氧化应激对胎盘生命的影响

国林林，赵慧栋，胡海燕

氧化应激是指在缺血、缺氧、炎症等病理状态下，活性氧簇生成过多而抗氧化物质含量减少或活性降低的一种失衡状态，导致蛋白质、脂质和DNA的损伤，造成细胞功能障碍和组织损伤。代表“最后共同通路”的氧化与抗氧化失衡可能影响胎盘的发育和老化，最终导致多种妊娠疾病。

1 胎盘生命的产生

建立功能性胎盘生命周期对胎儿发育和维持正常妊娠至关重要。胎盘发育早期，精卵结合受精后，囊胚植入母体子宫蜕膜，滋养细胞浸润子宫肌层。其中滋养细胞入侵蜕膜对母胎界面的建立至关重要，涉及母胎联系的通路包括胎盘对蜕膜的固定、脉管系统的重塑，以及与母体蜕膜基质细胞和淋巴细胞的交叉对话。

胎盘发育的基础在于滋养细胞的分化。新生器官的形成初期，滋养外胚层的细胞滋养细胞开始增殖分化：一方面，囊胚植入期间增殖分化为合体滋养细胞，并覆盖于漂浮绒毛表面，通过初级和次级合体化过程，合体滋养细胞维持更新，成为母胎界面营养交换和代谢废物排泄的主体细胞；另一方面，锚定于子宫壁上的黏附绒毛继续分化，快速增殖的部分细胞滋养细胞可穿透合体层，参与胎盘绒毛和子宫蜕膜联系的滋养细胞柱的形成；而远端细胞柱中的细胞滋养细胞与子宫蜕膜的细胞外基质相互作用，分化成具有浸润功能的间质滋养细胞（iEVT）和参与子宫螺旋动脉改建的血管内滋养细胞（enEVT）[1]。在分化过程中，胚胎着床时大量巨噬细胞围绕在侵入的滋养细胞周围，其中胎盘巨噬细胞（Hofbauer cells）是胎儿来源的，在早期胎盘发育中起直接作用。胎盘巨噬细胞-滋养细胞之间相互作用，胎盘巨噬细胞通过释放多种细胞因子，如人绒毛膜促性腺激素（hCG）、人胎盘催乳素（HPL）和粒-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF），进而调控绒毛滋养细胞的分化和增殖，以协助胎盘功能的正常发挥。另外，在滋养细胞浸润过程中，绒毛合体滋养层基底外侧面表达具有蛋白水解活性基质金属蛋白酶（MMPs），通过降解胎盘基底板的胶原蛋白，使绒毛侵蚀能力增强，保证胎盘发育，尤其涉及向子宫蜕膜和肌层浸润时，子宫肌层MMP-2、MMP-9的表达水平低于蜕膜。

在胎盘发育过程中，子宫螺旋动脉需要广泛改建，enEVT来源于iEVT和enEVT栓。前者主要是妊娠早期包绕蜕膜浅表子宫螺旋动脉的iEVT，其具有的浸润性使螺旋动脉的血管平滑肌细胞分布发生改变，iEVT进入动脉腔后转变为enEVT；动脉腔内的enEVT逆行聚集形成“栓子”，主要参与深部子宫螺旋动脉的改建，此为胎盘循环形成早期的重要过程。妊娠10～12周左右，enEVT栓从螺旋动脉中消失，enEVT亚群与母体免疫细胞相互作用，引发动脉壁弹性溶解并取代镶嵌在螺旋动脉上的内皮细胞以诱导血管重塑：蜕膜小动脉的“生理性转变”和子宫螺旋动脉的重塑，使胎盘血管由“低排高阻”转换为“低阻高排”，建立所谓“真正的”母胎血循环[2]。另外，由于“滋养细胞栓”溶解，绒毛间隙血流量增加，细胞滋养细胞与来自母体螺旋小动脉的血液直接接触，平均氧分压升至 90～100 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）。不同于持续性低氧过程，该过程可被视为“慢性间歇性低氧复氧”，其病理生理过程类似于缺血再灌注损伤，是存在于胎盘微环境中的特征性低氧状态，而缺血再灌注会导致活性氧簇自由基的生成。

虽然目前enEVT栓溶解的具体机制尚不清楚，但增加的氧张力促使侵袭性滋养细胞表达，并进一步侵入子宫螺旋动脉。有报道证实enEVT栓的溶解始于胎盘边缘，并逐渐扩展至中央，胎盘血流量逐渐提升，同时也促进氧张力的渐进性增加，逐渐完善胎盘生命管道的建立[3]。

滋养细胞浸润具有时间性和空间性，在时间上限于妊娠早期，空间上限于种植部位的子宫内膜、子宫肌层的浅1/3以及相关的螺旋动脉，因此胎盘得以正常形成、发育、成熟和老化。当胎盘生命周期中这些细胞功能受干扰或阻断时，胎盘功能将受到影响，导致病理妊娠，如子痫前期、胎儿生长受限（FGR）或自然流产，这些均与滋养细胞功能异常有关[4-5]。

研究发现氧化应激与胎盘生命周期密切相关。一方面，氧化应激形成的低氧环境可保护滋养细胞的分化、增殖及血管改建；另一方面，氧化应激引起的胎盘缺血缺氧和血管内皮损伤会导致胎盘中脂质过氧化物增多，抗氧化酶减少，继而影响炎性因子及相关蛋白酶的释放，如白细胞介素6（IL-6）、IL-8、肿瘤坏死因子 α（TNF-α）和 C 反应蛋白（CRP）等[6]。

2 氧化应激对胎盘生命的影响

2.1 缺氧诱导因子（HIF）对胎盘生命的影响母体子宫螺旋动脉重塑发生在囊胚植入后，iEVT和enEVT协同作用使螺旋动脉处于“低排高阻”状态。在一定程度上限制了母体血液进入胎盘，造成胚胎和胎盘在生理性低氧和低糖环境中生长，使分化细胞免受大剂量活性氧簇损伤而受到保护，这一时期的生理性低氧对胎盘形成至关重要。研究发现，氧分压是滋养细胞分化和增殖平衡的关键因素，Garrido-Gomez等[7]曾通过体外培养发现低氧可以刺激细胞滋养细胞处于增殖状态，而抑制其向浸润方向分化，但目前对氧分压的平衡作用并不明确。

HIF-1由α和β亚基组成，是目前发现的唯一特异性高、能够在低氧环境下发挥活性的核转录因子[7]。HIF-1α是受氧浓度变化调控的亚单位，通过多种途径影响滋养细胞和内皮细胞功能，使胎盘、蜕膜生理性血管重塑障碍；并妨碍内皮细胞和滋养细胞损伤的再修复，加剧病理妊娠的进展，在滋养细胞浸润、胎盘血管重塑中起关键作用。持续低氧状态主要通过介导低氧适应性增加使HIF-1α的表达上调，间歇低氧状态也可依赖不同的信号转导途径上调HIF-1α表达。当滋养细胞所处内环境出现间歇性低氧状态时，HIF-1α及其下游基因表达紊乱，导致滋养细胞侵袭能力降低、子宫螺旋小动脉重塑障碍，即“胎盘浅着床”。在低氧环境中，积聚增加的HIF-1α发生核转位，与HIF-1β结合形成二聚体，激活血管内皮生长因子（VEGF）、可溶性fms样酪氨酸激酶1（sFlt-1）[8]，通过调节两者的转录活性和mRNA稳定性影响HIF-1α表达。相关实验表明胎盘处于持续缺血缺氧状态会激活HIF-1α，致使其表达水平呈上升趋势，一方面，缺氧可通过激活下游靶因子VEGF使HIF-1α表达上升；另一方面，亦可下调sFlt-1使HIF-1α表达上升。正因为如此，VEGF下调可阻碍胎盘血管重塑及滋养细胞的侵袭，而sFlt-1上调抑制血管生成，诱发血管内炎症反应，引起机体自身的氧化应激，从而诱发不良妊娠结局，如母体子痫前期－胎盘源性氧化应激疾病的发生[9-10]。

在正常氧浓度和高氧浓度下，HIF-1α极不稳定，其半衰期＜5 min。有研究用免疫组织化学法对胎盘组织中HIF-1α的表达进行检测，结果显示妊娠期高血压疾病患者胎盘组织中HIF-1α表达升高。不同孕周的胎盘局部氧分压亦存在巨大差异，HIF-1α可能通过调节雌激素、生长因子和细胞因子影响胎盘功能的发挥。妊娠早期胎盘处于生理性低氧状态，通过介导雌激素水平调节HIF-1α的表达。妊娠5～8周，胎盘中HIF-1α呈高表达状态，妊娠10～12周时由于间质血流量和胎盘氧合增加，HIF-1α蛋白的表达水平骤然下降。该时期的低氧状态有利于雌激素通过介导整合素5α抑制滋养细胞向侵袭表型分化，而促进滋养细胞分化为增殖表型。在体外模型中[11]，经过高浓度或过低浓度雌二醇处理后，胎盘HIF-1α显著升高，异常升高的HIF-1α导致相对分化不成熟的滋养细胞分化处于停滞状态，引起胎盘灌注量减少、胎盘浅植入。与此相矛盾的是，有报道称妊娠早期雌激素通过调节HIF-1α的表达促进滋养细胞向侵袭性表型分化，削弱滋养细胞增殖。因此，雌激素通过HIF-1α影响胎盘的时限性低氧状态，仍需要进一步的研究。

2.2 氧化应激与免疫耐受协同对胎盘生命的影响持续妊娠状态与母胎免疫耐受平衡有关，而氧化应激与免疫耐受的相互协调作用使胎盘功能得以正常发挥。妊娠早期末，与滋养细胞直接接触的蜕膜自然杀伤（dNK）细胞数达到峰值，约占淋巴细胞总数的70%。与外周血NK细胞相比，正常人类dNK细胞杀伤能力低，可产生大量细胞因子和促血管生成因子[12]。在细胞水平上，dNK细胞可以通过侵入滋养层，纤维蛋白沉积，弹性层和血管平滑肌细胞的溶解替代内皮细胞，促进子宫螺旋动脉重塑。最重要的是，dNK细胞表达抑制性受体杀伤β细胞免疫球蛋白样受体（KIRs），KIRs与绒毛外滋养细胞上高表达的人白细胞抗原G（HLA-G）特异性结合，抑制dNK细胞的杀伤活性，从而诱导免疫耐受和VEGF-A、VEGF-C、γ干扰素（IFN-γ）或胎盘生长因子（PlGF）的产生，在保护胚胎发育和子宫螺旋动脉重塑的始动过程中发挥重要作用。研究发现胎盘处于持续缺氧状态时，KIRs减少，HLA-G表达水平降低，dNK细胞免疫活性增强，通过直接杀伤和外源性凋亡途径使滋养细胞过度凋亡，子宫螺旋动脉重塑不足，胎盘循环受阻[12-13]。Cavalli等[13]通过制备小鼠缺血缺氧模型模拟子宫螺旋动脉重塑障碍所致一系列妊娠期特发疾病的病理过程，探讨dNK细胞在氧化应激所致免疫耐受失衡中的作用，研究发现将dNK样类似物（idNK）注射到子宫螺旋动脉重塑障碍的小鼠模型中，子宫动脉阻力指数（resistance index，RI）降低，提示胎盘灌注得以改善，dNK细胞介导的免疫反应可能影响胎盘功能的正常建立，而idNK对氧化损伤的胎盘是否有治疗作用仍需要进一步研究。

2.3 滋养细胞凋亡影响胎盘生命氧化应激可导致胎盘滋养细胞显著凋亡老化，进而影响滋养细胞的合体化、向浸润方向的分化和子宫螺旋动脉重塑，加剧胎盘缺氧状态形成的恶性循环，诱发病理妊娠结局。子痫前期的发病机制与胎盘氧化损伤相关的研究较多，子痫前期的发生、发展可分为两阶段，第一阶段在胎盘形成早期，滋养细胞分化、迁移、增殖障碍，滋养细胞侵入过浅，子宫螺旋动脉重塑不足，导致“胎盘浅着床”，因此胎盘产生雏形期的氧化应激损伤被认为是病理妊娠的触发点；第二阶段为螺旋动脉重塑不足引起胎盘缺血缺氧，导致合体滋养细胞凋亡过度，同时释放各种因子进入母体血液循环，引起全身小血管痉挛样改变和血管内皮受损，全身各脏器各系统灌注减少，对母儿造成危害，甚至导致母儿死亡[14]。由于子痫前期表现为多脏器、多系统损害，故有学者提出子痫前期－子痫综合征（preeclampsia-eclampsia syndrom）的概念。子宫螺旋动脉重塑不良更是被认为与许多妊娠并发症有关，包括晚期流产和FGR等。

关于滋养细胞凋亡，目前最为广大研究者所接受的是自噬参与的发病机制。妊娠早期低氧和营养缺乏状况下，自噬可以保证滋养细胞的生存和正常发育。妊娠中期以后，自噬可以清除受损的线粒体和内质网以保持细胞稳态，使滋养细胞在绒毛间隙血流间断所造成的低氧低糖情况下得以生存，从而促进胎盘发育，妊娠得以维持[15]。近年研究发现，过度的自噬活动可能与子痫前期、FGR的发病过程密切相关；而滋养细胞自噬降低则与早产相关联，在异常自噬过程中，炎症和氧化应激起关键作用[15-17]，导致胎盘功能障碍。死亡相关蛋白激酶1（DAPK-1）是近年发现的一种丝氨酸/苏氨酸激酶和肿瘤抑制基因，属于DAPK家族，是凋亡的正性调节因子，参与多种信号通路，调节细胞凋亡、自噬、细胞黏附和迁移。据已知相关类似蛋白的研究得知，DAPK-1可能主要表达在合体滋养细胞胞质中，而低氧胎盘组织中的表达水平高于常氧胎盘组织[18]。过度自噬时，滋养细胞释放的部分“父源性物质”诱发母体免疫反应，而免疫系统释放的炎性介质（如TNF-α）可与DAPK-1协同调节细胞凋亡、自噬和程序性坏死[19]。此外，缺氧处理后应用激光共聚焦方法检测发现，滋养细胞中的自噬相关蛋白LC3B（light chain 3 beta）增加。近年已有大量文献报道证实，与正常妊娠相比，重度子痫前期患者胎盘中LC3B mRNA和蛋白表达明显升高，表明氧化应激可能导致自噬过度，影响胚胎着床、胎盘生命的形成[20]。

3 结语

氧化应激可影响胎盘生命的各时期，包括始于妊娠早期的低氧状态，母胎循环的建立和成熟，参与滋养细胞的增殖、迁移、入侵及凋亡等，以至于成为目前胎盘源性病理妊娠研究的焦点。因此，了解胎盘生命周期机制与氧化应激的关系，寻找反映氧化应激代谢产物的标志物有助于明确病理妊娠的发病机制，指导临床早期预测；尤其将氧化应激作为胎盘病理学发展的重要驱动因素时，抗氧化治疗或许成为“胎盘源性疾病”的最佳治疗方式。