输卵管胚胎运输的调控机制研究进展

2021-12-06王芳，马红，刘娣

黑龙江动物繁殖 2021年2期

王芳，马红，刘娣

（黑龙江省农业科学院畜牧研究所，哈尔滨 150000）

输卵管妊娠是妇产科常见急症，严重影响人类的生殖健康。而胚胎滞留在输卵管中被认为是引起异位妊娠的重要原因之一。输卵管是雌性生殖道的一部分，连接卵巢和子宫，负责将胚胎运输到子宫中。目前的研究表明，输卵管的胚胎运输过程受到多种因素调控，明确这些调控机制对于阐明输卵管异位妊娠的发病机制及其防治具有重要意义，文章就影响输卵管的胚胎运输的调控机制综述如下。

1 输卵管的结构

在解剖学上，小鼠的输卵管结构包括伞部、壶腹部、峡部和宫管结合处四部分［1］。伞部位于输卵管的最前端，开口朝向卵巢并接收卵巢排出的卵。挨着伞部的膨大部分是壶腹部，位于伞部下面具有相对狭窄腔的部分是峡部，最后面连接峡部和子宫的过度区域是宫管结合处。靠近卵巢侧的伞部含有大量具纤毛的细胞。峡部的输卵管上皮由矮的假复层柱状上皮组成，大部分是不具纤毛的分泌细胞，可以产生输卵管液，峡部的分泌细胞数量多于壶腹部。不同物种中输卵管肌层结构有些差别，一般均具有外部的纵行肌和内部的环形肌［2］。小鼠伞部不存在明显的肌层，仅有一些细而长的细胞，它们不具备明显的肌细胞特征。壶腹部肌层很薄，肌层厚度从上至下逐渐增加，到壶腹部下部时分为内部环形肌和外部纵行肌两层。而峡部具有较厚的肌层，纵行肌和环形肌可以清楚地区别开，其中环形肌占主要部分。在宫管结合处，平滑肌细胞的超微结构和子宫肌层细胞类似，这个区域的环形肌层更厚，可能存在括约肌［3］。

2 输卵管上皮细胞纤毛的摆动与胚胎运输

峡部输卵管中含有发达的平滑肌层和相对较少具有纤毛的上皮细胞，所以纤毛被认为在输卵管峡部的胚胎运输中发挥较少的作用。而壶腹部的上皮细胞中含有大量的纤毛，被认为参与卵的运输。临床研究发现患有“不动纤毛综合征”的妇女是不育的［4］。大鼠和兔上的研究结果也表明，壶腹部上皮细胞的纤毛摆动对卵的运输是非常重要的。输卵管平滑肌的收缩活性被抑制后，卵仍然能够运输，只是运动方式发生了变化，由快速前后摆动转变为缓慢朝向子宫的单向运动［5］。同样，大鼠输卵管的肌肉收缩活性被抑制后，壶腹部的纤毛运输微球替代物的速度不受影响［6］。但是Dixon等用L 型钙离子通道阻断剂尼卡地平抑制输卵管平滑肌的收缩，得到了不同的结论，他们发现上皮细胞的纤毛摆动不受影响，但胚胎的运输却被抑制了［7］。

3 输卵管肌肉收缩与胚胎运输

输卵管的肌肉收缩是调控输卵管胚胎运输的重要影响因素。目前的研究表明，类固醇激素、前列腺素、气体分子和大麻素都参与调控输卵管肌肉收缩。

3.1 类固醇激素

雌激素（E2）和孕酮（P4）是通过各自的受体发挥作用［8-9］。雌激素受体（ER）和孕酮的受体（PR）在输卵管中高度表达［10-11］。Gerardo 等的研究表明，输卵管峡部ERα 缺失后导致胚胎滞留在输卵管中［12］。E2 对输卵管胚胎运输的作用效果因剂量、物种、作用时期等因素而有所不同。在小鼠中，低剂量的E2（1 μg）引起胚胎滞留在壶腹部-峡部连接处，而高剂量的E2（＞1 μg）则会引起胚胎在输卵管中加速运输。但是在大鼠中，不同剂量的E2 都会导致胚胎加速运输，胚胎不会滞留在输卵管中［13］。此外在注射剂量不变的前提下，注射激素的时期不同又会对输卵管运输产生不同的影响。给兔注射人绒毛膜促性腺激素（hCG）之前或注射同时施加E2，会导致胚胎滞留在壶腹部-峡部连接处，而在注射hCG后再注射E2会导致峡部加速运输胚胎［14］。另外将妊娠第一天大鼠卵巢切除后，血液中孕酮含量迅速下降，输卵管运输加速，外源补充孕酮会阻止这种加速作用［15］。此外，和处于发情周期中的大鼠相比，妊娠的大鼠血液中具有更高的P4 含量和更高比例的P4/E2。相应地，胚胎在妊娠大鼠输卵管中停留的时间比处于发情周期的大鼠长一天［16］。

3.2 前列腺素

前列腺素（PG）是一个二十碳不饱和脂肪酸，它含有两个脂肪酸侧链和一个环戊烷。在磷脂酶A2 的作用下，将花生四烯酸从磷脂膜中释放到基质中，然后在环氧合酶（COX）的作用下形成环内过氧化物PGG2，然后又转变为PGH2。PGH2在不同的前列腺素合成酶的作用下形成PGE2、PGI2、PGD2、PGF2a和TXA2。这些前列腺素通过相应的受体发挥作用，这些受体分别是EP、IP、DP、FP 和TP，EP又进一步分为EP1、EP2、EP3和EP4四个亚型。前列腺素及其受体在很多物种的输卵管中表达。马的输卵管峡部和壶腹部上皮细胞中高度表达PGE2 的受体EP2 和EP4［17］。人类输卵管能够合成大量的PGI 和PGE2，并且输卵管平滑肌上表达前列环素合成酶（PGIS）和前列环素受体（IP）。添加PGI 的类似物伊洛前列素能够抑制输卵管纵行肌和环形肌的活力［18］。小鼠输卵管中，EP4 和COX1在上皮细胞中表达，而EP2在平滑肌细胞中表达，PGIS在上皮细胞和平滑肌细胞中都表达，同时小鼠输卵管自身能产生大量的PGI2和PGE［19］。早期在兔上的试验结果证实，PGE 系列促进输卵管松弛而PGF 系列促进输卵管收缩［20］。PGE 和PGF对人类输卵管的调控效果因输卵管的部位不同而有所差异。在人类输卵管的壶腹部-峡部连接处添加PGE2 和PGF2，会增加肌肉收缩，但PGE1使肌肉收缩降低［21］。PGE2抑制人类输卵管壶腹部纵行肌和环形肌的收缩活性，PGF2a 刺激壶腹部的收缩［22］。

3.3 气体信号

2014 年，Li 领导的课题组发现一种气体信号分子硫化氢（H2S）参与调控输卵管运输。他们发现，人输卵管中存在H2S合成的关键酶胱硫醚-γ-裂解酶（CSE）和胱硫醚-β-合成酶（CBS），并且在异位妊娠的人类输卵管中CSE和CBS含量高于正常妊娠的输卵管。体外试验也证明，产生的H2S气体能够减缓人类输卵管的收缩。敲除小鼠CBS导致大量的胚胎滞留在输卵管中，补充硫氢化钠可以明显挽救CBS 敲除后造成的输卵管胚胎滞留。研究表明，无论H2S信号系统的增强或者减弱都会造成胚胎滞留在输卵管中，不能正常到达子宫［23］。

除了H2S 外，一氧化氮（NO）是输卵管分泌的另一种气体分子。NO是由一氧化氮合成酶（NOS）以L-精氨酸作为底物合成的。NOS 有三个亚型，分别是nNOS、iNOS 和eNOS。nNOS 和eNOS 呈组成性表达，而iNOS 是在免疫分子、氧化压力或者炎症刺激等因素的诱导下表达的，并且iNOS 表达的增加会导致产生大量的NO［24-25］。大鼠和人类的输卵管上皮细胞中表达的NOS 有三种亚型：nNOS、eNOS 和iNOS，人输卵管的峡部和壶腹部的平滑肌细胞中仅表达iNOS［26-27］。研究表明，在人类输卵管的峡部组织中添加NO 合成抑制剂LNAME 后，输卵管的收缩活性增强；而添加NO 供体L-精氨酸后，人输卵管的收缩能力先瞬间加强随后降低［28］。大鼠的体内试验也证实NO 对输卵管有松弛作用，在卵巢囊中注射NOS 抑制剂可以使输卵管收缩从而加速胚胎运输［29］。但在牛输卵管上的研究却得到不同的结论，添加NO 后供体L-精氨酸或者NO 抑制剂L-NAME 对于牛输卵管的收缩没有明显效果［30］。

3.4 大麻素

AEA和2-AG是主要的内源大麻素，它们主要通过大麻素受体CB1和CB2发挥作用［31］。内源大麻素系统的平衡很重要，大麻素信号的沉默或者增强都会破坏输卵管肌肉的收缩和舒张的协调，从而导致胚胎滞留在输卵管中。据报道，小鼠中敲除CB1 和CB2 导致大麻素系统沉默，引起大量胚胎滞留在输卵管中。CB1 和α1、β2 肾上腺素受体共定位表达，都在小鼠输卵管峡部区域的肌层中表达。补充β肾上腺素受体激动剂异丙肾上腺素可以挽救由于敲除CB1造成的输卵管胚胎滞留问题。而另一方面野生型小鼠持续暴露在AEA类似物中导致大麻素系统增强还会导致大量的胚胎滞留在输卵管中［32］。

4 输卵管液与胚胎运输

胚胎在运动时是漂浮在输卵管中的，所以输卵管液的流动对于胚胎运输的影响也是不可忽视的。输卵管液来自于血浆的渗出和上皮细胞的分泌作用。小鼠中，在峡部的上三分之一部分和壶腹部-峡部连接处的单向推动作用下，输卵管液从峡部向壶腹部流动，最终通过卵巢囊上面的孔隙进入腹膜腔，输卵管液的这种朝向卵巢的流动对于受精反应是非常有利的［33］。另外，排卵后的卵丘-卵母细胞复合物在纤毛摆动的驱使下朝向子宫运动，但是却被朝向卵巢方向的输卵管液阻止在壶腹部-峡部连接处。早期的研究显示，随着卵细胞从壶腹部运输到峡部的过程，输卵管液的体积减小［34］，这对于胚胎通过壶腹部-峡部连接处、朝向子宫运动具有重要意义。然而输卵管液的调控机制仍然不清楚，最近来自Enrica Bianchi 等的研究揭示了输卵管液调控输卵管胚胎运输的分子机制。研究表明，G 偶联蛋白Adgrd1 表达于输卵管上皮细胞，被位于卵丘细胞表面的Plxdc2 激活后，可以减少输卵管液的产生，从而帮助胚胎通过壶腹部-峡部连接处。敲除Adgrd1后，输卵管液的流向紊乱，导致胚胎滞留在输卵管中［35］。

5 胚胎状态对输卵管胚胎运输的影响

早期的研究表明，胚胎的状态会影响输卵管的运输速度。在早些阶段，科学家研究了蝙蝠和马，发现这两个物种中受精卵和未受精卵运输情况是不同的，未受精的卵常常留在输卵管中，只有受精卵能进入子宫［36-37］。Croxatto领导的研究小组在研究大鼠、小鼠和仓鼠输卵管的运输情况时发现，这些物种中受精卵和未受精卵最后均能进入子宫，但是速度不同。小鼠和仓鼠中，受精卵比未受精卵更快进入子宫。而大鼠受精卵和未受精卵在输卵管中的运输速度是相似的，但是将仓鼠受精卵和未受精卵移植到假孕第一天大鼠的输卵管后，受精卵比未受精卵更快进入子宫［38-40］。但是，这些不同状态的胚胎在输卵管中运输速度差异的分子机制一直不清楚。近年来的研究表明输卵管和胚胎并不是孤立的，二者之间存在紧密的相互对话［41］。大鼠输卵管中产生的肾上腺髓质素能够增加纤毛摆动，抑制输卵管收缩［42］，牛输卵管中产生的肾上腺髓质素能够增加输卵管液的流动速度［43］。反过来，输卵管中存在的精子也能够增加输卵管分泌的肾上腺髓质素含量［42］。