子宫内膜容受性临床表现和检测方法的研究进展

潘臧钰,王国云

胚胎植入是决定妊娠成功的关键性因素,且广泛适用于涉及滋养层侵入的物种[1],成功的胚胎植入需要子宫内膜与胚胎之间的同步对话[2]。因此引入“子宫内膜容受性”这一术语用于定义子宫内膜对胚胎的接受性,即允许胚胎在子宫腔内进行定位、黏附、侵入等过程的能力。迄今为止,子宫内膜容受性的病理生理机制尚无定论,但容受性缺陷势必影响正常胚胎植入过程,并最终影响妊娠结局。随着检验技术日益更新,对于子宫内膜容受性临床表现和检测方法的探究亦取得同步进展,现综述如下。

1 子宫内膜容受性缺陷的临床表现及成因

子宫内膜容受性缺陷是由多种宏观及微观因素共同造成的,其表现形式多样且彼此之间关系密切,可单独或同时表现,其机制尚无定论但互为交叉,均可对妊娠结局造成不良影响。

1.1 复发性流产及成因

复发性流产(recurrent spontaneous abortion,RSA)指妊娠20～24周前2次及以上临床妊娠失败,植入过程早期阶段受到各种因素干扰可能导致RSA[3]。

1.1.1 解剖学因素 子宫先天性或获得性解剖结构异常与妊娠失败相关。反复妊娠失败患者子宫解剖异常约为15%～24%,其中先天性子宫异常约7%～28%,主要包括纵隔子宫、较为罕见的弓形或双体子宫;获得性子宫异常占6%～15%,主要包括子宫肌瘤(尤其是黏膜下肌瘤)、宫腔粘连、子宫内膜息肉、子宫内膜异位症等[4-6]。

1.1.2 慢性子宫内膜炎 子宫内膜的低度感染可引起慢性子宫内膜炎。在诊断为原因不明RSA或反复植入失败的女性中,慢性子宫内膜炎的患病率可分别高达60%、66%[7-8]。通过对子宫内膜样本进行基因测序发现,拥有以乳酸菌为主的微生物群与显著增加的着床率、妊娠率、持续妊娠率和活产率相关[9-10]。

1.1.3 蜕膜反应受损 排卵后,孕激素和不断上升的细胞cAMP水平激活了子宫内膜基质细胞(endometrial stromal cells,EnSCs)的转录因子FOXO1(forkhead box O1),FOXO1可以导致蜕膜EnSCs亚群的急性衰老,并驱动与子宫内膜容受性相关的短暂炎症反应,制约胚胎植入时子宫内膜的再生和重塑[11],导致细胞周期退出并形成衰老蜕膜细胞,可使蜕膜反应受损。在此基础上,生长因子IHH在上皮细胞中表达并对基质产生旁分泌作用[12-13],影响蜕膜化反应。此外,核受体辅助调节剂能够形成大型复合物以修饰染色质结构并调节大规模基因转录程序[14],在小鼠中,类固醇受体共激活剂SRC-2水平下降导致植入失败和蜕膜化的部分丧失,而伴随的SRC-1水平下降是子宫内膜细胞完全蜕膜化能力[15-16]。

1.2 反复性植入失败及成因

反复性植入失败(repeated implantation failures,RIF)是生殖医学领域中的重要难题。目前关于RIF的定义尚有争议,Polanski LT等[17]认为RIF指在卵母细胞收集14 d后,连续两个周期的体外受精、卵胞浆内单精子注射或冷冻胚胎替代后血清hCG阴性,其中卵裂期胚胎累计移植胚胎数不少于4个,囊胚移植胚胎数不少于2个,所有胚胎质量良好且发育阶段适宜。RIF可归因于胚胎本身问题和子宫内膜容受性缺陷。据估计,在体外受精过程中胚胎自身缺陷所致的妊娠丢失约占1/3[18],而关于子宫内膜容受性及子宫内膜-胚胎同步发育的因素约占2/3[19-20]。

1.2.1 某些疾病的病理状态导致植入失败 子宫肌瘤、子宫内膜息肉、宫腔粘连及子宫内膜异位症等影响子宫内膜容受性。子宫肌瘤尤其是黏膜下肌瘤可压迫内膜引起宫腔容积改变,可能导致临床妊娠率和植入率降低,手术切除黏膜下肌瘤可以提高生育能力[21];病理状态影响子宫内膜容受性相关基因及蛋白的表达,同源框基因A10(homebox A10 gene,HOXA10)的表达随着月经周期的变化而变化,并在着床窗口期显著增加。患有子宫肌瘤的女性子宫内膜基质细胞中该基因的表达较健康女性明显下降[22],该现象同样出现于子宫内膜异位症、子宫腺肌病、子宫内膜息肉、多囊卵巢综合征、输卵管积水等病理状态下[23-25]。宫腔粘连和子宫内膜息肉可以通过改变内膜厚度及宫腔容积对植入窗口期造成影响,引起胞饮突稀少或发育不良等结局[26-27];子宫内膜异位症患者的内膜雌激素受体水平植入前上调,加之孕激素抵抗,使得激素信号传导破坏,失衡的雌孕激素导致炎症加剧,降低了子宫内膜对正常胚胎的接受性[28]。

1.2.2 免疫因素 胚胎植入所必需的免疫细胞必须迅速适应从子宫上皮细胞和基质细胞释放的激素、趋化因子和细胞因子信号,以调整耐受和排斥以及组织的重塑和老化,协调子宫微环境的免疫平衡[29]。高达80%的RIF病例中检测到异常细胞因子谱[30]。在胚胎植入部位有大量免疫细胞聚集,其中65%～75%是子宫特异性自然杀伤(uterine natural killer,uNK)细胞,10%～20%是抗原提呈细胞,如巨噬细胞和树突状细胞[31-32]。既往研究发现,特发性RIF女性黄体中期外周和子宫的uNK细胞数量和活性增加,提示在此期行uNK检测可能有利于RIF的诊断和预防。但uNK细胞数量能否作为体外受精植入成功的评价指标目前仍有争议[33-34]。在大鼠中,重组人高迁移率组蛋白1(high mobile group box 1,HMGB1)的外源给药导致妊娠失败[35],HMGB1水平升高抑制了上皮细胞黏附能力,因此导致RIF患者的子宫内膜容受性受损。

1.2.3 子宫内膜微生物组 正常子宫内膜微生物组具有局部免疫刺激能力,潜在地调节植入所需的免疫细胞亚群,有利于正常组织重塑[36-37]。通常情况下子宫内膜微生物组有助于形成针对Th2/Treg免疫的细胞因子谱,反之,生态失调则会诱导Th1/Th17谱,对组织重塑和滋养层侵袭产生负面影响[38]。菌群失调会导致局部氧化应激,对子宫内膜细胞稳态产生不利影响[39]。目前尚未提供关于“核心子宫内膜微生物组”的概念,需要进一步深入研究。

1.2.4 其他 研究表明,富血小板血浆(platelet enriched plasma,PRP)是薄型子宫内膜和RIF患者的一种替代治疗策略[40]。鉴于少量优质数据,需要进一步前瞻性、大型和高质量随机对照试验来确定能从这种PRP治疗中受益的亚群。

1.3 黄体期缺陷

黄体期缺陷(luteal phase defect,LPD)指黄体孕酮类固醇数量以及持续时间的缺乏[41],临床表现包括原发性不孕或妊娠早期反复流产,且与高雄激素血症、高泌乳素血症、甲状腺功能减退有关。随着辅助生殖技术的开展,卵巢过度刺激周期中LPD相对常见。抗孕激素治疗干扰孕酮正常作用影响子宫内膜功能,并可能导致流产或不孕[42-43]。研究表明,2～3 d的孕酮暴露时间窗可促进子宫内膜最佳容受性[44-45]。但目前对于LPD与容受性因果关系的报告甚少,有待进一步研究。

2 子宫内膜容受性的检测方法与利弊评价

2.1 超声评估

超声检查以其无创性、实时性、可持续性、费用较低、辐射损伤低等特点在女性生殖系统疾病和产科诊疗等方面具有重要作用。随着超声医学技术的日益发展及对疾病认识的不断深化,除了子宫体积、内膜厚度等常规项目外,对于子宫内膜分型、子宫内膜容积、多普勒血流等检测的优化日新月异,已成为多种妇产科疾病及生殖医学领域首选的检查方法。

2.1.1 子宫内膜厚度 1986年,Fleischer AC等[46]首次采用经阴道超声图像显示正常月经周期中子宫内膜厚度和形态的变化,如今超声测量子宫内膜厚度是评估子宫内膜容受性最简单、最常见的指标。一项回顾性研究显示,在新鲜胚胎移植周期的取卵日测量子宫内膜厚度≤6 mm者的临床妊娠率约为50.0%,而在冻融胚胎移植周期中,开始补充孕酮当天测量子宫内膜厚度自≤6 mm增加到>14 mm,其临床妊娠率为34.8%～69.2%,活产率为26.1%～46.2%[47]。超薄子宫内膜不利于胚胎植入,子宫内膜功能层过薄或消失时,植入的胚胎会更接近螺旋动脉和基底层子宫内膜的氧浓度,与表面子宫内膜通常的低氧张力相比,基底层附近的高氧浓度可能是有害的。即使子宫内膜厚度是子宫内膜容受性的最重要参数,在某些情况下,仅以子宫内膜厚度作为容受性评价指标过于片面[48-50]。子宫内膜厚度受激素水平影响而产生变化,子宫内膜薄与种植率低有关,但并不存在子宫内膜厚度的绝对分界线,原因在于子宫内膜厚度受既往子宫内膜疾病或宫腔内操作影响较大。

2.1.2 子宫内膜模式 按照GONEN分型标准,可根据超声下子宫内膜与肌层的回声状态,将子宫内膜模式分为A、B、C三型。在雌二醇(estradiol,E2)与孕激素(progestin,P4)的周期性作用下,子宫内膜模式理论上会呈现顺序为A-B-C型的周期性变化,其中A型子宫内膜对胚胎着床最有利[51-53]。过早的分泌型子宫内膜模式是由孕激素水平上升引起的,这种过早的转换对妊娠率有不利影响。除此之外,孕酮受体-B具有刺激作用,由卵巢刺激诱导的PR-B表达增加将导致增殖型子宫内膜的持续存在。因此,延迟的子宫内膜成熟将与胚胎发育阶段不同步,导致ART周期的植入率下降。

2.1.3 子宫内膜容积 近十年来,研究者们发现可以通过利用多维阴道超声技术测量并重建得到子宫内膜容积参数以预测人工周期中的妊娠率。Zollner U等[54]在一项前瞻性研究中发现,人工周期中子宫内膜容积截断值为3.2 mL时其阴性预测值较高,子宫内膜体积<2 mL对宫腔内人工授精后临床妊娠的阴性预测值为96%。但是单以子宫内膜容积作为预测妊娠指标是否可行目前仍有争议,Schild RL等[55]研究指出子宫内膜厚度或体积的测量都不能可靠地预测体外受精的妊娠结局。

2.1.4 子宫内膜活动 子宫内膜活动与内膜下肌层的运动有关,可通过超声可视化为波状运动,在子宫肌层和子宫内膜之间的交界区最明显[56]。一项前瞻性队列研究在新鲜胚胎移植前后不同时间点对286例患者行超声检查,结果显示在所有测量时间点,非妊娠组的平均收缩频率始终高于妊娠组;而在移植后5 min测量到收缩频率降低,差异具有统计学意义[57]。对子宫内膜连续运动的观察研究较少,一次观察试验需要受试者保持静止状态持续至少约1 h,且易受包括病理生理状态、情绪、激素水平等的多重影响。Zhu L等[58]研究发现在胚胎移植前,大多数患者的子宫内膜运动波频率在1.1～3.0波/ min之间,当<2.0波/ min时临床妊娠率最高且随着波频的增加而减少,当>3.0波/ min时临床妊娠率最低。通过评估胚胎移植前后的收缩频率,可发现植入的过程导致子宫收缩频率的增加,不同的研究展示了不同的增量。

因此,仍然需要一些设计缜密的试验验证植入过程的收缩频率区间,这可能有助于确定哪些患者适宜使用肌肉松弛剂治疗,从而降低植入失败的可能。

2.1.5 多普勒血流信号 子宫动脉终末支血流供应子宫内膜,但其超声测量具有一定难度和误差,目前常用的较准确测量子宫内膜下血流灌注的指标有收缩/舒张比值(S/D)、血流指数、区域化血管指数等。Tong R等[59]回顾性分析发现,妊娠组与非妊娠组间子宫动脉S/D之和差异有统计学意义。因此,超声子宫内膜血流分级、螺旋动脉血流参数、子宫动脉血流参数有可能作为评价子宫内膜容受性的指标。

2.2 子宫内膜活检

2.2.1 组织学 种植窗对应月经周期中的分泌中期,一般为LH峰后第7～9日。在组织形态学上,位于此期的子宫内膜腔上皮和腺上皮在各种因子的调节下出现大而平滑的膜状凸起,该结构被称为“胞饮突”,其出现的时机与种植窗期一致,被认为是种植窗开放的特定形态学标志,意味着此时子宫内膜具有较好的容受性,因此过去内膜活检标本的电镜扫描及组织细胞学检查一度被视为评估子宫内膜容受性的“金标准”。Jin XY等[60]研究建立了胞饮突评分系统预测模型,前瞻性证实了胞饮突的表达与冷冻胚胎移植后妊娠的发生显著相关,其中高评分组的妊娠率和胚胎植入率显著高于低评分组。由此可见,胞饮突数量少、成熟度低,可能为不孕的原因[61]。但活检为有创性检测且费用相对较高,目前较少应用于临床。

2.2.2 子宫内膜容受性阵列 子宫内膜容受性阵列(endometrial receptivity array,ERA)是一种基于转录组特征的人类子宫内膜容受性基因组诊断工具,研究中发现 238 个差异表达的基因,这些基因涉及免疫、应激、信号转导、能量代谢等方面,基因与计算预测因子偶联,识别子宫内膜样品,并通过计算分析,将子宫内膜活检组织分为增殖性、接受前和接受性状态[62],其准确性和可重复性优于组织学诊断方法[63]。ERA对于反复种植失败的患者种植时间窗的选择有利,根据ERA结果指导后续个体化胚胎移植可改善妊娠结局。

2.3 宫腔镜

宫腔镜以可视化视角呈现子宫腔大小、形状以及内膜状态,其操作安全、便捷,已被广泛应用于临床。根据Sakumoto-Masamoto标准,宫腔镜下分泌期子宫内膜可呈现两种状态,佳型——腺体扩张呈指环状,内膜血管发育良好呈网状分布;差型——腺体开口小,内膜血管分布稀少呈点片状分布。研究发现分泌中期子宫内膜的宫腔镜形态是比激素水平更好的妊娠结局预后因素。差型内膜的患者早期流产发生率显著高于佳型患者[64-65]。根据子宫内膜腺体开口(GO)和血管发育(V)的特点,对宫腔镜检查结果进行评估,可以对内膜分期有具体且直观的印象评价,环形GO和3型V(发达的曲张血管)的出现意味着子宫内膜处于功能正常的黄体中期[66],加之其他辅助检查可更有效地把握种植窗开放时机。

2.4 子宫内膜液

与子宫内膜活检相比,内膜抽吸创伤更小,可在一定程度上弥补活检手术造成的内膜损伤与术后恢复相关的妊娠延迟等问题。子宫内膜液抽吸分析与子宫内膜活检结果相关[67]。Boomsma CM等[68]研究描述了一种在子宫内膜分泌物中进行细胞因子分析的新方法,通过多重免疫测定分析了210名接受体外受精或胞浆内精子注射的妇女在胚胎移植前吸出的子宫内膜分泌物,其中白细胞介素(interleukin,IL)(IL-1β、IL-6、IL-12、IL-18)、肿瘤坏死因子-α、巨噬细胞迁移抑制因子、嗜酸性粒细胞趋化因子、单核细胞趋化蛋白-1、干扰素-γ诱导蛋白-10、血管内皮生长因子在90%～100% 的样本中可检测到;肝素结合表皮生长因子、IL-5、IL-17、IL-10和 IL-15的检出率为23%～76%;未检测到干扰素-γ。另一研究发现,激活素A会分泌到子宫腔内,子宫内膜洗涤液中激活素浓度高者宫腔内人工授精后妊娠率更高,可能有助于预测成功植入[69]。子宫内膜液细胞因子的分析提供了一种客观、非破坏性的体内环境分析方案,但其能否单独用于预测子宫内膜容受性尚需更多高质量、大样本的临床研究佐证。

3 小结

综上所述,子宫内膜的容受性受多种因素影响,其生理机制纷繁复杂,很大程度上影响妊娠过程及妊娠结局。基于动物实验和临床研究,目前对子宫内膜容受性的分子机制有了一定程度的理解。然而在将其转化为具有临床意义的预后模型和针对次优子宫内膜容受性的治疗方面几乎没有取得突破性进展,因此充分识别最佳种植窗口仍面临重大挑战。尽管已有多种检测手段可用于评估子宫内膜容受性,但目前尚无“金标准”的标记物,大多数标记物都是通过小型的单一研究进行验证,这导致了可重复性、真实效果和临床价值的不确定性。

近年来随着研究深入,转录组预测因子作为对患者和亚表型疾病进行分层、改进诊断和个性化治疗的有力工具已被应用于医学诊断。来自转录组学、蛋白质组学和表观基因组学研究的数据具有诊断和治疗的巨大潜力[70-71]。基于此,子宫内膜容受性特征被重新定义为4个种植窗期转录组谱,并执行基于转录组谱的预测模型,确定了最佳子宫内膜容受性特征,有力地证实了转录组预测因子的重要价值[72]。对于子宫内膜容受性评估指标的探索需要以大量研究为基石,希望未来科研领域能有关于子宫内膜容受性机制和影响因素的高质量研究,寻找精准预测并改善子宫内膜容受性的方法,改善临床妊娠结局。