低氧对子宫内膜异位症影响的研究进展

王甜，郑晶莹，彭嫄晴，王楠，赵淑华

子宫内膜异位症（endometriosis，EMs）表现为宫腔外子宫内膜生长，其病因复杂，是育龄期女性最常见的妇科疾病之一。EMs影响6%～10%的育龄期女性，临床症状主要为慢性盆腔疼痛、不孕和痛经等，这显著降低了患者的生活质量并为患者带来巨大的经济压力。EMs的起源可以通过多个理论解释，桑普森提出的经血逆流学说目前被普遍接受[1]，然而经血逆流理论不足以解释90%育龄期女性经血逆流，其中只有10%～15%的妇女会发生EMs，因此经血逆流后必然存在一些其他关键因素促进子宫内膜在盆腔种植[2-3]。根据经血逆流理论，脱落的子宫内膜组织失去血液供应后将面临低氧环境，低氧是控制多种生理和病理过程的主要调节因素，其中大部分是通过调控缺氧诱导因子（hypoxia inducible factor，HIF）的转录进行调节。HIF在人体内分泌和生殖器官中发挥许多重要功能，其在子宫内膜细胞中的存在最早是在本世纪初发现的。有研究报道了HIF在EMs中的病理作用，缺氧是EMs发生的驱动力[2,4]。本文重点关注3个关键的过程，即缺氧对类固醇激素作用、血管网络形成以及自噬的影响，以阐述缺氧在EMs病理过程中的重要调控作用。

1 缺氧与EMs

根据经血逆流理论，脱落的子宫内膜组织首先会失去血液供应而面临缺氧。研究发现，EMs病变微环境中的许多非子宫内膜异位细胞，例如血小板、巨噬细胞、神经纤维等也参与了病变的发展[4-5]。然而最新研究发现，激活的血小板可以诱导HIF-1α的表达，从而有效地诱导子宫内膜基质细胞的低氧状态[5]。当氧气输送被破坏或减少时，生物体将发展出多种适应性机制，以促进细胞在低氧条件下存活。如果持续存在低氧应激（慢性缺氧）或发生循环性正常氧-缺氧现象（间歇性缺氧），将启动缺氧介导的基因调控网络，随后导致细胞功能和行为改变，发生不可逆的过程[6]，可能导致生理紊乱甚至发生病理性后果，如EMs。在EMs中，低氧上调丙酮酸脱氢酶激酶1（pyruvate dehydrogenase kinase 1，PDK1），重新编程代谢来适应缺氧微环境，从而在恶劣的腹膜微环境中提供生存优势[7]。缺氧可以通过多个方面促进EMs进展。

2 缺氧对类固醇激素的影响

EMs是一种激素依赖性疾病，而缺氧可通过多个途径促进雌激素产生，见图1，其中HIF-1α在这个过程中发挥了重要的作用[6]。HIF-1α是细胞适应低氧环境的关键介质，受细胞氧张力的高度调控，其过表达是缺氧的一个标志，并且HIF-1α水平高低可以衡量缺氧程度。环氧合酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）是前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）化合物合成的限速酶，在EMs中COX-2过度表达可以促进PGE2生成[8]。COX-2/PGE2激活会导致子宫内膜异位间质细胞类固醇激素合成急性调节蛋白（steroidogenic acute regulatory protein，StAR）、芳香化酶等类固醇激素生成酶表达上调[6,9]。研究发现，EMs患者子宫内膜上皮、子宫内膜间质和腹腔液中COX-2的表达均高于健康妇女，缺氧促进炎症因子COX-2生成增多[8]。Wu等[9]发现了HIF-1α抑制双重特异性磷酸酶2（dual-specificity phosphatase-2，DUSP2），DUSP2 是一种能特异性去磷酸化细胞外信号调节激酶（ERK）和p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）的核磷酸酶，DUSP2水平降低导致ERK/p38 MAPK激活下游信号通路的时间延长，因此COX-2基因表达增加。同时ERK又可以增强HIF-1α的核积聚，因此，HIF-1α的升高和ERK活性的升高形成正反馈环，进一步增加了异位内膜的生存概率。此外，缺氧还可直接抑制鸡卵清蛋白上游启动子-转录因子Ⅱ（chicken ovalbumin upstream promoter-transcription factor Ⅱ，COUP-TFⅡ）表达，COUP-TFⅡ通常被称为转录抑制因子，在正常子宫内膜组织中COUP-TFⅡ直接与COX-2启动子结合来抑制其转录并且减少白细胞介素1（interleukin-1β，IL-1β）诱导的COX-2过度表达[10]。在EMs中，缺氧抑制COUP-TFⅡ的功能，因此解除了COUP-TFⅡ对COX-2表达的抑制[11]。缺氧抑制DUSP2可以引起异位基质细胞COX-2基因对IL-1β刺激的敏感性增加[9]。研究发现，缺氧还会促进YES相关蛋白1（Yes-associated protein 1，YAP1）激活，YAP1过度激活后引起StAR和COX-2过表达[12]。综上，缺氧可以从多个途径促使COX-2过表达，从而导致雌激素生成增多，局部雌激素增多亦可激活COX-2而加快了PGE2的合成，从而形成了增强雌激素形成和增强炎症反应的正反馈回路，加重EMs。然而，缺氧还可以作用于雌孕激素受体，而影响雌孕激素的作用效率。

图1 低氧促进雌激素生成

雌激素受体有2种亚型：雌激素受体α（estrogen receptor α，ERα）和ERβ，分别由雌激素受体1（ESR1）和ESR2基因编码，它们属于核受体超家族，以多种方式发挥生物学功能。在正常子宫内膜中，雌激素作用的主要受体ERα的表达显著高于ERβ的表达，从而维持正常的生理活动[13-14]。研究发现缺氧通过HIF-1α可以调节ERα和ERβ的转录，缺氧可增加ERβ mRNA的表达，抑制ERα mRNA的表达，同时HIF-1α基因敲除可逆转这一现象[15-16]。EMs患者子宫内膜间质细胞中ERα与ERβ比值的降低会减少雌二醇（E2）对PR表达的诱导，从而导致孕激素抵抗[17]。雌激素还有一种G蛋白耦联受体30（G protein-coupled receptor 30，GPR30），E2可以通过GPR30上调并稳定HIF-1α，从而促进其下游靶基因的表达，如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）[18]。综上，缺氧通过作用于雌、孕激素及其受体，促进了子宫内膜异位病变建立。

3 缺氧对EMs侵袭及血管生成的影响

脱落的子宫内膜组织在逆行到腹腔的过程中会遇到缺氧的情况，导致大多数细胞会因为恶劣的微环境而死亡。然而，一些细胞可能通过适应性改变获得侵袭能力，如上调β-连环蛋白（β-catenin）等[19]。同时逆行的子宫内膜组织如果要在腹腔内获取氧气、营养物质而侵入腹腔长期存活，面临的最大问题就是形成血管网络。为了克服这种有限的氧气水平的约束，细胞必须募集和调节内皮细胞、平滑肌细胞并组装形成血管[13]。缺氧是血管生成因子上调的有效刺激之一，其可以防止HIF-1α的蛋白酶体降解，这在肿瘤形成中有过报道[1,20]。

在常氧条件下，HIF-1α亚单位迅速降解，但在缺氧环境下，HIF-1α可稳定表达，并通过核移位进入细胞核内，与HIF-1β结合形成二聚体，形成的二聚体与靶基因启动子区域的缺氧反应元件（hypoxia response elements，HRE）结合，导致缺氧调节基因的转录激活，这些基因包括促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）、VEGF和COX-2[4]，这些基因是已知促进血管生成的基因，有助于EMs进展。缺氧可以诱导VEGF生成，异位内膜组织中VEGF蛋白及mRNA的表达明显高于正常子宫内膜，该因子可激活微血管静态内皮细胞释放MMP，这些蛋白水解酶降解血管的基底膜，从而促进血管生成[1,21]。在腹腔镜检查中，活动性子宫内膜异位病灶周围可见大量腹膜血管，镜下子宫内膜异位病变的典型表现可分为红色、黑色和白色病变，与黑色和白色病变相比，红色病变表现出较高的微血管密度和有丝分裂活性，含有更高比例的未成熟微血管[11]。因此，红色病变非常活跃，预示着疾病的早期阶段，在这个阶段，异位子宫内膜组织迅速建立自己的血液供应，这是其成功植入和长期存活的先决条件。临床研究显示，VEGF在EMs红色病变中特异性表达，这表明VEGF表达与EMs病变的活性和疾病的发展阶段有关[1]。动物实验表明，抑制VEGF的表达和阻断血管生成均可缩小小鼠异位内膜病变的大小[22]。子宫内膜基质通常不表达瘦素，在缺氧条件下HIF-1α与瘦素启动子中的功能性HRE结合诱导瘦素基因表达，瘦素以自分泌/旁分泌方式刺激基质和上皮细胞增殖[9,23]。缺氧引起DUSP2功能降低不仅会增加COX-2表达，而且可以上调IL-8表达，促进血管生成[24]。有研究发现了新的血管生成因子血管生成素（angiopoietin，Ang），其是子宫内膜异位细胞分泌的真正的血管生成因子，Ang2可刺激血管外壁的血管周壁细胞分离，血管内皮细胞迁至周围组织中，促进血管芽的形成[1]。Fu等[11]通过微阵列实验和生物信息学分析发现，Ang是子宫内膜异位细胞分泌的真正的血管生成因子，而其不是HIF-1α或HIF-2α的直接靶标，因为Ang启动子区未发现HRE调控的一个新的靶基因。在常氧条件下，COUP-TFⅡ可以结合到Ang启动子以抑制其表达，而在缺氧条件下，转录抑制因子COUP-TFⅡ受到抑制，进而促进了Ang的表达和血管生成[11]。综上，缺氧对子宫内膜异位病变的建立具有重大意义。

4 缺氧介导自噬在EMs发病中的作用

自噬是一个进化上高度保守的过程，其是通过溶酶体降解生物体内损坏的胞质成分，以维持细胞内稳态。在自噬过程中，最大特征是形成一个称为自噬体的双层膜结构，包裹损坏的蛋白、细胞器等非必要的细胞成分，与溶酶体融合成自溶体，自噬能够将包裹物降解为氨基酸及其他一些小分子物质[25]。自噬有两条信号转导通路：一条是磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（PI3KAKT-mTOR）的经典信号通路，另一条则是长链非编码RNA肺癌转移相关转录本1（lncRNA MALAT1）和HIF-1α的非经典信号通路。在压力条件下（如缺氧），通过激活自噬使细胞适应缺氧等应激条件的保护机制。低氧环境下HIF-1α稳定表达，通过核转位进入细胞核激活下游相互作用蛋白3基因（BNIP3），BNIP3和Bcl-2/Bcl-xL竞争与Beclin-1结合来激活自噬。EMs虽然是一种良性疾病，但具有类似于恶性肿瘤种植、侵袭、转移生长的行为[3]。近年越来越多的研究关注于自噬在EMs发病过程中的作用和机制。

Liu等[3]研究发现，与在位子宫内膜相比，异位内膜病变中HIF-1α和自噬基因LC3的表达增加，并应用Transwell实验检测细胞侵袭和转移能力，观察到低氧能够促进人子宫内膜基质细胞（human endometrial stromal cell，HESC）的迁移和侵袭，而转染HIF-1α小干扰RNA（siRNA）则可逆转这一作用，提示低氧通过诱导自噬促进了HESC的迁移和侵袭。HIF-1α还可以诱导lncRNA MALAT1升高而激活自噬，从而减少EMs中的细胞凋亡[26]。最新研究发现MALAT1还可通过miR-126-5p/CREB1轴介导的PI3K/AKT途径调控HESC的凋亡[27]。PI3K-AKT-mTOR是自噬激活的经典信号通路，其中PI3K/AKT参与非经典途径lncRNA-MALAT1激活自噬的过程，推测自噬激活的两条信号通路可相互激活，从而导致自噬进一步强化，促进EMs的进展。

另有研究也证实了EMs中低氧促进了自噬水平的增高，同时还发现了HIF-1α、自噬标志物LC3与上皮-间质转化相关标志物E-钙黏蛋白（E-cadherin）和波形蛋白（Vimentin）具有相关性[28]。在肿瘤发生中，自噬对上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）的影响既有促进也有抑制，这种差异可以用以下事实来解释：自噬是一个高度调控的过程，其在肿瘤转移中具有双重作用，是通过促进还是逆转EMT过程，取决于不同的细胞类型和（或）疾病进展阶段。异位子宫内膜中LC3的表达上调与HIF-1α及Vimentin呈正相关，而与E-cadherin呈负相关，这些分子的表达变化与EMT的分子标志相吻合。EMT是指上皮细胞转变为间质细胞，使细胞获得运动能力，从而具有转移和侵袭的能力。异位子宫内膜组织中自噬标志物LC3表达与EMT过程呈正相关，抑制自噬显著逆转了低氧诱导的EMT并降低子宫内膜细胞的迁移和侵袭能力，表明自噬能够促进低氧诱导的子宫内膜上皮细胞的EMT发生和细胞迁移、侵袭。然而，也有研究发现EMs中自噬水平呈降低状态[28]。目前关于EMs的自噬水平尚存在争议，但有学者提出，自噬也存在于所有的子宫内膜细胞中，并在不同的过程和疾病中发挥不同的功能，但仅在子宫内膜间质细胞和上皮细胞中检测到自噬，对子宫内膜免疫细胞和血管内皮细胞中自噬水平的阐明尚缺乏研究，可能研究子宫内膜免疫细胞的自噬也更加重要[29]。再者，自噬影响同一疾病或同类细胞中的不同生物活性，这些影响可能是相互矛盾的。这些效应之间的平衡和关系，或者在某些特定条件下自噬的综合作用仍是难以理解的。因此，确定自噬的规律对于提高子宫内膜相关疾病的治疗水平和促进药物开发具有重要意义。

5 治疗

EMs目前常用的治疗方法包括药物治疗和手术治疗。EMs是激素失衡性疾病，主要表现为雌激素表达上调和孕激素抵抗，因此激素治疗的主旨是抑制雌激素分泌及其受体活性以及激活孕激素受体。激素治疗的药物包括促性腺激素释放激素激动剂（gonadotropin-releasing hormone agonist，GnRHa）及其拮抗剂、复方口服避孕药（combined oral contraceptive，COC）和孕激素，以及雄激素和非甾体抗炎药（nonsteroidal anti-inflammatory drug，NSAID）。尽管这些激素药物均可治疗或缓解EMs，但是这些药物因为严重的不良反应或不甚满意的治疗效果，导致其使用受到限制，如：COC长时间使用可导致肝肾功能损害及血栓形成；孕激素类药物可引起阴道不规则出血、经期延长，还可以引起非坠生性卵巢囊肿等。此外，激素类药物，包括GnRH和COC，不适合试图受孕的患者，因为它们可抑制排卵[30]。手术治疗可切除病灶，但手术可影响生育力，同时较高的复发率需再次手术，因此手术治疗需要结合患者及其实际情况慎重考虑[31]。因此，发掘更好的治疗方法势在必行。

综上所述，活化的血小板、PGE2/COX-2、Ang这些均参与缺氧促进EMs形成的过程，抗血小板疗法作为EMs的非激素疗法在理论上是可行的，血小板可以通过核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）及转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）信号通路引起HIF-1α增多，促进EMs发展[5]，因此抗血小板治疗有潜力用于临床治疗，但仍需进一步研究。动物实验表明，中医利用内异方可抑制EMs病灶生长，减少盆腔粘连，改善盆腔内微环境，提高EMs小鼠的生殖力。祝燕莉等[32]对内异方治疗EMs的机制进行研究发现，内异方可抑制NF-κB/COX-2信号通路和HIF-1α/COX-2信号通路，显著改善EMs炎症反应和缺氧微环境，从而改善EMs的病情。缺氧可在EMs的发展中发挥着不可估量的作用，改善异位病灶缺氧状态对治疗有重要意义，仍需要进一步深究。

6 结语

EMs是一种激素依赖性疾病，缺氧通过多种信号转导途径促进类固醇激素合成酶生成，进而上调雌激素表达，并逆转ERα/ERβ比值而增强其作用效率，为EMs提供了激素支持。缺氧也促进血管生成、细胞凋亡、侵袭、转移等生物学行为，这些改变导致患者产生疼痛、不孕等临床表现，给患者生理、心理带来极大的痛苦。近年低氧影响EMs的病理机制越来越受到学者们的关注，但仍有许多问题亟待解决，目前低氧调控异位内膜细胞自噬的方式尚存在争议，同时也需更多关注异位病灶中不同类型细胞的自噬水平；其次，阻断低氧的信号传导通路可以作为一个潜在的治疗靶点，可为重新认识EMs的发生、发展，为EMs的治疗提供新的视角。未来还需深入探索EMs的发生机制，为临床早期诊断、治疗提供新的途径。