本文刊登于《中國實用婦科與產科雜志》2020年1期61-64頁
作者 ：漆洪波，童超
基金項目：國家重點研發計劃（2018YFC1004103）；國家自然科學基金（81671488，81871189）
作者單位：重慶醫科大學附屬第一醫院婦產科，重慶 400016
電子信箱：qihongbo728@163.com
二級教授、醫學博士、博士生導師。重慶醫科大學附屬第一醫院婦產科主任，中華醫學會圍產醫學分會副主任委員，中國醫師協會母胎醫學專委會副主任委員、“百千萬人才工程國家級人選“、“國家衛健委突出貢獻中青年專家”、教育部國際合作 “母胎醫學實驗室”及重慶市重點實驗室主任。全國統編5年制《婦產科學》第9版副主編，研究生統編教材《婦產科學》副主編，國家衛健委住院醫師規范化培訓教材《婦產科學》副主編；共同主編《難產》《助產》等著作30多部。獲國家重點研發計劃、國家自然科學基金項目重點項目、面上項目等資助30多項，發表論文320多篇(SCI論文 60多篇)。
子癇前期（pre-eclampsia，PE）是指妊娠20周以后出現的新發高血壓伴多系統受累和損害的綜合征。在世界范圍內，每年子癇前期可造成大于50萬新生兒和胎兒以及大于7萬孕產婦死亡，全球發病率約2%～8%。而重度子癇前期可繼發出現溶血、肝酶升高、血小板減少等，即HELLP綜合征，導致全身多個系統器官損害。子癇前期是多種因素共同作用所致，因此應該從多角度、多機制探究子癇前期的分子病理學基礎，方有可能實現PE的早期預測和預防。1 子癇前期“二階段模式”學說發展為“六階段模式”
PE 被認為是多病因、多機制、多階段發展的復雜病理過程，2009 年Redman提出著名的子癇前期“二階段模式”學說（the two-stage model of PE）。第一階段即妊娠前半期，因胎盤發育不良導致PE發生，無臨床癥狀；第二階段發生于妊娠后半期，胎盤處于氧化應激和炎癥狀態，合體滋養細胞分泌可溶性VEGF受體1（sFlt-1）、soluble endoglin 等引起母體系統性炎癥，出現臨床癥狀如新發高血壓和蛋白尿。隨著對PE發病機制研究的深入，Redman認為“二階段模式”學說不能充分反映PE發病機制，繼而在2014年提出更加細化的“六階段模式”（the six stages of pre-eclampsia）：第一階段，指受精至胚胎著床，由于這個過程時間短，母體出現對胚胎父源基因的免疫耐受不良。繼而是第二階段，即妊娠第 8～18 周，也是胎盤發生（placentation）的關鍵時期，胎盤形成異常被認為是觸發 PE 的導火線。此時滋養細胞開始侵襲進入子宮螺旋動脈，一旦胎盤形成異常，則進入 PE 第三階段，出現應激反應。第四階段即進入妊娠后半期，各種胎盤源性的損傷因子釋放進入母體血液循環。一旦出現臨床癥狀如高血壓，可診斷PE時，即為第五階段。不足半數PE患者會進入第六階段，此時病情急劇加重，螺旋動脈迅速粥樣硬化，胎盤灌注進一步減少并誘發螺旋動脈血栓形成以及胎盤梗死。“六階段模式”本質是對“二階段模式”學說更加細化的時間分段和內容補充。胎兒對母體能量物質需求在妊娠不同階段不斷變化，因此母胎界面對于母體能量營養物質攝取和運輸也隨之不斷變化，而“六階段模式”更加細致的時間劃分，為研究母胎對話關鍵分子機制以及能量轉換的時空特異性提供了堅實的學說基礎。其中第二階段由于發生時間早、持續時間長，滋養細胞從第8周開始侵襲螺旋動脈，參與胎盤形成，此階段極大可能是PE發病關鍵環節，激活的源頭信號分子可形成級聯放大效應，在母胎界面造成持續損害，故而此階段是研究滋養細胞病理生理變化和尋找PE早期預測和診斷標志物的黃金期。母胎界面（maternal-fetal interface）由母體蛻膜和胎體胎盤組成，胎盤來自胚泡滋養外胚層。蛻膜起源于子宮內膜，僅存在于妊娠期間，其特征是對同種異體胎兒具有免疫耐受性，能保持宿主對病原體的防御能力。母胎界面實際上由蛻膜基質細胞、蛻膜免疫細胞和滋養細胞組成。在蛻膜化過程中，螺旋動脈在胎兒和母體側均有重塑，因此胎盤浸在母體血液中，有利于營養物質、氣體和廢物的交換。胎盤植入后，螺旋動脈內皮層（以及局部蛻膜基質細胞）被侵蝕，形成一個纖維蛋白樣壁，內含浸潤性胎盤來源的滋養細胞。胎兒滋養層細胞和母體免疫細胞互作可使螺旋動脈擴張，從而減小血流阻力，并使接觸胎盤的母體血液體積最大化。2.1 母胎界面能量代謝 胎盤作為妊娠期最大代謝器官，需要充足營養和能量物質滿足其自身生長、物質轉運和蛋白質合成的需求，葡萄糖（glucose）是胎兒和胎盤的主要能量來源。胎兒自體產生葡萄糖的能力非常有限，因此胎兒幾乎所有的葡萄糖都來自母體。胎盤通過細胞膜上的葡萄糖轉運蛋白（glucose transporter，GLUT）實現對葡萄糖的轉運利用，其中與胎盤代謝相關的主要是GLUT1，GLUT3和GLUT4。葡萄糖的凈轉移取決于胎盤轉運蛋白密度、母胎界面葡萄糖濃度梯度和胎盤葡萄糖代謝水平。其中，GLUT1主要表達于人類合體滋養層細胞，其微絨毛膜的表達量是基底膜3～4倍，以此確保從母體一側獲得更大運輸能力，且跨胎側葡萄糖轉運被視為限速步驟。GLUT4定位于基質細胞，GLUT3定位于妊娠早期合體滋養細胞微絨毛膜，其表達量隨妊娠期逐漸減少，表明GLUT3對妊娠早期葡萄糖攝取可能更重要。另一方面，孕早期合體滋養細胞β-氧化關鍵酶升高，脂肪酸為胎盤提供能量，促進滋養細胞合胞化且抑制滋養細胞侵襲作用。此時，胎兒自身脂肪酸合成能力達不到自身需求，胎兒所需要的脂質主要由胎盤攝取提供。脂蛋白受體，脂酶［脂蛋白脂酶（LPL），內皮脂酶（EL），激素敏感性脂酶（HSL）和脂肪甘油三酸酯脂酶（ATGL）和脂肪酸結合蛋白（FABP）］促進胎盤脂蛋白轉移。除此之外，氨基酸是胎兒蛋白質和核酸合成的重要底物，跨胎盤氨基酸轉運過程復雜，由3種不同功能的氨基酸轉運體（聚集、交換、調協功能）協作完成，是主動運輸過程，受氨基酸轉運體功能、胎盤結構以及胎盤氨基酸濃度等影響。
已有研究發現，胎盤滋養細胞具有類似腫瘤細胞的特性，高度依賴于糖酵解供能。平原地區PE患者的合體滋養細胞頂端質膜側GLUT1表達減少，對葡萄糖轉運效率減弱，胎盤從母體循環攝取葡萄糖減少；而高原地區PE患者的胎兒側乳酸水平增加，滋養細胞基底膜側的GLUT1表達減少，說明胎兒從胎盤攝取葡萄糖能力減弱。提示不同海拔地區，葡萄糖代謝參與PE的發病機制可能不同，這很可能與高原獨特的低氧環境有關，因為缺氧可能造成有氧糖酵解部分能量利用障礙。目前，這部分機制尚未明確，將是我們進一步探索的研究重點。GLUT1側重于維持妊娠期基礎水平葡萄糖攝取，而妊娠早期GLUT3側重于優化葡萄糖攝取達到為胎兒生長發育供能最佳水平。現有研究顯示，GLUT3多參與胎兒生長受限（FGR）的發病，而PE多伴有FGR。因此，GLUT3很可能同時在PE發病中扮演重要角色。而機體另一主要能量來源為脂肪酸，PE母體血漿中總膽固醇酯、低密度脂蛋白（LDL）、極低密度脂蛋白（VLDL）和三酰甘油（TG）濃度顯著增加，伴有短鏈和長鏈脂肪酸堆積，且胎盤TG和CE含量增加。提示PE胎盤攝取和利用脂肪酸能力減弱，而脂肪酸β-氧化障礙很可能是其重要發病機制。脂肪酸通過β-氧化為機體供能，當這一供能機制受損，可伴有大量中間代謝物堆積，后者可誘導一系列病理生理變化，從而參與PE發病。不能忽視的是，不同能量代謝途徑的中間產物也可介導或影響細胞間的相互對話，如22和20碳長鏈不飽和脂肪酸可部分拮抗高糖對滋養細胞細胞小管形成的損害作用。因此，明確母胎界面主要供能物質時空特異性變化在PE發病機制研究中意義重大。但目前已有的實驗證據主要來自于離體實驗。在后續研究中，研究者應盡可能采用可標記、可示蹤技術進行在體實驗，探索主要能量代謝產物在母胎界面的時空轉化規律和相互調控機制。2.2 母胎界面免疫應答 成功的妊娠需在免疫激活和胚胎抗原耐受之間進行精細而高效地調節使之處于動態平衡。由于胎兒具有半同種異源性，孕產婦免疫系統不僅要耐受胎兒，且要保持防御感染的能力。母胎界面由不同免疫細胞組成，例如蛻膜自然殺傷（dNK）細胞，巨噬細胞，T細胞，樹突狀細胞（dendritic cells，DC），B細胞和NKT細胞。免疫細胞，蛻膜基質細胞和滋養細胞之間相互作用構成廣泛的細胞連接網絡。細胞免疫失衡可導致不良妊娠結局，例如反復自然流產、子癇前期、早產、胎兒生長受限和感染。母嬰界面免疫細胞動態變化尚未明確闡明。
研究報道，PE蛻膜中CD3+和CD8+T淋巴細胞數量明顯高于正常妊娠。同時，大量證據表明，Th1型免疫和促炎性細胞因子是PE發生發展的重要因素。PE蛻膜組織或臍帶血中，Th17細胞增加或Th17/Tregs比例增加。但是PE樹突狀細胞數量卻沒有明顯改變。另一方面，dNK細胞KIR-AA基因型受體與EVT的HLA-C2同種異型配體之間的不匹配可能對dNK細胞產生強烈抑制作用。子癇前期蛻膜中dNK細胞、Tregs和TGF-β1含量增加。研究者認為，由蛻膜Treg分泌的TGF-β1增多會抑制dNK細胞的細胞毒性和誘導血管生成功能，導致胎盤形成缺陷，進而導致PE發生。最近，Tamara Tilburgs團隊通過表型和功能分析，發現健康孕婦蛻膜中存在3種不同類型CD4+Treg細胞：CD25HI FOXP3+、PD1HIIL-10+和TIGIT + FOXP3dim，它們具有調節表型和抑制T細胞反應的能力，也為子癇前期分子機制探究提供了新視角。2.3 母胎界面的其他信號轉導機制 大量研究發現內質網應激、氧化應激、滋養細胞侵襲遷移功能異常可能參與PE發病。內質網應激可通過激活硫氧還蛋白相互作用蛋白（TXNIP）進而結合并激活炎性小體3（NLRP3），活化PE患者胎盤中的白介素-1β（IL-1β），導致母胎界面炎癥失調誘發PE。內質網應激還可通過未折疊蛋白反應（URP）上調ATF4和ATF6 β，進而減少胎盤生長因子（PlGF）mRNA 的表達從而抑制PlGF釋放。嚴重PE胎盤中基質細胞衍生因子2（SDF2）顯著上升，可上調ERK信號通路，使PERK、P-EIF2a、ATF4、CHOP等表達水平顯著升高，從而增加細胞凋亡。同時，促炎細胞因子可上調PERK-EIF2a的表達而抑制間質金屬蛋白酶2（MMP2）活性，從而抑制滋養細胞侵襲能力。另一方面，進行RUPP手術的SD大鼠術后第5天腎臟和胎盤活性和呼吸速率明顯降低，線粒體功能受損，ROS增多，導致高血壓和胎兒體重減輕。而以上蛋白和小分子物質也可通過釋放外泌體影響其他細胞組織。外泌體由不同類型細胞釋放到細胞外環境中的囊泡，將信號攜帶至受體細胞，從而影響其氨基轉移，凋亡和血管生成。新近的研究發現子癇前期的外泌體表達大量的sFlt-1和sEng，同時證明這些外泌體可以在體外抑制人臍靜脈內皮細胞增殖，遷移和小管形成。在小鼠模型中，PE患者外泌體可引起血管功能障礙，導致PE不良結局。無論是內質網應激、氧化應激還是外泌體，其激活的分子信號都可能影響能量代謝過程或其中間產物，參與PE發生。
通過分析孕婦外周血成分變化預測PE是目前最直接有效的辦法，一些經典候選分子包括血管生成和抗血管生成因子，如血管內皮生長因子（VEGF）、PlGF、sFlt-1、可溶性TGFb輔助受體（sEndoglin）、激活素A（Activin A）、抑制素 A（Inhibin A）、人絨毛膜促性腺激素（hCG）以及Ⅰ型血管緊張素Ⅱ受體自身抗體（AT1-AA）等。此外許多潛在新型PE標志物也逐步被發現，妊娠11～13周和19～24周時測量母體子宮動脈搏動指數（UtA-PI），平均動脈壓（MAP）和血清PlGF可預測部分高危孕婦PE的發生。孕晚期的早期可監測UtA-PI、MAP、PlGF和sFlt-1水平，晚期可監測MAP、PlGF和sFlt-1水平，反映PE嚴重程度。重度PE孕婦血清中AMPK明顯升高，采用AMPK激動劑可以改善PE血管失衡，且p-AMPK可誘導Treg細胞發育并減少Th17細胞分化促進恢復免疫穩態。而上述對于蛋白水平和生命體征的監測都具有一定滯后性，檢測與細胞能量代謝相關的小分子代謝物是一種更為快速便捷精準的方式，因為小分子代謝物可級聯放大轉錄、翻譯水平和大分子物質功能的異常變化，可大大提前PE的診斷時間點，有效擴展PE預測和治療窗口期。子癇前期具有高度異質性，同時母胎界面的組成高度復雜，各類型細胞間的相互調控方式多樣且過程精細，為全面深入揭示PE的病因學機制帶了極大的困難。近年來，單細胞測序技術的迅猛發展為研究滋養細胞發育、分化、歸巢提供了技術支持。但研究子癇前期仍充滿挑戰，比如目前仍未建立世界公認的子癇前期動物模型。中科院動物所王紅梅教授團隊最近已成功建立食蟹猴胚胎體外培養系統（In Vitro Culture System），該系統培養方案可支持食蟹猴體外受精的胚胎在體外培養存活至第20天，無需母體參與，為從滋養細胞發育初始研究PE發病機制創造了絕佳模型。再者，對于胎盤生物樣本的采集普遍于產婦分娩時獲取，采集妊娠其他時期胎盤組織樣本十分困難，而微流控芯片的問世為從母體外周血檢測胎盤來源的細胞外囊泡提供了可能性。最后，PE早期干預對于妊娠結局影響巨大，但目前的藥物治療手段尚不具備組織或細胞特異性，而新型納米材料可包裹藥物進行胎盤特異性投遞，為實現胎盤靶向干預提供了契機。綜上所述，盡管子癇前期發病的機制研究道阻且長，但是隨著各種先進技術手段的發明突破及綜合運用，從多個角度深入解析母胎界面的對話機制，PE的預測治療手段有望在不遠的將來取得革命性的進展。（參考文獻略）
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