年來，有關EMS 的基礎研究取得了新的進展，并提出了EMS的3A 發病模式（包括粘附、侵襲和血管形成），但此模式在EMS的致病過程中可能需要多種細胞因子、轉移因子以及生長因子的相互協同作用［5］。這其中整個過程的調控機制還不明確，盡管目前有國內外學者在分子機制方面探尋了EMS 的發病機理，但在基因水平方面調控的研究尚不多見，從基因調控層面探尋EMS 發病機制、探討新的EMS 治療方法必將具有巨大的臨床意義。

二、TGF-β在EMS發生中的重要作用

TGF-β是迄今所發現的最強的致纖維化因子，也是增加細胞外基質（Extracellular matrix，ECM）的最重要的細胞因子［3］。TGF-β有著多種生物學功能，其主要由巨噬細胞合成與分泌，通過和細胞膜或細胞漿的Ⅰ型、Ⅱ型受體結合，形成復合物，從而廣泛參與多種病理生理過程。TGF-β對細胞的增殖與分化、ECM 的增加、創傷愈合、胚胎發育、血管生成、細胞凋亡及機體免疫系統均有重要作用［10］。TGF-β主要參與組織的纖維化作用，能刺激間質細胞生長，對ECM 的產生有明顯的促進作用，能引起膠原蛋白和纖維連接蛋白的增加，對纖維化的形成具有重要的起始促進作用。現已發現哺乳動物TGF-β有三種異構體，即TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三種亞型，三者的功能相似且相互依賴，其中以TGF-β1活性最強［11］。

研究認為，在EMS 的形成過程中細胞因子TGF-β均有直接或者間接的參與。TGF-β能有效促進細胞粘附蛋白及其受體的轉錄和翻譯，在數量和種類上改變細胞整聯蛋白的表達，提高其對ECM的粘附，并通過調節蛋白酶的表達抑制ECM 的降解［12］，使盆腔組織更易于被異位的子宮內膜細胞粘附。作為強效的致纖維化因子，TGF-β能明顯促進纖維母細胞的增生、膠原的沉積和纖維蛋白的形成，同時增加ECM 的合成、減少其降解，最終導致盆腔纖維化的發生和盆腔粘連的形成，并促使EMS 的發生與發展，引起不孕［5］。此外，TGF-β可有效活化血管內皮生長因子（VEGF），增加子宮內膜異位病灶周圍微血管的形成［11］，導致異位子宮內膜細胞的種植、增殖與侵潤。有研究認為TGF-β在腹膜異位病灶神經纖維的高表達與EMS 的痛經有關。TGF-β在EMS中的異常表達通過使異位子宮內膜細胞逃避機體免疫監視并促使異位內膜病灶新生血管的生成，為異位子宮內膜的種植、增生及轉移創造了必要的條件。TGF-β促使纖維母細胞增生并在神經纖維中高表達，導致盆腔粘連的形成和痛經的出現，最終引起患者不孕和慢性盆腔疼痛（CPP）癥狀［12］。因此，TGF-β可能在EMS的發生發展中發揮重要的作用，有望能為EMS的發病機制和防治策略的研究方面提供一定的思路和依據。

三、TGF-β／smad信號通路在EMS發生發展中的重要作用

臨床實踐發現，EMS患者往往存在不同程度的盆腔粘連。而盆腔EMS患者的粘連常常與手術所致的粘連不同，EMS病灶周圍粘連、纖維組織增生，并造成組織的攣縮變形，引起病灶局部解剖學結構的改變。研究表明，TGF-β可以通過促使纖維母細胞的增生、膠原蛋白的沉積和纖維蛋白的形成，參與EMS粘連的形成，導致盆腔粘連與解剖變形，最終導致EMS患者不孕等嚴重并發癥［12-14］。體外實驗也顯示TGF-β能促進異位內膜細胞的增殖、生長，促進纖維化和腹膜粘連。鑒于此，可以認為TGF-β系統介導的纖維化過程的發生可能是EMS發生機制中的一個重要方面。大量研究證實，TGF-β是目前所發現的最強的致纖維化因子，也是增加ECM的重要細胞因子，可以激活纖維母細胞轉化為成纖維細胞，促進ECM 的產生，對纖維化的形成具有重要的起始促進作用［15］；Smad蛋白是TGF-β的作用底物，其磷酸化后可穿越胞膜。因此，Smad蛋白既是胞內信號分子，又起到轉錄子的作用。TGF-β／Smad信號通路由TGF-β及其受體（TGF-βⅠ型受體和TGF-βⅡ型受體）以及受體底物Smad蛋白家族信號分子等組成，是纖維化發生的主要信號傳導途徑。TGF-β／Smad信號通路是TGF-β發揮生物學作用的主要通路，在纖維化機制中起重要作用，是多種臟器纖維化疾病的病理發生過程中關鍵的生物調節通路［16］。實驗證實，TGF-β／Smad信號通路對于肝纖維化的啟動以及肝星狀細胞的激活與轉化起著至關重要的作用。在心肌、腎、肺、腹膜等其他纖維化疾病的多項研究中也陸續提示，TGF-β／Smad信號通路是導致纖維化進展的關鍵通路，TGF-β 還可能與纖維化程度密切相關［17-18］。因此，TGF-β／Smad信號通路以其在纖維化疾病中高表達，具有強大的促纖維化作用及可調控纖維化主要相關蛋白表達的特點，成為極具價值的纖維化疾病診治的新靶點。

研究證實，TGF-β在EMS患者腹水、血清及異位內膜組織中的表達明顯高于正常對照組，TGF-β在EMS的發生發展中可能發揮重要作用［12］，但TGF-β在EMS 發病中的確切機制尚不完全清楚，且TGF-β／Smad信號通路與EMS發生發展的關系亦無定論，需要進一步的深入研究。

四、miR-21 在纖維化疾病中的作用及調控TGF-β／Smad信號通路參與EMS發生的可能機制

作為一類內源性非編碼的小分子單鏈RNA，miRNA 的長度約為19～25個核苷酸。miRNA 通過與mRNA 的3’非編碼區（3’UTR）進行完全或不完全的互補配對結合，導致靶mRNA 的降解或者翻譯過程抑制，從而在轉錄后的水平調控靶基因。成熟的miRNA 的3’端有一個羥基，而5’端存在一個磷酸基團，這是miRNA 與其他功能性的RNA 降解片段相區別的重要標志。已證實miRNA 及其靶基因的表達異常，為多種疾病的病因，并成為生物學領域研究的熱點［19］。

研究證實，miR-21在肝、腎和肺等臟器的纖維化疾病中具有明顯的致纖維化作用［20］。如前所述，TGF-β參與了多種器官與組織纖維化的發生和發展過程，TGF-β的過度表達與體內的纖維化及致癌過程密切相關［15］。Cano等［21］在揭示TGF-β誘導人角質化細胞上皮間充質轉分化的miRNA 表達譜時，采用了基因篩選、靶序列預測以及與基因表達譜數據庫相結合的方法，描述出TGF-β 所指向的miRNA 的表達框架。其中上調的miRNA 有miR-21、miR-137、miR-32 以 及miR-346，其 中 下 調 的miRNA 有miR-211、miR-210、miR-136 以及miR-192。上述8個miRNA 與上皮間充質轉分化效應相關，且各自均有獨特的靶序列。研究證實，miR-21在鼠的乳腺癌模型中明顯上調，如果除去miR-21則可明顯抑制TGF-β誘導產生的細胞上皮間充質轉化以及細胞的遷移與侵潤［22］。相關研究表明，腫瘤細胞可以破壞miRNA 的穩態機制，從而阻礙TGF-β發揮作用。miR-21及miR-17是調控TGF-β信號通路中的關鍵miRNA，其在肝臟及中樞神經系統（CNS）的細胞凋亡中也發揮上述類似的作用［4-5］。在特異性肺纖維化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis，IPF）中約有10%的miRNA 出現明顯的改變，其中下調的miRNA 有miR-30、miR-29等，上調的miRNA 則主要有miR-21及miR-155［23-24］。Liu等［25］研究了miR-21在IPF 中發揮的作用，發現經過博來霉素處理之后，IPF 的小鼠模型以及IPF 患者肺組織成纖維細胞中的miR-21 的表達增加。TGF-β可增加初級肺纖維母細胞內miR-21 的表達，而miR-21表達的增強又明顯增強纖維母細胞內的TGF-β的促纖維化作用。反之，如將miR-21進行基因沉默，TGF-β 的促纖維化能力就會被削弱。由此可見，miR-21可以明顯放大TGF-β信號通路，促進TGF-β的致纖維化作用。目前已得到證實的多個miR-21 靶基因中，COL1A1、COL1A2、COL3A1 和FBN1 基因等為細胞纖維化相關蛋白［23］。miR-21通過調控這些蛋白表達，參與了多個信號通路的調控，其中包括導致纖維化最重要的TGF-β／Smad信號通路。因此，建立在目前相關研究的基礎上，miR-21可能通過如下機制調控TGFβ／Smad信號通路并參與EMS發生與發展：子宮內膜細胞發生異位種植后，miR-21水平上調，通過其靶基因對TGF-β／Smad信號通路進行調控，TGF-β／Smad信號通路表達增強，發揮致纖維化作用，從而導致EMS的發生與發展。

五、結語與展望

綜上所述，以miRNA-21為切入點，分析miRNA-21的生物學功能與EMS發生的關系，并深入探討miRNA-21調控EMS形成的TGF-β／Smad信號通路，得到以下假說：異位子宮內膜細胞發生種植后，通過上調miR-21水平，由其靶基因調控TGFβ／Smad信號通路，促使TGF-β／Smad信號通路表達增強，啟動致纖維化過程，從而導致EMS的發生與發展。如能下調miR-21 水平以抑制TGF-β／Smad信號通路的表達有可能成為EMS治療的一個新治療靶點。此為臨床上明確EMS 的發生機制，探尋新的EMS治療方案、提高EMS的治療效果具有重要意義。

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