雌性哺乳动物子宫血管新生及其调控机制

谷 博，姜怀志

(吉林农业大学 动物科学技术学院，吉林 长春130118)

哺乳动物在进入初情期(青春期) 后，子宫内膜随着甾体类激素水平的变化出现着周而复始的增殖、分化与脱落的变化，主要表现在子宫内膜上皮和间质的分化上［1］。这种周期性变化内膜组织的生长与发育有赖于毛细血管网的再生能力［2］。Taylor 等［3］认为，子宫内膜血管生成的调节是通过不同类型细胞间复杂的相互作用间接介导的，并提出子宫内膜的血管形成受内分泌及旁分泌两种途径作用调控，在整个发情(或月经) 周期子宫内膜都与血管生成的潜力，且在月经周期的不同阶段中血管生成是有显著差异的［3］。血管形成对于维持月经周期子宫内膜的增生和修复及妊娠期胚泡植入及胎盘形成提供了必要的血管丰富的内环境。国内外的大量研究结果表明: 血管新生与退化是与多种细胞因子、生长因子及其受体间相互作用的结果，其中血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF) 及其受体是起重要作用的细胞因子之一［4］。

1 血管新生的过程及调控因子

血管新生是指机体在生长发育过程中或创伤修复、缺血缺氧和炎症等情况下，原微血管内皮细胞(EC) 经过生芽、迁移、增殖与基质重塑等形成新毛细血管的过程，一般包括血管细胞分泌蛋白水解酶降解血管基底膜; EC 穿过基底膜迁移到血管周围基质;EC 增殖、相互黏附并连接; 形成血管腔样结构; 从基质重塑和平滑肌的包围及血管相互吻合形成血管网等5 个阶段［4］。哺乳动物血管新生的机制十分复杂，涉及多种细胞(内皮细胞、血管壁细胞、炎性细胞) ，是细胞与细胞因子、细胞外基质及蛋白水解酶直接相互作用的结果。能够调节血管新生的因子很多，其中血管内皮生长因子(VEGF) 被认为是促进血管新生的最重要细胞因子，并且国内外在研究器官(组织) 血管新生过程中亦将VEGF 表达的变化作为主要研究手段［5］。血管新生大多发生于机体的病理条件下，如肿瘤、炎症、创伤性修复等方面，而在机体的正常生理状况下，主要发生于哺乳动物的具有周期性变化过程的生理器官上和胚胎发育等方面。Folkman 认为，成年哺乳动物组织中卵巢、子宫内膜周期和哺乳期的乳腺具有生理性的血管新生［6］，说明哺乳动物卵巢和子宫内膜等是正常生理状态下经常发生血管新生的主要器官。

2 哺乳动物子宫内膜在发情周期(或月经周期) 的血管新生

在哺乳动物(包括人及灵长类) 的发情周期(月经周期) ，其子宫内膜血管发生和血管通透性发生变化，VEGF 在这一过程中起到了重要的作用［7］。在VEGF 的参与下，血管通透性发生改变，使薄而高密度的子宫内膜转化为厚而具通透性的分泌性内膜。在哺乳动物和人的整个发情周期或月经周期中在子宫内膜中都有表达［8］。VEGF 在子宫内膜增殖后期和黄体期表达量增加，这同血管发生和血管通透性变化相一致［9］。此外，VEGF在发情周期中对子宫内膜血管发生进行调控是以旁分泌方式实现的［2，9］。研究表明，妇女月经周期过程中，增殖期KDR 的表达量最高，几乎比同时期的Flt-1 高2 倍，在分泌中期有所减少，而Flt-1 在分泌期表达量最高，这同毛细血管快速增殖和子宫内膜脱落的时间一致［9］。

由于人和非灵长类动物在月经前卵巢激素表达处于低水平状态，子宫内膜VEGF 适量表达，可为月经过程中子宫内膜上皮细胞正常脱落提供保障。如果VEGF 及其受体表达不平衡将会导致月经出血异常［10］。在体内和体外研究发现，雌二醇(E2) 可以调节VEGF 的表达，ICI182、780 和米非司酮都是E2的拮抗物，能抑制VEGF 表达［11］。研究还发现，月经周期VEGF 及其受体在子宫内膜中呈激素依赖的周期性表达，在子宫内膜血管发生毛细血管渗透性改变过程中发挥非常重要的作用，同时也参与子宫内膜的修复过程［12］。

VEGF mRNA 在大鼠整个发情周期均有表达。研究表明，VEGF mRNA 在发情前期和发情期表达是其他时期的2 倍，发情前期和间情期VEGF mRNA 表达在腔上皮，而动情期则转至基质表达。随着情期不断变化，VEGF 蛋白表达也发生变化，发情前期和发情期VEGF 蛋白只在腔上皮中表达，而且在发情期表达量达到最高值，但在间情期VEGF 蛋白表达量非常少，几乎检测不到［13］。研究表明，大鼠子宫内膜在发情周期的不同阶段，类固醇激素和促黄体素(LH)周期性的变化与VEGF mRNA 和蛋白表达有关［14］。在发情期后期，VEGF 表达量增高，毛细血管中Flt-1 蛋白表达量也升高，且Flt-1mRNA 也高水平表达。用E2处理后VEGF 的表达升高，使大鼠子宫发生浸渗，产生水肿现象。这些研究结果说明，在发情周期VEGF 和受体通过其表达变化来调节血管通透性［15，16］。因此，发情周期中，VEGF及其受体在激素的调节下参与子宫内膜血管的重组过程。

3 哺乳动物妊娠期子宫内膜的血管新生

哺乳动物妊娠期，胎儿正常发育需要足够的营养，而营养物质供应则需要丰富的血液来运输。因此，在妊娠期子宫内膜的血管经历了3 个适应性改变，即血管舒张、渗透性增加及新血管的生长和发育［17，18］。

3.1 胚胎植入中子宫内膜血管新生及VEGF的调控

胚胎植入过程中最显著的现象是胚泡植入部位的血管通透性显著增加，一般认为，这是胚胎植入最早的必备事件之一［19］。研究表明，VEGF 在胚胎植入过程中参与了血管通透性的调节，介导子宫内膜血管变化和血管发生，同时子宫内膜血管系统在植入前期就开始扩张，植入后扩张幅度更大，这一过程是子宫内膜发育和植入的前提［20］。在啮齿类动物中，随着胚泡在子宫内膜的粘附和浸润，血管通透性逐渐增高。对小鼠、兔和仓鼠等动物的研究清楚表明，VEGF 在血管通透性改变和血管发生中起重要作用［21］。Flt-1mRNA 从小鼠妊娠第4 天开始在基质中表达，随妊娠时间的推移，表达量逐渐增加。Flt-1 和Flk-1mRNA 同时表达于第5～8 天的系膜和对系膜侧的蜕膜层，而紧密围绕植入胚泡的无血管初级蜕膜区域未见表达［2］。这些结果表明，VEGF 受体不仅参与了系膜侧蜕膜化以建立胎盘的血管发生，而且还持续增加了对系膜侧区域性血管通透性。在恒河猴和人类的研究中也同样发现，VEGF 调节了围植入期血管通透性的变化，而且VEGF 的局部过量表达可以引起其受体的上调，导致局部血管通透性的增加和血管发生［8，22］。

3.2 胚胎发育过程中血管新生及VEGF 调控

在胚胎植入子宫后，尤其是胚胎浸润母体滋养层后，诱导子宫内膜有大量血管发生，在这一过程中VEGF 及其受体的表达与血管发生的时间是相一致的。随着胚胎早期分化开始，VEGF 刺激蜕膜、胎盘血管膜及子宫内膜细胞的生长和增殖。在血岛中能够检测到具有同样受体结合能力的VEGF［23］。研究表明，早在人胚胎植入前的8 细胞期，VEGF 基因即被激活，而人的基因组大约在4 细胞期即被激活［24］。因此，VEGF 出现在首批被转录的基因中［24］。通过对VEGF + /-和VEGF- /-胚胎干细胞系的研究发现，杂合子VEGF+ /-胚胎发育是不正常的，但并没有立即死亡，而纯合子VEGF- /-的胚胎由于血管形成的严重破坏而导致在妊娠期间(第11 ～12 天) 死亡。VEGF 的缺陷严重损害了血管早期形成，包括血岛分布(血管生成) 、从已有血管处出芽(血管发生) ，腔体形成和相互联系的建立［25］。研究表明，小鼠胚胎发育期间心血管系统的正常发育可能依赖于VEGF 浓度变化，如果在发育阶段VEGF 表达量降到一定的阈值以下，组织将会导致不可逆的损伤，这说明胚胎血管发生对VEGF 呈剂量依赖性［26］。

利用同源重组的方法将Flk-1 失活，将会导致小鼠胚胎因造血障碍和子宫内膜细胞早期发育损伤而死亡(第8.5 ～9.5 天) ，并发生卵黄囊血管缺乏，造血干细胞数量急剧下降，这些结果均说明Flk-1 对胚胎和卵黄囊血管发生及血岛生成都是必不可少的［27］。同样Flt-1 突变的小鼠胚胎虽然能形成内皮细胞，但是装配成的血管却发生异常，胚胎在妊娠中期(第8.5 ～9.5 天) 即死亡。这些研究结果表明，在血管发生过程中Flt-1 可能调节内皮细胞同其它细胞以及细胞同胞外基质之间的相互作用，而且Flt-1 失活将导致严重的血管系统紊乱［28］。因此，VEGF 及其受体对胚胎发育中血管发生和血管新生起着重要的作用。

4 胎盘的血管发生和血管生成

胎盘的血管生长是在着床期开始的，并且在整个妊娠期持续。在这个阶段先形成原始绒毛、次级绒毛和三级绒毛，原始祖细胞或核样结构变得明显，随后出现红细胞及不完全的毛细血管层，从已经存在的毛细血管中的末端形成新的血管芽，最后血管弯曲膨胀，形成窦状隙并且突出到滋养层，形成所谓的合胞体毛细血管膜。从一些血管芽可以看到，这可能是由干细胞分化来的，后者借助于母胎间的营养和气体交换。胎盘是血管物质的主要来源，并且在调节胎盘的血管形成中起重要作用，在绒毛膜滋养层和绒毛膜基质的胎儿巨噬细胞中都有VEGF 的表达，且在绒毛上皮细胞和细胞滋养层中表达Flt-1 和Flk-1 两个受体，暗示VEGF 不但在血管形成中，而且在滋养层侵入中起作用［29］。Fukushima K 等［30］发现，VEGF 诱导ITGAV/ITGB3 表达，增强具有向内皮分化潜力的TCL1 的粘附功能，促进血管的形成。Anteby EY［31］认为，VEGF 刺激了滋养细胞u-PA、PAI- 1、MMP9 的活性，从而调节其侵袭性。

5 结语

雌性哺乳动物的子宫内膜的血管生成是其组织生长和发育的基础，是维持其结构完整和功能的重要因素。国内外大量的研究结果证实，血管新生的主要调控因子是VEGF，因而对于VEGF 在雌性哺乳动物子宫内膜上表达的相关研究亦成为研究子宫内膜血管新生的主要手段。从研究的对象来看，这方面的研究仍以实验模式类动物研究为主，在家畜方面的研究还相对较少。因此，深入研究雌性家畜子宫内膜的血管新生机制，将会为提高其繁殖效率提供重要的理论依据。

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