雌二醇对哺乳动物子宫内膜血管生成调控的研究进展

孙宛序，黄启震，李博宇，苏运泽，张翘楚，肖龙菲，齐晓龙，邢 凯，王相国，盛熙晖，郭 勇，倪和民

（1北京农学院动物科学技术学院，北京 102206；2中国动物疫病预防控制中心，北京 100125）

0 引言

子宫内膜会随着雌性哺乳动物的发情周期和雌二醇(estradiol,E2)的作用发生周期性变化，同时子宫内膜中的血管也会随着发生一系列的生理变化[1]。动物在受精之后会出现胚胎着床期，这时子宫内膜的容受性是与血管有关的。促进血管生成的调控因素有很多，如血管内皮生长因子(vesselendothelium growth factor,VEGF)、表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)、碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)、血管生成素1/2(angiopoietins1/2,ANGPT1/2)等。然而VEGF作为重要的促进血管生成的调控因子[2]，除促进血管生成之外，另外的作用是维持血管的通透性对血管运输所需要的养分。

在与子宫相关的活动中，如雌性动物的发情、胚胎着床与妊娠等，E2都作为子宫的重要调节激素，并且研究发现其参与子宫血管形成调节。本研究旨在总结哺乳动物中血管生产过程中E2对VEGF调控的进展。

1 子宫中E2的合成与作用途径

1.1 E2的作用与合成

雌二醇在体内靶组织众多，不仅能影响生殖器官的生长，还能维持第二性征、参与细胞的生殖与分化[3]、对骨骼肌的发育有一定的影响、在异常情况下可诱导肿瘤的发生[4]。

在雌性动物机体的子宫内，有研究表明了E2的合成原理，是促黄体激素(Luteinizing hormone,LH)作用于卵巢的卵泡内膜细胞，雌激素会产生睾酮，然后睾酮通过扩散的方式进入到颗粒细胞中；进而颗粒细胞在卵泡刺激素(Folliclestimulating hormone,FSH)的作用下，芳香化酶活性增强，催化睾酮脱去19-甲基，进而转变为E2[5]。

1.2 E2的作用途径

一般情况下，雌激素通过介导受体而发挥作用。受体包括核受体(nuclear estrogen receptor,nER)和膜受体(G protein-coupled estrogen receptor,GPER)。另外核受体有两种类型，分别为雌激素受体α(Estrogen receptor alpha,ERα)和雌激素受体β(Estrogen receptor beta,ERβ)。

在哺乳动物体内，经典的核受体ER受E2介导会发挥基因转录效应，有研究证实了，敲除核受体ERα的成年母鼠的卵泡会有出血或囊肿的症状，终会导致不孕[6]。如果敲除受体ERβ，小鼠的生育能力会降低[7]。雌激素与存在的新型膜受体GPER能够以摩尔级的亲和力结合，并且可以快速诱导信号通路的激活，如三磷酸肌醇(inositoltrisphosphate,IP3)和细胞外调控蛋白激酶(extracellularregulatedproteinki-nases,ERK)等信号通路[8]。但是GPER不像ERα和ERβ可以直接调控基因的转录效应，而是通过间接或反式的方式激活下游多种信号通路而发挥非基因转录效应。GPER能够与E2有高度的亲和力，表明它能够有补充E2生物学效应的部分空缺[9]。另外在很多癌症相关的研究中发现，GPER参与了很多由雌激素所介导的病理性效应[10]。雌激素与GPER结合的相关研究说明了子宫内膜癌的非基因转录效应机制，是E2与GPER结合使下游的磷酯酰激醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信号通路得以活化[11]。Li等[12]研究发现，GPER还能够调控雌性动物子宫内卵母细胞的成熟，为下一步的受孕做准备。

2 血管生成对子宫的影响

在发情周期内子宫内膜血管系统会发生变化，而妊娠活动会引起子宫血管的剧烈变化[13]。哺乳动物血管新生在发情周期和妊娠活动过程中贯穿始终，包括黄体形成、子宫内膜的容受性变化、胚胎着床以及母体胎盘形成[14]。国外相关研究结果证实，在动物子宫的种植窗期子宫内膜的容受性是由血管的生成来评判的[15]。此外，胎盘的发育还与血管的生成密切相关[16]，在妊娠期间胎盘交换物质的数量主要取决于胎盘血管的增长程度，而胎儿胎盘血管发生是血管新生的结果[17]，胎盘血管的正常生成是胎盘发育的关键，其能够保证供给胎儿足够的营养物质；保障了胎儿的存活率及发育生长的需求。然而，血管形成受到障碍则会造成多种妊娠疾病，如母体胎盘功能衰退，胎儿在子宫内生长受到阻碍、母体子痫等[18-19]。

3 E2与相关因子在子宫疾病及肿瘤中对血管生成的调控

因为子宫中血管的生成与肿瘤组织中的新生血管的作用一致，都是提供丰富的养料和氧气[20]。肿瘤相关文献表明，血管过快生长，可以提供给肿瘤生长所需要的营养，从而促进实体瘤快速增长然后加速肿瘤细胞的浸润和向远处转移扩散[21-22]。也有哺乳动物子宫疾病相关研究表明，子宫内膜异位的发生发展过程中与血管生成有必然的关系，并且血管生长占有重要位置。其病理是因为异位处的血管生长，能够为病灶提供丰富的营养物质[23]。

在肿瘤细胞中及子宫疾病中，促进其血管生成的因子较多。碱性成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)是一种促分裂素，有较高的生物活性，可分为碱性成纤维细胞生长bFGF和酸性成纤维细胞生长aFGF。在血管基底膜中，FGF发挥作用的方式是通过肝素酶、蛋白酶降解而释放出来[24]。bFGF及其受体能够在某些肿瘤组织中高表达，有研究表明主要有恶性黑色素瘤、卵巢癌和非小细胞肺癌[25]。bFGF可以促进细胞的分裂[26]，在局部癌变的组织研究中发现，bFGF能够促进癌变部位组织的血管生成，从而进一步促进肿瘤的生长[27]；此外，EGFR是一种膜表面传感器，具有酪氨酸激酶活性。不仅可以维持肿瘤细胞的增殖与活化，也可以促进肿瘤组织血管的生成[28]。

而且，VEGF在血管生成方面虽然是最强的促进生长因子，却也会与其他因子和激素相互影响，以达到使VEGF更稳定表达的目的[29]。在血管生成的机制中有研究表明，bFGF能够通过促进VEGF的表达以达到促进血管的生成的目的[30]。VEGF能够有效地提供给肿瘤新生血管内皮细胞迁移以及其他肿瘤细胞转移所需要的生长基质。VEGF成功提供生长基质后，接着参与肿瘤新血管的生成[31]。低氧诱导因子(HIF-1α)作为调节肿瘤细胞适应低氧的核心转录因子，也会促进VEGF的增加。在E2诱导子宫内膜癌细胞产生VEGF、bFGF的研究中，前期表明在使用E2作用于细胞后，VEGF和bFGF的表达都有所增加；后期使用信号通路PI3K/AKT的抑制剂，发现抑制剂能够通过E2对信号通路的抑制减少VEGF和bFGF的生成[32]。在血管瘤细胞中，E2与VEGF都存在的情况下，血管瘤血管内皮细胞的增殖能力明显增强。所以，表明了E2与VEGF两者之间存在协同作用[33]。

有国外学者在研究牛发情期子宫内膜组织的变化过程中发现，在卵泡期和黄体期水牛的子宫内膜和子宫肌层的厚度增加是因为雌激素的水平升高导致的[34]。因为，子宫内膜层和子宫肌膜层都含有大量的血管，国内相关研究也表明了，随着发情周期雌二醇水平的变化，牦牛子宫内膜层的厚度也在发生的变化[35]。所以，子宫内膜组织厚度的变化是因为雌二醇的升高而促进了血管的生长，最终导致子宫内膜层和子宫肌膜层增厚。研究显示，反刍动物绵羊的子宫内膜上皮的生长与雌激素的全身性浓度有关，以及雌激素刺激子宫内膜腺，会使子宫内膜腺提前发育，表明雌激素可能通过影响一些生长因子的表达而对子宫内膜的发育产生影响[36]。在奶牛相关试验研究中，有发现：随着奶牛的生理变化，发情期间体内的雌激素水平变高时，其子宫内膜会因血管的生成而增厚[37]。通过E2作用于奶牛子宫内膜组织的相关试验研究中，结果表明：从E2作用4～48 h时间段，随着作用时间的延长，bFGF的蛋白表达量表达量明显上升[38]；奶牛子宫内膜组织的VEGF表达量表达也显著升高[39]，说明E2通过诱导的奶牛子宫内膜组织中促血管生长的相关因子的表达，最后促进子宫内膜的生成以达到子宫内膜组织生长修复的目的。

另外，也有文献报道雌激素与其受体结合发挥的作用更强，肺腺癌细胞的体外培养过程中发现，雌激素与其核受体中的ERβ结合，VEGF的表达量能够有所提高。最终提升肺腺癌血管内皮的增殖、迁移和小管形成的能力[40]。国内外对癌症发生的机制的研究比较多，有关研究表明，在乳腺癌肿瘤血管的形成的机制中，E2和GPER结合能够反式激活下游的HIF-1α/VEGF信号通路，从而促进了乳腺癌肿瘤血管的形成[41-42]；在甲状腺癌中；E2与GPER结合，使下游的PI3K/Akt信号通路被激活，促进VEGF的表达量上调[43]，从而调节促进了甲状腺癌的生成。GPER在雌激素调节的VEGF在ER阴性乳腺癌细胞的表达研究中，发现E2和GPER选择性配体G-1触发GPER/EGFR/ERK信号通路，通过上调HIF-1α导致VEGF升高[44]。

4 子宫中有关血管生成的调节因子

在雌性动物妊娠期间，bFGF会参与胎盘血管的形成；并促进子宫螺旋动脉形成维持正常胎盘血管的功能[45]。有学者通过分子实验，证实了在牛妊娠早期胎盘组织中存在FGF-4的表达[46]。也已经证实FGF-2是一种血管源性因子，可以调节胎盘的血管形成和舒张[47]；更早期有研究者表明了[48]，在孕早期和末期子宫内FGF-2mRNA有高表达，说明了在妊娠期间FGF-2mRNA的表达能够调节子宫内血管的生成。国外有研究认为，在母马妊娠期间，表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)与母体所分泌的雌激素有协同作用，可以促进胎盘的生长从而使胎儿的成熟[49]。另外，有学者研究了肝素结合样表皮生长因子(HB-EGF)对胎盘生长发育的影响[50]，发现补充HB-EGF能够明显使子宫中VEGF的表达增强，能够诱导胎盘的生长；如果缺乏HB-EGF，胎盘组织中毛细血管密度明显降低，进而胎盘的生长也会收到阻碍。然而，在雌性动物的妊娠期间VEGF能够增加血管的通透性和促进血管的形成，VEGF帮助建立胎盘，维持胚胎在整个妊娠期间的发育[51]。而且，Evans[52]研究证实了，在机体处于妊娠时，VEGF的表达量会反应血管的生成情况。所以，在子宫发育与妊娠期间，VEGF依然是至关重要的。

VEGF在哺乳动物发情周期以及妊娠过程的各个阶段子宫内膜中均有表达[53]。VEGF在卵母细胞成熟、子宫内膜血管化、子宫发育、胚胎种植、胎盘血管形成以及整个妊娠过程中都有较强作用。在关于小鼠妊娠的研究试验中发现，VEGF可表达于雌性小鼠在妊娠早期着床胚泡周围的细胞中，并且具有特异性[54]。在此说明在胚胎的着床初期，VEGF在调节血管生成过程中具有重要的作用。最近几年研究者对血管生成不足导致流产有一定的研究，为血管生成不足导致流产提供了证明。在机体妊娠过程中，VEGF也会受其他的因子和激素的调节，有研究结果表明，E2可以有效地诱导和调节下游的VEGF在子宫内膜组织中的周期性表达[55]。在奶牛子宫内膜组织体外培养的培养基中加入E2后，VEGFmRNA的表达量会随着培养的时间而升高[56]。近年来，很多研究表明了母性动物先兆性流产可能的原因是血管生成不足造成的，而血管生成和血管的重建是决定雌性动物妊娠是否能够成功的关键一步。而作用最强的VEGF最重要的作用是促进血管生长，母畜妊娠早期，很多因素能够相互调节使VEGF表达量上升来维持正常妊娠的进行，主要包括雌二醇的浓度和细胞因子[29]。

5 展望

雌激素在动物机体的各个器官组织中、在不同的生理状态下都有不同的作用。奶牛业一直是国内需要坚持发展的畜牧业，奶牛生产性能的研究在临床上也备受关注。因为奶牛的生产与雌性奶牛息息相关，母牛子宫的质量决定了生产的持续与否。在雌性动物的妊娠过程中,卵巢所分泌的雌激素在奶牛的生产生殖的过程中起到了主导作用，而子宫对营养的要求也比较高，需要VEGF来维持血管的密度与通透性以达到运输营养物质的目的。

虽然目前在其他组织和癌症相关研究中，E2通过调控VEGF促进血管生成的机制已有很多的研究。然而，E2对哺乳动物子宫血管调控方面的研究还比较少。在奶牛的发情和妊娠过程中，已经表明血管的生成对于雌性动物后期的妊娠至关重要，E2在其过程中起主导作用，可以调控VEGF的表达量，从而维持血管的通透性以达到运输营养物质，防止或减少其他并发症的产生。可在雌性动物机体子宫内膜中，E2调控VEGF促进血管生成的机制尚不明确，还需要进一步探讨。