人绒毛膜促性腺激素在早期妊娠中的生物学功能研究进展*

王丽艳，刘 琳，金盼盼，张 瑞，马晓玲，张学红

(1.兰州大学第一医院，兰州 730000；2.甘肃省生殖医学与胚胎重点实验室，兰州 730000)

在早期妊娠阶段，人绒毛膜促性腺激素(human chorionic gonadotropin，HCG)是调节子宫内膜容受性、维持妊娠的重要胚胎源信号。HCG与其受体结合后，可促进子宫血管生成、维持子宫肌层的相对静止态，参与母胎界面的免疫调节，以及滋养层细胞的入侵，有利于胚胎的成功植入。本文主要就HCG及其在早期妊娠阶段的生物学功能做一综述。

1 HCG的分子结构及亚型

HCG是1个包含237个氨基酸的异二聚体，有α(93个氨基酸，14.5kD)和β(145个氨基酸，22.2kD)亚基，两个亚基通过电荷非共价相连，共包含8个糖基侧链。HCG是糖蛋白类激素，糖蛋白激素家族中除HCG外，还包括促黄体激素(luteinizing hormone，LH)，促甲状腺激素(thyroid-stimulating hormone，TSH),卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，FSH)。HCG的α亚基与TSH、LH、FSH同源，β亚基约80%～85%与LH同源。HCG的β亚基与LH的β亚基仅相差24个氨基酸，位于氨基酸肽链的第121～145位，被称为C末段肽段(C-terminal peptide，CTP)，是HCG的特异性区域[1]。

HCG的8个糖基侧链占了其分子量的30%，而HCG的分泌、半衰期和生物学功能均依赖于它的糖基化位点。HCG经翻译后修饰会产生三种二聚体亚型，即普通的HCG,硫酸化的HCG(sulfated HCG,HCG-S)和高糖基化HCG(hyperglycosylated HCG,HCG-H)[2]。3种亚型在月经周期及妊娠过程发挥不同的功能，如HCG-S主要由垂体分泌，可在月经周期中诱导膜细胞产生雄烯二酮，促进黄体产生孕酮，以及促进排卵等功能；HCG-H主要由细胞滋养层产生，可通过激活转化生长因子β受体(transforming growth factor-β receptor，TGF-βR)介导相关的信号通路；普通的HCG则主要由妊娠期合体滋养层细胞分泌，诱导黄体产生孕酮，维持妊娠。

一般情况下，目前大多数研究中主要使用的外源性HCG是重组或尿纯化HCG，它们与体内分泌的HCG并不完全相同。重组HCG中HCG-H亚型含量不足，因为由细胞系诱导产生的重组蛋白不进行糖基化或糖基化水平很低，而尿纯化的HCG中也仅含有很低水平的HCG-H[3]。

2 HCG在早期妊娠中的生物学功能

HCG在早期妊娠阶段从多个方面调控胚胎的植入和妊娠的维持，包括对子宫内膜容受性调控、对胚胎植入的调控以及免疫调节作用。

2.1 HCG对子宫内膜容受性的调控作用 编码HCG的基因在胚胎4细胞期即开始转录，之后作为胚胎信号能直接影响子宫内膜的功能。HCG和LH在细胞表面有共同的受体即HCG/LH受体，属于G蛋白偶联受体家族，这些受体在男女生殖系统的各种组织中均可高表达。子宫内膜HCG/LH受体的表达在分泌期明显高于增殖期，表明在种植期子宫内膜进行了HCG/LH受体的储备，以准备好对胚胎源信号的响应。

2.1.1 HCG对子宫内膜细胞因子的调控 子宫内膜产生白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor，LIF)和白介素6(interleukin 6，IL-6)等细胞因子，可在种植窗期调控HCG的生物合成。另一方面，HCG也可调节LIF、胎盘蛋白和胰岛素样生长因子结合蛋白-1(insulin-like growth factor binding protein-1,IGFBP-1)等细胞因子和趋化因子的产生，进而调控子宫内膜容受性。已经发现在人类子宫内膜基质细胞(human endometrial stromal cells,HESCs)中，HCG可直接或间接调控与细胞信号转导、增殖、凋亡、免疫调节、组织重建和血管生成等相关的细胞因子基因的表达[4]。Srivastava等[5]研究证实，体外添加HCG会使上皮细胞、基质细胞以及两者混合细胞中细胞因子的分泌模式出现明显的不同。但是，这些体外研究尚不能完全反应体内实际发生的变化，HCG对子宫内膜细胞因子表达谱的生理作用需进一步的体内研究进行探索。

2.1.2 HCG对子宫内膜相关黏附因子的调控 在胚胎着床过程中，子宫内膜会产生并释放大量黏附相关的调控因子，包括整合素、黏蛋白、骨桥蛋白、L-选择素等[6]。在妊娠早期，HCG可刺激这些黏附因子的表达，从而导致胚胎和子宫内膜发生改变，有利于胚胎的种植过程。在小鼠模型研究中发现，注射促性腺激素和HCG后，整合素β3在妊娠第5天的子宫内膜中表达，且丰度显著高于对照组[6]。在体外胚胎植入模型研究中证实，HCG能显著增强骨桥蛋白编码基因的表达，进而促进滋养层对上皮细胞的附着[7]。在乳腺癌细胞系的研究中也发现，HCG可显著提高黏附因子钙黏素E的表达[8]。目前关于HCG对子宫内膜黏附分子调控的相关研究较少，且主要限于体外实验或动物模型研究中。

2.1.3 HCG对子宫血管生成的调控 HCG通过对人子宫内膜中多种血管生成因子的调控而起到促进血管生成的作用。在体内外实验的研究中均证实HCG可引起子宫促血管生成因子-血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和胰岛素样生长因子Ⅱ(insulin growth factor‐II,IGF-Ⅱ)水平的显著增高，表明HCG通过诱导VEGF和IGF-Ⅱ的产生参与子宫内膜血管的生成，而这对于早期胎盘的形成至关重要。在3D血管生成模型中，HCG可通过与子宫血管内皮细胞上的HCG/LH受体和TGF-βⅡ型受体(TGF-β-RⅡ)两种途径促进新生血管的形成[9]。另一方面，HCG能增强内皮细胞和HESCs对IL-1的反应性，从而促进血管生成。

2.1.4 HCG对子宫内膜蜕膜化的调控 HCG能抑制HESCs的凋亡[10]，保障HESCs的有效蜕膜化，这对于妊娠的建立具有重要意义。HCG可通过调控凋亡相关基因、蛋白以及增强抗氧化酶的表达等作用来保护蜕膜HESCs不被凋亡。此外，HCG可通过诱导cAMP的形成促进HESCs的形态分化和功能，HCG还可通过激活Epac-Erk1/2信号通路上调孕激素受体的表达，从而促进子宫内膜蜕膜化[11]。

2.2 HCG对胚胎植入的调控作用 HCG和HCG/LH受体结合后激活腺苷酸环化酶、磷脂酶C和离子通道，调控细胞内cAMP、肌醇磷脂、Ca2+水平以及其它第二信使的活性[12]。蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)通过激活cAMP来促进细胞滋养层的融合和微绒毛的形成，这两个过程是形成合体滋养层所必须的环节[2]。一些体外实验中将子宫内膜上皮细胞和重组HCG进行共培养，证实HCG可上调一些种植促进因子，如前动力蛋白1、VEGF、IL-11、CX3CL1、CCL14、LIF和CCL4[13]。在妊娠的前11周，侵入的绒毛外滋养层(invasive extravillous trophoblasts，iEVTs)分泌的HCG主要为HCG-H[14]。因此，随着蜕膜滋养层细胞的入侵，母体血液中所测得的HCG-H在妊娠的前3个月上升，而之后开始逐渐下降。

HCG在促进滋养层细胞入侵中也具有重要作用。研究显示，HCG-H能促进胎盘和恶性肿瘤生殖细胞的生长和入侵，这一过程是通过TGF-β信号通路进行[15]。在妊娠早期，HCG可上调基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)，降低MMPs组织抑制剂的水平，从而降低滋养层的调亡，促进EVT的侵入[16]。

此外，有研究证实由iEVTs分泌的HCG-H能通过胰岛素样生长因子轴促进EVT细胞系HTR-8 SVneo cells的迁移[17]。也有报道指出，HCG可促进人内膜基质细胞HTR-8/SVneo细胞的侵入[18]。这些研究表明，在滋养层侵入过程中，HCG可通过子宫内膜基质细胞和局部免疫细胞的旁分泌来发挥作用。

2.3 HCG的免疫调节作用 免疫细胞是功能子宫内膜的重要组成部分，子宫内膜中免疫效应因子的适当比例和功能是子宫内膜容受性、胚胎植入和胎盘发育所必需的[19]。HCG通过多种免疫细胞参与胚胎植入和胎盘的形成过程[20]。子宫自然杀伤(uterine natural killer,uNK)细胞是子宫内膜中的主要白细胞，在胚胎种植过程中发挥促进血管生成[21]、细胞侵袭、螺旋动脉转化和蜕膜分化[19]等多种作用。在着床前期，uNK细胞显著增加，甚至高达子宫内膜白细胞的70%。uNK细胞占比过低或过高都会对子宫内膜容受性和胚胎着床产生不利影响[22]。有研究提示，高剂量(10000IU)的尿纯化HCG可通过甘露糖受体CD206途径调控uNK细胞的增殖，uNK细胞并不表达LH/HCG受体，因此这一过程并不依赖于LH/HCG受体途径[23]。此外，该研究进一步证实了能调控uNK细胞增殖的主要为HCG-H，这也为在免疫调节过程中HCG的作用提供了全新的见解。

表型为CD4+/CD25+/Foxp3+的调节性T细胞(regulatory T cells,Tregs)的早期增殖是正常妊娠的重要特征，这在调节胎儿耐受性中起到重要作用。妊娠时HCG水平的上升会激发Tregs相关的多种响应，包括：(1)Tregs数目的增多；(2)增加局部和系统免疫抑制功能；(3)将血液Tregs吸引至蜕膜；(4)增加抑制性细胞因子的分泌[24]。研究表明，HCG可吸引并增强滋养层细胞周围Treg的募集，同时增强了其免疫抑制功能[25]，以有利于妊娠期胎儿的免疫耐受。HCG诱导Treg数量增加的可能机制是HCG直接诱导CD4+FOXP3-细胞向CD4+FOXP3+Treg细胞的分化。研究显示，与健康对照相比，反复种植失败女性中子宫内膜Foxp3+Tregs和外周血CCR4+Foxp3+Tregs的百分比显著降低，表明子宫内膜Tregs的缺乏可能不利于子宫内膜的接受性和胚胎的植入[26]。同时该研究也发现，与不添加HCG组相比，用HCG刺激CD4+T细胞后，CCR4+Foxp3+Tregs的百分比显著增加[26]。

HCG可能参与子宫内膜树突状细胞(dendritic cells，DCs)的调控。DCs是胚胎种植和妊娠维持过程中非常重要的免疫细胞，可能调节组织重建和血管生成。子宫内膜活检显示子宫内膜DCs的增加有利于内膜的容受性和胚胎植入[27]。在体内外研究中均发现，尿纯化和重组HCG均可阻碍骨髓DCs(bone marrow-derived DCs,BMDCs)的成熟[28]。在胚胎植入前通过静脉注射HCG处理的BMDCs，有维持妊娠的作用，并伴有Treg的增加、蜕膜IL-10以及TGF-β的表达[29]。这些结果表明，HCG可能通过调控BMDCs成熟、增加Tregs的数量、预防流产等作用来维持母胎免疫耐受状态[29]。此外，蜕膜DCs也是分泌免疫抑制因子IL-10和色氨酸代谢酶吲哚胺2,3-二加氧酶(indoleamine 2,3‐dioxygenase,IDO)的主要来源之一。研究发现，HCG可刺激人类外周血DC中IL-10的分泌[28]和小鼠BMDC中IL-10/IDO的产生[30]。HCG对这两种免疫抑制剂的上调一方面有利于维持DC的耐受状态，另一方面可使Tregs处于诱导状态。这些结果表明HCG对于DCs在胚胎着床中的作用具有重要的调控价值。

3 总 结

HCG作为早期的胚胎源性激素信号，是在妊娠过程中涉及多个调控环节的极为重要的分子，不仅在维持妊娠过程中发挥重要作用，在早期妊娠阶段也发挥多种重要的生物学功能。近年来，对于HCG的研究在来源、分子间相互作用、功能等方面都取得了突破，未来也需要更多的研究深入探讨其信号通路相关的分子机制，为其在临床中的应用提供更多的思路。