雌二醇對哺乳動物子宮內(nèi)膜血管生成調(diào)控的研究進(jìn)展

孫宛序，黃啟震，李博宇，蘇運(yùn)澤，張翹楚，肖龍菲，齊曉龍，邢 凱，王相國，盛熙暉，郭 勇，倪和民

（1北京農(nóng)學(xué)院動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 102206；2中國動物疫病預(yù)防控制中心，北京 100125）

0 引言

子宮內(nèi)膜會隨著雌性哺乳動物的發(fā)情周期和雌二醇(estradiol,E2)的作用發(fā)生周期性變化，同時子宮內(nèi)膜中的血管也會隨著發(fā)生一系列的生理變化[1]。動物在受精之后會出現(xiàn)胚胎著床期，這時子宮內(nèi)膜的容受性是與血管有關(guān)的。促進(jìn)血管生成的調(diào)控因素有很多，如血管內(nèi)皮生長因子(vesselendothelium growth factor,VEGF)、表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)、堿性成纖維細(xì)胞生長因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)、血管生成素1/2(angiopoietins1/2,ANGPT1/2)等。然而VEGF作為重要的促進(jìn)血管生成的調(diào)控因子[2]，除促進(jìn)血管生成之外，另外的作用是維持血管的通透性對血管運(yùn)輸所需要的養(yǎng)分。

在與子宮相關(guān)的活動中，如雌性動物的發(fā)情、胚胎著床與妊娠等，E2都作為子宮的重要調(diào)節(jié)激素，并且研究發(fā)現(xiàn)其參與子宮血管形成調(diào)節(jié)。本研究旨在總結(jié)哺乳動物中血管生產(chǎn)過程中E2對VEGF調(diào)控的進(jìn)展。

1 子宮中E2的合成與作用途徑

1.1 E2的作用與合成

雌二醇在體內(nèi)靶組織眾多，不僅能影響生殖器官的生長，還能維持第二性征、參與細(xì)胞的生殖與分化[3]、對骨骼肌的發(fā)育有一定的影響、在異常情況下可誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生[4]。

在雌性動物機(jī)體的子宮內(nèi)，有研究表明了E2的合成原理，是促黃體激素(Luteinizing hormone,LH)作用于卵巢的卵泡內(nèi)膜細(xì)胞，雌激素會產(chǎn)生睪酮，然后睪酮通過擴(kuò)散的方式進(jìn)入到顆粒細(xì)胞中；進(jìn)而顆粒細(xì)胞在卵泡刺激素(Folliclestimulating hormone,FSH)的作用下，芳香化酶活性增強(qiáng)，催化睪酮脫去19-甲基，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)镋2[5]。

1.2 E2的作用途徑

一般情況下，雌激素通過介導(dǎo)受體而發(fā)揮作用。受體包括核受體(nuclear estrogen receptor,nER)和膜受體(G protein-coupled estrogen receptor,GPER)。另外核受體有兩種類型，分別為雌激素受體α(Estrogen receptor alpha,ERα)和雌激素受體β(Estrogen receptor beta,ERβ)。

在哺乳動物體內(nèi)，經(jīng)典的核受體ER受E2介導(dǎo)會發(fā)揮基因轉(zhuǎn)錄效應(yīng)，有研究證實(shí)了，敲除核受體ERα的成年母鼠的卵泡會有出血或囊腫的癥狀，終會導(dǎo)致不孕[6]。如果敲除受體ERβ，小鼠的生育能力會降低[7]。雌激素與存在的新型膜受體GPER能夠以摩爾級的親和力結(jié)合，并且可以快速誘導(dǎo)信號通路的激活，如三磷酸肌醇(inositoltrisphosphate,IP3)和細(xì)胞外調(diào)控蛋白激酶(extracellularregulatedproteinki-nases,ERK)等信號通路[8]。但是GPER不像ERα和ERβ可以直接調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄效應(yīng)，而是通過間接或反式的方式激活下游多種信號通路而發(fā)揮非基因轉(zhuǎn)錄效應(yīng)。GPER能夠與E2有高度的親和力，表明它能夠有補(bǔ)充E2生物學(xué)效應(yīng)的部分空缺[9]。另外在很多癌癥相關(guān)的研究中發(fā)現(xiàn)，GPER參與了很多由雌激素所介導(dǎo)的病理性效應(yīng)[10]。雌激素與GPER結(jié)合的相關(guān)研究說明了子宮內(nèi)膜癌的非基因轉(zhuǎn)錄效應(yīng)機(jī)制，是E2與GPER結(jié)合使下游的磷酯酰激醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信號通路得以活化[11]。Li等[12]研究發(fā)現(xiàn)，GPER還能夠調(diào)控雌性動物子宮內(nèi)卵母細(xì)胞的成熟，為下一步的受孕做準(zhǔn)備。

2 血管生成對子宮的影響

在發(fā)情周期內(nèi)子宮內(nèi)膜血管系統(tǒng)會發(fā)生變化，而妊娠活動會引起子宮血管的劇烈變化[13]。哺乳動物血管新生在發(fā)情周期和妊娠活動過程中貫穿始終，包括黃體形成、子宮內(nèi)膜的容受性變化、胚胎著床以及母體胎盤形成[14]。國外相關(guān)研究結(jié)果證實(shí)，在動物子宮的種植窗期子宮內(nèi)膜的容受性是由血管的生成來評判的[15]。此外，胎盤的發(fā)育還與血管的生成密切相關(guān)[16]，在妊娠期間胎盤交換物質(zhì)的數(shù)量主要取決于胎盤血管的增長程度，而胎兒胎盤血管發(fā)生是血管新生的結(jié)果[17]，胎盤血管的正常生成是胎盤發(fā)育的關(guān)鍵，其能夠保證供給胎兒足夠的營養(yǎng)物質(zhì)；保障了胎兒的存活率及發(fā)育生長的需求。然而，血管形成受到障礙則會造成多種妊娠疾病，如母體胎盤功能衰退，胎兒在子宮內(nèi)生長受到阻礙、母體子癇等[18-19]。

3 E2與相關(guān)因子在子宮疾病及腫瘤中對血管生成的調(diào)控

因?yàn)樽訉m中血管的生成與腫瘤組織中的新生血管的作用一致，都是提供豐富的養(yǎng)料和氧氣[20]。腫瘤相關(guān)文獻(xiàn)表明，血管過快生長，可以提供給腫瘤生長所需要的營養(yǎng)，從而促進(jìn)實(shí)體瘤快速增長然后加速腫瘤細(xì)胞的浸潤和向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移擴(kuò)散[21-22]。也有哺乳動物子宮疾病相關(guān)研究表明，子宮內(nèi)膜異位的發(fā)生發(fā)展過程中與血管生成有必然的關(guān)系，并且血管生長占有重要位置。其病理是因?yàn)楫愇惶幍难苌L，能夠?yàn)椴≡钐峁┴S富的營養(yǎng)物質(zhì)[23]。

在腫瘤細(xì)胞中及子宮疾病中，促進(jìn)其血管生成的因子較多。堿性成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor,FGF)是一種促分裂素，有較高的生物活性，可分為堿性成纖維細(xì)胞生長bFGF和酸性成纖維細(xì)胞生長aFGF。在血管基底膜中，F(xiàn)GF發(fā)揮作用的方式是通過肝素酶、蛋白酶降解而釋放出來[24]。bFGF及其受體能夠在某些腫瘤組織中高表達(dá)，有研究表明主要有惡性黑色素瘤、卵巢癌和非小細(xì)胞肺癌[25]。bFGF可以促進(jìn)細(xì)胞的分裂[26]，在局部癌變的組織研究中發(fā)現(xiàn)，bFGF能夠促進(jìn)癌變部位組織的血管生成，從而進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤的生長[27]；此外，EGFR是一種膜表面?zhèn)鞲衅鳎哂欣野彼峒っ富钚浴２粌H可以維持腫瘤細(xì)胞的增殖與活化，也可以促進(jìn)腫瘤組織血管的生成[28]。

而且，VEGF在血管生成方面雖然是最強(qiáng)的促進(jìn)生長因子，卻也會與其他因子和激素相互影響，以達(dá)到使VEGF更穩(wěn)定表達(dá)的目的[29]。在血管生成的機(jī)制中有研究表明，bFGF能夠通過促進(jìn)VEGF的表達(dá)以達(dá)到促進(jìn)血管的生成的目的[30]。VEGF能夠有效地提供給腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移以及其他腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移所需要的生長基質(zhì)。VEGF成功提供生長基質(zhì)后，接著參與腫瘤新血管的生成[31]。低氧誘導(dǎo)因子(HIF-1α)作為調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞適應(yīng)低氧的核心轉(zhuǎn)錄因子，也會促進(jìn)VEGF的增加。在E2誘導(dǎo)子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞產(chǎn)生VEGF、bFGF的研究中，前期表明在使用E2作用于細(xì)胞后，VEGF和bFGF的表達(dá)都有所增加；后期使用信號通路PI3K/AKT的抑制劑，發(fā)現(xiàn)抑制劑能夠通過E2對信號通路的抑制減少VEGF和bFGF的生成[32]。在血管瘤細(xì)胞中，E2與VEGF都存在的情況下，血管瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖能力明顯增強(qiáng)。所以，表明了E2與VEGF兩者之間存在協(xié)同作用[33]。

有國外學(xué)者在研究牛發(fā)情期子宮內(nèi)膜組織的變化過程中發(fā)現(xiàn)，在卵泡期和黃體期水牛的子宮內(nèi)膜和子宮肌層的厚度增加是因?yàn)榇萍に氐乃缴邔?dǎo)致的[34]。因?yàn)椋訉m內(nèi)膜層和子宮肌膜層都含有大量的血管，國內(nèi)相關(guān)研究也表明了，隨著發(fā)情周期雌二醇水平的變化，牦牛子宮內(nèi)膜層的厚度也在發(fā)生的變化[35]。所以，子宮內(nèi)膜組織厚度的變化是因?yàn)榇贫嫉纳叨龠M(jìn)了血管的生長，最終導(dǎo)致子宮內(nèi)膜層和子宮肌膜層增厚。研究顯示，反芻動物綿羊的子宮內(nèi)膜上皮的生長與雌激素的全身性濃度有關(guān)，以及雌激素刺激子宮內(nèi)膜腺，會使子宮內(nèi)膜腺提前發(fā)育，表明雌激素可能通過影響一些生長因子的表達(dá)而對子宮內(nèi)膜的發(fā)育產(chǎn)生影響[36]。在奶牛相關(guān)試驗(yàn)研究中，有發(fā)現(xiàn)：隨著奶牛的生理變化，發(fā)情期間體內(nèi)的雌激素水平變高時，其子宮內(nèi)膜會因血管的生成而增厚[37]。通過E2作用于奶牛子宮內(nèi)膜組織的相關(guān)試驗(yàn)研究中，結(jié)果表明：從E2作用4～48 h時間段，隨著作用時間的延長，bFGF的蛋白表達(dá)量表達(dá)量明顯上升[38]；奶牛子宮內(nèi)膜組織的VEGF表達(dá)量表達(dá)也顯著升高[39]，說明E2通過誘導(dǎo)的奶牛子宮內(nèi)膜組織中促血管生長的相關(guān)因子的表達(dá)，最后促進(jìn)子宮內(nèi)膜的生成以達(dá)到子宮內(nèi)膜組織生長修復(fù)的目的。

另外，也有文獻(xiàn)報道雌激素與其受體結(jié)合發(fā)揮的作用更強(qiáng)，肺腺癌細(xì)胞的體外培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，雌激素與其核受體中的ERβ結(jié)合，VEGF的表達(dá)量能夠有所提高。最終提升肺腺癌血管內(nèi)皮的增殖、遷移和小管形成的能力[40]。國內(nèi)外對癌癥發(fā)生的機(jī)制的研究比較多，有關(guān)研究表明，在乳腺癌腫瘤血管的形成的機(jī)制中，E2和GPER結(jié)合能夠反式激活下游的HIF-1α/VEGF信號通路，從而促進(jìn)了乳腺癌腫瘤血管的形成[41-42]；在甲狀腺癌中；E2與GPER結(jié)合，使下游的PI3K/Akt信號通路被激活，促進(jìn)VEGF的表達(dá)量上調(diào)[43]，從而調(diào)節(jié)促進(jìn)了甲狀腺癌的生成。GPER在雌激素調(diào)節(jié)的VEGF在ER陰性乳腺癌細(xì)胞的表達(dá)研究中，發(fā)現(xiàn)E2和GPER選擇性配體G-1觸發(fā)GPER/EGFR/ERK信號通路，通過上調(diào)HIF-1α導(dǎo)致VEGF升高[44]。

4 子宮中有關(guān)血管生成的調(diào)節(jié)因子

在雌性動物妊娠期間，bFGF會參與胎盤血管的形成；并促進(jìn)子宮螺旋動脈形成維持正常胎盤血管的功能[45]。有學(xué)者通過分子實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了在牛妊娠早期胎盤組織中存在FGF-4的表達(dá)[46]。也已經(jīng)證實(shí)FGF-2是一種血管源性因子，可以調(diào)節(jié)胎盤的血管形成和舒張[47]；更早期有研究者表明了[48]，在孕早期和末期子宮內(nèi)FGF-2mRNA有高表達(dá)，說明了在妊娠期間FGF-2mRNA的表達(dá)能夠調(diào)節(jié)子宮內(nèi)血管的生成。國外有研究認(rèn)為，在母馬妊娠期間，表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF)與母體所分泌的雌激素有協(xié)同作用，可以促進(jìn)胎盤的生長從而使胎兒的成熟[49]。另外，有學(xué)者研究了肝素結(jié)合樣表皮生長因子(HB-EGF)對胎盤生長發(fā)育的影響[50]，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充HB-EGF能夠明顯使子宮中VEGF的表達(dá)增強(qiáng)，能夠誘導(dǎo)胎盤的生長；如果缺乏HB-EGF，胎盤組織中毛細(xì)血管密度明顯降低，進(jìn)而胎盤的生長也會收到阻礙。然而，在雌性動物的妊娠期間VEGF能夠增加血管的通透性和促進(jìn)血管的形成，VEGF幫助建立胎盤，維持胚胎在整個妊娠期間的發(fā)育[51]。而且，Evans[52]研究證實(shí)了，在機(jī)體處于妊娠時，VEGF的表達(dá)量會反應(yīng)血管的生成情況。所以，在子宮發(fā)育與妊娠期間，VEGF依然是至關(guān)重要的。

VEGF在哺乳動物發(fā)情周期以及妊娠過程的各個階段子宮內(nèi)膜中均有表達(dá)[53]。VEGF在卵母細(xì)胞成熟、子宮內(nèi)膜血管化、子宮發(fā)育、胚胎種植、胎盤血管形成以及整個妊娠過程中都有較強(qiáng)作用。在關(guān)于小鼠妊娠的研究試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，VEGF可表達(dá)于雌性小鼠在妊娠早期著床胚泡周圍的細(xì)胞中，并且具有特異性[54]。在此說明在胚胎的著床初期，VEGF在調(diào)節(jié)血管生成過程中具有重要的作用。最近幾年研究者對血管生成不足導(dǎo)致流產(chǎn)有一定的研究，為血管生成不足導(dǎo)致流產(chǎn)提供了證明。在機(jī)體妊娠過程中，VEGF也會受其他的因子和激素的調(diào)節(jié)，有研究結(jié)果表明，E2可以有效地誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)下游的VEGF在子宮內(nèi)膜組織中的周期性表達(dá)[55]。在奶牛子宮內(nèi)膜組織體外培養(yǎng)的培養(yǎng)基中加入E2后，VEGFmRNA的表達(dá)量會隨著培養(yǎng)的時間而升高[56]。近年來，很多研究表明了母性動物先兆性流產(chǎn)可能的原因是血管生成不足造成的，而血管生成和血管的重建是決定雌性動物妊娠是否能夠成功的關(guān)鍵一步。而作用最強(qiáng)的VEGF最重要的作用是促進(jìn)血管生長，母畜妊娠早期，很多因素能夠相互調(diào)節(jié)使VEGF表達(dá)量上升來維持正常妊娠的進(jìn)行，主要包括雌二醇的濃度和細(xì)胞因子[29]。

5 展望

雌激素在動物機(jī)體的各個器官組織中、在不同的生理狀態(tài)下都有不同的作用。奶牛業(yè)一直是國內(nèi)需要堅(jiān)持發(fā)展的畜牧業(yè)，奶牛生產(chǎn)性能的研究在臨床上也備受關(guān)注。因?yàn)槟膛５纳a(chǎn)與雌性奶牛息息相關(guān)，母牛子宮的質(zhì)量決定了生產(chǎn)的持續(xù)與否。在雌性動物的妊娠過程中,卵巢所分泌的雌激素在奶牛的生產(chǎn)生殖的過程中起到了主導(dǎo)作用，而子宮對營養(yǎng)的要求也比較高，需要VEGF來維持血管的密度與通透性以達(dá)到運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)的目的。

雖然目前在其他組織和癌癥相關(guān)研究中，E2通過調(diào)控VEGF促進(jìn)血管生成的機(jī)制已有很多的研究。然而，E2對哺乳動物子宮血管調(diào)控方面的研究還比較少。在奶牛的發(fā)情和妊娠過程中，已經(jīng)表明血管的生成對于雌性動物后期的妊娠至關(guān)重要，E2在其過程中起主導(dǎo)作用，可以調(diào)控VEGF的表達(dá)量，從而維持血管的通透性以達(dá)到運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)，防止或減少其他并發(fā)癥的產(chǎn)生。可在雌性動物機(jī)體子宮內(nèi)膜中，E2調(diào)控VEGF促進(jìn)血管生成的機(jī)制尚不明確，還需要進(jìn)一步探討。