自噬对人类胎盘发育及相关疾病的作用

常颖，陈叙



自噬对人类胎盘发育及相关疾病的作用

常颖，陈叙△

【摘要】自噬在人类胎盘的生成及发育中发挥重要作用，但其在人类胎盘中的生物学意义仍不十分明确，可能的作用之一是防止因低氧或营养不足导致的滋养层细胞凋亡。人类胎盘是血窦绒毛型，即母体血液直接接触绒毛。因此，绒毛滋养细胞很容易暴露于因母体血液变化而导致的应激状态下。妊娠并发症（如子痫前期和胎儿生长受限）自噬通路被激活以维持细胞内稳态，从而允许滋养细胞在氧气和葡萄糖不足的情况下继续生存。因而，自噬参与人类胎盘及相关疾病的发展，细胞滋养细胞氧气和葡萄糖水平变化参与调节自噬的改变。

【关键词】自噬；细胞凋亡；胎盘；先兆子痫；胎儿生长迟缓

作者单位：300100天津市中心妇产科医院

△审校者

（J Int Obstet Gynecol，2016,43：5-7）

自噬是细胞程序性死亡的一种类型，是维持细胞稳态的重要过程之一。自噬与凋亡既相互联系又有各自独立的过程[1]。自噬包括巨自噬、微自噬以及分子伴侣介导的自噬。这些过程具有不同的形态学特点，但原则上它们或多或少具有相同的生物化学及转运途径。在所有的自噬过程中，巨自噬被认为在细胞内降解过程中发挥重要作用。

自噬是进化保守的自稳定过程。细胞在缺氧、饥饿等应激状态下产生自噬能够帮助这些细胞抵御不利因素，保护细胞[2]。但是，自噬过度激活时则可导致细胞死亡，即自噬性细胞死亡。已有研究表明，自噬在人类胎盘发育过程中起着重要的作用。在妊娠早期，胎盘处于生理性的营养物质缺乏及缺氧的状态之中。因此，对于妊娠早期的滋养层细胞，它们需要有调节机制使其适应这种应激，任何破坏这些机制的因素都可能导致胎盘功能障碍，并最终导致产科并发症的发生，如子痫前期和胎儿生长受限（fetal growth restrict，FGR）。现就近年来自噬在人类胎盘发育中的作用进行综述。

1　自噬对胎盘形成及发育的作用

胎盘是临时的母胎器官，用于支持胎儿生长发育。滋养细胞是形成胎盘的主要细胞，其增生和凋亡是影响胎盘生长发育的重要因素。随孕周而变化的氧及葡萄糖浓度、细胞滋养细胞的自噬改变，都会在绒毛膜滋养细胞中有所反映[3]。自噬相关蛋白如Beclin-1、LC3B、DRAM均存在于胎盘之中[4]。

在胚胎形成时期，卵母细胞积累形成卵子所必需的蛋白质，在受精后被降解，并按照合子基因组的编码翻译合成为新的蛋白质。在未受精的卵母细胞中自噬活性很低，而其在受精后很快就被激活。研究表明，使用自噬相关基因5（autophagy-relatedgene-5，Atg5）敲除的小鼠卵子细胞分别与野生型精子和同样进行Atg5基因敲除的精子受精，前者可正常发育，而后者则不能突破4～8细胞阶段[5]。自噬缺陷的胚胎蛋白合成率降低，表明自噬作用对母体物质的降解、哺乳动物受精卵胚胎植入前的发育起至关重要的作用。

胚泡植入后，在胎盘发展过程中的绒毛阶段，人滋养层干细胞分化为2种类型：绒毛滋养细胞和绒毛外滋养细胞（extravillous trophoblast，EVTs）。EVTs进一步分化成侵入性血管内细胞滋养细胞（invasive endovascular cytotrophoblasts，eCTBs）和间质细胞滋养细胞（interstitial cytotrophoblasts，iCTBs）。妊娠早期阶段，eCTBs在血管腔内聚集形成“滋养层插头”，伸入母体血管内阻止母血向胎盘间隙扩散，使得胚胎及胎盘在妊娠初期低氧环境中生长。在低氧（2%～5%）和低葡萄糖浓度（1 mmol/L）等恶劣条件下，EVTs侵入母体的子宫蜕膜，重塑子宫螺旋动脉使之成为低阻、高排血管。在此过程中，缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）起至关重要的作用。妊娠9～11周后，“滋养层插头”消失，EVTs将继续入侵子宫肌层，继续重塑子宫螺旋动脉，此过程将持续至妊娠中期。母血通过重塑的螺旋动脉传递营养和氧气，对于维持胎盘灌注和保证胎儿生长发育有重要作用[6]。

妊娠早期的生理性缺氧可诱发自噬作用[7]。为了解自噬在滋养层细胞功能中的作用，研究人员构造了自噬缺陷细胞，发现与野生型EVTs相比，缺氧所诱导的侵袭能力在自噬缺陷的EVTs中明显减弱[8]。另外，与对照组相比，自噬缺陷的EVTs也同样抑制血管重铸，表明自噬在EVTs细胞功能中的重要作用。Tuuli等[9]提出，缺氧导致p53活性显著增加，并促使细胞滋养细胞凋亡。在合体滋养细胞，缺氧导致p53基因减弱，从而促进自噬。而敲除HIF1α基因后发现自噬增加，但EVTs细胞系HTR-8/SV-neo细胞在低氧状态下侵入活性也随之降低[10]。细胞在低氧等应激下通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）依赖性途径和mTOR非依赖性途径激活自噬。mTOR活性下降与自噬增加有关[11]。

综上所述，自噬参与人类胎盘发育。滋养细胞内氧及葡萄糖浓度改变时，自噬随之发生改变。这种改变可以保护滋养细胞免于损伤，对维持胎盘发育及正常妊娠发挥重要作用。

2　自噬与胎盘源性疾病

缺氧导致的胎盘发育不全，通常显示为氧化应激状态下的复杂的、受损的绒毛状结构[12]，这是子痫前期和FGR的特点之一。虽然子痫前期和FGR的发病机制不明确，但可能均与子宫螺旋动脉重塑不足导致子宫胎盘血流量降低，从而诱发胎儿和胎盘缺氧应激状态有关。

与正常妊娠相比，重度子痫前期患者胎盘中LC3B基因mRNA和蛋白的表达明显升高[13]。在子痫前期并发FGR或特发性FGR的病例中可以观察到，在绒毛滋养细胞中，作为自噬过程的标志LC3B病灶数目增加，表明在发生子痫前期和FGR时，绒毛滋养细胞的自噬被激活[14]。SQSTM1是一种通过自噬降解的特殊蛋白，当其在自噬缺陷细胞内集聚时，说明细胞的自噬作用被抑制[15]。无论是子痫前期或是正常妊娠，合体滋养层中均未能发现SQSTM1蛋白，说明合体滋养层内存在自噬的激活。另一方面，在子痫前期的胎盘EVTs细胞中，SQSTM1蛋白表达水平明显增高，说明自噬被抑制[14]。综上所述，在子痫前期的胎盘中，自噬的活性在合体滋养层细胞和绒毛外滋养层细胞是不同的。事实上，FGR病例中已显示自噬在合体滋养层细胞中占主要优势[16]。

Beclin 1是磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）C3的重要组成部分，可诱导哺乳动物自噬体的形成。结构分析发现，Beclin 1包含与Bcl-2或Bcl-xl结合的BH3结构域，表明Beclin 1通过与Bcl-2家族结合来调节细胞自噬与凋亡[17]。与正常妊娠相比，Beclin 1的mRNA和蛋白的表达水平在非子痫前期所致的FGR中明显增高[18]。

早发型子痫前期与滋养层浅入侵和螺旋动脉重建受损有关。胎盘生成和血管重建涉及多个环节，低氧、胎盘氧化应激、母体对滋养细胞的免疫反应过度或不典型、炎性反应过度以及抗血管生成因子增加在子痫前期胎盘生成过程中均发挥重要作用。已有研究证明，低氧状态下可溶性endoglin（sENG）、转化生长因子β（TGF-β）等影响子痫前期EVTs细胞自噬及血管重铸；TGF-β可以中和sENG的作用，例如模拟妊娠早期生理性的氧环境-2%以下的氧浓度，TGF-β可使HTR-8/SVneo细胞的侵袭能力恢复[19]。虽然目前还不清楚TGF-β如何影响绒毛外滋养细胞的侵袭能力，其可能是通过解除sENG对EVTs侵袭能力的抑制作用，而不是增强了绒毛外滋养细胞的侵袭力。然而，这必须通过应用原始的绒毛外滋养细胞来证实。因此认为，子痫前期妇女血清sENG浓度升高，并在缺氧状态下抑制绒毛外滋养层细胞的自噬作用，从而阻断EVTs侵入和血管重建。

3　自噬在母胎界面的抗病毒作用

滋养细胞在母胎界面形成胎盘屏障，但目前对滋养细胞保护胎儿及其周围组织免受病毒感染的分子和细胞机制知之甚少。研究表明，自噬对水泡口炎病毒具有抵抗作用。然而，丙肝病毒、柯萨奇病毒及脊髓灰质炎病毒通过破坏自身机制来促进自身复制[20]。早期胎盘绒毛表达的一些基因与抗病毒免疫、免疫耐受、发育编程等有关，并调控细胞凋亡、自噬、细胞生长周期以及胎盘激素和蛋白质相关转运[21]。滋养细胞自噬对病毒感染可能发挥关键的防御作用，即在病毒进入胎儿血液循环之前可能会被降解。此外，自噬可以限制滋养细胞凋亡，而后者可以导致胎盘功能的损失和（或）改变胎盘障碍。因此，自噬可以维持滋养层完整性且限制病毒感染[22]。

4　结语

越来越多的证据表明，自噬在胎盘形成过程中发挥重要作用，揭示了正常妊娠、子痫前期和FGR之间的不同。随着自噬通路分子特征的进一步揭示，研究人员可以验证自噬障碍与疾病之间的紧密联系。另外，缺乏自噬相关基因的小鼠，如Atg16L1和LC3B基因，容易发生炎症性疾病，这说明自噬对于维持内环境稳定起到重要作用。自噬影响人体众多功能，如应激保护、能量调节、免疫调节以及胎盘细胞的增殖、分化和凋亡，但确切的机制仍需要进一步研究。

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[本文编辑王昕]

The Role of Autophagy in the Development of Human Placenta and Placenta-Related Diseases

CHANG Ying，CHEN Xu.

Tianjin Central Hospital of Gynecology Obstetrics，Tianjin 300100，China

【Abstract】Autophagy plays a key role in the development of human placenta.But the biological significance of autophagy is still not clear.One possible role of autophagy is to protect trophoblasts from apoptosis induced by hypoxia or nutritional deprivation.The human placenta is hemochorial and maternal blood contact directly with chorion.Therefore,the villous trophoblasts are easily exposed to stress status caused by variable maternal blood flow.In pregnancy complications,such as preeclampsia and fetal growth retardation,the pathway of autophagy is activated to maintain cellular homeostasis allowing trophoblast cells to survive under shortage of oxygen and glucose.Autophagy is involved in development of the human placenta and placenta-related diseases,and changes in oxygen and glucose levels participate in regulation of autophagic changes in cytotrophoblast cells.

【Keywords】Autophagy；Apoptosis；Placenta；Pre-eclampsia；Fetal growth retardation

收稿日期：（2016-01-11）