滋养层细胞自噬与子痫前期发病机制的研究进展

李亚梅 综述 程蔚蔚 审校

上海交通大学医学院附属国际和平妇幼保健院(200030)

子痫前期主要与胎盘缺氧、胎盘浅着床、血管内皮的广泛损伤、母婴免疫失衡等因素有关。细胞自噬是细胞以溶酶体的分解代谢过程，降解受损蛋白、衰老或损伤的细胞器等结构，可被多种应激所触发。该文就细胞自噬的分子机制以及滋养层细胞自噬与子痫前期发病的关系予以综述。

1 细胞自噬分子机制

1.1 自噬过程

1.1.1诱导自噬诱导阶段关键性因子是Atg1(酵母中)或其同源物ULK1(Unc-51-like kinase-1哺乳动物中)复合物、hVPS34/PIK3C3 (vacuolar protein sorting 34)-Atg6( Beclin1)复合物和Atg14及其他相关元件[1]。Atg1/ULK1复合物受到雷帕霉素靶蛋白(mTOR)的调控。mTOR有mTORC1和mTORC2两种不同的复合体，其中mTORC1在调控自噬方面起主要作用[2]。

1.1.2形成自噬过程被诱导后，由mVPS34复合物Atg14-VPS15-mVPS34启动膜泡的成核反应，然后Atg21和Atg24结合到膜上，形成前自噬体，而后膜泡扩张将底物包绕，形成自噬体。哺乳动物中，ULK1复合物结合hVPS34/PIK3C3复合物和其产物三磷酸肌醇及蛋白质/脂质复合体PI3-phosphate(PI3P)连同PI3P的效应蛋白最终导致自噬吞噬体的形成[3]。

1.1.3延伸、闭合吞噬泡的延伸及自噬吞噬体的闭合需要Atg9和Atg8(哺乳动物中Atg8蛋白家族:LC3A、LC3B、LC3C、GABARAP、GABARAPL1和GABARAPL2/GATE16)，其中Atg9是唯一参与自噬体形成过程中的膜整合蛋白，Atg9的多聚化促进了自噬体膜的形成[4]。LC3家族蛋白的C末端与Atg12-Atg5-Atg16L复合体相结合，该复合体参与自噬体的形成(Atg12首先由泛素连接酶活化后再与Atg5形成复合体，Atg5-Atg12进而与含有coiled-coil结构域蛋白Atg16结合形成多亚基蛋白复合体)。Atg8蛋白参与吞噬泡膜的延伸、闭合并最终形成双重膜的自噬吞噬体的过程[5]。

1.1.4成熟、分解自噬体和溶酶体融合后，自噬体内包裹的核糖体、蛋白质聚集体、线粒体等成分将被溶酶体内的多种水解酶降解，某些降解后的产物，如氨基酸、脂肪酸等会重新参与到新陈代谢中去[6]。

1.2自噬调控

1.2.1 MTOR通路在哺乳动物体内，当能量充足时mTORC1被激活，结合ULK1-Atg13-FIP200-Atg101复合体，从而抑制自噬。当细胞接受到饥饿信号时mTORC1失活，与ULK1-Atg13-FIP200-Atg101蛋白复合体分离，ULK1被激活，进而导致Atg13、FIP200及Atg101的磷酸化，整个蛋白复合体构象发生改变，从而诱导细胞自噬[7]。mTORC1活性还受到氨基酸，尤其是支链氨基酸(亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸)摄入水平的调控，这主要通过RagA家族成员GTPases和Ste20家族丝裂原活化蛋白激酶3(MAP4K3)介导[8]。当细胞内亮氨酸浓度升高时，可通过上调GTPases和MAP4K3的活性，激活mTORC1，抑制细胞自噬；反之，当亮氨酸浓度降低时，则会抑制mTORC1，上调细胞自噬。

1.2.2 Beclin1/class III PI3K复合物Atg14以及其他一些Beclin1/class III PI3K核心复合物，如Beclin1、Vps34、Ambra1,均参与自噬体的形成。Atg14和Ambra1帮助Beclin1在内质网或自噬溶酶体上进行定位，促进自噬诱导[9]。Vps34、UVRAG 及Bif-1 等因子则通过与 Beclin1的不同结构域结合并相互作用上调自噬水平。研究发现，Vps34 可与 Beclin1的螺旋-螺旋结构域和进化保守结构域结合，促进自噬；UVRAG 可与 Beclin1的螺旋-螺旋结构域结合，上调自噬水平；Bif-1则通过UVRAG-Beclin1复合物来激活 Vps34，进而促进自噬[10]。另外，Bcl-2通过与Beclin1的BH3结合，抑制细胞自噬[11]，饥饿处理后JNK1(c-Jun N-terminal kinase 1)被激活，磷酸化Bcl-2，致使Bcl-2/Beclin1复合物解离，游离出Beclin1，形成 Beclin1-hVPS34/PI3K 复合体，促进自噬[12]。另外，内质网定位肌醇1,4,5三磷酸受体(IP3R)也可竞争结合Bcl-2，释放Beclin1，诱导自噬[13]。

1.2.3 AMPK-ULK1通路最近研究发现，应激因素EtOH(乙醇)直接磷酸化ULK1 Ser555位点和Ser797位点，激活AMPK，AMPK-ULK1复合物增加BECN1 (S93, S14)和 PIK3C3/VPS34(S164)磷酸化，形成ATG14-AMBRA1-BECN1-PIK3C3自噬前体，诱导自噬[14]。AMPK同时是mTOR的功能拮抗剂，AMPK可直接磷酸化IP3R Ser72位点和Ser792位点，并引起14-3-3蛋白结合到磷酸化的IP3R上，从而抑制mTORC1，激活细胞自噬[15]。

2 子痫前期(PE)与滋养层细胞自噬

PE的发病机制复杂，可能与胎盘缺血缺氧、免疫因素、血管内皮细胞损伤、遗传因素等有关，其明确的发病机制尚未完全阐明。有研究者提出了PE发病机制的“两阶段学说”：第一阶段为临床前阶段，子宫螺旋动脉重铸障碍，导致胎盘缺血缺氧，释放多种组织因子(如表皮生长因子、胰岛素样生长因子等)；第二阶段，胎盘释放的因子进入母体血液循环，激活系统性炎症反应以及引起血管内皮细胞损伤，从而引起PE相应的各种临床症状[16]。

2.1 低氧因素

2.1.1低氧诱导因子1α(HIF1-α) 研究发现，妊娠早期的生理性缺氧可诱发滋养层细胞中的自噬作用[17-18]。Nakashima等[19]利用双重免疫组织化学染色法，在缺氧和正常氧浓度下，对微管相关蛋白1轻链3(MAP1LC3B)进行染色，发现子宫基底深部，胎儿着床一侧的绒毛膜外滋养层细胞(EVTs)中，MAP1LC3B围绕在子宫螺旋动脉周围分布，而且缺氧条件下MAP1LC3B含量更多。在营养匮乏或组织缺血缺氧等应激条件下，自噬作为相应的代谢过程通过提供代用能源及清除功能异常的细胞器及蛋白质类维持细胞存活。相关研究表明，在妊娠7～9周胎盘氧含量降低时，HIF1-α表达增加，随着孕周增加胎盘氧含量逐渐恢复，HIF1α水平也趋于正常[20]。Bellot等[21]研究认为，HIF1-α通过增强Bcl-2/腺病毒E1819 kDa蛋白相互作用蛋白3(BNIP3)和BNIP3L编码基因的转录，导致Bcl-2/Beclinl复合物裂解从而诱导自噬。研究表明，缺氧诱导HIF1-α过度表达，通过PI3K途径，激活自噬，诱导MMP9表达增加，维持细胞能量的平衡，从而保证EVTs的浸润能力，自噬一旦受损EVTs浸润能力下降，致使胎盘浅着床，诱发PE[22]。

2.1.2活性氧簇(ROS) 在孕早期低氧和低营养状态下，EVTs内ROS水平不断升高，并通过两种途径激活自噬，进而维持滋养层细胞的功能。其一，ROS水平增高，导致AMP/ATP比率增加激活AMPK，进而磷酸化Tsc2，激活Tsc1-Tsc2复合物。活化的Tsc会抑制mTORC1通路加速产生自噬相关蛋白，如LC3II、Beclin1、Atg5-Atg12-Atg16L等，诱导自噬发生，从而保证EVT入侵子宫基层，有利于螺旋动脉血管重塑[23]。其二，ROS通过氧化半胱氨酸残基附近的半胱氨酸蛋白酶ATG4催化位点，刺激该酶的活性并增强自噬功能[24]。然而，自噬作为细胞存活的机制，可通过清除ROS损伤的细胞器以保护细胞,当ROS积累过多超出自噬所能承受的范围时，自噬不但不能清除细胞内ROS，还会导致细胞过度自噬引起自噬性死亡[25],引发PE。Kanninen等[26]进一步证实了上述理论：通过收集757例正常妇女的胎盘血清，并检测其自噬水平，发现随着孕周的增加，胎盘自噬水平也随之增加。然而检测PE患者血清中的自噬水平，却呈现降低趋势。然而，有学者提出PE患者胎盘滋养层细胞自噬水平高度增加，随着胎盘微环境的改变，自噬水平的上调是为了维持滋养层细胞的存活，而当氧化应激等胎盘微环境诱导滋养层细胞或内皮细胞过度自噬，导致PE发生[27]。

2.2 炎症因素

有研究表明，自噬抑制炎症反应，可能通过直接抑制炎性复合物和间接清除炎症刺激物如受损的细胞器或病原微生物，保护细胞免于过度持久炎症[28]。另有研究表明，自噬受损也可能导致滋养层抵抗氧化应激的能力降低，诱发PE[29]。其具体机制包括以下几个方面：

2.2.1可溶性内皮糖蛋白(sENG) PE第二阶段，组织因子激活系统性炎症反应，产生抗血管生成因子如可溶性血管内皮生长因子受体(sFLT-1)和sENG[30]。Saito等[31]提出，sENG会抑制缺氧条件下滋养层细胞自噬，最终导致EVTs浸润和子宫螺旋动脉重铸障碍，引发PE。具体机制主要是，氧化应激诱导的大量的活性氧簇(ROS)，激活炎性体NALP-3 和caspase-1，导致炎症因子IL-1过度分泌[32]，诱导线粒体损伤。与此同时sENG阻碍自噬体的形成，从而降低自噬体回收受损的线粒体，最终导致过度炎症的发生，引发PE。

2.2.2肿瘤坏死因子α 辅助性T细胞(Th1)衍生的细胞因子如肿瘤坏死因子α(TNF-α)被认为是自噬诱导剂。孕早期TNF-α激活促炎转录因子STAT3和NF-κB，抑制DAPK1(death-associated protein kinase 1)转录[33]，DAPK1进一步磷酸化 Bcl-x，致使Bcl-x/Beclin1复合物解离，游离出 Beclin1,并与PIK3C3结合[34]，诱导自噬，进而参与新生血管的形成。李蓉等[35]研究表明，炎症因子 TNF-α可以上调 RF/6A 细胞的自噬蛋白表达,提高细胞的增殖能力,促进细胞迁移以及细胞管腔形成能力,维持EVTs浸润能力和促进胎盘血管重铸。然而，Pantham[36]提出，正常孕早、中期TNF-α含量较低，孕晚期增加，如果TNF-α异常增加，可诱发妊娠期高血压、早产等其他妊娠不良结局。

2.2.3核转录因子κB(NF-κB) 随着孕周的增加，滋养层细胞抗氧化能力降低，高活性ROS和内质网应激会诱导NF-κB，激活TSC2/mTOR抑制剂，上调自噬蛋白Beclinl和SQSTMl/p62，诱导自噬发生[37]，同时激活胎盘释放促炎性细胞因子、趋化因子和抗血管生成因子，例如sENG和sFLT-1，这些因子的增加导致全身炎症的发生、胎盘血管内皮损伤以及滋养层细胞自噬负荷过重而受损，从而引发PE[38-39]。

2.3 免疫机制

CD4、CD25调节性T细胞(Treg)参与T1、T2免疫状态的调控，Treg显著减少时T1占优势，导致母体免疫耐受降低，引发PE。有相关研究表明，Treg中的自噬水平显著高于CD4+T 细胞，提示Treg对自噬有依赖[40]。另外，Delorme-Axford等[41]分别用DNA和RNA病毒感染正常足月分娩的原发性人胎盘滋养层细胞(PHT)，发现PHT高度抗病毒感染，表明其本身具备抗病毒免疫机制，并进一步表明滋养层细胞利用外泌体将19号染色体的miRNA(C19MC)进行转移，从而诱导滋养层细胞的自噬作用，利用自噬途径降解转染病毒，抑制病毒复制，从而增强母胎界面的抗病毒免疫。

3 展望

细胞自噬作为一种最基本的生命现象，与子痫前期发病关系需进一步阐明。缺血缺氧是细胞自噬激活的重要诱因之一，然而自噬与缺血缺氧后导致的疾病关系研究也尚处于起步阶段，缺血缺氧后自噬的分子机制、所涉及的调控因子及自噬水平的检测，尚需要进一步的研究。有望通过研究干预滋养层细胞的自噬过程，发现利用自噬治疗子痫前期等不良妊娠结局的新策略。