胎盘源性氧化应激对胎儿生长发育影响的研究进展

梁圆圆，徐风森，胡海燕

青岛市立医院产科(山东 青岛 266011)

氧化应激(Oxidative Stress，OS)指活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)或活性氮(Reactive Nitrogen Species，RNS)的产生与防御性抗氧化剂清除之间的失衡，被认为是导致不良妊娠结局的一个关键因素。胎盘是OS发生的重要场所，在妊娠早期胎盘处于低氧状态，随着滋养细胞的增殖与侵袭，血流开始进入绒毛间隙，产生大量的ROS，同时胎盘内的抗氧化物质增多，从而保护胎儿和母体免受OS的损伤，促进滋养细胞向侵袭表型转变，并广泛扩散浸润子宫内膜和部分子宫肌层，有效扩张母体螺旋动脉，以维持稳定和大口径、低阻力的母体胎儿循环。若胎盘中这种OS平衡被打破，可导致螺旋动脉重塑停滞，且血流缓慢甚至无血流进入绒毛间隙，造成胎盘组织处于缺氧状态，从而胎儿不能从胎盘中获取足够营养物质和氧气，进而影响胎儿生长发育。研究显示[1-4]OS损伤会使胎盘释放大量炎性介质，对胎盘组织中的脂质、蛋白质和DNA造成损害，从而加速胎盘老化。

胎儿生长受限(Fetal Growth Restriction，FGR)是孕周大于37周，未能实现自身生长潜力的婴儿。这些婴儿在围生期发病率和死亡率明显增加，属严重高危妊娠，出生后可发生高血压、血管疾病、2型糖尿病及代谢性疾病等[5-6]。FGR发病机制至今尚未明确，学者认为[7]FGR通常是胎盘功能不全的结果，而OS损伤是导致胎盘功能障碍的主要原因之一。因此，找到胎盘性氧化损伤的原因尤为重要，本文将从引起胎盘发生障碍的因素出发，阐述胎盘OS与FGR的关系。

1 血管生成障碍与FGR的关系

正常的胎盘是保障妊娠顺利完成的关键。在正常妊娠中，滋养层侵犯母体螺旋动脉会产生低阻力、高流量的母体子宫循环。胎盘血管活性物质如血管内皮生长因子(VEGF)和胎盘生长因子(PLGF)的产生促进了这些变化，从而导致血管生成和内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的活化，产生一氧化氮(NO)，从而引起血管舒张。相反，不良的胎盘形成是由于滋养层浸润不足及胎盘血流灌注减少，胎盘局部氧化应激增加，导致炎症细胞因子的产生。FGR和子痫前期孕妇胎盘活检证实[8]子宫肌层螺旋动脉重建存在与临床参数相关的主要缺陷，胎盘分析也显示间质绒毛外滋养层，动脉内皮激活和螺旋动脉粥样化，导致子宫动脉血流相对减少、可溶性VEGF受体可溶性fms样酪氨酸激酶1(sFlt-1)增加，可用的母体VEGF和PLGF减少，其他协同抗血管生成蛋白如可溶性内皮素增加，导致转化生长因子-β信号传导抑制，从而影响胎盘血管的生成。

2 滋养细胞功能障碍与FGR的关系

绒毛细胞滋养细胞(CTBs)是早期人胎盘的上皮干细胞，能够在浮动的绒毛膜绒毛中分化为合胞体滋养细胞(STBs)，或在锚定绒毛中分化为绒毛外滋养细胞(EVT)，一些EVT进一步侵犯胎盘床内的螺旋动脉，这些血管被重塑成低阻力血管[9]。EVT的侵袭性迁移行为是胎盘形成的重要前提，可依赖于能够降解蜕膜中存在的细胞外基质(ECM)成分的蛋白酶的功能。此外，在EVT开始沿着其侵袭途径在降解的ECM中移动和迁移之前，EVT需要分离与ECM的连接，从而切割黏附的整合素[10]。事实上，在孕早期的滋养层细胞中发现了多种蛋白酶，它们参与了滋养层细胞的侵袭过程。例如，基质金属蛋白酶(MMPs)是参与ECM降解的关键蛋白酶家族，包括MMP2、9、7和14在内的多种MMPs参与了滋养层细胞在体内外的侵袭[11]。除MMPs外，其他蛋白酶也有助于ECM降解或整合素脱落，最终促进滋养层细胞的侵袭[12]。

滋养层的侵袭受到多种因素的严格调控，包括细胞因子、激素和生长因子。然而，氧气是最有效的调节器之一[13]。在妊娠早期，滋养层细胞不断侵袭螺旋动脉使之闭塞，以防止母体血液直接流入胎盘，从而造成胎盘内的低氧环境。随着妊娠进展，胎盘栓子才逐渐脱落，胎盘氧水平才升高。氧气的增加是胎儿胎盘发育的一个重要信号，限制了滋养层的侵袭。同时，与侵袭过程有关的各种蛋白酶的表达减少[14]。

MMP12是由滋养层细胞柱的非增殖性侵袭性滋养层特异性表达的，Ursula等[14]利用原位杂交和免疫荧光法显示在细胞柱远端的侵袭性EVT产生MMP12，并且表达MMP12的细胞在妊娠早期会降低。此外，有研究证明[15]氧气是MMP12表达的关键调节因子，并证明了缺氧诱导因子-1(HIF-1)可以诱导MMP12产生。Ursula等[14]还证明了MMP12在低氧条件下上调，HIF-1α活性诱导MMP12的产生，这可能是通过MMP12启动子中潜在的HIF-1结合位点发生的，也可能通过HIF-1上调其他转录调节因子间接发生。因此，MMP12可能代表妊娠早期妊娠滋养细胞侵袭中的关键蛋白酶。Chakraborty等[16]证明缺氧诱导的MMP12在妊娠中期胎盘中分离出的滋养细胞中表达，但这种应答并未归因于HIF-1的直接作用，而是归因于赖氨酸脱甲基酶3A(KDM3A)的组蛋白去甲基化，KDM3A的组蛋白去甲基化受HIF-1控制。KDM3A的组蛋白去甲基化和HIF-1与其共有序列的结合都可能在其靶基因的转录激活中协同作用。因此，MMP12启动子中的各种启动子元件均可通过改变氧气浓度，尤其是通过HIF-1使MMP12反式激活，从而突出了氧气在调节MMP12表达中的作用。因此，若滋养细胞侵袭障碍，则会出现胎盘浅着床，从而诱发胎盘局部氧化损伤和全身炎性反应，影响胎儿生长发育。

3 OS的免疫调节作用

成功的妊娠依赖于母胎免疫耐受，而母体免疫系统来自胎儿和胎盘的组织特异性抗原以及来自父源性基因组的外来抗原。母体的免疫系统依赖于免疫调节机制来避免半异体基因胎儿的排斥反应，同时保护宿主不受感染，避免母体及胎盘遭受氧化损伤，影响胎儿生长发育。

NK细胞在表型和功能上与外周血CD56dimCD和16brightNK细胞不同。它们普遍表达杀伤细胞免疫球蛋白样受体(KIRs)和较高水平的CD56，但缺乏CD16，缺氧与其他因子如转化生长因子b1(TGFb1)和去甲基化剂一起将外周血NK细胞转化为具有促血管生成特性的uNK特性的细胞。因此,胎盘缺氧在妊娠早期可能促进uNK细胞的发育和成熟。研究表明[17]FGR患者蜕膜组织中CD56brightCD16brightNK细胞比例显著增加，而CD56brightCD16dimNK细胞比例下降。uNK细胞亚群之间比例失衡及uNK细胞的活化，引起Th1型细胞因子分泌过多，Th2型细胞因子的水平下降，使母胎界面Thl/Th2表达失衡，刺激OS的发生，OS也可能增加CD56bright胎盘中的NK细胞比率，表达微弱的细胞毒性，具有重要的免疫调节作用。

uNK细胞产生多种血管生成因子和滋养层粘附迁移蛋白酶，在体外也可诱导血管平滑肌细胞和内皮细胞凋亡。所有这些特征都允许uNK细胞介导子宫内膜分泌期的新生血管生成，为胚胎着床做准备，并使细胞能够有效地调节子宫螺旋动脉的重塑。uNK细胞产生的血管内皮生长因子-C(VEGF-C)通过上调与抗原处理1(TAP-1)相关的转运体，促进血管生成，并从NK细胞介导的细胞毒性中拯救靶细胞，从而导致靶细胞MHCⅠ类表达增加。另外，Wallace等[18]针对子宫动脉多普勒参数阻力指数高的孕妇研究中发现，uNK抑制受体与EVTs上表达的人类白细胞抗原(HLA)C、E和G结合，使母胎免疫界面微环境发生改变，释放炎性介质到全身血液循环，引发母体氧化损伤。Ozler等[19]认为增加总氧化应激(TOS)和氧化应激指数(OSI)是FGR患者炎症机制增强的结果。因此，uNK细胞介导的免疫反应可能影响胎盘功能的正常建立。在免疫系统中还存在很多抑制因子都参与OS的发生，如髓源性抑制细胞(MDSCs)和调节性T细胞(Tregs)是重要的免疫抑制因子，在OS条件下产生增多，二者可依赖ROS的抑制作用表现出更高的抗氧化活性；巨噬细胞等周围细胞产生的ROS可抑制T细胞的细胞毒性，可引起T细胞表面巯基的氧化和NF-jB信号转导的缺陷，从而抑制其活化和增殖[20]。

4 滋养细胞凋亡对胎盘生命的影响

绒毛外滋养细胞在胚胎发育过程中不断侵入并重塑螺旋动脉。若子宫螺旋动脉重塑不足可导致胎盘缺血缺氧，从而发生局部氧化损伤[21]。OS中产生的ROS在激活自噬中起着重要作用[22]，而人绒毛外滋养细胞自噬不足或自噬过度都可促进滋养细胞凋亡增多，使胎盘缺血缺氧[23]，形成恶性循环，最终造成FGR。

叉头框转录因子O3a(FoxO3a)属于FoxO家族，其活性受多种化学性修饰的调节，在细胞增殖、凋亡、自噬、炎症、OS等过程中发挥重要作用[24]。而且通过与其他转录因子的相互影响，整合不同信号，参与内环境稳定的调控[25]。在OS条件下利用人绒毛外滋养细胞中小干扰RNA沉默FoxO3a来诱导Bcl-2/腺病毒E1B19KDa相关蛋白3(BNIP3)的mRNA和蛋白的表达水平明显下降，同时自噬减弱，凋亡增强，这表明在OS下FoxO3a可通过调控BNIP3诱导滋养细胞的自噬与凋亡。Ozbilgin等[26]针对流产遗漏患者的蜕膜和胎盘绒毛行免疫组化，结果显示流产组FoxO3a表达明显高于正常组，说明流产遗漏患者中FoxO3a表达增加可能阻止死胎的排出以维持蜕膜化，防止OS，免疫调节和抑制细胞凋亡。Ferber等[27]研究发现FoxO3a的激活可诱导ROS增加。丁燕子等[28]发现，OS条件下FoxO3a活性增加的同时伴随自噬加强。表明人绒毛外滋养细胞发生OS时，细胞过度自噬可促进凋亡增多。由此得出FoxO3a表达水平的降低提示ROS在滋养细胞衰老的启动和维持中起一定作用。过度自噬时，滋养细胞可释放局部“父源性物质”诱发母体免疫反应，Ozbilgin等[26]还发现在流产组中胎盘绒毛基质中细胞滋养层和合体滋养层细胞的免疫反应性明显高于正常妊娠组。有研究显示[29]免疫系统可释放炎性因子，并与FoxO3a协同调节细胞自噬凋亡和程序性坏死，进而导致滋养细胞增殖侵袭能力不足进而引起胎盘功能障碍，最终影响胎儿生长发育。

5 总结

FGR近年发生率逐渐升高，是围生儿死亡的主要原因之一，临床对其重视程度日益提升。FGR发病因素包括母体因素、胎盘因素、胎儿因素、脐带因素，目前针对胎盘与FGR关系的研究较为热门，且有关FGR的发病机制国内外进行了多方面的研究，包括子宫胎盘血流低灌注、内皮细胞损伤等病理生理过程，这些病理生理均可导致胎盘发生OS，造成不可逆性损伤。但有关FGR治疗方面缺乏有效治疗手段，因此，希望通过研究胎盘源性OS的发病机制及对胎儿生长发育的影响，从而提高FGR的治疗效果，有助于预防和治疗FGR的发生，降低围生期的不良结局及远期合并症。