细胞衰老在子痫前期中的研究进展*

张 阳, 钟彦琪, 邹 丽, 刘晓夏

华中科技大学同济医学院附属协和医院妇产科,武汉 430022

胎盘发育良好是胎儿宫内正常发育的前提,胎盘发育不良是子痫前期等多种胎盘源性疾病的病理基础,严重危害母婴健康。细胞衰老是一种不可逆性的细胞生长终末停滞状态[1],正常妊娠进展至足月分娩的过程中,存在胎盘生理性衰老[2-3];而缺血缺氧、炎症因子、氧化应激等多种衰老相关应激因素可加剧胎盘病理性衰老,导致胎盘发育不良和功能障碍,引起子痫前期等多种胎盘源性疾病发病。近年来,多种天然或合成药物被发现具有显著的抗衰老效果,且在子痫前期疾病模型中同样具有良好的预防治疗效果,提示靶向细胞衰老可能是治疗子痫前期的潜在新思路。本文结合相关最新文献,围绕细胞衰老在胎盘发育和子痫前期发病中的研究现状作一综述。

1 细胞衰老概述

细胞衰老是一种不可逆转的细胞周期停滞状态,伴有衰老相关分泌表型(senescence-associated secretory phenotype,SASP)的发生。细胞衰老由缺血缺氧、氧化应激、代谢紊乱、线粒体功能障碍、端粒缩短、染色质结构异常等内外刺激或应激源触发,导致核DNA损伤,继而激活DNA损伤修复反应,通过p53-p21-pRb-E2F及p16-pRb-E2F信号转导途径引发细胞周期阻滞,最终引起细胞衰老。识别细胞衰老依赖于多种衰老标志物的组合,包括:①细胞体积异常增大或形态变为扁平;②细胞周期蛋白依赖性激酶抑制物p21和p16表达增加;③衰老相关-β-半乳糖苷酶(senescence-associated β-galactosidase,SA-β-gal);④衰老相关分泌表型;⑤核衰老相关异染色质位点(senescence-associated heterochromatic foci,SAHF)和部分DNA甲基化数据,也被称为“表观遗传时钟”。由于没有单一的性状可以独自定义细胞衰老,所以细胞衰老表型的确定往往需要至少存在3个不同的细胞衰老标志。

2 子痫前期概述

子痫前期是一种妊娠期特有疾病,表现为妊娠20周以后,出现血压升高和蛋白尿,并可出现头痛、视物模糊、恶心呕吐、上腹不适等多器官系统损伤的症状,是孕产妇和围产儿病死的主要原因[4]。子痫前期病因和发病机制复杂,目前尚未完全阐明,Redman的“两阶段学说”指出:子痫前期绒毛外滋养细胞侵袭能力受损,造成“胎盘浅着床”和子宫螺旋动脉重铸极其不足,导致胎盘缺血缺氧与氧化应激,释放多种胎盘因子进入母体循环,促成系统性炎症反应、全身小血管痉挛及内皮细胞损伤,引起子痫前期多脏器受损[5]。新近研究进一步发现,胎盘自噬受损、能量代谢紊乱、过度焦亡与铁死亡等多种新型病理现象同样参与子痫前期发病[6-7]。由此可见,遗传因素、缺血缺氧、炎症免疫、氧化应激、能量代谢紊乱和内皮功能障碍等多种危险因素相互串扰,共同导致胎盘发育不良,介导子痫前期发病。由于上述高危因素同样也是重要的细胞衰老刺激因素,故子痫前期胎盘极可能发生病理性衰老。

3 细胞衰老与子痫前期

正常妊娠进展至足月分娩的过程中,胎盘滋养层[8]与母体蜕膜[9]中的衰老相关标志物p16、p21以及抑癌蛋白p53表达逐渐增加,细胞出现SAHF和染色质结构重组,且整个妊娠期间细胞滋养层中p16和p21的表达水平均显著高于合体滋养层,提示胎盘生理性衰老参与调控滋养细胞合体化,胎膜的生理性衰老则可能介导分娩启动[10]。相反地,缺血缺氧、炎症免疫、氧化应激等多种子痫前期发病因素可加剧胎盘衰老进程。研究表明:与正常妊娠相比,子痫前期胎盘滋养层[11-12]中p16、p21及p53表达均异常增加,端粒缩短、聚集且功能障碍,端粒酶活性降低,SAHF水平异常升高[13-14],滋养层高表达DNA氧化损伤标记物8OHdG[11],且衰老相关分泌表型明显,IL-1β和IL-6等促炎因子分泌水平明显增加[15];子痫前期脐静脉内皮细胞的细胞周期G1/G0期细胞百分比减少而p53表达水平显著升高[16],导致内皮细胞功能障碍;子痫前期胎盘间充质干细胞细胞周期异常,衰老标志物p21、p53和SA-β-Gal表达增加,而异常衰老的PMSC旁分泌促炎因子和可溶性FMS样酪氨酸激酶-1(soluble FMS-like tyrosine kinases-1,sFlt-1)等抗血管生成相关因子[17],介导滋养细胞功能受损和血管生成不良[18]。胎盘病理研究进一步证实:子痫前期胎盘具有明显的绒毛加速成熟特征,绒毛末端细小,基质数量减少以及绒毛分支减少[19],合胞体结节增多[20]。因此,子痫前期胎盘病理性衰老,衰老程度加剧,介导多种胎盘细胞功能障碍。此外,Suvakov等[21]发现,子痫前期患者全身多处组织器官(血液、血管、脂肪、肾脏等)均衰老水平加剧,这可能与子痫前期孕妇全身多器官损伤和产后远期罹患心血管代谢疾病风险增加密切相关。

目前,已发现包括300个以上的人类衰老调控相关基因,已确认胰岛素/胰岛素样生长因子-1(Insulin/IGF-1)信号通路、雷帕霉素(mTOR)信号通路、SIRT家族和NAD+、AMP-活化蛋白激酶(AMPK)信号通路、衰老细胞抗凋亡信号通路等多个衰老相关靶点和信号途径。例如,Klotho是一个重要的衰老抑制基因[22],位于人13q12染色体上,编码的Klotho蛋白是Ⅰ型单次跨膜糖蛋白,广泛表达于肾脏、脂肪、胎盘等多种组织器官之中[23],而膜结合型Klotho蛋白经过可变剪接或裂解,产生可溶性α-、β-和γ-Klotho蛋白。研究表明:孕妇血浆α-Klotho浓度显著高于非孕妇女,且妊娠期α-Klotho血浆浓度随妊娠进展而显著增加[24];较正常妊娠,子痫前期患者胎盘中Klotho的mRNA和蛋白表达水平均显著降低[25-26],尿α-Klotho蛋白水平也明显降低[21],且子痫前期胎盘Klotho基因的744G/A突变的多态性也更为常见[25];然而,Uzun Cilingir等[27]和Loichinger等[19]的研究均发现,子痫前期孕妇的血清Klotho蛋白含量显著高于正常妊娠,且血清Klotho蛋白可能是诊断子痫前期的潜在标志物(诊断截断值:12.48 pg/mL,敏感度100%,特异度96%)。SIRT1也是一个经典的长寿基因[28],位于人10号染色体,编码的SIRT1蛋白是一种NAD+依赖性的组蛋白去乙酰酶。研究表明:较正常妊娠,子痫前期孕妇胎盘和血清中SIRT1水平均显著降低[29-30];经典的子宫灌注压降低(RUPP)诱导的[31]、脂多糖(LPS)诱导的[32]和腺苷A2A受体拮抗剂(SCH58261)诱导的[33]三种子痫前期孕鼠模型中,胎盘SIRT1的表达水平也均显著降低。因此,子痫前期胎盘SIRT1表达异常减低,导致子宫螺旋动脉重铸不良和胎盘血管发育受损,参与子痫前期发病[29]。Wang等[34]通过分析GEO胎盘转录组数据集(GSE75010)鉴定58个基因与子痫前期胎盘衰老密切相关,其中LEP和FLT1可能是调控胎盘衰老的关键基因。综上可见,子痫前期胎盘衰老加剧,Klotho、SIRT1和LEP等多种衰老调控基因表达异常,介导胎盘细胞功能障碍,并异常旁分泌多种胎盘因子,共同导致胎盘发育不良乃至全身多脏器损伤。

子痫前期的发病机理异质性高,不同子痫前期亚型的衰老途径可能存在差异。既往根据发病时间分为早发型(孕34周前发病)和晚发型子痫前期(孕34周后发病)。早发型子痫前期主要与妊娠早期胎盘滋养层发育异常,子宫螺旋动脉重塑不良导致胎盘缺血缺氧有关,临床易出现多器官功能受损,胎盘体积减小、胎儿生长受限(FGR),子宫和脐动脉多普勒检测异常;晚发型子痫前期则与母体高血压、糖尿病等微血管疾病或母体遗传倾向密切相关,临床上胎盘胎儿生长状况以及子宫脐动脉血流多为正常。一项研究通过7个既往发表的研究和157个来自BioBank的高度注释的新样本,创建了一个大型的临床相关的人类胎盘微阵列数据集(n=330),通过无监督聚类分析确定了3种新的子痫前期亚型,包括典型子痫前期(早发型、FGR、HELLP综合征相关)、母体型子痫前期(晚发型、胎盘胎儿生长正常)和免疫型子痫前期(严重FGR,母体免疫紊乱)[35]。Siddique等[36]进一步基于人类衰老基因数据库(http://genomics.senescence.info/cells)和GEO数据库中胎盘转录组数据集(GSE75010)分析发现:子痫前期胎盘衰老加剧,多种衰老相关基因表达异常,且三种亚型子痫前期均表现出抗衰老基因表达异常减低,提示子痫前期胎盘细胞对衰老的易感性增加;典型子痫前期胎盘中ATR激活的应激反应、复制前复合物激活和mRNA剪接的相关基因表达异常减低;母体型子痫前期胎盘中着丝粒MAD2信号抑制、有丝分裂纺锤体形成和核小体组装的相关基因表达异常;免疫型子痫前期胎盘中端粒酶和双链断裂修复以及着丝粒MAD2抑制信号转导表达异常降低。

4 抗衰老药物与子痫前期

近年来,针对衰老相关靶点和信号途径研发了多种靶向的抗衰老药物,或发现多种天然/合成化合物具有潜在的抗衰老活性。尽管目前尚未有抗衰老相关的药物获批上市,但在基础研究中都显示出良好的延缓衰老的效果,部分药物已经进入临床研究阶段。有趣地是,许多经典的抗衰老药物在子痫前期疾病模型中同样具有良好的预防治疗效果。尽管相关研究仍停留在基础研究水平,但仍提示靶向胎盘衰老机制可能是治疗子痫前期的潜在新思路(表1)。

表1 抗衰老药物具有治疗子痫前期的潜力

5 结论与展望

综上所述,正常妊娠进展中胎盘生理性衰老,而缺血缺氧、炎症因子、氧化应激等多种内外应激源可介导胎盘细胞功能障碍并异常旁分泌SASP,加剧胎盘病理性衰老,从而导致子痫前期等多种临床不良妊娠发生。新近研究发现,多种天然或合成的抗衰老药物在子痫前期疾病模型中具有良好预防和治疗作用,提示靶向细胞衰老可能是治疗子痫前期的潜在新思路。尽管如此,细胞衰老相关通路中各信号分子的作用及相互关系的详细机制仍有待进一步阐明,从而深入了解生理性和病理性衰老在正常胎盘发育及子痫前期发病机制中的作用。此外,靶向细胞衰老可能是子痫前期新药研究的潜在方向之一,但目前相关研究仍停留在动物模型水平。首先,需要关注妊娠期用药的安全性;其次,需明确抗衰老相关药物是否通过靶向胎盘衰老的作用机制发挥改善子痫前期的作用;最后,基于子痫前期多因素-多机制-多通路致病的特点,且不同子痫前期亚型的衰老途径差异显著[36],未来仍需在多种不同类型的子痫前期动物模型中验证抗衰老药物的疗效,有助于进一步明确靶向胎盘衰老的新药可能适用的子痫前期亚分类和亚分型,最终推向临床应用。