雌激素與孕激素對子宮內膜異位癥及不孕癥病因的分子機制研究進展

劉天澤

佳木斯大學臨床醫學院，黑龍江 佳木斯 154000

子宮內膜異位癥（Endometriosis，EMs）是一種長期的慢性疾病，相關癥狀主要包括不孕以及慢性盆腔疼痛。子宮內膜的異位病變受到雌激素孕激素代謝的影響。雌激素與孕激素通過它們的同源核受體，雌激素受體（Estrogen receptors，ESR）與孕激素受體（Progesterone receptor，PGR）不僅調控子宮內膜的周期性變化，還是早期成功妊娠的重要決定因素。雌激素在月經周期的增殖期誘導上皮細胞增殖以增加子宮內膜厚度，孕激素在分泌期抑制雌激素誘導的增殖并使得基質細胞在分泌期開始蛻膜化，為受精卵著床做準備。當受到嚴格調控的雌激素與孕激素信號平衡喪失時，激素對子宮內膜正常的生理調控作用喪失，子宮內膜異位癥以及相關不孕癥隨之產生。

1 孕激素

孕激素是調節女性正常生殖系統的類固醇激素，調節卵母細胞的成熟、排卵、形成月經、促進著床和蛻膜化等一系列女性生殖系統的功能。生理情況下，孕激素可以刺激羥類固醇脫氫酶17β2抗體（HSD17B2），將生物活性強的雌激素雌二醇（E2）轉化為雌激素弱雌酮（E1）。相比于正常女性，子宮內膜異位癥女性孕激素的傳導的信號通路會發生改變，導致孕激素反應性降低，這導致了雌激素優勢與孕激素抵抗［1］。而當雌孕激素平衡被打破時，子宮內膜異位癥間質細胞表達低水平的PGR，使得其鄰近的上皮細胞表達HSD17B2 下降，導致雌激素E2 過量。從表觀遺傳學的角度上看，與孕激素轉導通路相關的基因，經過甲基化和組蛋白的乙酰化等修飾，以及受到microRNAs（miRNAs）的翻譯干預，會異常表達，從而對整個信號傳導通路產生影響［2］。

1.1 孕激素失調子在宮內膜異位癥產生過程中的分子生物學機制

1.1.1 孕激素受體PGR 孕激素的作用由PGR介導，分為2 個亞型，PRA 和PRB。在子宮內膜異位的各種類型的細胞中，PRA和PRB的表達普遍較低，導致了孕激素對受體的反應性降低。PGR表達與PGR基因的高甲基化修飾以及異常乙酰化修飾相關。除此之外，一些調控PGR基因的轉錄因子表達異常也會導致孕激素失調［3］。眾多PGR相關的調節因子中2種信號轉導通路的調節因子以及相關的表觀遺傳學機制。

1.1.2 STAT3 STAT3 是參與PGR 表達的轉錄激活因子，參與受精卵著床以及早期妊娠的建立。STAT3在患有子宮內膜異位癥的女性以及靈長類動物中異常增高。其發生機制可能是由粒細胞集落刺激因子以及白介素6（IL-6）、白介素10（IL-10）上調STAT3 及其下游信號分子缺氧誘導因子1α（H1F1A）所介導。IL-6以及IL-10都與子宮內膜異位癥子宮內膜異位基質細胞促纖維化表型的激活相關［4-6］。在表觀遺傳學方面，STAT3 的激活還受到非編碼RNA調控，包括長鏈非編碼RNA （lncRNA）以及微RNA（microRNA，miRNA）［7］。近年來，研究發現的可上調STAT3介導的子宮內膜異位增殖以及組織重塑miRNA包括miR-202-3p、miR-424-5p 等［8-9］。已被證實的miRNA 可以成為子宮內膜異位癥潛在的生物學標志，但這些非編碼RNA作用于STAT3的方式涉及多種表觀遺傳學機制，仍有待進一步研究。

1.1.3 HOXA10 另一個重要的PGR 靶點是Homebox 蛋白（HOXA10），它是同源盒基因家族的轉錄因子，對其下游的靶基因PGR基因有重要的調節作用。HOXA10已被證實在Ems女性中呈現基因沉默。機制包括HOXA10基因的甲基化對轉錄的阻遏作用以及組蛋白對HOXA10基因的轉錄阻遏作用［10-11］。研究［12］表明，在HOXA10 的啟動子區域內組蛋白H3/H4 在病變子宮內膜中的乙酰化程度較正常的正位子宮內膜更低。這說明，HOXA10的低表達可能是基因的甲基化修飾以及組蛋白去乙酰化對轉錄阻遏作用的共同結果。除了轉錄過程的異常，HOXA10的轉錄后翻譯修飾過程在正常女性與子宮內膜異位癥的女性中也存在差異。研究顯示，一種在子宮內膜異位癥女性中過表達的蛋白PCAF ，為HOXA10 相互作用蛋白，并通過在K338和K339 處乙酰化HOXA10 蛋白來抑制HOXA10 介導的ITGB3 轉錄［13］。除了以上兩種機制外，HOXA10 還受到miRNA 的調節。在研究正位子宮內膜間質細胞（EuESC）中分離出的外泌體中miRNA時發現，相比于正常的女性，子宮內膜異位癥女性HOXA10 mRNA 相關的miRNA含量顯著降低［14］。

HOXA10蛋白對PGR的調控重點體現在表觀遺傳學機制的多個方面，包括轉錄以及翻譯過程中的甲基化，乙酰化修飾以及miRNA 的調控。除了以上兩種PGR 的重要靶點，一些其他的重要靶點：WNT4、、MIG6、FOXO1 和CRISPLD2、SOX17、IHH在子宮內膜異位癥的正位子宮內膜中減少，尤其是在分泌期［15］。這些靶點都子宮內膜異位癥以及不孕癥的共同潛在作用靶點。

1.2 孕激素失調在子宮內膜異位癥相關不孕癥中的分子生物學機制

1.2.1 孕激素對受體的反應性下降 子宮內膜異位癥患者中，合并不孕癥的患者占比20%～40%。導致不孕的重要原因為孕激素的反應性下降，受體數量減少，在分泌期所誘導褪膜化作用減弱，抑制雌激素能力降低，導致子宮內膜異位癥患者合并不孕癥的概率增加。PGR的兩個受體基因的異常表達和受體比例失衡也是導致子宮內膜異位癥以及相關不孕癥的重要原因。PRA的過表達會導致子宮內膜增生以及不孕癥［16］。所以，孕激素自身生理功能的喪失、受體表達的異常以及與雌激素平衡之間的破壞都將導致不孕。

1.2.2 孕激素相關候選基因表達水平下降 目前很多研究證實，大多數子宮內膜異位癥相關候選基因的下調直接對應著不孕癥的產生。WNT4、HOXA10、MIG6、FOXO1、FOX17、IHH 這幾種重要的PGR 靶點或介質，在子宮內膜異位癥的正位子宮內膜分泌期顯著減少，并非常可能影響了胚胎的著床、腺體的發育和褪膜化［15，17］。很多轉錄因子或調控蛋白已被證實是介導子宮內膜異位癥和不孕癥的共同靶點。例如，一種可以與PRA 直接結合的蛋白ARID1A，與PRA 共定位于子宮內膜上皮細胞。子宮內膜異位癥的女性子宮內膜中的ARID1A 水平顯著降低，PGR信號丟失而無法生育［18-19］。

1.2.3 孕激素相關基因表觀遺傳學改變 子宮內膜異位癥相關不孕癥的病因也可以從表觀遺傳學角度闡述。其中，基因的甲基化仍是重要的機制之一。轉錄因子HOXA10的啟動子區域基因在子宮內膜異位癥女性子宮內膜中呈現高度甲基化，對應基因的沉默［20］。基因沉默的原因可能是在炎癥免疫因素誘導下，在其上游miRNA、DNA甲基轉移酶對其調控的結果。組蛋白低乙酰化也是重要機制。子宮內膜異位癥女性的子宮內膜整體底乙酰化，導致了基因沉默。而這種低乙酰化水平與組蛋白去乙酰化酶相關。有研究［21］表明，組蛋白去乙酰化酶3 （HDAC3）在患有子宮內膜異位癥的女性子宮內膜中下調，并促進子宮內膜的纖維化，并導致容受缺陷。

2 雌激素

據報道，子宮內膜異位癥患者的子宮內膜基底層干細胞脫位和增殖能力增強。這種異常增強的增殖能力很可能與雌激素的大量表達高度相關，因為雌激素可促進子宮內膜基質細胞的遷移、黏附、增殖，以及誘導血管生成，并且大量產生的雌激素可以介導炎性物質、金屬蛋白酶、前列腺素產生，促進子宮內膜異位并調控細胞凋亡。研究證實，具有干細胞樣特性的表觀遺傳缺陷和抗孕激素的正位子宮內膜基質細胞可能通過月經逆行到達盆腔，可持續大量分泌雌激素［22］。雌激素的大量表達還與雌激素組有關（雌激素組是腸道微生物組中參與雌激素代謝的基因的集合）。當腸道微生物組失調時，大量產生的雌激素可通過循環從腸道轉移到子宮內膜以及腹膜微環境［23］。這是雌激素分泌異常增加的典型環境因素。因此，雌激素的大量表達不僅與子宮內膜細胞自身異常有關，還很可能與除生殖系統以外的其他靶器官異常相關。

2.1 雌激素失調子在宮內膜異位癥產生過程中的分子生物學機制

2.1.1 雌激素過表達 雌激素大量表達的子宮內膜細胞內機制為：子宮內膜基質細胞可以分泌更多的芳香化酶P450.這種酶可以促進雄激素向雌激素轉化。而雌激素的大量產生誘導環加氧酶（COX-2）進一步產生雌激素，同時，COX-2 的大量產生使得前列腺素E2 水平上升，進一步加強了芳香化酶P450 的活性，這個正反饋過程是誘導雌激素大量產生的重要閉合環路。此外，雌激素的大量產生還與生殖系統細胞以外物質有關，包括血源性、免疫原性調控因子，以及多種靶器官的調控因子。例如，血小板可以通過激活NF-κB 和TGF-1 上調與雌激素產生相關物質在子宮內膜異位基質細胞中產生［24］。這些外源性物質是促使雌激素大量產生的重要媒介，并可以為子宮內膜異位癥的治療提供了新思路。

2.1.2 雌激素相關基因表觀遺傳學改變 在表觀遺傳學水平，一些參與雌激素生成的重要轉錄因子的表觀遺傳學改變會促使雌激素表達大量增加。參與膽固醇向雌二醇轉化的孤兒核受體類固醇生成因子SF1，其啟動子CpG 島的低甲基化促進了SF1 激活因子對SF1 的轉錄促進作用，從而促進了雌激素的大量生成。卵巢中的異位子宮內膜SF1的過表達還與microRNA23a/b 對SF1 的抑制失調有關［25-26］。這說明，與雌激素表達相關的轉錄因子表觀遺傳學異常是導致雌激素大量表達的重要原因。

2.1.3 ESR異常表達 產生雌激素的效應主要通過雌激素受體ESRα和ESRβ實現。研究表明，子宮內膜異位癥患者分泌期的ESRα水平明顯升高，且ESRα的表達受到雌激素的直接調控［27］。子宮內膜異位癥患者的α、β受體比例也存在異常，這與轉錄因子GATA-6的甲基化以及雌激素生長調節抑制因子RERG的甲基化有關［28］。

2.2 雌激素在子宮內膜異位癥相關不孕癥中的分子生物學機制

子宮內膜異位癥患者的不孕癥與雌激素大量表達以及所介導的炎癥免疫反應直接相關。雌激素依賴和孕激素抵抗是導致子宮內膜細胞異位著床、減少細胞凋亡和增加氧化應激、炎癥和神經血管生成的重要因素。另外，一些環境毒物如雙酚A、雌激素組（腸道微生物組中編碼雌激素代謝酶的基因的集合），以及陰道菌群的破壞都可以影響雌激素的信號傳導通路以及產生表觀遺傳學改變從而導致子宮內膜異位癥以及不孕癥的產生［29］。大量雌激素所介導的正反饋機制以及大量雌激素所介導的孕激素反應性降低是導致不孕的重要機制

雌激素的大量產生的正反饋環路中，雌激素是異位子宮生長的必要條件，PGE-2和細胞因子介導疼痛、炎癥和不孕的重要因素，高濃度的COX-2 導致高細胞增殖、低水平細胞凋亡、高侵襲、血管生成、子宮內膜異位癥相關疼痛和不育。一項研究［30］表明，COX-2 編碼基因的祖先等位基因啟動子CpG島的異常甲基化（-765G/C）與中度/重度子宮內膜異位癥的病理進展風險增加以及生育能力有關，這可能導致子宮內膜異位癥相關的不孕癥。還有研究［31］表明，編碼芳香化酶的基因CYP19A1 在患有子宮內膜異位癥的不孕女性卵丘細胞中的表達降低。以上表明，雌激素正反饋閉合環路中的每種物質都參與了子宮內膜異位癥相關不孕癥的產生。

3 總結與展望

作為一種長期有關痛經、盆腔疼痛和不孕癥相關的慢性婦科疾病，子宮內膜異位癥與孕激素的反應性降低以及雌激素的大量產生高度相關。在雌、孕激素以及各種細胞因子、微生物等多種調控因子的共同作用下，子宮內膜得以遷移并異位定植。在表觀遺傳學水平，雌激素、孕激素及其受體的基因異常修飾以及相關轉錄因子基因的異常修飾在更加微觀的層面調控雌、孕激素的表達。

明確子宮內膜異位癥的分子生物學發病機制有助于對診斷的早期明確以及治療方法的改進。提高診斷的準確率和尋找侵入性診斷的替代方法是目前的重要研究方向。在表觀遺傳學水平上，一些與雌激素、孕激素表達高度相關的基因受到異常修飾，還受到miRNA等非編碼RNA的異常調控，從而表達異常。然而，這種異常改變的可逆性也帶來了表觀遺傳重編程的嘗試機會，讓我們看到了通過非侵入性成像技術診斷子宮內膜相關不孕癥的可能性。