氧化应激与妊娠期肝内胆汁淤积症相关性研究进展

陈玲燕 刘嘉玉 李京阳 顾颖 张岩

妊娠期肝内胆汁淤积症(intrahepatic cholestasis of pregnancy,ICP)是妊娠期最常见的肝脏疾病,主要发生于妊娠中晚期,以瘙痒和胆汁酸水平升高为临床主要表现,孕妇分娩后可自行消退。ICP主要危及胎儿,会增加早产、新生儿窒息、死产等严重的不良围产儿结局。ICP发病有明显的地域和种族差异,发病率为0.1%～15.6%[1,2]。ICP病因不明,可能与激素、遗传、免疫及环境等因素相关。研究表明,高浓度胆汁酸可引起氧化应激(oxidative stress,OS),进而导致胎盘组织形态改变,对胎盘功能造成严重危害,在ICP发病中起着关键作用[3,4]。OS是指活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生和消除不平衡导致氧化损伤的积累。氧化还原平衡是细胞生长和生存的先决条件[5]。OS在受精卵着床、绒毛和胎盘发育、妊娠维持等过程中发挥着关键作用。越来越多的证据表明,OS与妊娠并发症之间存在密切关系[6]。疏水性胆汁酸参与多种有害的病理改变,是导致ICP不良妊娠结局的主要原因。疏水性胆汁酸水平升高加剧母体的OS状态,并参与诱导OS上游调节因子,参与ICP的发生和发展进程。OS与许多妊娠并发症的关系已经被阐明,如妊娠糖尿病、子痫前期、自然流产等[6,7],但与ICP的关系仍存在争议,本文就OS与ICP相互作用的研究进展进行综述。

一、OS与胆汁酸

胆汁酸是肝脏胆固醇代谢的最终产物,由于其具有两亲性,在胆固醇和膳食酯类的吸收中发挥了重要作用。初级胆汁酸由肝脏合成,包括胆酸(cholic acid,CA)和鹅去氧胆酸(chenodeoxycholic acid,CDCA),它们在回肠和结肠中生物转化为二级胆汁酸[8]。胆汁酸的疏水性是其细胞毒性的重要决定因素。正常生理状态下,胎盘可以将胎儿肝脏合成的胆汁酸从胎儿循环中移除,保护胎儿免受有毒胆汁酸的伤害。然而在ICP患者中,胆汁酸水平升高破坏了胎盘功能,母体的胆汁酸稳态受到损害。Martinefski等[9]研究发现,血清胆汁酸水平升高导致ICP中OS增强。

法尼酯X受体(farnesoid X receptor,FXR)和G蛋白偶联胆汁酸受体(G protein-coupled receptor for bile acids,TGR5)是两种主要的胆汁酸受体[10]。FXR负责胆汁酸和脂质代谢,在胎盘组织中低表达。多项研究发现FXR具有抗氧化作用,FXR激动剂可以调节胆汁酸平衡,保护胎盘免受OS的影响[11]。TGR5可诱导包括核转录因子κB (nuclear factor-κB,NF-κB)和蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信号通路在内的细胞信号级联[12],NF-κB是OS和子宫内膜细胞发育之间的桥梁,也是细胞凋亡和胚胎生长的调节因子。Zhang等[13]研究发现,过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ,PPARγ)通过调控NF-κB通路对ICP起到抗炎和保护作用。

OS是指氧化-抗氧化系统失衡,自由基显著增加,超过了内源性抗氧化系统的清除能力[14]。95%的自由基属于ROS,包括超氧阴离子(O2-)、烷氧基(RO-)、过氧基(RO2-)、羟基自由基(HO-)、过氧化氢(H2O2)等。人体内有两种类型的抗氧化系统,一种是酶抗氧化系统,包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)、过氧化氢酶(catalase,CAT)等;另一种是非酶抗氧化系统,包括维生素C、维生素E、麦角硫因、谷胱甘肽等。细胞内ROS是由NADPH氧化酶催化的线粒体呼吸链底物的主要副产物。细胞生长和代谢需要一定数量的ROS激活细胞内的信号通路。然而,当自由基的产生量超过机体清除它们的能力时,细胞内ROS就会积累过多,进而攻击生物大分子和细胞器,导致DNA、蛋白质和脂质发生不同程度的OS反应[15],最终表现为相关疾病,其中包括ICP及其不良妊娠结局的发生。

二、OS与正常妊娠

OS参与妊娠的动态发展过程。在正常妊娠过程中,孕妇血清中的ROS生成增加[16]。在妊娠早期,胎盘母胎血供的建立是由绒毛外滋养细胞的侵袭能力来保证的。在妊娠早期胎盘绒毛间隙内的低氧环境中,合体滋养细胞不暴露于ROS。合体滋养层对ROS特别敏感,因为该层缺乏足够浓度的抗氧化酶。有研究发现,在高氧环境下合体滋养细胞发生了退化,表现为细胞空泡化、线粒体减少和表面微绒毛减少,但细胞滋养细胞和基质细胞没有发生损伤[17]。妊娠早期的合体滋养细胞中抗氧化剂含量较低,细胞滋养细胞和绒毛间质细胞中抗氧化剂水平较高。但是在正常妊娠中也可见合体滋养细胞通过恢复氧化/抗氧化活性平衡来适应ROS的微小增加。如果对OS的适应性不足,合体滋养细胞抗氧化能力增加不足会导致合体滋养细胞损伤,这可能形成一种慢性OS状态。

在妊娠中期,绒毛外滋养细胞浸润更深,母体绒毛间隙血流量升高导致ROS生成增加。在妊娠末期,胎儿代谢需求增加,同时母体血供不足,子宫收缩引起的短暂缺血导致ROS水平进一步升高。OS是妊娠中晚期许多并发症的重要因素。当抗氧化能力不足和氧张力协调增加时,不充分地绒毛外滋养层(extra villous trophoblast,EVT)侵袭使氧化/抗氧化活性失衡,从而导致慢性OS状态。有假说认为OS导致缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury,IRI),IRI也通过多种途径诱导ROS的产生,例如线粒体电子转移过程[18]。当ROS的产生超过抗氧化系统的代偿能力时,就会发生OS。

三、OS与胆汁淤积性肝病

胆汁淤积性肝病是由肝内外各种原因造成胆汁形成、分泌和排泄障碍,胆汁不能正常流入十二指肠而在肝脏过度淤积的一类肝病,以瘙痒、乏力和黄疸为主要临床表现[19]。胆汁淤积性肝病的病程受到胆汁酸毒性的影响,胆汁酸盐可通过引起OS和脂质过氧化而导致质膜溶解和细胞凋亡。

有研究发现,胆汁淤积性肝病的发病机制之一是疏水性胆汁酸直接诱导线粒体ROS启动线粒体OS,导致线粒体通透性改变,激活凋亡信号通路,最终引起肝细胞凋亡[20]。在梗阻性黄疸的大鼠模型中发现氧自由基水平在肝肾和肠道中显著升高,氧自由基作为OS的标志物提示了OS参与梗阻性黄疸的发生和发展过程[21]。同时,在梗阻性黄疸患者和胆管结扎的动物中均发现了肠道OS增强,引起肠道屏障功能受损。因此,OS在胆汁淤积性肝病中发挥重要作用。

四、OS与ICP

ICP是胆汁淤积性肝病的一种特殊亚型,发生在妊娠中晚期。有研究证明OS参与妊娠糖尿病、子痫前期、自然流产、胎儿生长受限等病理妊娠的发展过程[4-6],然而关于OS与ICP的相关性研究很少。近年来,越来越多的证据表明,自噬、免疫、炎症、OS、内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)、凋亡等因素参与ICP的发病过程。

(一)OS与自噬 自噬是一种高度保守的生物学过程,通过自噬降解潜在毒性或受损的细胞结构可以促进细胞稳态功能。OS与自噬的相互作用对胎盘的发育起着至关重要的作用。为了通过ROS清除功能失调的蛋白质、受损的细胞器和炎症小体,自噬在物理条件下保持低水平,并对保持ROS稳态起关键作用[22]。自噬通过吞噬和分解氧化底物,有助于减弱OS。当氧化-抗氧化系统平衡被打破时,ROS会引起细胞器和DNA损伤,导致自噬功能受损。

在ICP胎盘中,OS与自噬之间的平衡被破坏[23],刘晓媛等[24]研究发现,ICP孕妇的胎盘血管内皮细胞自噬随ROS水平升高而提升。 ICP大鼠模型中发现,疏水性胆汁酸的积累引起胎盘OS系统损伤。有研究表明,ICP死胎的胎盘尸检表现为缺氧,并伴有高水平的OS代谢物。ICP胎盘中过氧化物酶6(peroxiredoxin 6,Prdx6)和核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor 2,Nrf2)表达水平上调,提示ROS的过度产生[25]。OS可以诱导自噬,而自噬为了保持氧化还原系统平衡而提供能量并且阻碍OS损伤。

已有研究报道,OS与自噬相互作用在癌症、自身免疫性疾病、帕金森病等疾病中起到了重要作用[26]。进一步明确OS和自噬在ICP中相互作用的分子机制,可为ICP治疗提供潜在的药物作用靶点。

(二)OS与免疫/炎症 由于胎儿相对母体是同种异型物,正常妊娠离不开母胎之间免疫耐受的建立和维持。随着妊娠进展,胎盘线粒体所产生的ROS增多,需要依赖强大的抗氧化系统清除多余的ROS。体内氧化/抗氧化系统失衡会诱发OS与母体炎症反应。有研究发现OS会导致胎膜DNA损伤,诱导炎症激活[27]。大量数据表明,妊娠并发症(如妊娠糖尿病和子痫前期)与OS损伤和慢性炎症有关[28]。

ICP患者体内炎症生物标志物升高,在ICP大鼠模型胎盘中IL-1β、TNF-α和IFN-γ等炎症因子升高[29]。在ICP动物模型和经过牛磺胆酸(taurocholic acid,TCA)处理的胎盘滋养细胞模型中,PPARγ和NF-κB的高表达与炎症因子IL-4、IL-6、IL-12和TNF-α表达水平升高相关,PPARγ可以通过调节NF-κB通路抑制ROS产生,降低机体炎症水平[13]。ICP中出现Th1/Th2平衡向Th1偏移,CD4+/CD8+细胞和CD3+/CD4+细胞比例发生改变。ICP中Th17和Treg的分化受到母胎免疫耐受损伤的影响[30]。因此,OS通过诱导炎症因子和炎症信号通路激活,破坏母胎免疫平衡,进而参与ICP的发生和发展过程。

(三)OS与ERS 内质网是一个具有蛋白质合成、折叠、组装、运输等多种功能的膜性细胞器。ERS是指细胞内质网稳态失衡,引发内质网腔内未折叠与错误折叠蛋白质聚集及Ca2+平衡紊乱的状态[31]。有研究表明OS在体内外均可触发ERS,ERS继发于OS[25]。

在ICP中,疏水性有毒胆汁酸盐诱导肝细胞ERS,过度或长期的ERS反应会引起细胞损伤甚至细胞凋亡。透射电镜观察发现,ICP大鼠胎盘内质网发生了肿胀和紊乱等形态学改变[25]。Sheng等[29]研究发现,胎盘滋养细胞ERS是ICP胎盘的重要病理生理表现。我们推测,OS与ERS共同介导的滋养细胞凋亡可能在ICP的发病机制中发挥重要作用。

(四)OS与熊去氧胆酸 熊去氧胆酸(ursodeoxychofic acid,UDCA)为ICP治疗的一线用药。一项Meta分析发现,UDCA已被证明可以改善孕妇瘙痒症状,并降低母胎胆汁酸水平[32]。UDCA是一种亲水性胆汁酸,在人体中只占胆汁酸总量的不到3%。有研究表明,UDCA通过改变胆汁酸池的疏水性和毒性来发挥作用,减弱疏水性胆汁酸诱导的OS和细胞凋亡,从而改善胎儿预后[33]。UDCA在细胞和分子水平上的直接保护作用包括稳定肝细胞膜和对抗OS的防御作用。因此,UDCA可能通过降低母胎胆汁酸水平来对抗体内的OS状态,从而减轻孕妇不适症状及改善肝内胆汁淤积的生化指标和围产儿预后。

五、总结与展望

近年来,越来越多的证据表明OS与妊娠并发症密切相关。然而,在ICP的发病过程中,ROS的缺乏或过剩如何在病理过程中被衡量仍不确定,OS与ICP的关系尚未被完全阐明。此外,鉴于当前蛋白质组学和基因组筛查技术的快速发展,可为进一步揭示OS参与ICP发病机制的深入研究提供方向。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。