宮腔粘連發病機制的研究進展*

劉昀華,朱宏濤 綜述,胡建國審校

(重慶醫科大學附屬第二醫院婦產科,重慶 400072)

宮腔粘連(intrauterine adhesion,IUA)又稱Asherman綜合征,是一種常見的婦科疾病,1894年FRITSH[1]最先報道了1例清宮術后繼發閉經的病例,首次定義了IUA。之后ASHERMAN[2]于1948年明確了結構性創傷和IUA之間的關系,于1950年提出了“創傷性IUA”的概念。IUA多由子宮內膜基底層損傷導致的宮腔部分或全部閉塞引起,其臨床表現通常為月經減少、閉經、盆腔疼痛、不孕或反復流產等。近年來,IUA的病因、診斷、治療等研究取得一定的進展。 本文參考國內外文獻,對IUA發病機制的最新研究進展進行一定闡述。

1 臨床病因學

子宮腔操作史可能是IUA形成的主要因素,研究證明94.3%的IUA患者均有相關病史[3]。除此之外,年齡、種族、遺傳、子宮疾病、陰道菌群等因素均會影響IUA的發生。研究顯示,在微生態水平上,IUA患者克雷伯菌屬、希瓦菌屬、乳酸桿菌的檢出率均高于非IUA者[4],不動桿菌檢出率明顯低于非IUA患者,提示子宮內膜微生物群變異可能是IUA的發病原因之一。

2 組織學病因

子宮內膜的修復機制目前有3種假說,分別是殘存內膜上皮分裂增生、子宮內膜干細胞分化和間質-上皮轉化(mesenchymal-epithelial transition,MET),這3種機制共同維持著內膜的正常形態和功能。子宮內膜包括功能層和基底層,正常月經時只有功能層受卵巢激素影響而發生剝脫,孕激素撤退導致的炎癥反應與炎癥激活的修復作用同時進行,最終達到平衡。而宮腔操作導致的醫源性損傷通常傷口深達基底層,正常的內膜組織殘留過少,細胞數量減少、功能受損,局部缺血缺氧導致活性氧增加[5],同時Ⅰ型膠原蛋白過度沉積,炎癥反應與修復作用的平衡被打破,最終導致IUA發生。

3 分子學病因

3.1 轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)信號通路

目前研究認為,纖維細胞增生異常活躍是IUA的主要發病機制,其中TGF-β是經典的促纖維化因子,與IUA的發生密切相關[6]。TGF-β超家族是一個結構相關的蛋白家族,Smad蛋白是TGF-β超家族下游最重要的細胞內信號轉導蛋白之一。在纖維化過程中,TGF-β超家族的二聚配體與細胞膜表面的Ⅰ型和Ⅱ型受體結合成為異四聚體并使受體磷酸化,活化的受體激活Smad2和Smad3,這些效應子與Smad4結合轉移至細胞核參與調節靶基因的轉錄[7],這種機制主要發生于活化的成纖維細胞和肌成纖維細胞內[8]。在各種器官的動物實驗中,抑制TGF-β均可以達到明顯的抗纖維化效果[9-10]。目前針對TGF-β相關通路的靶向治療主要包括抑制五羥色胺[11]、干擾TGF-β受體[12]、核受體[13-14]等。TGF-β通路已經是公認的纖維化核心通路,針對TGF-β通路多個下游靶點的聯合治療將是未來方向之一。

維生素D受體(vitamin D receptor,VDR)是核受體超家族中的一員,其配體1,25-二羥維生素D3[1,25-(OH)2D3]是一種來源于維生素D3的代謝活性激素。VDR可以與磷酸化的Smad3結合,減少Smad靶基因轉錄,從而抑制TGF-Smad通路[15],這與纖維化的發病息息相關。1,25-(OH)2D3可以通過抑制人肺泡上皮中的上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)來減弱TGF-β誘導的促纖維化作用[16],反之,缺乏維生素D也會誘導纖維化疾病發生[17]。值得注意的是,補充維生素D時需要監測體內1,25-(OH)2D3前體即25羥維生素D[25(OH)D]的含量,有研究證實過量25(OH)D會加重間質細胞纖維化程度[18]。

微RNA(microRNA,miR)是一種是長約22個核苷酸的非編碼RNA,廣泛存在于各種生物中。LI等[19]用miR-29b模擬物分別轉染經TGF-β1刺激前后的胚胎干細胞(embryonic stem cell,ESC)并觀察細胞內纖維化相關因子α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)、I型膠原α1鏈 (collagen type 1 α1,COL1A1)及磷酸化Smad2/3(p-Smad2/3)的表達水平,實驗結果證實miR-29b可以從mRNA和蛋白水平抑制纖維化相關因子的表達,同時抑制ESC向肌成纖維細胞的轉化,減緩纖維化進程。NING等[20]分析比較了正常子宮內膜組織和IUA患者內膜組織的miR表達譜和纖維化相關因子表達水平,結果顯示IUA患者子宮內膜組織中miR-326下調,miR-326水平與TGF-β1、α-SMA和COL1A1表達水平呈負相關;而miR-326的過表達可以通過抑制IUA患者ESCs中TGF-β1的表達來阻斷TGF-β1/Smad3信號通路的激活。以上結果顯示,miR可能成為IUA治療的潛在靶點。

自噬在細胞內普遍存在,正常情況下能夠清除細胞的代謝廢物和老舊細胞器,此過程能夠為細胞提供部分能量并更新細胞器。ZHOU等[21]比較了IUA患者和正常子宮內膜周期者的轉錄譜,發現IUA患者子宮內膜上皮細胞和基質細胞的自噬水平均明顯降低,其中上皮細胞的自噬受損更為明顯,且自噬水平與EMT進程呈負相關。自噬可以被(extracellular matrix,ECM)中膠原的沉積激活,通過降解和重吸收作用促進膠原分解及成熟TGF-β1的降解,最終延緩纖維化進展[22]。然而,TGF-β1的過度抑制也可能會導致全身性的炎癥和免疫性疾病,自噬作用過強也會導致正常細胞器的損傷,如何平衡TGF-β和自噬的關系,以及如何將藥物作用范圍限制在損傷部位仍是需要攻克的難題。

3.2 Wnt信號通路

Wnt信號通路參與細胞正常發育,腫瘤發生、發展等多項生理活動,包括經典通路、非經典細胞極性通路和非經典鈣信號通路3種不同的Wnt信號通路[23]。其中經典通路為Wnt/β-連環素(β-catenin)信號通路,它參與細胞生長凋亡與腫瘤發生、發展,與心、腎、肝、肺等多種器官的纖維化有關[24]。有研究顯示,四氯化碳(CCl4)誘導的肝纖維化小鼠中Polo激酶1(PLK1)升高,抑制PLK1可以減少肝星狀細胞(hepatic stellate cells,HSCs)的活化并促進其凋亡,而PLK1介導的HSC活化則必須有Wnt/β-catenin信號通路參與[25]。Wnt/βcatenin通路與RAS/TGF-β/Smad通路間的互相干擾在組織纖維化中起重要作用,通過調節Wnt/β-catenin通路和ECM形成,可以有效抑制TGF-β對人ESC的促纖維化作用[26]。

3.3 Sonic hedgehog(SHH)通路

Hedgehog(HH)通路最初在果蠅中被發現,它是一種進化上高度保守的通路[27]。一般脊椎動物中存在3種HH同源基因:SHH、desert hedgehog(DHH)和Indian hedgehog(IHH),這3種基因分別編碼3種配體。其中,SHH被認為和多種器官纖維化進程相關[28-30]。當SHH與細胞表面受體Patched(Ptc)結合時,經典的SHH通路被激活,導致Ptc抑制的G蛋白偶聯受體Smoothened(SMO)釋放。隨后SMO誘導Gli轉錄因子在核內積累,觸發大量影響細胞周期進程、EMT的靶基因激活[31]。CHUNG等[32]培養了在肝內穩定表達SHH配體的小鼠,實驗結果顯示:SHH肝臟Ⅰ型膠原、α-SMA、EMT標志物、TGF-β1表達明顯增加,肝纖維化相關基因如基質金屬蛋白酶組織抑制劑-1(tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1,TIMP-1)和基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)也在SHH肝臟中上調,提示SHH表達導致了ECM的積累和纖維化信號的激活。

SHH通路還存在非經典途徑,即Gli可以繞過經典的HH配體和受體被激活。LIANG等[33]用Gli抑制劑、SMO抑制劑處理肺纖維化小鼠,并制造選擇性耗盡Gli2的成纖維細胞,以此分析Gli2與TGF-β信號轉導的關系,結果顯示:TGF-β可以通過Smad3上調Gli2并誘導Gli2的核積累,Gli2成纖維細胞特異性敲除可以保護小鼠免受纖維化誘導。這項研究結果提示,Gli2可以整合SHH途徑和TGF-β途徑的信號并促進組織纖維化。LIN等[34]實驗驗證了激活的Gli2可促進子宮內膜纖維化的假設。以上表明,Gli2是SHH非經典通路中促進纖維化進程的主要激活因子,可能成為未來治療的主要靶點。

3.4 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路

mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶,也是重要的自噬調節劑。mTOR通常以mTOR復合體(mTORC)的形式存在,mTORC包括mTORC1和mTORC2,其中mTORC1負責調控細胞周期和蛋白質的合成,與自噬相關。生理狀態下,mTORC1處于激活態,抑制自噬表達;細胞受損時mTORC1被抑制,自噬活性增強[35]。正向調控mTOR的通路包括磷脂酰肌醇3-激酶(P13K)/蛋白激酶B(AKT)/mTOR通路、鈣離子信號通路、環腺苷酸(cAMP)/蛋白激酶A(PKA)信號通路等,負向調控mTOR的通路有AMP激活的蛋白激酶(AMPK)/結節性硬化復合物1/2(TSC1/2)/mTOR通路、內質網應激(ER stress)通路、缺氧-低氧誘導因子(hypoxia-HIF)通路等,p53根據其所處位置可以發揮雙向調控作用。

AMPK主要作用是維持細胞代謝的能量平衡。AMPK和mTORC1通過感知細胞內的三磷酸腺苷(ATP)和營養(葡萄糖和氨基酸)水平,在平衡細胞能量動態平衡中發揮重要作用[36],它們也是觸發自噬的關鍵上游調節因子。ZHANG等[37]在體內實驗中創建了特異性mTOR敲除骨關節炎小鼠作為實驗組,并建立對照組進行比較,結果顯示實驗組小鼠的滑膜纖維化程度明顯減輕,提示mTOR消失導致自噬增加有利于減緩纖維化進程;在體外實驗中用雷帕霉素處理了人骨關節軟骨細胞并監測自噬相關蛋白,體內外結果均顯示mTOR抑制或缺失導致了骨關節炎滑膜細胞中AMPK1和UNC-51樣激酶1(ULK1)的上調,自噬通量升高,提示mTOR抑制自噬的能力可能通過ULK1/AMPK1途徑實現。

mTORC1通路可以接受多個方向的細胞刺激信號來調控能量物質的合成和自噬,這個優點使其成為極有研究價值的藥理學靶點。WEI等[38]在體外實驗中發現在人子宮內膜基質細胞系(T-HESC)中,SHH通路通過磷酸化AKT(pAKT)-mTORC1軸對自噬的啟動起負性調節作用,而自噬也可以通過介導Ⅰ型膠原蛋白降解調節SHH通路介導的子宮內膜纖維化;體內實驗部分印證了這項結論,誘導自噬可以減輕IUA模型中的纖維化,但是纖維化并不能被短期治療完全緩解。另一項實驗結果發現,碘甲狀腺原氨酸脫碘酶2(type 2 iodothyronine deiodinase,DIO2)及甲狀腺素三碘甲腺原氨酸(triiodothyronine,T3)可以通過抑制絲裂原活化蛋白激酶/細胞外調節蛋白激酶(MAPK/ERK)-mTOR通路維持自噬活性,減輕子宮內膜纖維化;與體外結果不同,用氯喹抑制小鼠模型的自噬僅導致輕度EMT[21]。以上表明,自噬狀態的確能夠影響子宮內膜纖維化進程,然而僅通過自噬消除纖維化并不完整,自噬作用于纖維化的具體機制仍有待研究。

3.5 其他途徑

研究表明,與IUA相關的通路還包括Hippo信號通路、Rho/Rho激酶(Rho/ROCK)信號通路、核因子κB(NF-κB)信號通路等。子宮內膜纖維化的重要特征是上皮/成纖維細胞-成纖維細胞轉化,Hippo信號是該轉化過程的關鍵調節因子,也是雌激素作用于干細胞的增殖分化必經通路之一[39]。此外,XUE等[40]研究發現,與正常子宮內膜相比,IUA子宮內膜組織中NF-κB通路活性明顯增強并與TGF-β表達呈正相關,提示TGF-β可能通過激活NF-κB通路而發揮作用。以上各種信號通路并非完全獨立,而是互相影響共同作用于IUA的發展,且各信號通路互相作用的機制并未完全闡明,尚需更多研究。

4 小 結

IUA是一種普遍存在,且嚴重影響女性生育功能和生活質量的疾病。有創宮腔操作是IUA最常見的病因,創傷形成后炎癥因子過度激活導致膠原蛋白沉積形成纖維化是其基本發病機制。然而IUA的發病機制錯綜復雜,各種纖維化相關因子對病程影響的研究也只是開啟了冰山一角,目前自噬相關的纖維化在肝、腎、肺等器官的研究已日趨完善,但相關靶點在子宮內膜纖維化的治療中是否適用還有待研究。在診療中,影響IUA預后的因素仍未十分明確,尚需更多臨床研究。目前干細胞治療還面臨著取材方式、感染風險等諸多問題,移植方式、劑量也并無統一標準,但就已有研究來看,干細胞擁有廣闊的應用前景。相信隨著研究的發展,能夠從根本上逆轉纖維化進程、縮短患者病程、減輕患者痛苦的靶向治療將逐漸成為主要治療手段。