缺氧在子宫内膜异位症发病机制中的作用研究进展

李晶，张宗峰

（哈尔滨医科大学附属第二医院 妇科一病区，黑龙江 哈尔滨150001）

子宫内膜异位症通常是指子宫腔以外出现子宫内膜组织，对广大女性的健康及生活造成了很大影响[1]。子宫内膜异位症的病因很大程度上仍然是未知的，但多数学者认为逆行月经种植理论是子宫内膜异位症发展的关键组成部分[2]。然而，该理论不足以解释为什么90%的育龄妇女存在月经逆行现象，但其中仅有10%～15%的女性发生子宫内膜异位症。因此，在子宫内膜异位症的发病机制中，一定有一些关键因素起着重要的调节作用，才能使逆行组织顺利存活并植入盆腔。

根据逆行月经理论，脱落的子宫内膜组织首先会失去血液供应并面临缺氧应激。在这种情况下，这些组织必须进行调节才能在缺氧的微环境中生存。缺氧是一种主要的调节因子，控制着许多生理病理过程，其中大多数是通过缺氧诱导因子（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）的转录调控来介导的。HIF-1 由α 和β 两个亚基共同构成；无论氧条件如何，HIF-1β 能够稳定存在；而HIF-1α 则不同，其活性受氧浓度影响[3]。HIF-1 在内分泌和生殖器官中起着许多重要作用[4]。与在位子宫内膜组织相比，子宫内膜异位症病变中HIF-1α mRNA和蛋白水平显著升高[5]，这说明HIF-1α 在子宫内膜异位症中起着不可磨灭的作用。该综述重点讨论子宫内膜异位症发展过程中5 个关键步骤，即雌激素调节、上皮-间质转化、血管生成、Warburg效应和表观遗传调控，以说明缺氧在子宫内膜异位症中的调节作用。

1 缺氧对雌激素的调节

1.1 缺氧-雌激素生成轴

子宫内膜异位症的发生、发展高度依赖于雌激素。除卵巢合成雌激素外，异位内膜间质细胞还可以通过类固醇激素合成急性调节蛋白（StAR）[6]和其他类固醇合成酶[7]利用胆固醇从头合成雌二醇。StAR 和其他类固醇合成酶的表达受前列腺素E2（PGE2）调节，而在子宫内膜异位间质细胞中异常表达的环氧合酶（COX-2）恰好是PGE2 的限速酶。缺氧是COX-2 启动子敏感性增加的关键因素，通过抑制双重特异性磷酸酶2（DUSP2）来调控信号通路，最终导致COX-2 表达增加[8]，从而促进雌激素合成。这些数据表明低氧促进子宫内膜异位间质细胞中雌二醇的从头合成。

1.2 缺氧-雌激素反应性

缺氧不仅调节雌激素的生物合成，还调节雌激素的反应性。雌激素受体α（ERα）、雌激素受体β（ERβ）和雌激素受体G 蛋白偶联受体（GPR30）均参与了子宫内膜异位症的发生、发展。在小鼠子宫内膜异位症模型中，敲除ERα 或ERβ 抑制异位子宫内膜病变生长[9]，而用GPR30 选择性配体处理可促进在位子宫内膜间质细胞的增殖[10]。低氧被认为是调节ERα、ERβ 和GPR30 表达的关键因素。缺氧以HIF-1α 依赖方式抑制ERα 的表达，诱导ERβ表达[11]，上调GPR30 的表达，雌激素也能诱导细胞核中HIF-1α 的积累[1]。雌激素与缺氧之间的恶性循环可能有利于子宫内膜异位症的发生、发展。

2 缺氧与细胞转移：缺氧对上皮-间质转化的调节

缺氧条件下，HIF-1α 稳定调控着细胞转移和侵袭的许多关键步骤，如上皮-间质转化[12]。上皮-间质转化是形成子宫内膜异位症的先决条件，其最显著的特征是钙黏附蛋白E（E-cadherin）的低表达和神经型钙黏附蛋白（N-cadherin）的高表达[2]，主要受转化生长因子-β（TGF-β）和β-catenin 上下级相关通路之间的调节。

2.1 TGF-β相关信号通路

TGF-β 可诱导细胞的上皮-间质转化，表现为诱导N-cadherin 和波形蛋白表达，抑制E-cadherin表达。TGF-β1不仅受HIF-1α 调节，而且在异位病灶及血液中表达升高，有利于异位内膜细胞的生长发育和侵袭转移[13]。TGF-β 信号启动的八聚体结合蛋白4（OCT4）不仅可以刺激异位内膜细胞转移，还可以调节TGF-β1/TGF-βRⅠ信号通路诱导子宫内膜异位症迁移。在子宫内膜间质细胞中，OCT4与N-cadherin 的基因和蛋白表达与TGF-β1调节有关，然而沉默OCT4 后发现TGF-β1的下游基因Ncadherin 的表达受抑制[14]，这说明TGF-β1相关的上下级信号通路之间的相互作用可能介导上皮-间质转化促进子宫内膜异位症发病机制中细胞增殖和侵袭能力。

研究发现TGF-β1能诱导FOXM1 在子宫内膜异位上皮细胞（EECs）中的表达，FOXM1 与人类疾病EMT 的进展有关[15]，其转录受HIF-1α 上调[16]。FOXM1 不仅在月经周期中以动态方式表达于人的子宫内膜，且在异位病灶中表达显著；经TGF-β1处理后的EECs 发生形态学的变化和侵袭能力增强；沉默FOXM1 可逆转TGF-β1诱导EECs 的上皮-间质转化进展[15]。笔者推测FOXM1 可能通过调节上皮-间质转化的进展而促进异位内膜转移和子宫内膜异位症的形成，这可能是子宫内膜异位症发病机制的潜在靶点。

2.2 β-catenin信号通路

β-catenin 是细胞发生上皮-间质转化的调节因子，并参与子宫内膜异位症的发生、发展。通过对子宫内膜异位症患者的异位内膜组织进行免疫组织化学研究发现HIF-1α 稳定促进上皮-间质转化和β-catenin 的表达，而E-cadherin mRNA 的转录活性受到抑制；进一步抑制HIF-1α 发现上皮-间质转化标志物和β-catenin 完全或部分恢复到缺氧前状态[15]。这暗示了HIF-1α 可通过β-catenin 途径诱导子宫内膜异位症的上皮-间质转化，进一步促进细胞转移及侵袭。

3 缺氧对血管生成的调节

3.1 血管生成因子（VEGF）

子宫内膜组织逆行的挑战是建立血管网络为内膜腺体和间质种植提供氧气及营养物质，该过程需要多种刺激因子调节，其中最关键的生长因子为VEGF。子宫内膜异位症患者与健康女性相比，腹腔液中VEGF 水平明显升高，并且腹腔液中VEGF 表达与病变轻重程度有关[17]。在缺氧条件下，HIF-1α 与VEGF 启动子的缺氧反应元件结合，从而增加VEGF 的表达[18]。抑制小鼠子宫内膜异位症模型中HIF-1α 的表达可以发现VEGF-a 的表达也随之被抑制，血管生成过程被阻断，最终导致子宫内膜样病变减小[19]。

3.2 瘦素

瘦素是一种有效的血管生成因子。通过使用瘦素拮抗剂或植入源自瘦素受体基因敲除的小鼠子宫内膜组织来阻断瘦素信号传导，可减少血管病变。由于瘦素以HIF-1α 依赖的方式在子宫内膜异位细胞中异常表达[20]，因此低氧对瘦素的调节可能影响异位病灶的血管生成，进而影响异位病灶的大小。

3.3 其他血管生成因子

HSIAO 等[21]报道白细胞介素-8（IL-8）是强有力的血管生成因子。缺氧可诱导IL-8 的表达，用IL-8受体拮抗剂处理后，不仅能抑制缺氧诱导的血管生成，而且还能阻断小鼠子宫内膜异位症模型的血管浸润，最终导致子宫内膜样病变缩小。文献[22]报道了非传统血管生成因子血管生成素在子宫内膜异位症细胞中上调，并受到缺氧的调节，与VEGF相比具有独特的特征。由血管生成素缺失引起的血管生成缺乏不能通过VEGF 来弥补[23]，这提示血管生成素在调节血管生成中发挥着独特的作用。

4 缺氧与有氧糖酵解（Warburg效应）

子宫内膜异位症类似于肿瘤细胞，具有侵袭、复发特征。因肿瘤细胞具有特殊的能量代谢方式“Warburg 效应”，即正常氧条件下葡萄糖消耗增加和乳酸产量增多，子宫内膜异位症是否存在相同的代谢特点成为近几年的研究热点。有学者研究发现在子宫内膜异位症患者腹腔液中糖酵解的终产物乳酸浓度明显升高，验证了子宫内膜异位症可能存在“Warburg 效应”[24]。糖酵解过程可能是由HIF-1α 驱动的，因为糖代谢途径中多种关键酶是由HIF-1α 诱导的。

葡萄糖转运蛋白（GLUT）是由SLC2A 基因家族编码的，是介导葡萄糖进入细胞的载体，这是糖酵解的第一步[25]。缺氧通过抑制氧化磷酸化和上调HIF-1α 而诱导GLUT1 的高表达[26]。对异位内膜组织行免疫组织化学发现GLUT1 呈高表达，且在Ⅲ、Ⅳ期的表达高于Ⅰ、Ⅱ期，因此子宫内膜异位症的严重程度可能随着GLUT1 的表达高低而波动[27]。HIF-1α 是糖酵解的重要枢纽，诱导有氧糖酵解过程中关键基因的表达：乳酸脱氢酶A（LDHA）、丙酮酸脱氢酶激酶1（PDK1）和葡萄糖转运蛋白1（SLC2A1）。子宫内膜异位症病变中代谢驱动因子HIF-1α、PDK1 和LDHA 升高，病变附近的腹膜中HIF-1α 和SLC2A1 升高[26]，表明其代谢变化与“Warburg 效应”相似。有研究发现肿瘤相邻的细胞乳酸浓度越来越高，这可能是驱动肿瘤发展的原因，被称为“反向Warburg 效应”[28]。子宫内膜异位症中是否存在这种“反向Warburg 效应”有待进一步研究。

5 低氧与表观遗传学

近年来研究表明，子宫内膜异位症是一种表观遗传疾病，可以在不改变基因组成的情况下调节基因表达谱，从而调节细胞存活、侵袭转移和血管生成等功能。笔者将从以下3 个方面进行子宫内膜异位症表观遗传的机制研究。

5.1 DNA甲基化

DNA 甲基化是由DNA 甲基转移酶（DNMT）催化，包括DNMT1、DNMT3a、DNMT3b 和DNMT3L；HSIAO[29]等对子宫内膜异位症的DNA 甲基化进行全面的研究，发现DNMT1 在子宫内膜异位症患者间质细胞中表达减少。缺氧应激是引起异位间质细胞DNMT1表达下调的主要因素。缺氧将miR-148a和富含AU 的元件结合因子1（AUF-1）招募到DNMT1 转录本的3'-非翻译区（UTR）以破坏其mRNA 的稳定。结果，子宫内膜异位间质细胞中DNMT1 蛋白水平降低，使异位间质细胞基因表达异常。这表明，低氧抑制子宫内膜异位间质细胞中DNMT1 的被动去甲基化来调节某些基因的表达。缺氧介导的DNA 低甲基化的基因表达和功能改变可能会为子宫内膜异位症的病因提供不同的见解。

5.2 组蛋白修饰

组蛋白是核小体的关键成分，进行修饰后染色质结构发生异常，进而改变基因表达状态。有研究论述组蛋白异常修饰对子宫内膜异位症的影响[30]。AROSH 等[31]报道用选择性前列腺素E2（PGE2）受体拮抗剂处理可以改变子宫内膜异位症细胞组蛋白修饰酶的表达，提示PGE2 可能影响组蛋白修饰从而调节基因表观遗传表达。能催化组蛋白H3 第27 位赖氨酸（H3K27）三甲基化的组蛋白修饰酶基因增强子同源物2（EZH2）近年来已被广泛研究。缺氧以HIF-1α 依赖的方式抑制EZH2 的表达，并减少导致异位内膜细胞异常表达的H3K27三甲基化[32]，这为研究子宫内膜异位症的病因学提供了新见解。

5.3 MicroRNA介导的基因表达

MicroRNA 是一种非编码RNA，与子宫内膜异位症细胞的增殖、凋亡、炎症和血管生成等功能息息相关[33]。与在位子宫内膜组织比较，microRNA-20a在异位病变中的表达比在位子宫内膜组织中的表达高[34]，且通过生物信息学和分子生物学分析发现microRNA-20a 的启动子含有一种功能性缺氧反应元件[32]，这表明microRNA-20a 的表达是由缺氧引起的。MicroRNA-20a 的下游靶点是DUSP2，缺氧诱导microRNA-20a 表达致DUSP2 表达下调，导致下游调控基因COX-2、血管生成因子和有丝分裂因子过度表达[34]。MicroRNA-148a 在异位内膜间质细胞中高表达，在缺氧条件下，microRNA-148a 被募集到DNMT1 的3'-UTR，与AUF-1 配位，促进DNMT1 mRNA 的降解，导致DNMT1 蛋白水平降低，子宫内膜异位间质细胞整体低甲基化[29]。还需更多的研究来揭示缺氧调节表观遗传在子宫内膜异位症发病机制中的作用。

6 靶向缺氧介导的基因网络作为潜在的治疗方法

子宫内膜异位症是一种复杂疾病，涉及基因-基因和基因-环境之间的相互作用，缺氧是重要的驱动因素。缺氧调节雌激素生物合成及反应性、上皮-间质转化过程中的TGF-β、β-catenin 等信号通路，促进血管发育系统的经典生长因子VEGF、瘦素和新血管生成因子IL-8、血管生成素，缺氧也可影响微环境中能量代谢的变化，无论是葡萄糖经葡萄糖转运蛋白进入细胞内，还是有氧糖酵解过程中关键基因的表达，均受HIF-1α 调节。因此，可以认为靶向缺氧介导的基因调控网络可同时阻断多个过程，并在治疗子宫内膜异位症中发挥更好的效果。通过对大型数据库的分析发现Yes相关蛋白1（YAP1）转录活性受缺氧调节，可能是一个潜在治疗靶点[35]。研究[36]发现，YAP1 蛋白在胞浆中以磷酸化形式大量存在，但这种磷酸化形式是失活的，在某些情况下磷酸化YAP1 的激酶即大肿瘤抑制激酶1（LAST1）被降解导致YAP1 去磷酸化，然后未磷酸化的YAP1 转运到细胞核并与TEAD 结合，诱导靶基因表达，异位内膜细胞中LAST1 水平下调，从而导致YAP1 核转位增加。进一步研究[37]发现LAST1 受缺氧抑制，正常内膜间质细胞在缺氧条件下会导致LAST 水平下调和YAP1核移位，应用YAP1 抑制剂维替泊芬可以使原代子宫内膜间质细胞增殖减少，凋亡增强，并且使小鼠子宫内膜异位症模型中异位病灶减小。而且维替泊芬可以同时抑制子宫内膜异位症许多病理过程，包括细胞增殖、血管生成和雌激素生物生成等[37]。由于激素治疗的副作用之一是生殖抑制，那么维替泊芬治疗是否会影响生殖功能呢？通过对雌性小鼠子宫内膜异位症模型研究[35]发现维替泊芬不仅不会降低雌性的生殖功能，而且也不会影响后代的发育，该研究结果证明靶向YAP1 可能具有治疗潜力，而且不会对生殖器官和生育能力产生明显不良影响。因此靶向介导缺氧驱动的调控基因网络可能是治疗子宫内膜异位症的新方法。

7 结语

现如今，激素治疗和手术切除异位病灶是治疗子宫内膜异位症的主要选择。然而，考虑到激素治疗的不良副作用和手术后的高复发率，从其他角度寻找治疗子宫内膜异位症的方法迫在眉睫。上文提到靶向YAP1 可能是一种新型的非激素治疗方式。这种不会抑制生殖功能的作用为设计子宫内膜异位症的替代治疗方案提供了新的方向。然而，尚不清楚YAP1 抑制剂对治疗子宫内膜异位症的给药途径是什么，也不清楚这种靶向抑制剂应用于临床时治疗效果及预后如何，但是这种新型靶向药物确实为治疗子宫内膜异位症带来希望，未来的研究可以集中在寻找更多像这样治疗子宫内膜异位症的新药物靶点。