上皮-间质转化和蜕膜化与子宫内膜容受性

金婕，熊文倩，刘义

着床是发生在胚胎和子宫内膜间的一个动态过程。在此期间，胚胎与母体子宫内膜表面紧密相连形成胎盘，而后者为胎儿和母体循环提供桥梁。由此可见，胚胎和子宫内膜的完整性和功能性均是成功受孕的必要条件[1]。胚胎着床失败一直是生殖领域尚未解决的难题，也是限制辅助生殖技术发展的重要原因。有研究表明，体外受精着床失败的原因中，胚胎因素仅占1/3，而子宫内膜容受性的不足占2/3[2]。提示母体子宫内膜屏障的完整和功能的完善是胚胎能够顺利着床的关键步骤。

人子宫内膜是由反复更新的浅层功能层和永久性的深层基底层组成，在每个月经周期都会经历规律的周期变化，为胚胎植入做准备[1]。当胚胎植入子宫时，子宫必须从不可接受状态变为可接受状态，这一变化受雌孕激素以及子宫间质、腔上皮和腺上皮层之间一系列分子的调节[3]。植入窗期是指胚胎能顺利着床的时期，同时也是子宫内膜获得容受性的关键阶段。在正常月经周期中，植入窗期开始于正常月经周期的第19 或20 天，约持续4～5 d[4-5]。目前有多种方式可评估植入窗期，如基于子宫内膜组织活检的形态学指征对内膜发育状态的判定、免疫组织和已知容受性标志物的综合表达评分及比较子宫内膜容受前和可容受时的转录组学差异等[6]。

1 上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）与子宫内膜容受性

EMT 存在于多类生理或病理进程中，期间经历了上皮细胞极性的丧失、迁移及侵袭能力的增强和间质细胞表型的形成等重要转变。EMT 可分为3 种生物学类型，其中Ⅰ型与胚胎发育有关[7-8]。在着床过程中，胚胎的滋养外胚层在植入前和植入过程中经过数次变化后最终转变为对胎盘形成至关重要的侵袭性滋养层巨细胞，后者的形态和功能变化与EMT表现一致，提示滋养外胚层通过EMT 获得间质特性是胚胎植入的基础[9]。为保证着床顺利进行，分泌中期的子宫内膜上皮细胞也需要改变极性，为胚胎的黏附做准备。有研究指出，卵巢类固醇激素和植入的胚胎可诱导上皮细胞发生EMT 以获得子宫内膜容受性[7，10]，提示内膜在着床期也存在EMT 现象。鉴于子宫内膜是反映女性生育能力的物质基础，下面将重点讨论子宫内膜EMT 对容受状态的影响。

1.1 EMT 相关转录因子E-钙黏蛋白（E-cadherin）丢失被认为是EMT 过程中最基本的事件，Snail、Slug、Twist 和锌指E-盒结合同源异形盒（zinc finger Ebox-binding homeobox，ZEB）等EMT 诱导转录因子可通过抑制E-cadherin 的表达促进EMT 的发生[11]。在正常月经周期中，ZEB1 在分泌中期表达尤为明显，而分泌中期是着床的关键时期。有研究者利用JAR 球体进行体外着床实验来验证ZEB1 对胚胎着床的影响，发现敲除ZEB1 基因在上调E-cadherin表达的同时，胚胎的体外着床也受到抑制。提示ZEB1 可能通过介导EMT 调节子宫内膜容受性，从而建立有效妊娠[12]。Gou 等[7]通过设计妊娠模型、假孕模型、胚胎着床体外模型等发现，Twist2 和间质标志物在着床过程中有一致的动态表达谱。将雌雄鼠交配后发现阴道栓定义为第1 天，于第3 天向子宫腔注射靶向Twist2 的干扰小RNA（siRNA）后，相比于空白（正常妊娠）组和阴性对照（注射乱序的siRNA 核苷酸）组，发现间质标志物于第5 天表达明显下调，胚胎着床数量于第8 天明显降低，提示下调Twist2 可通过影响EMT 过程阻碍胚胎的植入。

1.2 微小RNA（microRNA，miRNA）在胚胎着床中，胚胎-子宫内膜交流这一关键步骤是由一系列复杂的分子事件组成的，其中miRNAs 通过反向调控靶基因在着床过程中发挥重要作用。目前一些miRNA 靶基因已被证实，如miR-101/199a-环氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX2）、miR-199a/生长因子受体结合蛋白10（growthfactorreceptor-boundprotein 10，Grb10）、miR-200a/人第10 号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因（phosphates and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN gene）、miR-141/PTEN、miR-224/五联蛋白3（pentraxin 3，Ptx3）和miR-98/超大型B 细胞淋巴瘤（B-cell lymphomaextra large，Bcl-xl）等[13]。有研究证明，容受型和非容受型子宫内膜的miRNAs 表达谱不同，miR-let-7、miR-200、miR-30 家族和miR-17-92 的成员均与子宫内膜容受性有关，提示差异表达的miRNAs 可影响子宫内膜容受性，进而影响胚胎着床[14]。

研究发现，miRNAs 可靶向EMT 进而调节子宫内膜的容受性。miR-200 家族可介导ZEB 转录因子调控EMT 进程；miR-429 可与钙黏蛋白基因家族主要成员原钙黏附素8（protocadherin 8，Pcdh8）的3′非翻译区（3′-untranslated region，3′-UTR）结合，通过影响mRNA 稳定性或抑制蛋白翻译反向调控Pcdh8的表达，进而抑制EMT 的发生并最终影响胚胎着床[13]。此外，于着床期表达下调的miR-30a-3p 也可通过靶向Snai2 抑制EMT 而影响胚胎着床[15]。另有研究表明，miR-183-5p 可下调EMT 相关WNT/β-连环蛋白（WNT/β-catenin）途径的负调控因子连环蛋白α2（catenin alpha 2，CTNNA2）和糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3 beta，GSK3β）的表达促进细胞的增殖和迁移，通过上调子宫内膜的容受性促进胚胎着床[16-17]。

1.3 膜蛋白黏蛋白1（mucin1，MUC1）是一种广泛存在于上皮细胞表面的跨膜糖蛋白，其抗黏附特性可阻止胚胎黏附于子宫内膜。低表达的MUC1 协助子宫内膜获得容受性，促进胚胎-子宫内膜充分交流[18-19]。miR-192-5p 通过上调MUC1 的表达及保留微绒毛的形态以维持上皮细胞的抗黏附性而阻碍胚胎黏附，同时还可增强E-cadherin 的表达抑制上皮细胞的EMT 进程，继而对子宫内膜容受性产生不利影响[2]。在另一项关于膜蛋白的研究中，水通道蛋白（aquaporin，AQP）广泛分布于哺乳动物的各类器官中，其中AQP3 主要表达于肾集合管、表皮、结膜、乳腺和子宫腔上皮细胞等。孕酮（progesterone）可直接靶向AQP3 基因的启动子上调AQP3 表达，而孕酮和雌激素（estrogen）共同调节对AQP3 的上调效应明显高于雌激素或孕酮的单独作用。在雌激素和孕酮的双重调控下，AQP3 可促进子宫内膜上皮细胞发生EMT。研究发现，异常表达的AQP3 可导致反复种植失败（repeated implantation failure，RIF）患者及小鼠的子宫内膜容受性下降，提示AQP3 在子宫内膜容受性中发挥着重要作用[10]。

2 蜕膜化与子宫内膜容受性

2.1 蜕膜化是子宫内膜维持容受性的关键步骤无论妊娠与否，子宫内膜在分泌中期获得容受性表型的同时，间质细胞也会发生蜕膜化。其特征是暂时的局部水肿、巨噬细胞和特异性子宫自然杀伤细胞的趋化、血管的生成以及子宫内膜间质成纤维细胞向上皮样蜕膜细胞的转换。蜕膜使母体对胚胎抗原形成免疫耐受，在滋养层细胞植入和胎盘形成过程中维持胎儿组织的完整性，同时还赋予子宫内膜选择性识别和应对发育受损胚胎的能力[20]。提示子宫内膜蜕膜化在维持内膜容受状态中发挥着极其重要的作用。

2.2 蜕膜化对子宫内膜容受性的影响

2.2.1 内分泌因素蜕膜化过程受内分泌、旁分泌和自分泌因子的多重调节，如雌激素、孕酮、前列腺素和白细胞介素（interleukin，IL）等[21]。雌激素信号促进子宫腔上皮的增殖，孕酮信号则抑制增殖、驱使分化，两者相互调节使腔上皮从非容受性增殖状态转变为容受性分化状态，促进胚胎顺利着床[3]。在RIF 患者中可观察到子宫内膜前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）合成受损，而COX2 和磷脂酶A2（phospholipase A2，PLA2）是合成PGE2 的关键因子，两者的丢失也会引起小鼠排卵、着床和蜕膜化的异常而导致不孕[22]。正常月经周期中，孕酮诱导阻断因子1（progesteroneinduced blocking factor 1，PIBF1）在增殖期表达相对较低，于分泌中期达到高峰，提示植入窗期PIBF1 的高表达有助于子宫内膜获得容受性。研究显示，RIF患者分泌中期PIBF1 表达显著降低，低表达的PIBF1通过下调IL-6 和磷酸化信号转导及转录激活因子3（phosphorylated signal transducer and activator of transcription-3，p-STAT3）抑制子宫内膜间质细胞增殖及蜕膜化，提示这可能是RIF 患者子宫内膜容受性不足的主要原因之一[23]。

2.2.2 代谢因素在正常人类胎盘的形成过程中，滋养层细胞对子宫的侵袭和螺旋动脉的重塑依赖于胚胎滋养层细胞和母体蜕膜间的相互作用。当蜕膜化开始时，蜕膜细胞的糖酵解信号被激活，通过合成氨基酸和脂质前体为细胞快速增殖提供足够的能量以支持早期妊娠。磷酸甘油酸激酶1（phosphoglycerate kinase 1，PGK1）是蜕膜细胞糖酵解途径中的主要代谢酶，与长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）和磷酸甘油酸激酶1，假基因2（phosphoglycerate kinase 1，pseudogene 2，PGK1P2）有很高的序列相似性，后者作为miR-330-5p 分子海绵调控PGK1 的表达参与蜕膜的形成。低表达的PGK1 及PGK1P2 致蜕膜化受损，后者可引发滋养层细胞侵袭失败及胎盘发育不良触发子痫前期的发生[24]。另有研究显示，胚胎发育过程中90%被消耗的葡萄糖不会被氧化，而是在氧气存在的情况下转化为乳酸。未分化的蜕膜细胞于妊娠早期通过单羧酸转运体1（monocarboxylic acid transporter 1，MCT1）转运乳酸为细胞增殖提供能量，抑制乳酸运输可导致蜕膜化失败。提示大量的乳酸可能参与妊娠早期酸性环境的形成，在胚胎植入中发挥重要作用[25]。

2.2.3 表观遗传近年关于蜕膜化的表观遗传修饰作为新兴研究在医学领域备受关注。分泌期DNA 甲基化减少是分泌期充分蜕膜化和妊娠早期胚胎成功黏附的必要条件，而组蛋白甲基化和乙酰化在蜕膜过程中也起着关键作用[26]。子宫内膜异位症是一种以子宫内膜生长于子宫外为特点的良性疾病，也是引起女性不孕的主要因素之一。子宫内膜异位症患者在位内膜中组蛋白去乙酰化酶3（histone deacetylase 3，HDAC3）表达下调，通过激活Ⅰ型胶原蛋白α1（collagen type I alpha 1，COL1A1）和COL1A2 基因的异常转录而诱发蜕膜缺陷，提示HDAC3 在维持子宫内膜容受性中发挥重要作用[27]。

2.2.4 分子调节叉头框（Forkhead box，FOX）家族在细胞生长、增殖和分化相关基因的表达中起着重要作用，其家族成员FOXO3a 可作为凋亡相关基因中高度保守的转录因子调控细胞凋亡影响早孕蜕膜化的形成[28]；FOXO1 作为子宫内膜间质细胞蜕膜化标志物可调节催乳素（prolactin，PRL）和胰岛素样生长因子结合蛋白1（insulin-like growth factor-binding protein 1，IGFBP1）基因的转录，同时于植入窗期特异性表达维持子宫内膜的容受性[1]；而仅在子宫内膜表达的FOXA 成员FOXA2 可影响子宫腺的发育和功能，并于分泌中期调节蜕膜基质细胞的分泌型配体[29]。另有研究显示，同源框（homeobox，HOX）基因主管发育功能，其中HOXA10 在人类及小鼠的子宫中均有表达，HOXA10 缺陷的雌性小鼠因植入失败及蜕膜不充分最终导致不孕。共激活因子髓样嗜生态病毒插入位点1（myeloid ecotropic virus insertion site 1，MEIS1）可与HOXA10 相互作用，与下游靶基因赖氨酸乙酰转移酶2B（lysine acetyltransferase 2B，KAT2B）和A 型内皮素受体（endothelin receptor type-A，ETA）的启动子结合，通过促进PRL 和IGFBP1的表达诱导蜕膜化[21]，为胚胎植入做好准备。有研究发现，蜕膜化不充分可能导致流产和早孕丢失，这与胚胎正常与否并无必然联系[28]。复发性妊娠丢失（recurrent pregnancy loss，RPL）是指发生连续3 次或3 次以上妊娠失败，其患者体内高度特异性蜕膜化标志物PRL 的低水平表达提示有蜕膜化受损，而不充分的蜕膜化使胚胎在植入时无法被识别和选择。然而，RPL 患者的子宫内膜容受性关键调节因子原激动素1（prokineticin-1，PROK1）的高表达提示植入窗期延长，MUC1 表达下调证明子宫内膜屏障功能减弱，最终可能促进受损胚胎延迟植入子宫内膜[20，30]。但RPL 患者植入窗期的延长使自然胚胎选择失败，或干扰了母体对胚胎信号的应答，导致妊娠失败，提示植入窗期的制约失控是导致RPL 患者受损胚胎延迟植入引发早孕丢失的原因[20]。

3 结语和展望

可容受的子宫内膜是成功妊娠的必备条件，而蜕膜化和EMT 是协助内膜获得容受性的分子基础。蜕膜化受损及EMT 受阻均可通过影响子宫内膜容受性造成胚胎着床失败。然而子宫内膜的容受状态受诸多因素的调控，绘制子宫内膜容受性的调节网络是现阶段生殖医学需要解决的一大难题。未来通过统一子宫内膜容受性的评估指标，明确子宫内膜容受性的影响因素，制定提高子宫内膜容受性的有效治疗方案，改善不孕患者的妊娠结局。