自噬与早产*

唐琼, 黎静

南方医科大学南方医院妇产科(广东广州 510515)

早产(preterm birth，PTB)是指妊娠满28 周至不足37 周间分娩者。早产是全球围生儿并发症与死亡的首要原因，也是5 岁以下儿童死亡的第一大原因[1]。据报道目前世界各国早产发生率各不同，发生率波动在5%～18%，虽然不同国家的早产发生率增长的幅度不同，但整体呈现上升趋势[2]。鉴于早产问题的重要性和紧迫性，其病因和发病机制一直是围产领域的研究热点，也是亟待解决的难题。近年来，研究发现与早产相关的发病机制主要有：感染、应激等引起的炎症、激素分泌紊乱以及细胞组织衰老等机制，但大多数多学者更倾向认为早产是一种病理综合征[3]。细胞自噬是细胞程序性死亡的一种类型，是真核生物细胞中高度保守的重要代谢途径,是维持细胞稳态的重要过程之一。近年来发现自噬在人类胎盘的生成及发育中发挥重要作用，目前研究证实，细胞自噬与病理妊娠有关，自噬异常可导致滋养细胞增殖、分化、凋亡和自噬等生物学行为异常，破坏母胎界面平衡紊乱，从而导致早产、子痫前期和胎儿生长受限等不良妊娠并发症[4-6]。本文就细胞自噬的概念及功能、胎盘细胞自噬水平改变与早产的关系，以及细胞自噬通过何种机制导致早产的研究现状予以简要综述。

1 细胞自噬的概念及功能

细胞自噬是真核生物细胞中高度保守的重要代谢途径，也是细胞及机体的一种防御保护机制，通过分解对机体有害或无用的物质，释放氨基酸、单糖以及脂肪酸等小分子物质，供机体再次合成有用的大分子物质和能量，实现体内物质循环利用，从而促进机体在营养缺乏、缺氧、应激等状态下维持细胞及机体的稳态[7]。近年来研究表明细胞自噬失调参与多种代谢性疾病、神经退行性病变、癌症及感染性疾病等疾病的发生发展，并且认为细胞自噬可能是预防及治疗相关疾病的一个潜在靶点，为治疗和预防提供了新的方向[8]。细胞自噬方式多种多样，目前研究相对透彻的细胞自噬方式主要有3种[9]：(1)微自噬：是指机体内有害或多余的物质被溶酶体或液泡内膜直接包裹，进而被降解成小分子物质的过程；(2)分子伴侣自噬：是指机体内底物与分子伴侣结合后被转运到溶酶体内被分解释放的过程；(3)宏自噬：是指在细胞自噬激活后首先形成一个双层膜结构的自噬小体，随后溶酶体膜与自噬小体外膜融合，在溶酶体内自噬体内膜和包裹在自噬小体内的底物被溶酶体酶消化分解的过程。在妊娠过程中，细胞自噬可通过循环利用营养物质以实现胎盘滋养细胞在低氧及“饥饿”的状态下正常发育[10]。在生理条件下，微自噬、分子伴侣自噬、宏自噬处于基线水平，基线水平的细胞自噬可避免有害物质在体内累积，避免机体结构或功能受损，同时为机体反复提供营养物质及能量，使细胞在生长或环境改变导致的应激和压力条件下获得生存优势，从而促进机体稳态的维持。

2 细胞自噬抑制与早产相关病理机制

2.1 细胞自噬抑制通过促进炎症导致早产发生 胎盘胎膜局部炎症可诱发早产发生是目前一个被比较认可的早产发病机制[3]，其中炎症分为有菌性炎症和无菌性炎症，有菌性炎症导致早产是被全球认可的理论，但关于无菌性炎症诱发早产这一理论仍处于探索中。同时,研究发现自噬与机体免疫功能及抗感染能力密切相关，生理状态下基线水平的细胞自噬可抵御和清除外界入侵的病毒、细菌和真菌等病原体[11]。目前研究人员通过研究细胞自噬相关基因及蛋白表达水平来探讨细胞自噬水平与早产之间关系[12]。

目前研究认为早产与细胞自噬抑制和炎症因子以及炎症反应机制有关。Liassides等[13]通过实验证实细胞自噬可通过影响炎症细胞的发育及功能，抑制炎症反应过度激活从而影响早产的触发。Agrawal等[14]在两种早产小鼠模型组，即炎症诱导发生早产的小鼠组和非炎症诱导发生早产的小鼠组的子宫和胎盘中检测与细胞自噬相关蛋白，研究发现在炎症诱导发生早产的小鼠的子宫和胎盘组织中细胞自噬相关基因Atg4 mRNA和Atg7 mRNA表达水平均显著降低，免疫组织化学分析也证实Atg4和Atg7相关蛋白水平降低，且LC3B脂化减少导致LC3B累积，以及溶酶体相关膜蛋白LAMP-1、LAMP-2及溶酶体酶a2V的表达水平均比激素诱导的早产组低，同时实验发现在炎症诱导的早产小鼠的胎盘及子宫中，NF-κB、P65蛋白及肿瘤坏死因子均明显升高。且有研究表明细胞自噬可能通过阻断NF-κB通路的激活从而减炎症反应[15]。因此，细胞自噬抑制可通过特定的信号通路来诱发炎症激活，而多种炎症因子及炎症反应可以引起分娩发动导致早产。

自噬抑制可能是诱发感染或促进炎症反应的进程从而引起早产的因素之一。Cao等[5]通过研究<32周发生的早产(早期早产)、32～37周发生的早产(晚期早产)、及足月分娩的孕妇的胎盘组织以及孕妇的感染指标(白细胞计数)，发现早期早产、晚期早产胎盘组织中beclin-1(参与细胞自噬起始)和ATG 7(参与自噬体膜延伸)的蛋白水平无明显差异。但早、晚期早产胎盘组织中的ATG16L1平均水平明显低于足月胎盘，说明早产的胎盘中细胞自噬水平较足月低，同时根据临床数据观察到早期早产的白细胞计数显著高于晚期早产及足月分娩组的白细胞计数。因此推测细胞自噬水平降低可能导致胎盘发生感染或潜在性感染从而导致早产。同时Avagliano等[16]也发现，与没有炎症性病变的早产病例相比，具有组织学炎症的早产病例中胎盘组织中的自噬标记物LC3表达显著降低，表明了自噬水平降低可能引起感染或促进炎症反应的进程从而诱发早产。

因此可以认为细胞自噬是一种抗炎反应，可能通过清除炎症触发因子或者影响免疫细胞的发育及免疫因子的分泌而增强机体抵抗外来病原体侵袭感染的方式来抑制炎症发生，进而维持妊娠。当细胞自噬受到抑制时，这一保护机制将被破坏从而触发分娩导致早产。

2.2 细胞自噬抑制促进细胞衰老导致早产发生 细胞衰老是一个细胞进入持久的生长停滞状态的过程，大部分由线粒体功能决定，是一种重要的抑制癌症发生的机制，也是机体抵抗衰老的一个驱动因素[17]。研究发现胎膜老化可能是自然分娩的发动机制之一[18]；且胎盘组织及生殖系统的衰老可导致早产[19]。而细胞衰老与细胞自噬存在密切联系，甚至有学者提出细胞自噬的重新建立可以逆转衰老[20]。

Hirota等[21]通过动物实验发现增强mTORC 1信号表达可加速蜕膜衰老从而导致早产，而mTOR通路是抑制细胞自噬活动的信号通路之一[22]；另外， Manna等[23]认为氧化应激在细胞衰老中起着关键作用，过度的氧化应激会导致细胞衰老和线粒体功能紊乱，进而引起胎盘组织过早老化;同时高水平的ROS、细胞自噬抑制、线粒体功能损害三者之间相互影响，形成恶性循环可促进蜕膜细胞衰老，导致蜕膜生理功能损害及产生细胞衰老相关分泌表型因子(SASP),从而促进分娩发动[24]。

因此我们可以推测细胞自噬抑制、细胞衰老、早产三者存在一定联系，胎盘细胞自噬水平降低可引起细胞内线粒体功能丧失，导致细胞能量供应不足加速细胞衰老，而衰老的细胞可能通过无菌性炎症、胎盘抵抗外界病原体侵袭感染的能力降低或其他尚未被发现的机制从而导致早产。

2.3 细胞自噬抑制通过抑制孕激素合成及分泌导致早产发生 孕激素撤退是早产的一个重要发病机制，临床上使用孕激素保胎是治疗先兆早产的一个重要措施，但孕激素如何发挥保胎作用的机制尚未清楚，目前认为孕激素是子宫平滑肌的一个静止因子，可抑制子宫收缩来发挥保胎作用，同时动物研究发现孕激素在妊娠晚期通过免疫调节作用，在母体-胎儿界面和子宫中发挥抑制炎症的作用[25]。影响孕激素分泌的因素众多，如下丘脑、垂体、卵巢的功能、机体营养状态及胎盘的功能等，但其具体机制仍处于探索阶段，有研究表明细胞自噬活动可影响孕激素分泌。

通过动物实验发现条件性敲除小鼠体内的细胞自噬基因beclin-1可导致早产及流产发生，通过检测发现该组中小鼠体内Becline-1蛋白水平明显下降，而P26水平增加，同时小鼠血液中的孕激素水平较对照组也明显降低，反过来，在基因敲除后通过外界补充小鼠体内孕激素可延长小鼠的孕周，改善妊娠结局[26]。同时通过实验还发现用于合成孕激素的胆固醇在基因敲除的小鼠中储存量极少[27]。根据目前研究可知机体可通过脂噬(细胞自噬的一种特殊类型)活动实现脂肪循环[28]，从而为机体反复循环提供孕激素合成所需底物，可促进孕激的合成。

因此我们认为自噬活动可以通过调节脂肪代谢水平来影响孕激素合成，发生细胞自噬抑制时，合成孕激素的底物减少从而导致孕激素水平降低。但目前关于细胞自噬如何影响孕激素合成的具体机制仍不清楚，需要进一步探索。

3 细胞自噬导致早产的调控机制

细胞自噬被称为Ⅱ型程序性细胞死亡，与细胞凋亡(Ⅰ型程序性细胞死亡)存在一定联系但又有所区别。线粒体与内质网同为参与两者发生的重要细胞器，但细胞凋亡是机体调控生长和维持稳态而发生的细胞主动死亡的过程，而细胞自噬是细胞消除和降解受损、变性及衰老的细胞器、变性蛋白与核酸等大分子过程，在一定程度上细胞自噬抑制细胞凋亡发生，但超过某一程度，细胞自噬即促进细胞凋亡，且两者在调控机制上存在着某种“切换开关”[29]。

关于细胞自噬的调控机制仍处于不断探索阶段。其中mTOR通路与神经退行性病变、肿瘤及早产等多种疾病的发生有关，主要通过影响自噬起始复合物及调控蛋白的合成及功能从而抑制细胞自噬的发生[22]；Parkin/PINK1以及Nix介导的线粒体自噬对细胞内线粒体的功能至关重要，而线粒体功能紊乱可引起多种疾病及细胞与机体衰老[30]；Class Ⅲ PI3K/Beclin 1通路中Beclin 1与Class Ⅲ PI3K结合形成复合物有利于自噬小体的形成，从而促进细胞自噬的发生，且这条通路与营养缺乏和缺氧等因素所诱导细胞自噬密切相关[31]，其中Beclin 1 是早产研究中的一个常见的自噬相关分子；此外Class Ⅰ PI3K/AKT通路也是细胞自噬调节通路之一，通过PIP底物磷酸化生成PIP3，进而活化AKT,抑制细胞自噬活动。但目前关于引起早产的细胞自噬调控机制并没有一条具体完整的通路，研究人员主要通过研究Atg3、Atg5、Atg7、Atg9、Atg13、Atg16L1、ULK1、Beclin1、 Vps34、a2V、LC3-Ⅱ和P62等蛋白在组织中的表达水平来推断早产与细胞自噬之间存在某种联系。根据目前研究可推测：可能存在多条通路导致细胞自噬抑制引起早产，也有可能由多条通路触发同一扳机点而导致早产。因此，目前只能证实细胞自噬与早产存在某种联系，但关于早产与细胞自噬抑制因果关系及引起早产的细胞自噬调控机制仍处于初步探索阶段。

4 展望

越来越多的证据表明，细胞自噬与早产、胎儿宫内生长受限、妊娠期高血压疾病、妊娠期糖尿病等疾病之间有紧密联系。Oh等[32]认为诱导自噬活动的因素有营养缺乏、内质网应激、感染和炎症、缺血缺氧、氧化还原应激和线粒体损伤等。同时自噬活动减弱又会导致感染、炎症、线粒体功能损害、细胞衰老等，从而导致机体发生衰老、癌症、神经退行性疾病及早产等，自噬影响人体众多功能，但确切的机制仍需要进一步研究。

根据目前研究认为，生理水平的自噬可能通过增强机体抵御外界病原体侵害能力，或抑制无菌性炎症激活；延缓胎盘及胎膜组织衰老及促进孕激素合成等机制来维持正常妊娠，自噬水平降低破坏相关机制后，早产也随之发生。此外，孕激素可促进抗炎，增强机体抵御外界微病原生物侵袭的能力[33]，过度的细胞衰老会降低机体防御能力，衰老的细胞累积可引发炎症，反过来炎症也可导致胎盘细胞衰老[34-35]，因此我们可假设细胞自噬水平降低可通过细胞衰老、孕激素减少及炎症3种机制可相互作用共同导致早产，但关于自噬抑制导致早产的研究成果较少，且目前没有一个较完善的信号通路解释自噬如何导致早产，因此自噬抑制可导致早产这一理论仍然存在疑点，需要更多实验研究来证实这一理论。

我们研究的最终目的是为了通过研究发病因机制找到治疗及预防早产的方法。同时最终的受益对象为人类，因此关于自噬与早产的研究需要分为多个阶段进行，第一个阶段:证实自噬抑制与早产之间的关系；第二阶段：发现自噬抑制导致早产的调控机制；第三阶段：从发病机制出发寻找预防及治疗早产的方法。通过相关研究力求寻找预测早产的检测方法及治疗早产的新靶标从而减少早产的发生率及不良后果。