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骨桥蛋白在妊娠及相关疾病中的研究进展

2023-11-05韦沁如杨晓清

交通医学 2023年4期
关键词:骨桥蛋白妊娠胎盘

韦沁如 杨晓清

[摘   要]   骨桥蛋白(osteopontin,OPN)是一种分泌型磷酸糖蛋白,广泛分布在生殖系统等多种组织器官中。哺乳动物妊娠是一个复杂的生殖生理过程,来源于胚胎、母体子宫及宫外组织的多种物质通过极其精密的协调,共同参与和维持子宫内膜的重塑、分泌功能和胚胎发育。近年来越来越多的研究表明,骨桥蛋白在母胎识别、胚胎附植侵入和妊娠维持等妊娠过程中发挥重要作用。本文对OPN结构和生理功能、OPN在妊娠过程中的作用、OPN与妊娠相关疾病的研究现状进行综述,为成功妊娠机制、妊娠相关疾病及治疗方向的研究提供参考。

[关键词]   骨桥蛋白;妊娠;妊娠相关疾病;胚胎着床;胎盘

[中图分类号]   R714.2 [文献标志码]   B [DOI]   10.19767/j.cnki.32-1412.2023.04.005

骨桥蛋白(osteopontin,OPN)是1985年由FRANZ?N等[1]从骨基质中分离出的第一个细胞外基质(extracelluar matrix,ECM)蛋白,作为细胞和骨中羟基磷灰石之间的桥梁[2],在肺癌、乳腺癌、慢性肝病、慢性肾病、非黑色素瘤性皮肤癌等多种疾病的发生、发展中发挥重要作用[3]。OPN及其受体广泛分布在人类等哺乳动物多个器官和组织,尤其广泛存在于分泌期子宫内膜上皮细胞、蜕膜细胞、孕早期细胞滋养层、绒毛膜滋养层细胞、绒毛外滋养细胞甚至整个胎盘中,并发挥重要生理功能[4-5]。

1   OPN结构和生理功能

OPN是由分泌型磷蛋白1(secreted phosphoprotein 1,SPP1)基因编码的分泌型磷酸化糖蛋白,属于小整合素结合配体N-链接糖蛋白家族。人SPP1基因定位于4q1322.1[6],由7个高保守外显子及6个内含子组成[7]。OPN分子是由精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)结合域、丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)磷酸化位点、2个肝素结合位点、1个凝血酶切割位点(RSK)和钙离子结合位点等组成的特殊保守区域[6]。OPN与特异性受体结合才能发挥调控作用,主要包括整合素和CD44家族。整合素是α、β亚基非共价连接而成的异二聚体跨膜粘附受体[8],参与细胞与细胞、细胞与ECM的信号通路。OPN通过RGD序列与细胞表面整合素αvβ1、αvβ3、αvβ5等结合,其中αvβ3是其主要受体,并以非RGD序列结合整合素α4β1和α9β1。CD44作为透明质酸受体存在于细胞表面,OPN通过钙结合位点和肝素结构域与CD44结合[9],激活细胞增殖、黏附、侵袭、迁移和纤维化等多种信号通路。对多物种子宫中OPN mRNA和蛋白表达研究表明,OPN在哺乳动物整个发情周期、妊娠早期和围产期都有分布,在子宫和胎盘中具有多种生物学功能,与妊娠整个过程密切相关[4,10]。

2   OPN在妊娠过程中的作用

2.1   OPN与受精   研究发现,OPN在牛输卵管上皮细胞、生殖道和精液中均有表达[11-12]。在猪体外受精系统中添加OPN,可显著提高精子获能、顶体反应和体外胚胎分裂能力,提高获能精子cAMP浓度[13]。体外研究发现,在小鼠输卵管液中添加OPN抗体,卵细胞对精子的吸附量降低,体外受精率、卵裂率和囊胚形成率均低于对照组[14]。

2.2   OPN与胚胎着床   胚胎着床是指激活状态下的胚胎和容受状态下的子宫内膜之间共同作用并最终在子宫内膜上着床的复杂过程,始于子宫内膜腔上皮(endometrial lumenal epithelium,LE)和胚泡外部滋养外胚层细胞(conceptus trophectoderm,Tr)的连接、附着和黏附。VON WOLFF等[15]采用免疫组化法检测发现,OPN在人类分泌中晚期子宫内膜上皮细胞和早孕蜕膜基质细胞中高表达,而在增生期和分泌早期低表达。分泌晚期OPN分泌到宫腔,仅在子宫内膜上皮细胞内表达,而基质细胞不表达,对围植入期母胎互作、胚胎着床及妊娠过程产生重要影响。KRAMER等[10]研究发现,OPN mRNA和蛋白定位于子宫内膜腔上皮,但植入區域的增生期子宫内膜腺上皮(endometrial glandular epithelium,GE)不会持续表达OPN mRNA和蛋白。OPN mRNA和蛋白也可定位于蜕膜的子宫自然杀伤细胞(uterine natural killer cells,uNK),以增加蜕膜内血管生成,从而增加对胚胎/胎儿发育的营养支持。在着床区域OPN mRNA表达于子宫内膜腔上皮,形成植入室及促进囊胚的附着和侵袭,OPN蛋白定位于内胚层,散在分布于滋养层细胞。该研究阐明OPN在体内的定位,有助于深入了解其作用机制。

OPN定位于人类子宫内膜分泌期,而在GE中不表达[9],猜测正常周期性GE中OPN的表达受激素调控。雌激素可诱导小鼠体内OPN表达,从而促进胚胎着床。取小鼠囊胚体外培养后与体内相同天数相比,OPN mRNA表达下调,猜测雌激素对胚泡的调节作用有赖于子宫微环境中某些细胞因子[16]。TREMAINE等[17]采用免疫染色法检测OPN在人类妊娠蜕膜中的表达,发现OPN mRNA在分泌早期开始表达,分泌中晚期表达水平达到高峰。单用雌激素抑制子宫内膜OPN表达,而雌孕激素合用则增加OPN表达,提示胚胎成功着床依赖于雌孕激素的互相作用,且OPN与整合素表达时空方面存在同步性。BAZER等[18]研究验证了上述结果,推测孕激素可能通过特异受体发挥调控作用。人类妊娠期子宫内膜孕激素受体(progesterone receptor,PR)有PR-A和PR-B两种。AZEEZ等[19]发现在分泌早期子宫内膜PR-A和PR-B亚型共同表达,分泌中期PR-A消失,PR-B持续存在。孕激素处理过的细胞转染PR-A或PR-B,转染PR-B的细胞OPN表达增加,而转染PR-A的细胞无OPN表达[20],推测子宫内膜中PR-B调控OPN蛋白表达。大多数学者提出在OPN基因5′侧翼序列中有孕激素调控元件(progesterone regulatory element,PRE),推测孕激素可能通过其特异性核受体调控OPN基因转录[21],但矛盾的是GE分泌中期PR表达下调[20],推测可能与子宫内膜腺体分泌功能相关。

OPN对胚胎着床时子宫内膜容受性的建立与保持具有至关重要的作用。子宫内膜只允许胚胎着床于“窗口期”,在人类为月经周期第20~24日。研究表明,在人、兔、猪和羊等哺乳动物中,子宫内膜植入“窗口期”OPN表达显著增加[4]。SEO等[4]研究发现,在胚胎着床期内膜种植窗中,OPN与内膜容受性标志蛋白αvβ3受体通过特征性保守RGD序列识别后,αvβ3特异性表达于“窗口期”的胞饮突,于胚胎及子宫内膜间发挥介导与黏附功能[21]。在胚泡着床过程中,OPN与其他因子相互作用可促进其蛋白表达。KUWABARA等[22]发现人绒毛膜促性腺激素(human chorionic gonadotropin,HCG)通过表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)受体信号通路提高促性腺激素(pregnant mare serum gonadotropin,PMSG)表达,从而促进小鼠卵巢颗粒细胞中OPN表达,并增加黄体早期孕激素的合成和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表达。顾方乐等[23]通过BeWo细胞与RL95-2细胞共培养体外模型,证实HCG可提高αvβ3及OPN在胚胎体外着床过程中滋养层细胞表面的表达水平。

2.3   OPN与子宫内膜蜕膜化及内膜容受性   蜕膜化是指胚胎植入时Tr侵袭入LE,子宫基质细胞大量增殖分化为蜕膜细胞的过程,对于妊娠建立和维持至关重要。子宫内膜蜕膜样变仅见于胚胎呈侵入性种植的物种中,其中一个基本功能就是使入侵的绒毛与内膜固定,WATERHOUSE等[24]最先报道OPN是蜕膜化的基因标志,在蜕膜化间质细胞的表达明显增加。APPARAO等[21]提出妊娠期细胞外基质如OPN和整合素表达上调,对内膜基质细胞向蜕膜增生、分化至关重要。然而在羊体外研究中发现,某些细胞外基质极度缺乏的妊娠期子宫中OPN表达亦增加[25],提示OPN并非全部分泌到腺腔或基質细胞,细胞内也有OPN表达。胞内OPN的作用可能主要是形成OPN-CD44-透明质酸酶复合体,激活巨噬细胞诱导胚胎成纤维细胞入侵[26]。

OPN在基质蜕膜化进程中逐渐上调,可作为评价子宫内膜容受性的良好指标。WANG等[27]验证OPN表达上调可促进蜕膜化标志物催乳素(prolactin,PRL)与胰岛素样生长因子结合蛋白-1(insulin-like growth factor-binding protein,IGEBP-1)的表达,并促进VEGF家族基因的表达。相反,体外抑制OPN表达会抑制人子宫内膜间质细胞的蜕膜化和血管生成过程。梅忆媛等[28]采用雌孕激素处理小鼠子宫内膜间质细胞诱导蜕膜化,结果表明OPN促进子宫内膜基质细胞蜕膜化过程,参与妊娠维持。

2.4   OPN与胎盘形成   滋养细胞黏附在子宫内膜上,增殖分化形成绒毛滋养细胞(villous trophoblast,VTs)和绒毛外滋养细胞(extravillous trophoblast,EVTs),在母胎接触面发挥锚定作用。VT和EVT高表达OPN蛋白,有利于滋养细胞侵入子宫内膜及子宫螺旋动脉,促进组织重塑和胎盘形成,是影响妊娠成功与否的主要因素之一。在早孕期蜕膜组织中OPN表达量最高,推测此时OPN作用于胚胎植入中的滋养外胚层,促进细胞增殖和侵袭,在妊娠中晚期胎盘内VT及蜕膜均有OPN表达,但在蜕膜组织及绒毛滋养层胞质中低表达,在胎盘血窦内高表达[27]。

BRIESE等[29]研究发现,OPN在所有胎盘组织EVT中高表达,将I型膜蛋白受体癌胚抗原相关细胞粘附分子1(carcinoembryonic antigen cell adhesion molecule 1,CEACAM1)转染至EVT中,可增加OPN表达,增强滋养层细胞侵袭能力,类似于恶性肿瘤浸润、转移过程。BERNEAU等[5]运用人子宫内膜癌细胞与小鼠胚泡共培养,发现人子宫内膜上皮细胞系中OPN至少有9种不同的分子量形式,并证实OPN通过向滋养外胚层发出信号调节植入时胚胎侵袭性,且具有限制胎盘滋养细胞过度侵蚀、下调母体抗胎儿免疫应答等作用,有利于胚胎的发育与成熟,提示OPN对母胎界面微环境有调控作用。WING等[30]研究发现,在猪胎盘血管附近ECM中OPN mRNA和蛋白沉积,体外实验发现OPN通过与αv整合素结合募集猪内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPC)掺入人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)网络,促进胎盘血管生成。

2.5   OPN与母胎免疫   OPN曾被称为早期T淋巴细胞活化因子1(Eta-1),是细胞免疫应答中最主要的细胞因子[31]。OPN分布于CD8+/CD4+颗粒状腺体细胞内,组织损伤后受单核细胞及巨噬细胞诱导,促进腺体细胞合成免疫球蛋白[32]。此外,OPN也能活化细胞内通路,调控免疫系统中的基因表达,OPN表达水平升高可刺激IgG和IgM的产生[33]。

妊娠物对于母体等同于半同种异体移植物,受遗传、激素及营养等多种因素影响,妊娠期免疫系统处于不断变化中,机体产生一系列反应,其中包括抗原抗体复合物形成及其与宿主间相互识别和应答机制的改变。保持母胎间特殊免疫平衡,是保障妊娠顺利进行的基础。JOHNSON等[34]在1999年首次报道在绵羊发情周期和妊娠早期紧邻LE的基质底层子宫内膜散在分布一小群细胞,这些细胞表达的OPN与GE不同,不受外源性孕激素调控。免疫染色显示这些OPN蛋白可能由CD8+介导的CD172a+巨噬细胞、细胞毒性T细胞或自然杀伤细胞合成[10],但确切机制尚未明确。由于巨噬细胞、T细胞及自然杀伤细胞对母胎免疫耐受有重要影响,推测OPN具有下调母体抗胎儿免疫应答和调节母胎免疫识别等作用。JOHNSON等[23]研究发现在胎盘和子宫内膜免疫细胞亚群中存在OPN mRNA和蛋白。人中晚期子宫内膜CD45+淋巴细胞及散在子宫基质细胞也可分离出OPN mRNA,提示OPN起源于免疫系统[35]。大量研究显示,免疫反应型OPN在胎盘母胎界面上持续表达贯穿整个妊娠过程。

研究發现,胚胎植入区域存在大量uNK细胞,且与侵入的EVT紧密接触,表明uNK细胞在调节母体容受半同种异体基因-胚泡方面可能具有重要作用[36]。uNK细胞作为NK细胞系中具有特殊功能的亚群,其表面表达重要黏附因子CD44,OPN作为CD44的主要配体,可能与表达CD44的淋巴细胞的运动相关。妊娠早期子宫蜕膜中淋巴细胞以CD56brightCD16-uNK细胞为主,妊娠早期淋巴细胞表面CD44表达下调,可能与保持uNK细胞低杀伤滋养细胞状态相关,也可能与保持母胎界面免疫耐受状态相关。在人妊娠早期5~9周时,绒毛细胞滋养层及蜕膜组织内OPN呈强阳性反应,而合体滋养细胞为阴性或弱阳性反应,提示OPN可能参与正常妊娠早期uNK细胞的聚集过程[36]。KLEMENT等[37]研究发现,滋养细胞及多种肿瘤细胞可通过OPN选择性躲避免疫监视,OPN可抑制NK细胞的杀伤活性。OPN对NK细胞的调控是否与同种免疫抑制及胚胎免疫耐受相关?OPN通过何种机制促进胚胎着床?这些问题有待于进一步研究。

3   OPN与妊娠相关疾病

3.1   先兆子痫   先兆子痫发生机理至今仍未完全阐明,滋养层细胞侵袭性减弱、母胎界面免疫紊乱及氧化应激等因素可能引起先兆子痫。研究显示,缺氧处理的人绒毛膜滋养层细胞HTR-8/SVneo培养基中OPN含量明显升高,对平滑肌细胞-内皮细胞共培养系统的侵袭性增加,其机制是OPN通过靶向αvβ3促进滋养细胞的侵袭能力[38]。

3.2   葡萄胎   葡萄胎作为妊娠滋养细胞肿瘤,表现为胚胎外层滋养细胞增生,绒毛水肿变性,近年来发病率呈增高趋势。OPN在具有合体滋养细胞层位置的正常胎盘母胎界面上表达,推测葡萄胎很可能与OPN的异常表达有关。国外文献报道,葡萄胎组织OPN表达量显著低于正常妊娠胎盘组织[39],具体机理尚不清楚,可能OPN与CEACAM1、αvβ3作为功能复合物共同参与滋养层细胞的侵袭[29]。此外,自然流产[40]、复发性流产[41]等多种妊娠相关疾病的发病可能与OPN降低有一定关系。

综上所述,骨桥蛋白参与女性生理病理妊娠中的受精、胚胎着床、子宫内膜蜕膜化、子宫内膜容受性建立、胎盘形成、母胎免疫平衡的调节等几乎整个妊娠过程。OPN受体种类繁多,分子调控及其互相作用机制复杂,需要对OPN如何调控子宫内膜细胞增殖和(或)凋亡,在生理、病理妊娠中信号通路进行深入研究。

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[收稿日期] 2022-09-18

(本文编辑   缪宏建)

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