胚胎着床过程中MMPs对子宫内膜重塑的作用研究进展

廖海艳

(湖南第一师范学院,湖南长沙 410125)



胚胎着床过程中MMPs对子宫内膜重塑的作用研究进展

廖海艳

(湖南第一师范学院,湖南长沙 410125)

摘要胚胎着床是一种细胞侵袭和转移的正常生理过程，涉及细胞外基质的降解和重塑、胎盘绒毛血管的发生、子宫螺旋动脉的重建等，在基质金属蛋白酶、组织金属蛋白酶抑制剂以及其他许多因子的调控下，对子宫内膜细胞外基质进行有序地降解和重塑。对MMPs参与胚胎着床中子宫内膜重塑过程中的作用及其引起细胞外基质的变化情况进行了综述。

关键词胚胎着床；细胞外基质；降解和重塑；侵袭和转移；基质金属蛋白酶

在子宫内膜周期变化、胚胎附植、炎症以及肿瘤侵袭和转移的过程中均会发生细胞外基质的破坏与重塑。在这些生理过程中，基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinases, MMPs)是引起细胞外基质(Extracellular matrix，ECM)发生变化的直接作用酶类。在胚胎着床过程中，子宫内膜细胞外基质从破坏到重建过程都受到精密调控，了解MMPs在这个过程中所起的作用及其引起细胞外基质的变化情况，可为其他类型的细胞外基质的破坏和重塑的调控提供基本方向。笔者对MMPs参与胚胎着床中子宫内膜重塑这一正常生理过程中的作用及其引起细胞外基质的变化情况进行了综述。

1MMPs的种类

基质金属蛋白酶(MMPs)是一个含有Zn2+、其活性程度与Ca2+浓度密切相关的蛋白水解酶家族，其结构具有高度同源性，在人体中已分离鉴别出23个成员。MMPs主要来源于人体巨噬细胞、免疫细胞、中性粒细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞、血管内皮细胞、泡沫细胞及肿瘤细胞等。它们的大小和底物不尽相同，但都含有信号肽、前肽、催化区和C末端等4个结构域。根据作用底物的不同和片段的同源性，可将MMPs分为胶原酶、明胶酶、基质溶解素、基质降解素、furin活化MMP和其他分泌型MMP等6大类。

2MMPs的活性调节

MMPs的活性调节一般在3个水平上：基因转录水平的调节、无活性酶前体的激活调节以及内源性抑制调节。在基因转录水平的调节上，多种生长因子、激素、细胞因子、癌基因和致癌剂均可影响其表达，如白介素-1β(IL-1β)、白介素-12(IL-12)、血小板源性生长因子(PDGF)、表皮生长因子(EGF)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、转化生长因子α(TGF-α)、肿瘤坏死因子(TNF-α)等均上调MMPs的表达，而转化生长因子β(TGF-β)、γ干扰素(IFN-γ)、类固醇激素和视黄醇则下调MMPs的表达[1-4]。在无活性酶前体激活调节方面，可溶性MMPs(如明胶酶、胶原酶和基质溶解素)都是以无活性的酶原形式分泌, 在细胞间质内去除N-端结构域后才被激活，并具有蛋白水解酶活性。MMPs之间可相互作用或与其他蛋白酶(如纤维蛋白溶酶)作用,发生激活级联反应。在内源性抑制调节方面，组织金属蛋白酶抑制剂(Tissue inhibitor of matrix metalloproteinases, TIMPs) 以共价键的形式与MMPs相结合成生成1∶1复合体，表现出特异性抑制MMPs的活性。TIMPs由多基因家族成员组成，主要来自巨噬细胞和结缔组织细胞，在体内广泛分布。目前已报道的有TIMPs-1、TIMPs-2、TIMPs-3和TIMPs-4共4种，每种TIMPs都可以与几种MMPs以共价键形式生成1∶1复合物,具有专一抑制MMPs活性的作用。TIMP-1几乎对所有胶原酶的活性均有抑制作用[5],MMP-2与TIMP-2的比例发生失调时则影响滋养细胞的浸润能力[6]，TIMP-4则具有抑制肿瘤细胞侵袭转移的作用[7-8]。

3MMPs与胚胎着床过程中ECM的降解

胚胎着床是胚胎滋养层细胞与母体子宫内膜细胞之间相互作用的过程，包括胚胎与子宫内膜的黏附、滋养层细胞侵入子宫内膜细胞外基质(ECM)以及着床部位ECM的降解等过程。生理性ECM 降解过程受到严格调控，其降解过程有赖于MMPs/TIMPs的动态平衡。子宫内膜和滋养层细胞产生的MMPs通过降解子宫内膜细胞外基质，促进滋养层细胞的侵入，而TIMPs则通过抑制MMPs的活性间接抑制滋养细胞的侵入，防止ECM的过度降解。TIMPs还可参与ECM 的更新与重塑，从而对内膜的修复与生长起辅助作用。在MMPs和TIMPs的共同调控下，使得滋养细胞只能侵入蜕膜层，完成胚胎植入过程。若二者表达失衡则可能造成ECM降解受阻或过分降解，从而使滋养层细胞侵入子宫内膜失败或过度侵入，最终影响胚胎的植入。Ping X等[9]研究表明MMP-9蛋白在子宫内膜腺上皮细胞、腔上皮细胞和基质细胞的表达水平较高，有利于子宫内膜细胞外基质的降解，使细胞间连接疏松，便于绒毛滋养层细胞穿透母体子宫内膜；同时，有些MMPs可被其他 MMPs家族成员(如MMP- 2、MMP-3、MMP-7)激活后发挥生物学作用[10]。Yang P F等[11]研究发现在早孕期滋养细胞中均有MMP-2和MMP-9的表达，说明二者均参与了滋养细胞浸润,但不同时期内它们在早孕滋养细胞中的表达不同，孕9周前主要是MMP-2，而孕9周以后是MMP-9[12]。在人类胎盘形成过程中，早孕期滋养细胞侵入子宫内膜的过程类似于恶性肿瘤细胞侵袭转移的过程，不同点是滋养细胞的浸润过程是受到调控的[13]。在肿瘤侵袭转移过程中，MMP-2有利于肿瘤细胞的迁移，是肿瘤浸润转移的生化基础[14]。MMP-2表达水平高的癌细胞在侵袭和转移过程中突破各种屏障的能力也较高。丁峰等[15]研究发现早孕期TIMP-2与MMP-2的表达与滋养细胞的侵润活性成正比，可以推测滋养层细胞在浸润时可能也是MMP-2起主导侵袭和转移的作用。

4MMPs与着床后ECM的重塑

滋养层细胞对子宫内膜的浸润，首先表现为ECM的降解。胚胎成功植入后，与胚胎接触的子宫内膜基质发生蜕膜反应(Decidualization)，并在子宫内膜上形成植入小室(Implantation chamber)，滋养细胞的侵入仅限于子宫内膜及肌层的浅层1/3，且侵入行为中止于妊娠中期。整个妊娠期间，蜕膜始终存在。随着滋养细胞侵入子宫螺旋血管，内膜基质逐渐形成动态平衡，有研究表明MMP-9在早孕后期发挥作用[16]。MMP-9(又称明胶酶B)是一种Ⅳ型胶原酶，可以降解ECM及子宫内膜基底膜的不同成分，被认为是滋养层细胞浸润的限速酶。TIMP-1可以等量与活化的MMP-9结合，参与ECM的降解调节。当TIMP-1与MMP-9 的比值保持稳定，才能保证ECM 的新陈代谢正常进行。庞战军等[17]研究发现在正常增生期子宫内膜中MMP-9和TIMP-1低表达，而在分泌期的子宫内膜高表达。TIMP-1mRNA的高表达抑制了MMPs的作用，避免子宫内膜细胞外基质受到过度降解，防止滋养细胞过度浸润，以保证妊娠的顺利进行。其中，MMP-2在早孕晚期的低表达可能是导致侵袭稳定的直接因素[18]。王晗等[19]研究表明调节MMP-2的控制因素能直接影响胚胎侵入子宫内膜程度。胚胎在着床后在侵入子宫内膜一定程度后在正常生理条件下会自动停止深度侵入，其中MMPs是如何相互激活又是如何平衡的则有待进一步研究，这对于探索在MMPs层面抑制肿瘤细胞的侵袭和转移具有重大意义[20-21]。滋养层的侵袭特性使其可能成为研究肿瘤浸润转移的生理性模型，研究滋养层有节制侵入的调节机制对于揭示肿瘤浸润转移的机理可提供参考。

不同MMP间具有一定的底物特异性，但这并非绝对。同种MMP可降解多种ECM成分，而某一种ECM成分又可被几种MMP降解，但不同酶的降解效率不同。在细胞外基质降解过程中，理论上无需每一种MMP都参加，只需其中几种，或与其他类蛋白水解酶有机搭配便可降解所有ECM成分。在正常生理过程中，MMPS对ECM的降解作用都是通用并且可控的，只在病理条件下才会失控。但是，在不同生理过程中基质金属蛋白酶参与的种类和它们发生作用的顺序是不同的，研究不同生理过程中MMPs参与种类和作用顺序以及细胞外基质变化情况，并试图建立标准模型和它们的调节因素表对于纠正病理过程十分重要。

5小结

胚胎着床是胚胎侵入子宫内膜过程，是在许多因素参与下受到精密调控的过程,其中MMPs活性的调节在胎盘发育过程中起到非常重要的作用，其活性水平的高低与子宫内膜的重塑过程密切相关。深入研究MMPs的活性调节机制将为胚胎黏附和侵入子宫内膜的生物学行为提供理论依据，为解决动物胚胎着床率低、流产率高、胎盘异常发育等问题奠定理论基础。同时，调节或检测MMPs可为诊治子宫内膜异位症等病理性妊娠提供新途径。

参考文献

[1] MARKERT U R，MORALES-PRIETO D M，FITZGERALD J S．Understanding the link between the IL-6 cytokine family and pregnancy：Implications for future therapeutics [J]． Expert Rev Clin Immunol，2011,7(5)：603-609．

[2] HOZUM I A,NISHIMURA Y,NISHIUMA T,et al. Induction of MMP-9 in normal human bronchial epithelial cells by TNF-al phavia NF-kappa B-mediated pathway[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2001,281(6)：1444.

[3] MENGSHOL J A,VINCENTI M P,BRINCKERHOFF C E,et al. L-1 induces collagenase-3(MMP-13)promoter activity in stably transfected chondrocytic cells:Requirement for Runx-2 and activation by p38 MAPK and JNK pathways[J].Nucleic Acids Res,2001,29(21):4361.

[4] ALPER O,BERGMANN-L EITNER E S, BENNETT T A,et al.Epidermal growth factor receptor signaling and the invasive phenotype of ovarian carcinoma cells[J].J Natl Cancer Inst,2001,93(18):1375.

[5] 王海屹，叶慧义，袁静，等．乏脂肪肾脏血管平滑肌脂肪瘤的MR表现[J]．中华放射学杂志，2010，44(12)：1268-1271．

[6] 连李斌，袁宁霞.MMP-2及TIMP-2在正常足月妊娠与妊娠期高血压疾病胎盘组织中的表达[J].中国计划生育和妇产科,2015,7(3):17-19.

[7] WANG M,LIU Y E,GREENE J,et al.Inhibition of tumour growth and metastasis of human breast cancer cells transfected with tissue inhibitor of metalloproteinase4[J].Oncogene, 1997,14:2767-2774.

[8] GROFT L L,MUZIK H,REWCASTLE N B,et al.Differential expression and localization of TIMP-1 and TIMP-4 in human gliomas[J].Br J Cancer, 2001,85(1):55.

[9] PING X，ALFAIDY N，JOHN C R G．Expresion of matrix Metalloproteinase(MMP-2，and MMP-9 in human placenta and fetal membranes in relation to preterm and term labor[J]．J Clin Endocrinol Metab，2002，87(3)：1353-1361.

[10] LEE Y H，KIM T Y，HONG Y M．Metallopmteinase-3 genotype as a predictor of cardiovascular risk in hypertensive adolesce-nts[J]．Korean Circ J，2009，39(8)：328-334．

[11] YANG P F，LI J K，XIONG Q．Homocysteine decreases the invasion in cultured human trophoblasts：Relationship between homocysteine and matrix metalloproteinase-2，-9 expression[J]．Zhonghua Fu Chan Ke Za Zhi，2007，42(3)：184-186.

[12] ELSEBETH S R，SHLOMIT G，DIANA G，et al．Expression and importance of matrix metalloproteinase 2 and 9(MMP-2 and-9)in human trophoblast invasion[J]．Reproductive biology and endocrinology，2004，2：59.

[13] BISCHOF P，MEISSER A，CAMPANA A．Paracrine and autocrine regulators of trophoblast invasion[J]．Placenta，2000，21：55-60.

[14] 王秀清，刘惠民，赵琰龙，等．乳腺癌组织中CD44V6和MMP-2的表达及其与淋巴结转移关系[J]．现代肿瘤医学，2011，19(2)：272-273．

[15] 丁峰，张秋实，邢福祺.MMP-2/TIMP-2在妊娠滋养细胞疾病组织中的表达及意义[J].南方医科大学学报，2007，27(2)：150-152.

[16] 解其贵,王海霞,杨瑜.IL-18对人早孕滋养细胞MMP-9和TIMP-1 mRNA表达的影响[J].同济大学学报(医学版),2013(1):45-47.

[17] 庞战军,周君桂.基质金属蛋白酶-8,11,19和组织蛋白酶B在异常胎盘绒毛组织中的表达[J].中华实用诊断与治疗杂志,2009,23(10):944-947.

[18] 庞战军,邢福祺.膜型基质金属蛋白酶表达与妊娠疾病的关系[J].现代妇产科进展,2002,11(4):280-282.

[19] 王晗,葛常辉,辛毅,等.雌/孕激素对围着床期小鼠子宫内膜明胶酶表达的影响[J].生殖与避孕,2001,21(6):364-367.

[20] RAGHU H, SODADASU P K,MALLA R R,et al．Localization of uPAR and MMP-9 in lipid rafts is critical for migration,invasion and angiogenesis in human breast cancer cells[J]．BMC Cancer，2010,10：647．

[21] 李慧敏，李一雷，宋雪霏，等．人子宫颈癌组织中MMP-26、MMP-9和TIMP-4的表达及其意义[J]．吉林大学学报(医学版)，2010，36(2)：354-358．

Research Advances in Remodeling Endometrium by Matrix Metalloproteinases in the Process of Embryo Implantation

LIAO Hai-yan (Hunan First Normal College , Changsha, Hunan 410125)

AbstractEmbryo implantation is a normal physiology process of cell invasion and metastasis, which involves the degradation and remodeling of extracellular matrix, development of intraplacental villous vessel, rebuilding of uterine spiral arteries and etc. The extracellular matrix of endometrial is degraded and rebuilt orderly under the regulation of matrix metalloproteinases, tissue inhibitor of matrix metalloproteinase and other factors. The function of MMPs in remodeling endometrium in the process of embryo implantation and the change of extracellular matrix were reviewed.

Key wordsEmbryo implantation; Extracellular matrix; Degradation and remodeling; Invasion and metastasis; Matrix metalloproteinases

收稿日期2015-12-07

作者简介廖海艳(1974- )，女，湖南邵阳人，副教授，硕士，从事分子生物学方面的研究。

基金项目湖南省教育厅科研项目(10C0529)。

中图分类号Q 132

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)36-086-02