氧化应激作用在子痫前期发病机制中的研究进展

李嘉健综述 孙晓燕审校

子痫前期(preeclampsia,PE)是人类特有的妊娠期疾病，以高血压和蛋白尿为特征，出现于妊娠中晚期。发病率因地理区域、季节、营养和种族而异，全世界有3%～8%的妇女受其影响[1]。迄今为止，子痫前期的发病机制仍未完全阐明。但“两阶段模型”被大多数人认可[2]。第一阶段为症状前期，即胎盘血流灌注不足，从而为氧化应激的发生创造了良好的环境；第二阶段为症状期，即母体发生全身炎性反应，包括血管内皮损伤、血栓形成和肾素—血管紧张素—醛固酮系统激活，最终导致器官灌流不足和血液黏滞。氧化应激发生在该进程的每一阶段，表明氧化应激在子痫前期的病理生理过程中起着重要作用，可能是子痫前期胎盘和内皮功能障碍的关键原因。现对子痫前期发病过程中各阶段氧化应激的参与情况，特别是其在妊娠初期滋养细胞侵袭、内皮功能障碍和母体全身炎性反应中的作用进行综述。

1 子痫前期概述

子痫前期的定义为妊娠20周后新出现的产妇高血压(收缩压/舒张压>140/90 mmHg)和蛋白尿(>300 mg/24 h)。严重的情况下，产妇可能并发肝脏病变(HELLP综合征)、肾功能障碍、水肿、弥散性血管内凝血(DIC)等严重合并症。对胎儿而言，子痫前期的主要并发症包括胎儿生长受限导致的低出生体重、早产和胎儿死亡。该综合征是当今工业化国家孕产妇和围产儿死亡的主要原因之一[3]。终止妊娠，胎儿胎盘娩出是目前惟一有效的治疗途径。慢性宫内缺氧和医源性早产也给新生儿带来了巨大的风险。

2 氧化应激与正常妊娠

在正常妊娠期间，孕妇血清中ROS的生成增加，这是一种由正常的全身炎性反应引起的现象，与细胞成熟、细胞复制、胚胎发育和妊娠维持有关[5]。妊娠的特征是多个系统的动态变化，导致包括胎盘在内的不同器官基础氧和能量消耗增加。胎盘最初处于低氧环境，但随着发育成熟，其血管化发展为富氧环境[6]。胎盘富含线粒体，血管丰富，消耗孕妇基础代谢率的1%左右，母体氧分压高，导致活性氧产生增多，造成了“生理应激”[3]。

随着妊娠的进展，对自由基损伤的防御机制也会增强，活性氧可被维生素C和E等抗氧化剂快速捕获，或被多种防御系统抗氧化剂代谢，如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、过氧化氢酶、硫氧还原蛋白、过氧化物还原蛋白。但当ROS的产生超过抗氧化防御系统的代偿能力时，就会发生氧化应激，进而引起炎性反应和毒性反应。

3 子痫前期的“二阶段学说”

正常妊娠期间，子宫螺旋动脉重塑以确保子宫内膜和绒毛间隙的血管化及血流灌注。这种改变是以末端血管管腔的扩张及内部弹性成分和平滑肌成分的丧失为特征。第一阶段的重塑是在低氧环境下完成的(1%～ 2%的氧分压)，随着胎盘血管化的发展逐渐恢复到常氧状态。而子痫前期患者表现为子宫螺旋动脉重构障碍，进而绒毛外滋养细胞浸润异常，胎盘植入母体子宫壁过浅，即“胎盘浅着床”，最终使胎盘灌注减少[7]。间歇性的动脉血流会产生反复的缺血再灌注，诱导产生氧化应激。胎盘的氧化损伤导致炎性反应、细胞凋亡及细胞碎片释放到母体血液循环中，包括一些抗血管生成因子，如可溶性血管内皮生长因子受体-1(sFlt-1)、可溶性内皮素(sEng)、细胞因子和氧化剂[8]。这些胎盘因子和碎片是母体内皮功能改变和妊娠炎性反应加剧的根源，进而进入第二阶段，母体以全身血管炎性反应和收缩为特征的大规模系统性内皮功能障碍。

4 氧化应激和子痫前期

4.1 胎盘血管重构异常与氧化应激 子痫前期发病与滋养层细胞浸润不足和螺旋动脉血管重塑受损有关。绒毛外滋养细胞通过母体蜕膜浸润子宫螺旋动脉的整个过程，需要胎盘滋养层细胞与母体蜕膜细胞之间严格的相互作用和沟通，即不同细胞外蛋白酶的表达和作用，如基质金属蛋白酶(MMPs)、和解整合素金属蛋白酶(ADAMs)、具有血小板反应蛋白基序的和解整合素金属蛋白酶(ADAMTSs)和组织蛋白酶[9]。子痫前期与胎盘组织中这些蛋白酶的表达下调、活性降低有关。据报道，具有Kazal基序的富含半胱氨酸的逆转诱导蛋白(RECK)是一种镶嵌于质膜的糖蛋白，可抑制MMPs和ADAMs的活性，进而控制滋养层细胞的侵袭性，促进氧化应激[10]。此外，滋养细胞和蜕膜细胞也表达蛋白酶抑制剂，如金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)和半胱氨酸(组织蛋白酶抑制剂)[11]，而TIMPs和RECK的差异分布在子痫前期发病机制中也起着重要作用。

4.2 免疫调节异常与氧化应激 研究显示，子痫前期妇女体内的免疫调节和免疫耐受异常，母体针对胎儿发生免疫应答，进而干扰滋养细胞侵袭和血管形成，导致氧化应激，引起母体全身炎性反应。研究发现Th1/Th2细胞免疫失衡、Th17/Treg细胞比例失调、蜕膜NK细胞调节异常等，均会导致滋养细胞侵袭失败，螺旋动脉重构缺陷进而胎盘灌注减少，活性氧生成，加剧氧化应激[15]。此外，胎盘巨噬细胞系也与子痫前期发病机制有关，分别为母体胎盘部分的蜕膜巨噬细胞和胎儿胎盘的Hofbauer细胞。正常妊娠时蜕膜巨噬细胞多为M2表型，发挥免疫抑制作用，有助于螺旋动脉重塑和免疫耐受。而子痫前期表现为M1表型占主导地位，产生促炎细胞因子，加剧氧化应激。胎儿Hofbauer细胞数量下降，CD74表达下调和IL-10分泌减少，促进氧化应激和炎性反应[16]。Campbell等[17]发现，针对血管紧张素受体AT1的自身反应性抗体在子痫前期母体中水平升高，可抑制滋养细胞侵袭，进而促进氧化应激。补体激活在维持健康妊娠中起着至关重要的作用，而很多学者发现补体系统的异常激活或调节不当则可能激活某些补体成分C3a，Bb等，进而导致经典途径或替代途径激活，氧化应激加剧，引起母体的全身炎性反应，导致子痫前期的发生[18-21]。

4.3 内皮细胞功能障碍与氧化应激 子痫前期胎盘灌注的改变引起胎盘微环境的改变，如ROS的产生、胎盘因子的释放及内皮细胞的活化，最终加剧氧化应激，导致普遍内皮细胞功能障碍[22]。内皮功能障碍涉及以下多种机制。

首先，胎盘因子和合胞体滋养层微粒(STBMs)在母体循环中的释放会引起内皮细胞炎性反应，从而加剧氧化应激。研究发现细胞因子IL-6、IL-1、TNF-α等诸多炎性标志物在子痫前期患者体内均升高[23]。STBMs还通过激活Toll样受体(TLRs)和NF-κB，诱导单核细胞、NK细胞、树突状细胞和中性粒细胞增殖，从而使血管对血管调节物质的反应性改变、凝血系统激活、毛细血管通透性增加、NO生成减少及ONOO-生成，进而加剧氧化应激和全身炎性反应[24-25]。

其次，内皮功能障碍的机制之一还涉及可溶性fms样酪氨酸激酶(sFlt-1)的释放[3]。这是一种抗血管生成蛋白质，可拮抗血管内皮生长因子(VEGF)和胎盘生长因子(PLGF)等促血管生成因子。VEGF与受体Flt-1的相互作用在新生血管生长过程中起着关键作用，但该作用可被sFlt-1抑制，导致子痫前期母体循环中游离的VEGF水平较低，进而加剧氧化应激和ROS造成的内皮损害。此外，可溶性内皮素(sEng)也与内皮功能障碍有关，可通过改变血管内膜而加剧sFlt1的作用[26]，进而加剧氧化应激和内皮损害。

4.4 线粒体的氧化应激 线粒体产生的氧化应激也被认为是一个潜在的治疗靶点。子痫前期患者存在线粒体功能障碍，线粒体脂质过氧化增加，对氧化物的易感性增强。Teran等[29]研究发现，有线粒体功能障碍家族史者，子痫前期的发病率更高。而且在子痫前期妇女及其一级亲属的线粒体中，负责能量生产和氧化电子交换的基因表达异常，如细胞色素C氧化酶。实验发现，与正常妊娠相比，用子痫前期妇女血浆处理过的内皮细胞，其线粒体内ROS明显升高。而用一种线粒体靶向超氧化物歧化酶抗氧化模拟物MitoTempo，预处理内皮细胞后降低了细胞线粒体ROS的生成，并抑制了ROS诱导的细胞死亡。线粒体靶向抗氧化预处理在相同浓度下比一般抗氧化剂更有效，直接靶向治疗方法具有重要作用[3]。

4.5 遗传易感性与氧化应激 子痫前期具有明显的家族聚集倾向，子痫前期妇女的一级亲属比无子痫前期家族史的妇女患病风险高5倍，二级亲属比无家族史妇女的风险高2倍，说明遗传易感因素可能在子痫前期的发病过程中发挥了重要作用，且其遗传基础是多基因的[30]。与氧化应激通路有关的遗传易感基因包括编码eNOS、COMT、NQO1、VEGF等的基因[31-32]。此外研究发现[33]，亚硝基氧化还原状态不平衡也可能是子痫前期的诱因之一，在子痫前期小鼠模型中转录因子STOX1对ROS和活性氮(RNS)的生成有相反的效应。STOX1过表达改变了ROS/RNS平衡和线粒体功能。RNS在STOX1转基因胎盘中占主导地位，而ROS与NO反应产生ONOO-，导致氧化应激和血管功能障碍。氧化应激引起的血脂异常也会损伤内皮细胞，因此参与调节脂质代谢的基因也为子痫前期的遗传易感基因，如编码载脂蛋白E(ApoE)和脂蛋白脂肪酶(LPL)的基因[34]。母体和胎儿LPL基因型之间的相互作用可以改变子痫前期母体的脂质分布和疾病严重程度。LPL Asn291基因缺失及变异与子痫前期血浆LPL活性降低和血脂代谢异常有关[35]。

5 子痫前期的抗氧化体系

5.1 传统抗氧化剂 作为生理保护剂，抗氧化剂可以中和活性氧造成的氧化损伤。与正常妊娠相比，子痫前期抗氧化防御能力降低，可能是由于自由基清除剂的效率降低和抗氧化酶的活性降低[36]。提高子痫前期妇女的抗氧化能力是目前子痫前期治疗的热点之一。流行病学研究将饮食中抗氧化维生素的缺乏与子痫前期风险的增加联系起来，并提出抗氧化的维生素可能是预防子痫前期的方法[37]。硫酸镁(MgSO4)是子痫前期治疗的一线用药，可降低子痫前期红细胞膜的脂质过氧化，并保护内皮细胞。在胎盘外植体中，MgSO4可以防止缺氧引起的脂质过氧化水平升高[38]。此外， MgSO4可以降低人体合体滋养层质膜中的脂质过氧化，在子痫前期妇女中具有抗氧化作用[39]。有人提出，MgSO4可通过在细胞膜疏水微环境中与羟自由基(OH)和脂质过氧化物形成复合物，来降低自由基的生物利用度[40]。

为了减轻子痫前期的氧化应激，许多研究也评估了其他各类化合物，如维生素、N-乙酰半胱氨酸、β-胡萝卜素等。维生素C和E是常见的抗氧化剂，前者能清除水相中的自由基，而后者能防止脂质过氧化。补充维生素C和维生素E是预防子痫前期氧化应激和内皮功能障碍的替代疗法。然而，大量随机对照试验发现，补充这些维生素并不能预防子痫前期[41]。这与Tenörio等[42]研究结果一致，其研究表明，维生素C和E、硒、l -精氨酸、大蒜素、番茄红素和辅酶Q10的抗氧化治疗对预防子痫前期无效果。N -乙酰半胱氨酸是谷胱甘肽的副产物，对谷胱甘肽的维持和代谢具有重要作用。研究发现，补充N -乙酰半胱氨酸可改善子痫前期患者的肝、肾功能，降低血压，降低蛋白尿，改善氧化应激的程度[43]。其他研究表明，由于类胡萝卜素具有抗氧化和抗炎特性，摄入类胡萝卜素对成年人的健康有积极的影响[44]。同时，将β-胡萝卜素灌注于暴露在过氧化物环境中的人离体胎盘小叶，可以抑制过氧化物诱导的血管收缩并减少脂质过氧化物和血栓烷的分泌。褪黑素是一种有效的抗氧化剂，可直接清除自由基[45]。据报道，子痫前期胎盘褪黑素受体减少，而在用氧化应激诱导物处理过的人胎盘外植体中，褪黑素降低了胎盘的氧化应激[46]。在体外缺氧/复氧条件下，褪黑素调节炎性反应和自噬，减少人滋养细胞的凋亡。因此，外源性褪黑素治疗可作为子痫前期的辅助治疗手段，减轻氧化应激，从而提高胎盘细胞存活率，改善妊娠和胎儿结局[47]。

5.2 新型抗氧化剂——氢气 氢气是一种新型抗氧化剂[48]，近年来已被证明具有治疗各种氧化应激相关疾病的潜力。一项应用低子宫胎盘灌注压的大鼠模型的研究发现[49]，在子痫前期发作前预防性地给予氢分子可通过降低氧化应激而缓解高血压，改善蛋白尿和肾脏组织学变化。同时大鼠母体循环内血管内皮生长因子水平升高，纠正了血管生长失调。而且氢气还可减少子痫前期妇女滋养层BeWo细胞和绒毛组织中的sFlt-1，但对正常妊娠妇女的胎盘组织中sFlt-1无影响。这些结果提示，对子痫前期高危患者使用氢气可能对母亲和新生儿有潜在的临床益处。管中等[50]发现，用不同浓度含氢培养基处理重度子痫前期胎盘滋养细胞后，滋养细胞的增殖活性显著增强，且呈浓度依赖性。氢气可抑制细胞凋亡，使细胞周期中G1期比例减少，S 期比例升高。另一项研究表明[51]，高水平的维生素C和E会抑制滋养层细胞的增殖能力，并刺激促炎因子TNF-α的分泌，治疗效果差，而高浓度的氢气不会产生有害影响。因此，作为新型抗氧化剂，氢气对子痫前期患者的防治有潜在的意义。

6 总结与展望

氧化应激是正常妊娠的一部分，但其加剧会导致子痫前期，并在各个病理阶段起到关键作用。氧化应激在子痫前期的发病过程中处于中心地位，它参与了子痫前期病理生理第一阶段，与滋养层细胞侵袭和血管重塑有关。同时氧化应激通过释放促炎因子、细胞碎片等到血液循环中，参与第二阶段的内皮功能障碍和全身炎性反应。认识氧化应激在子痫前期发病机制与病理过程中的作用是子痫前期抗氧化剂治疗的基础。多种抗氧化剂的使用旨在减少氧化应激对子痫前期的有害影响。预计会有更多的研究进一步探讨抗氧化治疗子痫前期的潜在作用和机制，可作为一个未来的研究方向。