uPA/uPAR系统在子宫内膜异位症病程进展中的作用

刘梦娜，许天敏，张 琨※

(吉林大学第二医院 a.研究中心， b.妇产科，长春 130041)

子宫内膜异位症(endometriosis，EMs)是育龄妇女的常见疾病，发病率占育龄妇女的10%～15%，近年来有年轻化趋势，临床主要表现为痛经、性交痛等，常引起不孕，不仅严重影响患病女性的生活质量，还造成巨大的医疗和经济负担[1]。EMs是一种良性病变，但存在浸润、转移等恶性行为。EMs的发病大多具有与恶性肿瘤类似的侵袭和种植行为。肿瘤的浸润、转移是肿瘤细胞与宿主细胞相互作用的多步骤连续过程，包括肿瘤的局部浸润、降解细胞外基质(extracellular matrix，ECM)、进入血液循环以及在新部位种植生存，该过程由细胞因子、生长因子及肿瘤相关蛋白水解酶共同参与。尿激酶型纤溶酶原激活物(urokinase-type plasminogen activator，uPA)系统是其中重要的蛋白酶水解系统。uPA作为丝氨酸蛋白酶家族成员之一，参与机体许多正常生理活动，如细胞溶解、伤口愈合、胚胎发生和组织重建[2]。uPA/尿激酶型纤溶酶原激活物受体(urokinase-type plasminogen activator receptor，uPAR)系统不仅激活纤溶酶原，还参与和纤溶酶无关的活动，如刺激细胞增生、加强细胞迁移、改变细胞黏附和催化特殊细胞因子[血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和肝细胞生长因子][3-4]。现就uPA/uPAR系统在EMs病程进展中的作用予以综述，以期为评估临床EMs病程进展及预后提供参考。

1 uPA/uPAR系统概述

1.1uPA uPA是一种特异性较强的丝氨酸蛋白水解酶，最初分泌为无活性的单链酶原结构,可在158赖氨酸-159异亮氨酸位点酶解形成由二硫键连接的双链活性结构，该活性结构包括生长因子结构域、催化结构域和Kringle结构域3个功能相互独立的结构域，其中生长因子结构域对uPAR有高度亲和力，Kringle结构域参与细胞内信号转导及细胞移行，而催化结构域保留了纤溶酶原激活物的功能[5]。双链uPA可由纤溶酶降解形成羧基端低分子量uPA和氨基端片段，低分子量uPA可激活纤溶酶原及基质金属蛋白酶，进而催化降解ECM中的层粘连蛋白、纤维蛋白及Ⅲ型胶原等[6]。

1.2uPAR uPAR在各种肿瘤(如肝癌、乳腺癌、卵巢癌等)细胞中过表达，也存在于一些肿瘤细胞的辅助细胞中，如巨噬细胞、成纤维细胞等[7]。uPAR作为uPA的细胞表面受体，对uPA结构的A链有高度亲和力。uPAR氨基酸序列的氨基端由两个柔性连接肽连接后折叠成3个胞外同源结构域(D1、D2和D3)[8]。uPAR是一种单链膜糖蛋白受体，由于缺少跨膜区，其3个结构域与羧基端的糖基磷脂酰肌醇共价结合锚定于细胞表面，并在磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C的作用下释放[9]。uPAR主要通过D1与其配体结合，其余的结构域则具有增强uPAR和uPA亲和力的作用，游离的D1氨基端只有约1/500的固有受体亲和力。此外，uPAR还在肿瘤生长以及与许多关键信号分子相互作用的细胞中起重要作用，uPAR与各种细胞表面蛋白相互作用[如G蛋白偶联受体、极低密度脂蛋白受体、酪氨酸激酶受体(包括血小板衍生生长因子受体、上皮生长因子受体和整合素)]，可改变细胞黏附和细胞信号传导[5]。研究指出，uPAR几乎参与包括细胞黏附、迁移、新生血管形成及细胞侵袭等肿瘤转移的全过程[10-11]。

1.3纤溶酶原激活物抑制物(plasminogen activator inhibitors，PAIs) PAIs包括PAI-1和PAI-2，前者由内皮细胞、巨噬细胞等生成，主要储存于血小板并分泌到血液中；后者由肿瘤细胞、单核细胞、滋养层细胞生成[12]。PAI-1和PAI-2是两个主要的抑制uPA催化活性的内源性抑制剂，都属于丝氨酸蛋白酶抑制剂超家族。体外实验证明，PAI-1与uPA迅速反应形成1∶1等量复合物，较PAI-2反应快10～100倍[8]。PAI-1与uPA-uPAR复合物结合后形成uPAR-uPA-PAI-1三元复合物被内吞入细胞，从而启动信号转导和细胞增殖[13]。该过程需要与内吞作用受体相互作用，进入细胞内的复合物被降解，然后将游离形式的uPAR部分再循环到细胞膜[14]。PAI-1可抑制uPA/uPAR，从而抑制细胞侵袭及转移；此外，PAI-1与uPAR又可与ECM的玻连蛋白及整合素结合，影响细胞黏附和迁移，从而促进肿瘤生长和新生血管形成；而PAI-2不参与细胞黏附及迁移，但具有抑制细胞凋亡的作用[15-16]。

2 uPA/uPAR系统在肿瘤发生过程中作用

2.1促进肿瘤细胞ECM降解 ECM的降解是促进肿瘤侵袭及转移的重要过程。uPAR与其他特异性纤溶酶原受体聚集在肿瘤细胞表面,uPAR与uPA结合后催化纤溶酶原活化成纤溶酶；反之，与uPAR结合的uPA又可被纤溶酶激活。可见，uPA和纤溶酶在细胞表面相互激活形成正反馈，极大地提高了细胞表面uPA和纤溶酶的浓度。纤溶酶属丝氨酸蛋白酶，但可非特异性地降解层粘连蛋白、基膜聚糖、Ⅳ型胶原等，也可通过激活潜在的基质金属蛋白酶和生长因子破坏基膜和ECM，促进肿瘤细胞向受破坏的ECM移动。uPA以依赖基质成纤维细胞的方式参与基质金属蛋白酶2的活化，基底表皮和毛囊中过度表达uPA和uPAR，引起基质金属蛋白酶2和基质金属蛋白酶9的激活，从而促进肿瘤细胞局部浸润性生长及转移[7,14,17]。

2.2增加肿瘤组织新生血管形成 uPA主要参与新生血管壁纤维蛋白的降解破坏过程，是原发肿瘤生长、播散转移的前提[18]。新生血管形成过程中，uPA对ECM有降解作用，还可诱导释放不同类型的促血管生成生长因子，如VEGF、成纤维细胞生长因子，参与内皮细胞增殖及侵袭[19]。实验证明，野生型单链uPA被uPAR转运至细胞核，直接与造血表达同源结构域蛋白/富含脯氨酸同源结构域蛋白的转录因子结合，并干扰其功能，从而介导VEGF促血管生成过程[20]。VEGF可诱导uPAR再分布到迁移的内皮细胞前缘，使其具有局部蛋白水解能力，以降解基膜并在血管出芽期间侵入周围组织，uPAR还可抑制磷酸酶-张力蛋白同源物的关键血管生成调节因子的表达，从而促进血管生成[19,21]。

2.3参与肿瘤细胞信号转导 uPA/uPAR系统参与细胞增殖与凋亡、细胞黏附与迁移等多种生理途径的信号转导。uPA介导的细胞迁移需要整合不同的细胞信号转导途径。Rho-Rho激酶途径协同促进RAS蛋白/胞外信号调节激酶激活，胞外信号调节激酶可控制细胞分裂。肌球蛋白轻链激酶作为RAS蛋白/胞外信号调节激酶的下游，参与uPA介导的细胞迁移[7]。p38促分裂原活化的蛋白激酶途径也参与uPA分泌，p38促分裂原活化的蛋白激酶在免疫应答、细胞存活和分化调节中发挥重要作用。uPAR可与酪氨酸激酶家族中的表皮生长因子受体广泛交流，从而介导肿瘤细胞从休眠到增殖的转变。通过与α5β1整合素的相互作用，uPAR可以诱导非配体依赖的表皮生长因子受体信号，引起RAS蛋白/胞外信号调节激酶高度激活，从而促进细胞增殖[11]。采用短发夹RNA抑制uPA及uPAR功能的研究发现，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子和VEGF均可抑制血管生成信号的传导；抑制uPA及uPAR可削弱Notch-1的表达，使Notch-1与核因子κB及磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白信号通路的交流受损，从而通过细胞信号转导抑制细胞侵袭及新生血管生成[19]。

3 uPA/uPAR系统与EMs病程进展的关系

目前，EMs的发病机制尚不明确，病因学说主要包括经血逆流子宫内膜种植学说、血液和淋巴播散学说、体腔上皮化生学说、免疫学说、内分泌及遗传学说[22]。其中，经血逆流子宫内膜种植学说被广泛接受，认为经期宫腔内的内膜腺上皮和间质可随经血逆流，经输卵管进入盆腔，在卵巢和邻近的腹膜等处种植、生长、浸润，形成异位病灶[23]。据统计，亚洲女性患EMs的风险较欧美白种女性增加了9倍，且5年复发率高达45%[24-25]。

EMs难以早期发现和预防，较难控制复发且具有恶性转化可能，给临床诊治带来困难。有研究推测，EMs在位内膜的异位种植需要经历内膜细胞上皮-间充质转化[26]。上皮-间充质转化是在位内膜获得侵袭转移能力的关键步骤，需要与多种细胞活动共同完成，在某种程度上由ECM降解酶的表达增加介导，如丝氨酸蛋白酶(uPA系统)和基质金属蛋白酶。uPA系统参与上皮-间充质转化、细胞信号转导通路的启动以及新生血管生成、侵袭和转移[27]。有研究证实，肿瘤转移过程中存在上皮-间充质转化的可逆性转变，相似的转变也出现在EMs患者中，uPA/uPAR系统成分的表达改变不仅涉及EMs子宫内膜的黏附、转移及异位病灶的形成，在一定程度上也促进了EMs病程的进展[8,28]。

3.1促进EMs内膜细胞黏附 在位子宫内膜发生异位首先需经历内膜细胞对ECM的黏附。在位内膜细胞间黏附能力下降，且与ECM黏附能力增强是在位内膜异位的前提。在位内膜细胞表面的细胞黏附分子与ECM成分结合介导在位内膜与ECM的黏附过程，此外，整合素家族也在此过程中起重要作用。uPAR与整合素结合形成uPAR-整合素复合物，整合素与ECM成分中玻连蛋白、纤连蛋白等结合，引导信号从整合素到细胞内部，介导细胞与基质的黏附作用，从而增强整合素介导的在位内膜对ECM的黏附能力[29]。对在位内膜与异位子宫内膜的基因表达模式进行比较发现，有许多非正常表达的基因参与异位内膜的细胞周期调控、细胞黏附及紧密连接，还作用于促分裂原活化的蛋白激酶、转化生长因子-β、Wnt信号通路等[30]。uPAR可通过与整合素的相互作用激活多种细胞内信号分子(如丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、黏着斑激酶及胞外信号调节激酶/促分裂原活化的蛋白激酶)，导致异位内膜细胞增殖、黏附的剧烈变化[9]。

3.2促进EMs异位内膜浸润及生长 EMs异位内膜植入卵巢表面上皮产生了一种独特的微环境，其中诱导增殖的生长因子、促进细胞活化和增殖的细胞因子以及介导细胞迁移的趋化因子等是主要的生物调节剂。有研究证实，以上分子介质及遗传因素的共同作用可加速EMs的病程进展[31]。有研究发现，卵巢恶性肿瘤、卵巢交界性肿瘤和良性卵巢囊肿的uPA、PAI-1和PAI-2水平比较差异有统计学意义；与良性卵巢囊肿患者相比，恶性及交界性卵巢肿瘤患者血清中uPA和PAI-1的水平更高；而PAI-1蛋白表达的增加可能有助于限制疾病晚期子宫内膜异位组织的侵袭能力。与血清或其他类型囊肿相比，卵巢巧克力样囊肿的囊液所含的细胞损伤介导因子、炎症分子、蛋白水解酶系统(如uPA)的浓度更高[28]。过度表达的uPA增强异位内膜蛋白水解能力，破坏其周围的基膜及ECM成分，从而促进EMs在位内膜发生侵袭和种植、异位内膜形成浸润和侵袭。

在月经周期中，正常子宫内膜可因卵巢类固醇水平变化出现周期性生长和消退。EMs患者uPA、uPAR在整个月经周期持续高表达而失去正常的周期性，月经期大量uPA随内膜碎片逆流至腹腔, 进而增强纤溶酶活性，致EMs迁延不愈[32]。uPA可直接激活VEGF，VEGF是血管生成的强力诱导剂，可上调内皮细胞表达uPA，两者相互作用形成正反馈调节环，为异位内膜的腺上皮细胞提供赖以生存的物质基础，促进了异位内膜的生长及侵袭，加速了EMs的病变进展[33]。uPA及PAI-1蛋白可在正常子宫内膜、EMs内膜的间质细胞以及腺上皮细胞中表达，但EMs患者子宫内膜的uPA水平显著高于正常对照组[23]。将非EMs子宫内膜培养物暴露于EMs患者腹膜液后发现，VEGF-A与uPA水平变化呈显著正相关[34]。

3.3参与EMs相关的腹膜粘连 EMs患者腹膜受损后，富含纤维蛋白的浆膜渗出液渗出导致腹膜粘连，腹膜粘连源于纤溶系统对纤维蛋白清除不足导致的过多沉积，故纤溶系统活性的降低与腹膜粘连增加相关。另有研究认为，上皮-间充质转化与EMs相关的盆腔粘连相关，间皮细胞是浆膜组织中纤溶酶原激活物和PAI的主要来源，具有调节纤维蛋白沉积和分解之间精细平衡的功能，间皮细胞修复受损，平衡将被打破，导致腹膜粘连的形成[35]。上皮-间充质转化通过多种机制参与慢性炎症、肿瘤及EMs侵袭和转移，缺氧作为上皮-间充质转化发生的使动因素之一，可通过增加uPAR表达促进上皮-间充质转化过程的发生[9]。研究指出，EMs患者腹膜液中PAI-1抗原水平的升高导致腹膜粘连增加，且PAI-1的4G/5G多态性与EMs相关性不孕症的发病风险增加有关[36]。

4 小 结

EMs发病过程中有活性的内膜细胞种植在子宫内膜以外(如卵巢、腹膜、直肠等)的位置，该过程包括在位内膜黏附、转移以及异位内膜侵袭、浸润，涉及ECM的降解、新生血管的形成及相关细胞增殖及凋亡信号通路的转导，需要多种细胞因子、生长因子的严格调节以及蛋白酶水解系统的表达变化，uPA/uPAR系统作为机体内最重要的蛋白水解系统之一，其成分的表达改变不仅参与上述过程，还在一定程度上促进了EMs病程的进展。EMs病程的复发或恶变，不仅涉及uPA/uPAR系统的作用，还与相关炎症免疫反应、氧化应激、分子遗传学改变、雌激素代谢及相关血液学指标有关，但各机制间的交叉重叠及因果关系有待进一步的探讨。期待未来对EMs发生发展甚至恶变过程的多因素、多角度联合分析探索，为EMs的早期预防、诊断、干预和治疗提供帮助。