预测子痫前期相关生物标志物的研究进展

李金凤 黄立锋 张震宇

·综述·

预测子痫前期相关生物标志物的研究进展

李金凤1黄立锋2张震宇1

子痫前期(preeclampsia,PE)是妊娠期常见的严重并发症之一,其发生率约为5%～8%,是导致孕产妇死亡及胎儿不良预后的主要原因。PE主要表现为妊娠20周后收缩压≥140 mmHg或舒张压≥90 mmHg,伴有蛋白尿,或出现心、肺、肝、肾、凝血系统等器官或系统受累。临床实践表明,PE不仅危及母体健康,还与胎儿宫内生长受限、早产及低出生体重儿等密切相关,预计全球每年有76 000 名孕妇及500 000个胎儿因此死亡[1]。此外,发生PE的孕产妇未来出现心血管疾病和终末期肾病的风险也相应增加。出生于子痫前期母体的儿童,成年后发生高血压、脑卒中、认知能力下降及抑郁的概率也更高[2]。因此,对PE进行早期预测、诊断并及时的干预,对于改善患者预后及妊娠结局至关重要。

单独依靠患者种族、年龄、既往子痫的病史、肥胖等高危因素对PE的预测是有限的,因此更多的研究集中在对高风险预测因子的识别上。目前相关的生物学研究主要基于PE的病理生理学改变。PE的基本病理生理变化是全身小血管痉挛,内皮损伤及局部缺血。其发病机制与遗传、免疫、胎盘缺血缺氧、内皮功能紊乱等诸多因素有关。目前认为，PE的疾病进展包括两个阶段:(1)在胎盘形成过程中,绒毛外滋养细胞侵入子宫螺旋状动脉肌层不足,子宫螺旋动脉重铸障碍,胎儿血流供给受限；氧化应激反应进一步加剧胎盘局部缺血,引起血流灌注不足、炎症、细胞凋亡和结构性损伤。(2)器官受损阶段,导致多种临床征象的发生。

近年来,随着基因组学、蛋白质组学和代谢组学在PE的临床研究中得到广泛应用,发现了一系列与PE相关的血管内皮细胞、代谢、氧化应激、胎盘、溶血和炎症等标记物,可作为预测和诊断PE的候选生物学标记物。目前用于预测或阐明PE病理机制的各类生物学标志物有百余种,笔者对近10年来研究中最新及具有临床应用潜力的标志物做简要回顾。

一、来自血液的生物学标志物

1.血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor, VEGF)、胎盘生长因子(placenta growth factor,PLGF)与可溶性血管内皮生长因子受体-1

研究表明,VEGF家族,具有极强的诱导血管生成及血管内皮细胞增殖作用。VEGF及其受体酪氨酸激酶参与了胎盘血管的生成过程。在子宫动脉血管重铸的过程中,血管生成因子表达失衡,会导致胎盘血管的形成障碍,并可能因此而导致PE。VEGF对早发型PE的预测价值要优于迟发型PE(妊娠34周或32周发生的PE)[3]。对VEGF的表达机制进行深入研究,可能成为PE新的诊断和治疗靶点。

PLGF是诸多血管生成因子的一种,由胎盘分泌。在一项研究中,分析150名初孕妇的血清PLGF表达水平,发现在妊娠26-28周时最高,在妊娠28-32周时降低。在重度PE患者中,血清PLGF表达水平要显著低于正常对照组,故认为在妊娠26周时对孕妇血清PLGF表达水平进行监测,可较为敏感地预测PE的发生[4]。在另一项关于单胎妊娠孕妇的前瞻性队列研究中,研究者分别对妊娠11-14周(1 244名)及22-24周(1 206名)孕妇(来自同一队列)的PLGF进行评估,并利用受试者工作曲线(ROC)对早发型PE进行预测,血清PLGF截断值分别为228 pg/mL及144 pg/mL。结果表明,用于预测早发型PE,中期妊娠(孕22-24周)的血清PLGF值更为有效[5]。

由胎盘产生的可溶性fms样酪胺酸激酶-1(Soluble fms-like tyrosine kinase-1, sFlt1),能与 Flt-1竞争与VEGF及PLGF的结合,从而抑制后两者的生物学功能,导致内皮功能障碍[6]。子痫前期患者中,sFlt1与PLGF的比值可作为预测PE的生物标志物。Stubert等[7]通过对50例具有异常子宫动脉超声结果的子痫前期高危的妇女进行了前瞻性队列研究结果发现, 12例出现子痫前期,其中9例为早发型子痫前期(<34周)。以sFlt-1/PLGF的>第95百分位数的比例为判断标准,来预测早发型子痫前期,其灵敏度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为 85.7%, 86.1%, 50.1%和97.4%。

PAPP-A主要由胎盘组织产生,研究证实,子痫前期患者孕早期就已经出现 PAPP-A生成减少,低水平的PAPP-A与子痫前期的发病存在密切的联系。Odibo等[8]检测了410名正常孕妇及42例子痫前期孕妇的PAPP-A水平,当假阳性率为20%时,PAPP-A对子痫前期的预测敏感度为58%。与其他血清学指标、超声检查等联合应用时,可明显提高对PE的预测效果[9]。通过对孕妇的平均动脉压、子宫动脉多普勒检查、产妇血清PLGF及PAPP-A等高危因素进行筛查,可识别约95%的早发型PE(假阳性率约为10%)[10]。

3.胎盘蛋白-13(placental protein,PP-13)

PP-13由滋养细胞产生, 是凝集素家族的一员,其确切的生物学功能尚待明确。正常妊娠过程中,血清PP-13的浓度随孕周的增加而增加。研究发现[11],与健康孕妇相比较,孕早期PP-13浓度的减低与PE的发生有关。PP-13常常与其他生化标志联合应用,提高其对PE的预测率。在一项回顾性队列研究中,4 453名妊娠女性,对其11周到13周的血清 PAPP-A,PLGF,PP-13和sEng联合平均动脉压,通过受试者工作特征曲线来评价预测模型的价值。联合预测模型对早发型PE的诊断,当假阳性率设定为5%时,诊断率是 67.4%；假阳性率为10%时；诊断率为73.2%[12]。

4.解整合素金属蛋白酶12(A disintegrin and metalloprotease 12,ADAM12)

新近研究发现ADAM12与不良妊娠结局密切相关。 ADAM12 在人胎盘滋养细胞及合体滋养细胞的细胞质和细胞膜上表达丰富,可使血中游离胰岛素样生长因子1的水平降低,导致滋养细胞浸润能力下降, 进而引起螺旋小动脉重铸过程障碍。国内颜剑英等[13]研究结果显示,发展为 PE 的妊娠妇女血清中 ADAM12 水平在妊娠中期就显著高于正常妊娠组。同时发现正常妊娠者血清 ADAM12 水平妊娠中、晚 期相比差异无统计学意义,但发展为 PE 的患者血清 ADAM12 水平则在妊娠中期进一步升高；这提示 ADAM12 异常升高与 PE 的发生存在相关性。 Kasimis等[14]在一组病例对照研究中发现,检测妊娠11-13周母体血清中ADAM-12,日后发展为PE的孕妇ADAM-12数值明显低于正常孕妇,两者有显著差异。单独ADAM12对PE的预测价值有限,联合其他标志物使用可能会更有意义。

5.胎儿血红蛋白(fetal hemoglobin,HbF)和α-1微球蛋白

HbF主要由2各α链及2个γ链组成,是胎儿体内血红蛋白的主要存在形式。研究发现[15],在妊娠10周时,HbF开始表达直至出生。在子痫前期患者中,其升高水平与子痫前期患者的血压水平相关。Olsson等[16]发现,子痫前期患者中,胎盘组织中 HbF mRNA基因表达上调及HbF分泌增加；氧化应急反应导致胎盘屏障被破坏,HbF泄漏到母体外周血中；而外周血中游离 HbF浓度增加引起母体全身性的氧化应激损伤。在一项病例对照研究中,纳入了433名早期妊娠患者,其中86人发展为子痫前期。联合测量受试人群的血清HbF, α-1微球蛋白(alpha-1-microglobulin,AIM),总游离血红蛋白等,同时行子宫动脉多普勒超声筛查。结果发现,多项指标联合预测子痫前期,当特异性为95%时,敏感性是60%。体外实验和动物实验显示[17-18],AIM是一种抗氧化保护蛋白,能够阻止游离血红蛋白导致的胎盘损伤,参与修复胎盘屏障。HbF及A1M的研究有望为日后子痫前期的诊断及药物治疗提供新靶点。

参考前人对GEM模型的“因素对”计算和转换过程，最后通过数据分析和处理发现，惠州旅游产业集群竞争力的各因素对的得分分别为：旅游基础（资源，设施)=(A+B)/2=(6.12+5.66)/2=5.89；旅游企业（相关辅助行业，企业战略、结构和竞争）=(C+D)/2=(8.45+5.04)/2=6.75；旅游市场（本地市场，外部市场）=(E+F)/2=(6.22+7.17)/2=6.70

6.核心蛋白聚糖

有研究报道[19],PE同时存在滋养层侵入差和血管内分化不良,而这种情况与核心蛋白聚糖紧密相关。核心蛋白聚糖由蜕膜细胞产生,其内富含亮氨酸蛋白多糖,在胎盘形成早期可通过与多种酪氨酸激酶受体(尤其是血管内皮生长因子受体2)相结合,限制绒毛外滋养层细胞血管内皮的入侵和分化。研究人员选取健康对照组和与PE组(每组各14例,23～40孕周)胎盘,利用定量聚合酶链反应及35S标识的原位杂交反义互补RNA探针,对核心蛋白聚糖信使RNA表达进行测量,同时对同一胎盘组织进行免疫染色。结果证实,在胎盘基底板蜕膜细胞中,PE组与对照组相比,核心蛋白聚糖信使RNA呈明显高表达；而在绒毛间质细胞中无显著差别。进一步地,研究者将过表达于子宫内膜细胞系的核心蛋白聚糖基因敲除。结果发现,核心蛋白聚糖对滋养层细胞的侵入抑制作用随之消失。研究人员回顾比较了正常对照组及PE组(孕中期,各28例)血浆核心蛋白聚糖表达水平。结果显示,在所有PE组患者体内,核心蛋白聚糖水平均明显升高。ROC曲线分析亦证实,核心蛋白聚糖对PE发生有很好的的预测价值。在妊娠中期,核心蛋白聚糖水平与孕龄无明显相关性,而其水平与身体质量指数或体重呈显著负相关。

7.和肽素

和肽素是精氨酸加压素原(provasopressin,pro-AVP)羧基端的一段糖肽,二者按1:1摩尔比分泌。但与精氨酸加压素(vasopressin,AVP)相比,和肽素具有更长的生物半衰期,已成为临床上有用的生物标志物。研究证实[20],PE孕妇血浆中和肽素水平在整个孕期均明显高于对照组。而多元回归分析表明,和肽素浓度升高与PE的发展具有显著相关性。此外,利用受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)曲线分析发现,早在怀孕的第6周,孕妇的血浆和肽素浓度即有升高。此外,在C57BL/6J小鼠上长期输液AVP(24 ng/h),可制成小鼠PE模型(妊娠特异性高血压,肾小球内皮增生,蛋白尿,胎鼠宫内生长受限)。上述研究表明,在孕早期和肽素的释放有望作为预测PE的候选标志物。

8.抑制素A及相关联合生化筛查

抑制素A属于TGF-β超家族,在妊娠期间由胎盘中的合体滋养细胞合成和分泌,能够调节胎盘滋养细胞的分化和浸润功能。和正常妊娠相比,子痫前期患者血清中的表达增多。在美国加州进行的一项产前筛查计划中[21],曾对在2006至2008年活产的136 139例妊娠孕妇进行筛查,并使用Logistic二元回归法分析异常的中期妊娠孕妇血清生物标志物和重度PE间的关系。结果发现,大约0.9%的妇女(n=1 208) 经历了重度PE,其中329名妇女妊娠<34周,879名妇女妊娠≥34周。研究认为较高的抑制素、甲胎蛋白(AFP)、人类绒毛膜促性腺激素水平及较低的非结合雌三醇水平与重度PE密切相关；当异常生物标记物联合出现时,患PE风险将大大增加。

9.甲状腺素转运蛋白(transthyretin,TTR)

TTR主要功能是参与甲状腺素以及视黄醇的转运,维持体内视黄醇及甲状腺素的正常水平。在妊娠过程中,TTR可在子宫及胎盘等部位分泌,可能参与了母体甲状腺素向胎儿的转运以及胎盘螺旋动脉的重铸等过程[22]。Zhu等[23]利用免疫印迹分析法和ELISA法检测重度PE孕妇(43例)与健康对照组(37例)不同孕月的TTR浓度。结果显示,随着孕周增加，TTR水平逐渐升高,但重度PE组的平均浓度明显低于正常妊娠组。做为一种新的PE候选分子标志物,TTR尚需更为深入的研究。

10.基因组学的应用

随着研究范围及深度的增加,基因组学也运用到子痫前期的研究中来。Anderson等[24]招募55名未育妇女进行前瞻性研究。在妊娠前3个月,采集血压正常孕妇及PE孕妇外周血白细胞及胎盘绒毛膜组织,对标本进行全基因组DNA甲基化定量分析后发现,12.7%的女性最后可发展为迟发性PE。还有人对来自PE患者及正常孕妇的胎盘绒毛组织进行全组基因表达的筛查比较,他们从择期剖宫产术后患者(9例PE患者,7例血压正常孕妇)胎盘绒毛组织中提取全RNA,并对其进行基因表达分析。结果证实,共有896份基因表达存在显著差异,其中9份表达上调,5份表达下调。通过实时定量PCR检测发现,β-hCG、HTRA4及LHB1表达全部上调,NOX4表达则下调。此外,PE及正常孕妇血浆LHB和β-hCG蛋白表达水平也被证实存在显著差异[25]。

二、来自尿液的生物学标志物

蛋白质组学目前越来越多运用到子痫前期的研究中来,有研究将尿液蛋白质组学用于PE的诊断及筛查。Carty等[26]使用尿液蛋白质组学方法,发现尿液中包括胶原蛋白α链、纤维蛋白原α链和尿调节素片段等蛋白质组成分。并且发现在妊娠28周时,尿液蛋白质组模型对PE有很好的预测价值。

Casarini等[27]的前期研究表明,分子量为90 kda的同型血管紧张素转换酶(Angiotensin converting enzyme,ACE)可作为一种潜在的高血压标志物。后续研究证实,单纯罹患PE的孕妇在其尿液中亦发现有ACE酶活性的升高,而当产后血压正常时,ACE水平亦随之正常。若产后ACE酶活性长期保持较高水平,在环境因素和/或其他疾病的影响下,患者可能发展成为慢性高血压。

此外,在PE患者尿液中检测可足细胞[28]及相关蛋白的升高,并且与肾脏受损程度及子痫病情程度相关。而有不同研究结果认为在正常妊娠期间可能出现较低水平的尿液足细胞。因此,尿液足细胞能否作为预测PE的标志物尚存在争议。

三、来自脑脊液的生物学标志物

有研究者利用脑脊液蛋白质组学分析,确定PE蛋白生物标志物特征及其与病情危重程度的相关性。研究分别采集重度PE组(8例)、中度PE组(8例)及正常对照组(8例)患者脑脊液,利用表面增强激光解折电离飞行时间质谱(SELDI-TOF-MS)技术对样品进行蛋白质组学分析,并对PE相关标志物进行评分。结果发现,重度PE组相关标志物评分较其余两组存在显著差异,且此评分不受治疗性镁剂、脑脊液白细胞计数及总蛋白计数影响。研究还发现,脑脊液血红蛋白浓度在重度PE组显著增高。据此可知,在重度PE患者脑脊液中可检测出毫微摩尔量级的游离血红蛋白,而针对脑脊液的蛋白质组学分析可精确判断PE严重程度[29]。由于脑脊液的采集为有创操作,使脑脊液中生物标志物的研究及应用受到限制。

四、总结与展望

基因组学和蛋白质组学的发展共同推动了PE的诊断及其分子机制研究[30]。但相关的工作主要依赖复杂的实验室检查及分析技术,而这些方法在资源匮乏的地区很少得到应用。基于此,简单、低成本、敏感及相对特异性高的床旁检测就显得尤为必要[31]。理想的生物学标志物应该具有高度敏感性和特异性,不仅能够预测疾病的预后和进展,同时又能反映治疗结果,检测简便,易于被患者接受。

目前,使用系统生物标志物来预测PE的研究仍处于起步阶段,无论这些因素单独还是联合使用都不能完全预测PE。对PE最大程度的预测,来自于母体高危因素、临床参数、实验室及子宫动脉超声检查等多种因素的联合应用。

不断出现的预测PE的相关生物标志物均有一定研究前景,对于PE的诊断及发病机制的研究有着重要的意义。但在应用于临床之前,仍需通过大量、广泛和高质量的临床研究进行验证。期望通过对这些生物标记物的研究,为制定经济、高效的PE早期筛查方案提供依据,从而降低孕产妇和新生儿的发病率和病死率。

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10.3877/cma.j.issn.2095-9133.2017.03.016

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张震宇,Email: zhangzhenyu@coga.org.cn

2017-03-03)

(本文编辑:楚鹰)