子宫内膜容受性的影响因素研究进展

刘芬婷,李蓉*

良好的子宫内膜容受性、优质胚胎以及子宫内膜和胚胎之间的同步是成功妊娠的条件[1]。据估计,胚胎质量差会导致1/3的患者植入失败,而剩余2/3植入失败的原因主要在于子宫内膜容受性缺陷和胚胎-子宫内膜同步对话的改变[2-4]。因此,子宫内膜容受性的影响因素一直是辅助生殖助孕研究的重点之一。作为“土壤”的子宫内膜,其主要作用是为胚泡的植入提供接受部位并支持其生长和随后的发育。但是,这个复杂的过程只能在“种植窗口期”这一有限的时期内发生。在这短暂的时期内,一些疾病因素能够直接或通过炎症和免疫反应、代谢物质以及转录组的变化间接导致子宫内膜容受性变化,从而造成妊娠失败的结局[5-8]。因此,本文主要总结了宫腔疾病因素,包括先天性子宫畸形、子宫内膜息肉、子宫腺肌病、子宫内膜异位症、薄型子宫以及宫腔粘连,和一些其他重要的相关疾病因素,包括输卵管积水、多囊卵巢综合征(polycystic ovarian syndrome,PCOS)和女性微生物群紊乱对子宫内膜容受性的影响和相关的研究进展,以期为进一步早期识别和预防子宫内膜容受性异常,从而改善辅助生殖助孕结局提供新思路。

1 宫腔疾病因素

1.1 先天性子宫畸形

一项荟萃分析发现,先天性子宫畸形中的子宫腔化不全即子宫纵隔会导致临床妊娠率显著下降和一些不良并发症如胎盘植入、胎盘破裂、宫颈机能不全、宫内生长受限、流产以及早产的发生率显著上升[9]。有研究提出,子宫纵隔切除能够提高胚胎植入率和改善体外受精(in vitro fertilization,IVF)的结局。因此,建议原发不孕的患者在进行辅助生殖技术治疗前先进行子宫纵隔切除治疗。反复植入失败及反复妊娠丢失的患者也可考虑先进行纵隔纠正后,再进一步助孕治疗,以期改善妊娠结局[10]。有研究显示,子宫纵隔患者宫腔存在免疫失衡,如子宫纵隔组的CD141+树突状细胞的表达明显低于对照组[11]。此外,有研究推测子宫纵隔血流减少也可能是导致子宫内膜容受性降低的原因之一[12],但目前关于子宫纵隔影响子宫内膜容受性的具体机制尚未明确。

1.2 子宫内膜息肉

子宫内膜息肉是局灶性子宫内膜炎性增生形成息肉状赘生物突入宫腔内所致,其中高达 32%的无症状不孕患者在进行IVF治疗前可通过宫腔镜检出子宫内膜息肉[13]。多项研究表明,在进行宫内授精前进行宫腔镜下子宫内膜息肉切除术治疗能够显著提高临床妊娠率以及改善妊娠结局[14-16]。一项病例对照研究通过评估子宫内膜息肉对子宫内膜容受性分子标志物同源框基因(homeobox A,HOXA)10和HOXA11表达的影响发现,在患有子宫内膜息肉的子宫中HOXA10和HOXA11的表达水平显著降低[17]。此外,有研究在子宫内膜息肉的不孕症患者中检测到高浓度的干扰素(interferon,IFN)-γ[18],并且子宫内膜息肉反复会导致CD4+T 细胞失衡以及增加巨噬细胞(macrophage,M)的激活,从而上调T 辅助细胞(Th)17炎性反应及促进白介素(interleukin,IL)-17的分泌[19-20]。因此,通过降低子宫内膜容受性分子标志物的表达及增加炎症反应和免疫失衡,从而影响子宫内膜容受状态,这可能是子宫内膜息肉影响胚胎植入过程的机制。但目前,关于子宫内膜息肉与IVF妊娠结局的相关性仍有争议。一项病例对照研究发现,子宫内膜息肉切除后进行胚胎移植并不能明显改善妊娠结局。尽管相比于新鲜周期移植的患者,息肉切除后再进行胚胎移植可以改善临床妊娠率,但是对胚胎植入率没有影响,并且对息肉切除后的第1、2、3及超过3个月进行体外受精胚胎移植患者的妊娠结局没有改善[21]。此外,47例在进行胞浆内单精子注射(intracytoplasmic sperm injection,ICSI)治疗前发现内膜息肉并且进行切除的患者与47例没有内膜息肉进行ICSI治疗的患者相比,其临床妊娠率和活产率差异无统计学意义[22]。所以,子宫内膜息肉影响子宫内膜容受性的证据仍存在争议,仍需扩大样本量和更严谨的临床研究设计进一步探索和验证。

1.3 子宫内膜异位症

目前约30%～40%的子宫内膜异位症患者会出现生育能力低下[23]。一项前瞻性队列研究通过纳入58 427名年龄小于40岁的已婚未绝经女性发现,与没有子宫内膜异位症病史的女性相比,子宫内膜异位症女性的不孕症风险增加了2倍,提示子宫内膜异位症与不孕风险之间的关联[24]。但也有证据显示,子宫内膜异位症与对照组的IVF周期的受精率和持续妊娠率差异无统计学意义[25]。与正常女性相比,子宫内膜异位症女性的子宫内膜生物标志物存在差异表达,包括ανβ3整合素的表达降低[26],环氧合酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)和L-选择蛋白(L-selectin,SELL)的异常表达[27-28]以及LIF和HOXA10表达降低[29]。有文献总结了异位的子宫内膜和受子宫内膜异位症影响的在位子宫内膜存在孕酮P4抵抗和雌激素E2上调的情况,这种激素失衡能够导致炎症加剧,也可能增加盆腔疼痛以及降低子宫内膜对胚胎植入的容受性[30]。此外,有研究纳入了8例III-IV 期子宫内膜异位症不孕患者,通过对比分析对照组与子宫内膜异位组患者的免疫和炎症转录组特征发现,在579个免疫和炎症相关基因中有 396个基因,包括参与细胞因子-细胞因子受体信号传导的基因如IL18、CCL5和CCR2等,肿瘤坏死因子(TNF)超家族基因如FAS、TNFRSF1B和CD27等,与免疫细胞的细胞表面标志物相关的基因如CD4、CD40 和 CD48等存在显著差异。并且子宫内膜异位症患者的在位子宫内膜显示出独特的分子谱,其中91/579个基因,尤其是参与调节细胞凋亡和蜕膜化的基因呈现出显著的不同[31]。Adamyan LV等[32]还通过对在位和异位内膜组织进行质谱分析发现,子宫内膜异位组织(腹膜子宫内膜异位症和卵巢子宫内膜异位症)的脂质组学特征与在位子宫内膜明显存在差异,其中有15种代谢物包括磷酸乙醇胺、鞘磷脂、甘油二酯、磷脂酰胆碱和甘油三酯等在异位组织异常存在和表达,这也进一步提示了子宫内膜异位症对子宫内膜容受性的潜在影响。

1.4 子宫腺肌病

有证据表明,无症状子宫腺肌病患者IVF助孕结局的成功率与没有子宫腺肌病的女性相似[33]。尽管存在一定争议,但子宫腺肌病总体来说对辅助生殖助孕妊娠结局还是呈负面影响。一项包含了22项研究共7 738例患者的荟萃分析发现,与未合并腺肌病的患者相比,子宫腺肌病患者的临床妊娠率、持续妊娠率以及活产率降低,而流产率增加[34]。此外有研究显示,子宫腺肌病患者的子宫内膜容受性相关分子标志物HOXA10和HOXA11的mRNA和蛋白水平明显降低,而缺氧诱导分子(hypoxia-inducible factor,HIF)-2α的水平明显升高[35]。同样,在子宫腺肌病的动物模型中观察到HOXA10、HOXA11、白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor,LIF)和整合素β3的表达水平显著降低,胞饮突发育不良且数量明显减少[36]。除了对子宫内膜容受性分子标志物的直接影响外,一项纳入42篇文章的系统评价总结发现,子宫腺肌病患者的在位和/或异位子宫内膜都存在免疫失衡的情况。子宫腺肌症在位子宫内膜淋巴细胞和巨噬细胞数量呈现增加的趋势,并且在位和异位子宫内膜的促炎细胞因子(如IL6、IL1β、IFN-α等)以及抗炎细胞因子(如IL10、TGFβ等)的表达水平呈现异常升高的趋势[37]。2022年,Song W等[7]首次证实了子宫腺肌病患者的肌层代谢组与对照组之间的差异,通过对比分析17例子宫腺肌病患者和25名正常对照组的肌层代谢物发现,酰基肉碱、甘油磷脂类等代谢物质的水平显著增加,而一些脂肪酸和脂肪醇(如2-羟基丁酸、1-十六烷醇、十二烷醇和别苏氨酸)水平明显降低。同时,一些氨基酸例如谷氨酸(谷氨酸)、缬氨酸和一些由天冬氨酸、丙氨酸和亮氨酸组成的肽衍生物的表达水平也有波动。这些代谢物质的改变涉及子宫的氧化应激、炎症、细胞增殖和能量代谢等多方面功能,这进一步提示子宫腺肌病或能通过改变在位和/或异位子宫内膜或肌层的免疫状态或者代谢物水平的改变,影响子宫内膜容受性。

1.5 子宫肌瘤

子宫肌瘤主要通过改变宫腔形态、宫腔收缩能力、激素受体以及子宫内膜容受性相关分子标志物的表达影响子宫内膜状态和胚胎植入[38]。一项荟萃分析通过纳入19项观察性研究发现,肌壁间肌瘤的存在与IVF的临床妊娠率和活产率下降等不良妊娠结局相关[39]。子宫肌瘤的位置和大小是其临床表现的关键因素,其中黏膜下肌瘤与不规则出血、不孕和反复流产密切相关[40]。然而,另一项研究显示宫腔镜下切除黏膜下肌瘤提高不明原因不孕症女性临床妊娠率的效果仍不确定[14]。此外,浆膜下或壁内子宫肌瘤<4 cm且不侵犯子宫腔的患者IVF结果与没有子宫肌瘤的患者相当,这进一步提示了子宫肌瘤的位置和大小对妊娠结局的重要性[41]。与对照组和肌壁间肌瘤相比,黏膜下肌瘤的子宫内膜HOXA10和HOXA11表达显著降低,而LIF的表达水平没有明显差异[42]。此外有证据表明,黏膜下肌瘤女性的子宫内膜HOXA10在子宫肌瘤组织中以及在子宫内膜腔其他非肌瘤组织中的表达水平都呈降低趋势,这提示黏膜下肌瘤能够整体降低子宫内膜HOX基因的表达,降低子宫内膜容受性,从而影响生殖结局[43]。子宫肌瘤衍生的TGF-β也能通过介导子宫内膜骨形态发生蛋白2(bone morphogenetic protein 2,BMP-2)受体的表达,从而改变HOXA10和LIF的表达,因此阻断TGF信号可能是改善子宫肌瘤导致的子宫内膜容受性受损和不良妊娠结局的潜在治疗策略[44]。子宫肌瘤患者的子宫内膜还存在基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)和金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitors of metalloproteinases,TIMPs)的差异表达,尤其是MMP2、MMP11和MMP14,此外IL-1β、IL-6和IL-10的表达显著降低,环氧合酶(cyclooxygenase,COX)-1和COX-2以及血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的表达增加,这可能导致子宫内膜容受性的变化[45]。尽管目前子宫肌瘤的发病机制尚未完全清楚,但越来越多研究证实了子宫肌瘤中巨噬细胞作用的失调状态,这与子宫肌瘤典型特征的病理性纤维化密切相关[46]。有研究者提出,平滑肌瘤是由慢性炎症的系统性免疫环境引起的,其中Th17 细胞因子占主导地位,而调节性T 细胞(Tregs)水平较低,而反复生殖失败患者也存在这种免疫失调的环境[47-48]。

1.6 薄型子宫内膜

子宫内膜厚度(endometrial thickness,EMT)被认为与 IVF助孕妊娠的成功率有关。EMT≤ 7 mm的患者与> 7 mm的患者相比,临床妊娠率显著降低且持续妊娠率和活产率呈降低趋势[49]。新鲜周期中,当EMT低于8 mm时,内膜厚度每下降1 mm,临床妊娠率和活产率显著下降(P<0.001),流产率显著增加(P=0.01)。同样,在冻融周期中,当EMT低于7 mm时,内膜厚度每下降1 mm,临床妊娠率(P=0.007)和活产率(P=0.002)也呈现显著下降趋势[50]。与对照组相比,薄型子宫内膜大鼠模型组的胞饮突、整合素、HOXA10、肝素结合表皮生长因子样生长因子(heparin-binding epidermal growth factor- (EGF-) like growth factor,HBEGF)雌激素受体α和孕激素受体表达明显降低,胚胎着床数和妊娠率也显著下降[51]。通过对薄型子宫内膜不孕患者的子宫内膜分析发现,类固醇激素受体包括雌激素受体和孕激素受体,增殖标记物 Ki-67以及相关的子宫内膜容受性标记分子整合素-β3、VEGF、LIF和CD56的表达存在阴性或微弱以及不充分表达的情况[52]。此外,分析6 例薄型子宫女性黄体中期子宫内膜组织的转录组信息发现,与对照组子宫内膜相比,薄型子宫内膜中有318 个上调基因和 322 个下调基因。GO 和 KEGG 通路分析表明,薄型子宫内膜具有异常激活的免疫和自然杀伤细胞的细胞毒性,并伴有炎性细胞因子(如IFN- γ)数量的增加。而与新陈代谢和抗氧化应激相关的各种基因在薄型子宫内膜中则呈现下调的趋势,这提示薄型子宫内膜患者的着床失败与异常激活的炎症环境和异常降低的氧化应激反应有关[53]。

1.7 宫腔粘连

宫腔粘连(intrauterine adhesion,IUA)是一种获得性疾病,主要继发于刮宫或剖宫产引起的子宫内膜损伤,最终导致生殖功能受损。宫内粘连的存在可能会阻碍胚胎附着在子宫内膜,从而干扰早期植入,导致反复植入失败的发生[54]。子宫内膜厚度降低是子宫内膜容受性受损的表现之一,有研究测量胚胎移植前IUA患者的子宫内膜厚度发现,随着IUA疾病严重程度的增加,平均EMT测量值降低[55]。此外,IUA发生的病理变化,包括子宫内膜纤维化、子宫内膜瘢痕形成、子宫内膜脱落或变薄并伴有不同程度的基底层损伤、腺体萎缩、血管基质组织缺乏和缺氧等,都是导致子宫内膜容受性下降的重要病理因素[56]。通过评估IUA患者子宫内膜的VEGF和微血管密度情况发现,IUA患者子宫内膜组织确实存在血管闭合和缺氧变化[57],这些病理变化能够影响子宫内膜的修复,造成子宫内膜容受性下降,从而影响妊娠结局。有研究总结提示,IUA患者的子宫内膜容受性受损,其子宫内膜中的LIF、整合素αvβ3和HOXA10表达水平都呈现显著下降的趋势[58]。同样,IUA大鼠模型的子宫内膜容受性相关分子标志物包括整合素β3、LIF和VEGF的表达也呈现显著下降的趋势[59]。

2 其他疾病因素

2.1 输卵管积水

输卵管积水是指多种因素引起的输卵管内包裹水样液体,主要是由输卵管炎引起。输卵管积水是导致子宫内膜容受性缺陷的主要因素,会降低女性妊娠成功率,增加女性自然流产和异位妊娠的可能性[60]。输卵管积水渗入子宫内膜腔被认为是导致生育能力受损的主要原因。通过在小鼠胚胎植入前向子宫腔内注入不同体积的无毒液体发现,虽然胚胎没有从子宫中“冲出”,但植入时间推迟,正常的胚胎宫内分布被破坏[61]。一项荟萃分析表明,相比于不干预组,治疗组的3种治疗方式包括近端输卵管闭塞、输卵管切除术和抽吸治疗输卵管积水均能够改善IVF的妊娠结局[62]。有研究表明,输卵管积水组与对照组相比,输卵管积水组的腺上皮细胞和子宫内膜腔中的LIF、整合素β3和MUC1表达均显著降低[63]。此外,输卵管积水患者在植入窗口期子宫内膜的LIF和SELL配体的表达降低,而手术治疗后LIF和SELL配体的表达提高,这进一步表明了输卵管积水对子宫内膜容受性的重要影响[64]。有研究在输卵管积水患者分泌中期的子宫内膜中发现,输卵管积水通过激活核因子κB/p65抑制microRNA-133b(miR-133b)的表达,然后通过血清和糖皮质激素调节激酶1(serum and glucocorticoid-regulated kinase 1,SKG1)抑制miR-133b诱导的HOXA10的表达,导致子宫内膜容受性下降[65]。此外,与对照组相比,输卵管积水患者子宫内膜的microRNA-145的表达显著升高。microRNA-145能够降低胰岛素样生长因子1受体(IGF-1R)的表达,调节炎症因子(如IL-5、IL-13)的表达和影响Th1和Th2细胞因子的平衡,从而影响子宫内膜容受性和胚胎着床的过程。因此,异常表达的microRNA-145可能通过调节炎症反应参与输卵管积水诱导的子宫内膜容受性缺陷[66]。

2.2 多囊卵巢综合征

多囊卵巢综合征(polycystic ovarian syndrome,PCOS)是育龄期女性常见的内分泌疾病,8%～13% 的育龄女性受该疾病的影响[67]。PCOS不仅影响患者的生育力,还会增加孕期流产以及其他如妊娠期糖尿病、妊娠期高血压疾病和子痫前期等不良并发症的发生风险[68]。与对照组相比,PCOS患者的正常受精率、临床妊娠率和活产率都显著下降[69]。PCOS女性子宫内膜容受性缺陷的机制复杂,主要包括代谢改变、免疫失衡、炎症反应和一些异常表达的子宫内膜分子标志物。有研究发现,PCOS患者子宫内膜腺上皮细胞的HOXA10、HOXA11和LIF基因表达明显下降,导致子宫内膜功能障碍和着床失败[70]。此外,PCOS与对照组的子宫内膜还存在许多其他差异基因的表达。PCOS子宫内膜中下调的基因与细胞膜、细胞外基质、细胞黏附和侵袭、细胞骨架等密切相关。这些基因大多参与类固醇激素合成、炎症和氧化应激,是建立子宫内膜容受性必不可少的环节[8]。PCOS 患者常伴有胰岛素抵抗、肥胖、雄激素和雌激素上调的情况,这可能会持续刺激PCOS患者的免疫系统,导致促炎细胞增多,如M1(巨噬细胞)、Th1和Th17和抗炎细胞减少。这种免疫微环境失衡可能导致PCOS患者排卵障碍的发生和子宫内膜容受性的降低[71]。PCOS患者的代谢变化,也能影响子宫内膜容受性。除了血清血浆、尿液以及卵泡液的代谢物质变化外,PCOS内膜的硫酸乙酰肝素显著升高,这或能干扰母胎识别过程导致不孕[72-73]。PCOS患者种植窗口期的子宫内膜蛋白质组与正常女性也显著不同,主要包括了参与细胞周期调节、细胞转运和信号传导、DNA 修复、发现凋亡过程和线粒体代谢等蛋白质的差异,因此可能导致 PCOS 患者的子宫内膜增生、癌症和子宫内膜容受性受损[74]。

2.3 微生物群紊乱

近年来,女性肠道和生殖道微生物环境对成功妊娠的影响逐渐引起研究者注意。肠道和生殖道的微生态失衡与多种妇科疾病和不孕症相关,可导致许多不良健康后果[75-76]。肠道菌群失调能通过改变循环皮质醇水平、增加全身炎症和免疫细胞运输,从而影响雌激素水平,调节月经周期、刺激子宫内膜组织和降低子宫内膜容受性,最终造成女性生育力下降[76]。通过β-谷甾醇治疗PCOS样小鼠模型可以发现,子宫内膜容受性的标志物COX-2、整合素ανβ3、LIF和HOXA10的表达显著升高,性激素水平趋于平衡,这可能与治疗后小鼠肠道菌群结构和组成的改变相关[77]。此外,越来越多证据表明阴道和子宫内膜微生物群紊乱能够导致子宫内膜容受性改变,从而影响胚胎着床[78- 79]。有研究通过检测阴道加德纳菌和/或阴道阿托波氏菌的表达量预测IVF的妊娠结局,预测准确率达到94%[80]。已有证据显示细菌性阴道炎(bacterial vaginosis,BV)相关微生物会增加来自宫颈阴道上皮的促炎细胞因子水平[81],但BV患者的子宫内膜分泌物中除了更高浓度的IL-β以外,其他的促炎和抗炎细胞因子没有明显差异[82]。此外,一项多中心前瞻性观察研究通过对342例无症状不孕患者胚胎移植前的子宫内膜液和活检样本进行16S rRNA测序分析发现,胚胎移植前的子宫内膜微生物群组成是预测生殖结果的有用生物标志物,阿托波菌、加德纳菌和双歧杆菌等菌群组成的失调与IVF妊娠失败的结局相关[83]。慢性子宫内膜炎(chronic endometritis,CE)是一种子宫内膜感染性和炎症性疾病,与子宫内膜容受性和胚胎植入过程密切相关[84]。研究发现,CE与非CE患者的阴道和子宫微生物群存在显著差异,CE患者阴道和子宫乳酸杆菌的相对丰度显著下降, 而阴道和子宫瘤胃球菌和梭菌的相对丰度增加,此外阴道中的普氏菌和加德纳菌的相对丰度也显著增加。另外,通过往阴道移植差异菌株产气荚膜梭菌,能够导致正常子宫发生慢性内膜炎样改变,最终造成子宫内膜容受性受损[85]。此外,CE与非CE患者子宫内膜微生物组成存在显著差异。其中,叶状杆菌和鞘氨醇杆菌主要通过干扰子宫内膜的碳水化合物代谢和/或脂肪代谢过程来调节免疫细胞。此外,CE子宫内膜微生物还可能通过脂多糖调节Th17反应和Th1与Th17的比例,从而降低子宫内膜容受性以及导致反复植入失败的发生[84]。

3 小结

综上所述,子宫内膜容受性的影响因素多样,从宫腔疾病到其他生殖部位,甚至是全身性内分泌疾病以及微生态环境的变化都能够通过直接或者间接改变子宫内膜的免疫或炎症状态、代谢物质的水平以及转录组相关基因的调控和表达,造成子宫内膜容受性下降,从而引起不孕症和不良妊娠结局的发生。但是一些疾病如先天性子宫畸形对子宫内膜容受性的具体影响机制以及其疾病影响因素导致相关分子变化之间的相互作用仍未可知,因此为进一步建立调控子宫内膜容受性的分子网络,仍然需要更进一步的研究去探索和验证。此外,一些疾病如子宫内膜息肉、子宫腺肌病和子宫肌瘤本身以及其治疗后能够改变子宫内膜容受性的证据较为充足,但是其对妊娠结局的影响作用仍存在一定争议,因此仍需设计更严谨更大样本量的临床随机对照研究进一步证实。