子宮內膜離子通道對子宮內膜容受性的影響

邊小慧 劉天楠 段子博 張可心 林曉華

離子通道是生物膜上的一個蛋白質孔，它們是跨膜蛋白，可以使離子流過細胞或細胞膜。它們允許離子通過，然后誘導膜電位、離子濃度和PH的變化，影響細胞轉導中的第二信使信號。在調節(jié)上皮離子轉運、液體運輸、信號轉導等生理過程中發(fā)揮重要作用。

子宮內膜細胞中發(fā)現(xiàn)了一些離子通道的表達。在植入過程中參與調節(jié)子宮腔液的分泌以及胚胎與子宮內膜之間的“對話”[1]。目前，子宮內膜或子宮內膜細胞中有14多種離子通道，包括囊性纖維化跨膜電導調節(jié)劑(CFTR)，上皮鈉離子通道(ENaC)和各種鈣、鉀離子通道。各種離子通道在子宮內膜上皮和基質層被認為與子宮內膜接受和胚胎植入密切相關[2]。其相關機制可能是，它們參與子宮腔液量的調節(jié)和蛻膜化，并表達與植入有關的基因[3]。另外，有研究報道，離子通道的不正常表達會破壞子宮內膜的接受能力，這與植入失敗有關[1]。

一、囊性纖維化跨膜電導調節(jié)因子(CFTR)

囊性纖維化跨膜轉導調節(jié)器是一種cAMP激活的Cl-通道，CFTR介導Cl-的流出并將水驅入內腔，這對于分泌上皮液至關重要。它具有調節(jié)子宮內膜上皮細胞(EECs)凋亡活性的作用，并與上皮鈉離子通道(ENaC)相互作用，這被認為是調節(jié)子宮液吸收和分泌的主要機制。雖然已知EECs凋亡發(fā)生在蛻膜化植入之前，但過度凋亡可能是有害的，并與妊娠失敗有關。

在植入過程中，CFTR的N調節(jié)導致最大限度的的液體吸收和最小的液體分泌，導致子宮液減少。植入期間，由于細菌感染或激素紊亂，CFTR異常上調導致滲出物增多或EECs凋亡增加，從而導致植入失敗。胚胎著床早期，子宮CFTR水平下降。CFTR的下調導致液體分泌減少和最大吸收，從而減少著床所需的子宮液量并抑制ENaC介導的子宮內膜吸收，幫助胚胎植入。總之，為了確保成功，必須在植入過程中降低CFTR。

二、上皮鈉離子通道

上皮鈉離子通道ENaC也稱氨基酰敏感性鈉通道(ASSC)或鈉通道非神經元(SCNN1)，由a、b和g亞基(a-ENaC、b-ENaC和g-ENaC)組成。ENaC在上皮液體吸收中起著重要作用，尤其是在肺和腎臟中。在子宮內膜中，可以看到氨基酰敏感的鈉吸收功能。免疫組織學研究表明，a-ENaC在人子宮內膜上皮細胞壁膜中表達。通過鑒定子宮內膜Na+/K+-ATP酶活性，通常認為，就像在肺和腎臟中一樣，子宮腔Na+被EECS通過頂部的ENaC吸收，然后被基底外側Na+/K+-ATP酶吸收。酶被運輸?shù)窖褐小＿@會導致整個子宮內膜上皮的Na+梯度，從而提供驅動力將水從子宮腔吸收到血液中。

1.ENaC與蛻膜化：蛻膜化是卵巢激素引起的。子宮重構/分化是胚胎著床的必要條件。子宮內膜是一種高度再生的組織，在為胚胎植入做準備的增殖、分化、分解和修復的重復周期中經歷了廣泛的重塑。子宮內膜間質由一組額外的子宮內膜細胞組成，這些細胞將上皮細胞群與子宮肌層分開，其厚度在生殖激素、雌激素和孕酮的影響下發(fā)生變化。在排卵前和卵泡期的月經周期中，雌激素可引起子宮內膜增生和增厚。排卵后，黃體雌激素刺激子宮內膜孕酮分化。當子宮內膜準備好接受合格胚胎時，它們對高孕酮水平的反應稱為蛻膜化。

子宮內膜間質細胞(ESCs)的增殖分化為分泌生長因子的大而圓的蛻膜細胞，即所謂的蛻膜化，對于成功的植入和妊娠是必需的。蛻膜異常可導致早產和胎兒死亡[4]。蛻膜化是由子宮內膜活檢等宮內機械刺激引起的，受激素調節(jié)，因為對于人類來說，蛻膜化出現(xiàn)在正常月經周期的黃體期[5]。此外，蛻膜化也受到胚泡的影響，胚泡啟動蛻膜的形成。當子宮內膜上皮被破壞時，蛻膜被排除在外。在正常著床初期，囊胚附著在子宮內膜上皮上，促進蛻膜中物理信號的形成。此外，侵入性囊胚釋放出不同類型的卵子，這是成功著床和蛻膜形成所必需的。同時，一些上皮離子通道對機械力敏感或被蛋白酶介導的切割激活，這表明子宮內膜上皮中的離子通道對囊胚來源的因子做出反應，因此在調節(jié)蛻膜形成中發(fā)揮作用。

ENaC在將信號從植入的胚胎轉化為下游細胞反應，從而導致基質蛻膜化中起關鍵作用。在胚胎植入過程中可見ENaC的高表達水平，其在子宮液體吸收和蛻膜信號轉導中的作用表明，胚胎植入需要ENaC。

ENaC是調節(jié)子宮腔液(ULF)分泌和吸收的主要調節(jié)劑，子宮腔液體對于人體植入具有重要作用，植入期間清除URF會導致子宮閉合，從而促進胚胎和子宮內膜上皮之間的物理相互作用，這是人類植入所必需的，因為它可以使胚胎與腔上皮建立并保持接觸。

簡言之，ENaC參與子宮液的吸收，調節(jié)子宮內膜容受性，促進蛻膜形成，促進胚胎著床。

三、鈣離子通道

長期以來，細胞內鈣離子(Ca2+)對于植入是必需的。通過Ca2+通道流入的Ca2+基本上有助于Ca2+的動員。Ca2+參與了與植入相關的各種過程，包括調節(jié)胚泡-子宮內膜黏附、肝素結合EGF樣生長因子(HB-EGF)信號、上皮緊密連接、蛋白酶活性、上皮運輸和子宮內膜。此外，有報道鈣結合蛋白CABP-9K、CABP-28K和S100P可調節(jié)子宮內膜容受性[6]。鈣通道參與蛻膜形成，可能有助于胚胎的關鍵功能[7]。鈣是包括受精、蛻膜化和著床在內的各種重要事件的關鍵因素。子宮內膜上皮細胞是與移植胚胎接觸的第一個細胞，對子宮內膜容受性起重要作用。下層基質將其蛻膜化并促進母胎界面，從子宮腔進入蛻膜區(qū)的Ca2+通量明顯大于非蛻膜區(qū)，因此，Ca2+通道參與蛻膜化。

Ca2+是生物體必不可少的重要陽離子，在許多細胞過程中(包括生殖)中起著第2信使的作用。色氨酸通道被認為是重要的細胞感受器，它們在人子宮內膜間質細胞中的功能表達使其成為蛻膜化和胚胎植入過程中介導細胞間信號轉導的良好候選者。Ca2+參與多種細胞信號轉導途徑和細胞黏附的調節(jié),是胚胎著床過程中子宮內膜上皮細胞轉化和基質細胞的蛻膜化所必需的。

1.VDCC離子通道：VDCC離子通道是由去極化膜電壓激活的一組Ca2+通道，根據(jù)其激活和機制可分為不同類型。L型VDCC介導相對持續(xù)的Ca2+內流，并在子宮內膜上皮中具有功能活性。ENaC激活的L型VDCC引起膜去極化，ENaC可激活CREB和Cox-2,VDCC誘導Ca2+內流導致EECS中CREB磷酸化、Cox-2表達上調和PGE2釋放，導致共培養(yǎng)基質細胞蛻膜化[8]。因此，L型VDCC是ENaC參與蛻膜基質形成的信號通路的關鍵，參與蛻膜化和著床。

2.TRP離子通道:TRP離子通道是非電壓依賴性Ca2+滲透性陽離子通道的一個超家族，據(jù)報道在子宮內膜也有表達[9]。該超家族中的TRP規(guī)范(TRPC)家族被認為是細胞內Ca2+儲存耗盡引起的Ca2+內流的分子實體，即所謂的“儲存操作的Ca2+內流”(SOC)。E2誘導的瞬時Ca2+影響細胞內Ca2+儲存的減少，并顯著增加細胞內Ca2+儲存的減少，這與色氨酸通道參與子宮內膜自分泌細胞的調節(jié)有關[10]。

3.大電導鈣激活鉀通道:大電導鈣激活鉀通道(BKCa)可通過改變子宮內膜WOI因子影響胚胎著床，其機制包括膜電位調節(jié)、細胞內Ca2+穩(wěn)態(tài)和子宮內膜細胞NF-κB活化。BKCa的激活引起膜超極化，增強了Ca2+內流的驅動力，使細胞內Ca2+升高，從而激活了細胞內Ca2+依賴過程[11]。當IbTX阻斷BKCa或下調BKCa時，ATP或E2誘導的細胞內游離Ca2+瞬變明顯減少。另一方面，子宮內膜細胞膜電位的降低可改變某些膜電位依賴的過程，類似于某些神經元的釋放遞質[12]。

在人類EEC中發(fā)現(xiàn)了BKCa，與月經周期的增殖期比較，分泌中期的表達水平更高[13]。值得注意的是，從在分泌中期接受體外受精(IVF)的女性收集的子宮內膜樣本可見，與成功妊娠的婦女比較，失敗妊娠的女性的BKCa酶蛋白水平較低。總之，BKCa在激活膜中超極化并且在子宮內膜細胞中表達。綜上所述，細胞內Ca2+在植入過程中起重要作用。它參與胚胎著床和調節(jié)子宮內膜容受性。

四、鉀離子通道

子宮內膜上皮細胞存在鉀離子(K+)通道，且K+通道參與子宮電解質的轉運。K+通道通過調節(jié)EECS中的膜電位和VDCC導致蛻膜化。蛻膜化始于ESCs的增殖。K+通道調節(jié)胚胎著床前或著床期間子宮內膜上皮細胞和間質細胞的凋亡過程。此外，在小鼠、大鼠和倉鼠中，植入胚胎周圍的腔上皮細胞在植入前或植入期間也發(fā)生凋亡[14]。細胞增殖和凋亡之間的平衡是胚胎著床成功的關鍵，因為凋亡水平的增加與人類妊娠失敗有關。

K+離子通道在決定細胞膜電位方面起關鍵作用，它可以直接介導鈣離子信號的轉導，改變膜電位，并影響細胞增殖和分化。許多細胞表達鈣離子激活鉀通道(KCa)，其重要功能是改變鉀離子的跨膜轉運，并最終改變膜電位。此外上皮K+通道與其他上皮離子轉運蛋白/通道協(xié)同工作，并在氣道和腎臟的上皮液轉運中起重要作用，調節(jié)胚胎植入前或植入過程中的凋亡過程[15]。

在胚胎植入前期, cAMP激活的氯離子通道和上皮鈉離子通道之間相互作用,Na+吸收和Cl-分泌取決于基底側K+通道的活性。子宮腔液的動態(tài)減少使子宮腔隙減小, 有助于胚胎緊密附著在內膜上皮[16]。胚胎植入是一個侵入性的漸進過程，K+通道參與胚胎著床過程。總之，K+通道參與胚胎植入過程中細胞增殖、凋亡和細胞膜電位的調節(jié)。

五、水通道蛋白3

水通道蛋白3(AQP3)受雌激素(E2)和孕激素(P4)調節(jié)，誘導子宮內膜上皮細胞上皮-間充轉化(EMT)。雌孕激素調節(jié)子宮內膜容受性。AQP3調控EMT相關因子的表達，影響肌動蛋白細胞骨架重組，促進細胞遷移和侵襲。

人類中子宮內膜上皮細胞(EECS)的分化是通過改變卵巢類固醇水平來調節(jié)整個月經周期。在月經周期中，子宮內膜首先進入增殖期，然后進入分泌期，AQP3在子宮內膜分泌中后期的表達明顯高于其他時期。在這個階段，子宮內膜開始接受胚胎。在胚胎發(fā)育過程中，為了給胚胎穿透創(chuàng)造空間，胚胎內皮細胞需要凋亡并遷出植入部位。在胚胎侵襲過程中，EEC的運動可以重建子宮內膜上皮切片。然后胚胎被上皮細胞覆蓋，EEC屏障得以恢復。EEC運動的上調是由卵巢類固醇激素和植入介導的上皮-間充質轉化(EMT)誘導的。此外，宮內環(huán)能釋放銅離子，影響子宮內膜接受性。銅離子可抑制AQP3的功能，提示IUR可能通過下調AQP3的表達而影響EEC的運動。

在RL95-2(高接受性)細胞中AQP3的表達高于HEC-1A(低接受性)細胞，而HEC-1A通常用于研究子宮內膜容受性[17]。E2和P4上調RL95-2細胞和HEC-1A細胞AQP3的表達。總之，AQP3在子宮內膜容受性中發(fā)揮重要作用，可作為體外種植床窗的標志物，其異常導致反復植入失敗和其他子宮內膜接受缺陷。

六、血清糖皮質激素調節(jié)激酶 (SGK1)

SGK1作為一種廣泛表達且高度保守的絲氨酸-蘇氨酸激酶，已成為許多生理過程的匯聚節(jié)點，是胚胎植入的基礎。SGK1被認為是不孕不育Na+通道的調節(jié)因子，其屬于cAMP依賴性蛋白激酶，在整個生殖軸和妊娠維持上發(fā)揮關鍵作用[18]。它通過調節(jié)ENaC的正確表達和活性，調節(jié)植入囊胚和母體子宮內膜之間的初始相互作用，包括平衡腔液，轉換胎母信號，調節(jié)著床相關基因的表達以及促進蛻膜基質細胞的分化和存活。SGK1參與胚胎植入，植入的起始是囊胚附著于子宮內膜上皮。接近囊胚的獲得主要是由卵巢雌激素和孕酮(P4)介導的，這兩種激素對于所有哺乳動物的妊娠開始和早期生存都是必需的[19]。

SGK1有助于植入前宮內液體(ULF)的立即再吸收，并有助于固定著床所必需的囊胚，SGK1可增加人氣道上皮細胞中CFTR的豐度[20]。因此，SGK1活性的降低會下調CFTR，有助于降低圍著床期ULF分泌和著床所需的最大UF吸收。SGK1參與多種細胞Na+/K+-ATP酶的活性，宮腔上皮內SGK1的短暫降低通過平衡CFTR、ENaC和Na+/K+-ATP酶的活性促進胚泡附著，從而在子宮內膜接受性窗口達到適當?shù)囊后w吸收和宮腔關閉 。一些實驗表明在早期流產的婦女的子宮內膜上皮和蛻膜中，CFTR低表達，ENaC的高表達[21]。因此，CFTR和ENaC在子宮中的共表達對胚胎植入具有重要意義。簡而言之，SGK1 在生殖事件中起重要作用。

七、展 望

綜上所述，子宮內膜容受性與多種離子通道相互影響，且多種離子通道相互作用。近年來，在子宮內膜中發(fā)現(xiàn)了許多離子通道，雖然這些離子通道在子宮內膜中的功能作用還遠未被了解，但其中一些離子通道在胚胎著床過程中扮演關鍵角色。Ca2+通道受到來自于胚胎植入的卵巢激素或因子的嚴格調控，在調控囊胚-囊腫黏附到子宮內膜中發(fā)揮作用。通過CFTR和ENaC在著床過程中的差異表達和定位，以及K+通道和其他轉運體，使子宮腔液減少，在著床前獲得最大液體吸收，從而在著床前將胚胎固定在原位。

AQP3作為子宮內膜接受標志物，與其他離子通道之間相互作用，負責子宮腔水分子的雙向轉運，調節(jié)著床期間子宮腔液量，并在著床窗口期高表達,對胚胎著床起正向調控作用，促進子宮鎖的形成，通過影響子宮內膜細胞的侵襲和遷移促進胚胎著床的順利進行。SGK1在受體窗口期間的下調促進了胚胎著床，兩種相關的絲氨酸/蘇氨酸激酶和SGK1的平衡活性至關重要地控制著植入過程，其可以用于生殖醫(yī)學，由于SGK1磷酸化增加，ENaC激活，可以用于避孕目的。

隨著科技進步和研究深入，將進一步發(fā)現(xiàn)離子通道對子宮內膜容受性的作用和其在整個著床過程中的作用，更好地指導臨床實踐，為一些疾病的發(fā)病機制提供見解，為植入失敗的診斷和治療提供新的目標，探索一些離子通道作為診斷和治療不孕不育或相關疾病的目標的潛力以及新型避孕藥的應用。