母胎界面免疫细胞的代谢调节与妊娠相关并发症的研究进展

张燕，肖卓妮

成功妊娠的建立需要母体具备良好的子宫内膜容受性及具有侵袭力的胚胎。此外，母胎界面的免疫稳态对妊娠的维持也是不可或缺的。成功的妊娠依赖于免疫激活和对胚胎抗原免疫耐受之间的平衡。母胎界面由滋养层细胞、蜕膜基质细胞和蜕膜免疫细胞共同组成。母胎免疫细胞主要由自然杀伤细胞（natural killer cell，NK细胞）、巨噬细胞（macrophage，MΦ）、T细胞和树突状细胞（dendritic cells，DC）构成，通过分泌多种细胞因子参与免疫反应[1]。新陈代谢和免疫功能的平行变化使免疫代谢成为一种更高效的调节机制，可以在妊娠期间实现动态免疫适应。免疫代谢是一个新兴领域，其基本原理是细胞代谢支持免疫细胞功能。细胞代谢已成为免疫细胞功能的关键决定因素，许多学者已认同免疫代谢适应可以调节免疫细胞的细胞因子产生，影响细胞的吞噬、增殖、凋亡和其他效应器功能[2-3]。免疫细胞代谢途径不仅参与妊娠的维持与建立，还能介导其他疾病的发生发展如癌症、心血管疾病等。细胞的代谢途径主要有糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径、脂肪酸氧化、脂肪酸合成和氨基酸代谢，这些代谢途径经过中间产物相互影响、相互作用。免疫代谢途径可以影响细胞功能，免疫炎症和代谢途径之间的调控对维持妊娠及成功分娩十分关键。本文将探讨四大免疫细胞通过其代谢反应来影响其分泌的细胞因子，以调节母胎免疫界面稳态，维持正常妊娠。

1 NK细胞的代谢调节

1.1 NK细胞NK细胞是母胎界面的第一大类细胞，具有细胞毒性，参与人体先天性免疫和适应性免疫，对妊娠的建立与维持十分重要。NK细胞可通过分泌多种细胞因子[如胎盘生长因子、血管内皮生长因子α（vascular endothelial growth factorα，VEGF-α）和γ干扰素（interferon-γ，IFN-γ）等]参与子宫螺旋动脉的重铸与滋养细胞的侵袭，有利于胎盘和胎儿生长发育[4]。

1.2 NK细胞的代谢编程糖酵解是主要的代谢途径，可在活化的NK细胞中检测到，糖酵解激活会增强NK细胞的细胞溶解能力，反之，糖酵解减弱则会降低NK细胞的细胞毒性[5]。在妊娠期间，人绒毛膜促性腺激素会促进孕激素与转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）分泌，大量TGF-β可以诱导NK细胞上调果糖-1,6-二磷酸酶1（fructose-1,6-bisphosphatase 1，FBP1）表达，FBP1是糖酵解过程中的关键酶之一，其表达降低会抑制细胞自身糖酵解代谢，同时影响细胞生长发育，最终导致NK细胞的功能紊乱[6]。因此，TGF-β可抑制NK细胞的糖酵解途径，降低NK细胞的毒性，有利于妊娠的维持。

氨基酸代谢也与NK细胞功能密切相关。精氨酸可以被酶分解为一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）与精氨酸酶Ⅰ、精氨酸酶Ⅱ。白细胞介素2（interleukin-2，IL-2）会促进NK细胞的细胞裂解能力，增强NK细胞的细胞毒性作用，而精氨酸可以抑制NK细胞中IFN-γ和IL-2的产生[7]。葡萄糖通过葡萄糖转运蛋白1进入细胞并代谢为葡萄糖6-磷酸（glucose 6-phosphate 6，G6P），并进入磷酸戊糖途径产生还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）。通过磷酸戊糖途径产生的NADPH可为NADPH氧化酶2（NADPH oxidases 2，NOX2）提供燃料，产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）杀死入侵的病原体。NOX2产生的ROS可触发包括NK细胞在内的邻近抗肿瘤淋巴细胞的功能障碍和凋亡[8]。脂肪酸氧化允许线粒体将脂肪酸转化为细胞用来进一步产生能量的多种中间产物，包括乙酰辅酶A、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和还原型黄素腺嘌呤二核苷酸。过度的脂肪酸堆积损害NK细胞功能，也会抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的活性，而mTOR能调节滋养细胞，在整个妊娠阶段占据着重要位置[9]。NK细胞在妊娠中发挥免疫调节作用，其代谢途径不断提供着能量与中间产物以维持NK细胞的功能，任何一方出现代谢障碍都会改变NK细胞的功能，从而对妊娠的建立与维持造成一定的影响。

1.3 NK细胞的代谢调节与妊娠相关并发症葡萄糖驱动的糖酵解可能是蜕膜NK细胞激活所必需的。在反复妊娠丢失的人群中可以发现异常的NK细胞代谢，糖酵解代谢异常将会导致NK细胞分泌的VEGF-α减少，增加妊娠胎儿的丢失风险[10]。在反复妊娠丢失的人群中，蜕膜NK细胞中的糖酵解相关酶乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）异常增高降低了mTORC1活性，进而增加了流产风险[11]。有研究发现复发性流产患者中会出现异常的糖酵解和氧化磷酸化反应，异常的代谢反应通过影响蜕膜NK细胞分泌细胞因子IFN-γ和VEGF-α来参与妊娠过程[12]。脂质过氧化会诱导NK细胞、MΦ发挥细胞凋亡作用，而胎儿生长受限与子痫前期的发病机制与细胞凋亡有关，补充ω-3不饱和脂肪酸可以降低妊娠期并发症的发生风险[13]。

2 MΦ的代谢调节

2.1 MΦMΦ是蜕膜免疫细胞的第二大群体，具有两种不同类型的细胞亚群，包括经典激活型（M1）巨噬细胞和交替激活型（M2）巨噬细胞。M1型细胞可以被辅助性T细胞1（helper T cell 1，Th1）分泌的细胞因子激活，也可以产生肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-12和IL-23，发挥促炎作用；M2型细胞则被Th2分泌的细胞因子激活，分泌IL-10和TGF-β，发挥抗炎的作用[14]。

2.2 MΦ代谢调节编程在M1型细胞中，不仅有糖酵解的增强，还有线粒体氧化磷酸化的抑制；磷酸戊糖途径也增强，其中间产物NADPH生成增加，可用于生成ROS和一氧化氮（nitric oxide，NO）；而M2型细胞则与之相反[15]。乳酸将蜕膜巨噬细胞（dMΦ）在常氧下极化为M2型细胞，但缺氧时通过缺氧诱导因子1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）极化为M1型细胞[16]。HIF-1α可促进LDH活性使丙酮酸产生乳酸，也能通过促进丙酮酸脱氢酶激酶使丙酮酸脱氢酶（pyruvate dehydrogenase，PDH）活化，限制丙酮酸进入三羧酸循环[17]。M1型细胞中，精氨酸被诱生型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）作用生成NO；M2型细胞中的精氨酸Ⅰ表达增加[18]。吲哚胺2，3－双加氧酶（indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO）介导色氨酸代谢，IDO过表达时MΦ会向M2型分化，dMΦ中的IDO促进滋养细胞的增殖并抑制其凋亡，dMΦ中IDO降低会增加流产的风险[19]。MΦ通过细胞代谢途径参与免疫微环境中各种免疫效应因子和分子的调节，从而建立了母体对半异体胎儿的特异性耐受。打破M1/M2之间的平衡不利于妊娠的建立与维持，而细胞代谢的平衡有利于M1/M2稳态建立。

2.3 MΦ的代谢调节与妊娠相关并发症乳酸是糖酵解的关键中间产物，乳酸可以抑制T细胞和NK细胞的细胞毒性，促进Th2细胞的分化和调节M2型细胞的极化[16]。在反复妊娠丢失人群的蜕膜中发现乳酸呈高水平表达，缺氧条件下的乳酸会促进MΦ向M1型细胞分化，诱导M1型细胞iNOS的产生，不利于妊娠的维持[10]。母体通过胎盘向胎儿运输乳酸的过程受阻，将会诱发胎儿生长受限，但在低氧情况下，乳酸堆积会促进MΦ向M1型细胞极化，诱发复发性流产[20]。MΦ中FBP的表达下降将会影响子宫内膜蜕膜化的过程，不利于胚胎着床，增加妊娠胎儿丢失的风险[21]。在母胎界面上IDO的表达对于防止胎儿同种异体移植物的免疫排斥反应是必需的，然而反复妊娠丢失人群中dMΦ中的IDO表达明显下降，低表达的IDO会抑制滋养细胞功能增加流产风险[19]。

3 T细胞的代谢调节

3.1 T细胞T0为T细胞前体，可分化为Th1细胞、Th2细胞、Th17细胞和调节性T细胞（regulatory T cell，Treg），T细胞亚群通过分泌细胞因子而相互作用。Th1细胞是主要的细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocytes），通过产生促炎细胞因子（IL-2、TNFα、IFN-γ等）刺激细胞免疫和炎症反应；Th2细胞作为体液免疫中重要的免疫细胞，可以产生抗炎细胞因子IL-4和IL-10等，激活B细胞抗体的产生，拮抗Th1分泌的细胞因子，具有抗炎作用；Th17细胞通过分泌IL-7和IL-17等发生类似Th1细胞的炎症反应；Treg细胞则通过分泌细胞因子削弱Th17细胞的炎症反应，减少妊娠早期胎儿的丢失[22]。

3.2 T细胞的代谢途径在Th1、Th17细胞中，糖酵解增加；相反，糖酵解减弱更利于T细胞向Treg细胞分化；而Th2细胞中糖酵解增强，具体机制仍不清楚[23]。糖酵解中间产物丙酮酸可以在细胞质中通过LDH转化为乳酸，也可以在线粒体中通过PDH转化为乙酰辅酶A参与三羧酸循环。Th17细胞中乳酸较多，乙酰辅酶A较少[24]，因此推测Th17细胞的三羧酸循环代谢反应较弱。有研究显示，乳酸通过抑制人细胞毒性T淋巴细胞的增殖和IL-2、IFN-γ的产生降低其细胞毒性[25]。三羧酸循环通过促进胞质乙酰辅酶A的产生和琥珀酸脱氢酶驱动电子呼吸链来促进Th1细胞的功能；与Th1细胞不同，抑制电子呼吸链对Th2细胞的功能影响很小[26]。谷氨酰胺是一种非必需氨基酸，是人体代谢循环中最丰富的氨基酸，其在活化的T细胞中的消耗增加。IDO的表达与Treg细胞数量呈正相关，高表达的IDO通过影响Treg细胞来保护胚胎免受免疫排斥反应的影响[27]。磷酸戊糖途径中的限速酶葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（glucose 6 phosphate dehydrogenase，G6PDH）会降低Treg细胞的炎症抑制功能，使T细胞转向Th2表型，G6PDH受到抑制会导致NADPH的产生减少，同时也会减少T细胞产生的炎性细胞因子[28]。ROS的清除在很大程度上依赖于NADPH的产生，抑制G6PDH后会导致ROS生成增多，从而造成氧化应激影响细胞正常功能[29]。糖酵解产生的乙酰辅酶A参与脂肪酸的合成。与Th1细胞相比，Th17细胞的分化更依赖于脂肪酸合成，而Treg细胞更依赖于脂肪酸氧化，AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信号通路可能通过脂肪酸氧化调控Th17/Treg平衡[30]。在妊娠期间，Th细胞及其亚群组成的复杂网络参与了母胎界面的免疫反应。Th1/Th2、Th17/Treg之间的平衡稳态对妊娠的维持至关重要，细胞代谢途径导致一方失衡，都会影响正常妊娠状态。

3.3 T细胞的代谢编程与妊娠相关并发症有研究表明异常的尿氨酸代谢会影响T细胞的分化，通过影响IDO表达使反复妊娠丢失的发生风险增加[10]。IDO是色氨酸分解代谢的关键限速酶，在母胎界面上蜕膜免疫细胞中显著表达，通过抑制NK细胞毒性、诱导M2型细胞极化、促进Treg细胞生成，调节母胎免疫耐受的平衡，IDO水平降低会增加流产的发生风险[19]。妊娠期糖尿病患者的免疫细胞代谢紊乱，主要表现为Th1表型的上调、NK细胞数量增加与M1型细胞表型增加，细胞的糖代谢也已紊乱，氧化应激反应升高。免疫细胞在子痫前期患者中更向促炎反应分化，细胞氧化应激反应增强、游离脂肪酸增加和血管紧张素原升高，导致胎盘血流灌注减少造成不良妊娠[3]。

4 DC的代谢编程

DC虽然在蜕膜免疫细胞中占比不高，但作用不可忽视，其常作为抗原提呈细胞发挥作用。糖酵解途径上调可激活DC活化，为DC提供能量[31]。沉默的DC表现为分解代谢，不断分解营养物质以产生能量和维持细胞功能。这种代谢状态表现为活跃的氧化磷酸化，由三羧酸循环驱动，由脂肪酸氧化和谷氨酰胺分解提供燃料，在很大程度上受到AMPK的调节[32]。抑制G6PDH可以降低脂多糖诱导的DC的成熟。DC还利用NADPH和脂质合成支持内质网的合成，这是激活DC和细胞因子分泌所必需的[33]。IDO在活化的DC中表达，其通过分解色氨酸和其他吲哚化合物，抑制固有免疫和适应性免疫。DC上调IDO表达具有特殊意义，因为IDO活性可将成熟DC转化为抗原提呈细胞，后者可抑制效应T细胞并促进Treg细胞功能，从而促进免疫耐受[34]。目前关于DC细胞的代谢调节对妊娠维持与建立的机制研究较少。滋养细胞生长方式类似于肿瘤细胞，DC细胞在肿瘤细胞中通过调节脂质代谢可以介导肿瘤细胞上皮间充质转化、血管形成和细胞增殖等生物学行为[35]。因此，推测DC可以通过脂质代谢影响子宫内膜蜕膜化、子宫螺旋动脉血管重塑和滋养细胞增殖等过程，参与反复着床失败、子痫和胎儿生长受限等妊娠相关并发症的发病。DC在胎儿免疫耐受和母体受精后的其他生理适应中发挥重要作用，不仅起到抗炎作用，还可以作为抗原提呈细胞，有利于妊娠的维持与建立。

5 结语与展望

细胞代谢是所有生物过程的中心，大致分为两个过程：使用能量进行生物合成的合成代谢过程以及为合成代谢提供原材料并产生能量以促进生物功能的分解代谢过程。除了这两大功能外，代谢的关键酶和中间产物还具有重要的调节作用，是细胞行为的主要控制者。最近在免疫代谢领域的研究表明，代谢编程与其在健康和疾病期间支持的特定免疫功能之间存在密切联系。虽然涉及妊娠中免疫代谢的研究较少，但现有的研究为了解各种免疫环境中免疫细胞群的不同代谢调节剂和重编程途径提供了重要的信息。本文介绍了妊娠过程中发生的正常免疫代谢反应，可以提升对免疫代谢可塑性的认知，即通过了解妊娠期间免疫细胞代谢的作用机制，有助于利用其治疗包括妊娠在内的多种疾病，未来可以通过代谢组学调控疾病的发生发展，及时尽早地干预有利于疾病的诊治。