子宫内膜整合素与不孕症

关键词： 不孕症 整合素 着床 子宫内膜 

    不孕症是妇科常见病之一，据统计国外的发生率为育龄夫妇的10%～25%，随着助孕技术的广泛开展和不断改进，其成功率不断提高。而令人困惑的是，有近15%～20%的不孕症夫妇最终找不到确切病因[1，2]，而且作为治疗不孕症最终手段的体外受精-胚胎转移（IVF-ET）,其妊娠成功率也只有12%～35%，并随着年龄的增高而下降[3]。另外研究发现[4]，人群中有22%的妊娠在还未临床诊断前发生流产。这些现象使人们对不孕症患者着床方面的的缺陷越来越重视。着床时胚胎和子宫内膜的同步发育与相互配合是很重要的，其中，子宫内膜的接受性又是一个关健性因素，成为一个研究热点。由于近年来对细胞粘附分子（cell adhesion moleculars,CAMs），尤其是其中整合素（Integrins ,亦称整联蛋白）的研究不断深入，并不断报道女性生殖系统整合素表达方面的研究成果，使人们对这类分子在着床中所起作用及其与子宫内膜接受性关系的研究发生兴趣，试图通过这方面研究揭示部分不孕症患者的发病机理。本文回顾近年来报道的这方面研究成果，并综述如下。
一、整合素的分子生物学特性
整合素分子是一组由多种穿膜糖蛋白受体组成的家族，其分子结构为：α和β二条链通过非共价健连结在一起的异二聚体分子。这些分子均由3个区域组成，它们是胞外区、穿膜区和胞浆区。其胞外区可以和多种配基结合，包括细胞外基质蛋白（ECM），例如，纤维粘连蛋白（fibronectin，FN）、体外粘连蛋白（vitronectin,VN）、层粘连蛋白（laminin,LM）和胶原蛋白（collagen,CA）等，以及其它细胞表面受体（ICAM-1，VCAM-1等）。许多整合素分子可识别ECM分子上普遍存在的三肽氨基酸顺序，即、RGD顺序[5]。已经发现有12种不同的α链和8种不同的β链，组成约20种不同的整合素分子，根据β链的不同将其分为8个亚族。绝大多数细胞可表达多种整合素分子，而许多整合素分子可在多种细胞表面表达。
近年来研究发现[6]，整合素分子不仅作为粘附受体，有利于细胞与ECM的粘着和细胞的迁移，而且作为信号传递受体，通过以下信号传递机制完成对细胞扩展、生长及存活的调节：①影响细胞骨架蛋白。整合素分子与ECM结合后，使骨架蛋白锚着于细胞膜，形成灶性粘附结构（focal adhesion），结构中含有骨架蛋白、肌动蛋白、信号传递分子及整合素，骨架蛋白和肌动蛋白的重组是细胞得以迁移的基础。②产生第二信使。受体结合后，细胞内自由Ca++的浓度升高，作为第二信激活一系列酶，包括蛋白激酶和磷酸化酶等，参与信号的传递。③激活蛋白激酶。包括灶性粘附蛋白激酶、有丝分裂激活蛋白激酶等，有利于细胞的移动和分裂。④诱导基因表达。
二、正常子宫内膜的整合素表达与内膜接受性
正常子宫内膜仅在一个极短的关健时期内允许胚胎着床，而且与胚胎发育同步，这一时期代表着子宫内膜接受性达到最高的时期，被称为“着床窗”，通过对内膜的组织形态学研究发现这一时期约为月经第20～24d[7]。但是，由于组织学内膜的定期存在缺陷，众多研究者开始寻找能代表内膜接受性的潜在标记，目前研究发现有植物血凝素（lectins）、粘蛋白（mucins）、糖蛋白（glycoproteins）以及其他内膜的分泌物质[8]。近年来，一些学者通过对正常子宫内膜整合素表达水平在时间和空间上的变化特点进行研究，发现某些整合素分子的表达呈现周期特征性，但由于实验方法及研究对象选取的不同，结果尚存在一些分歧。例如，Tabibzadeh等研究发现[9]，α4β1只在增生中期到分泌中期内膜表达：而van der Linden等[10]采用定性的免疫组化方法对增生早期、排卵前期、黄体中期和月经前期内膜分析其β1亚族整合素分子的表达，仅发现α2β1在黄体中期表达缺失，其它均无周期特征性改变。Shiokawa等[11]则同时采用流式细胞分析和免疫组化方法，对增生早期和分泌中期子宫内膜以及蜕膜β1和β1亚族中α1-6亚单位的表达进行研究，并发现分泌中期内膜间质细胞β1、α1、α2和α5的表达显著高于增生早期，而且成熟的蜕膜细胞显著表达β1、α1、α3和α5亚单位。
Lessay等人的研究较为系统和全面，他们[12]先是采用定性的免疫且化方法，研究发现内膜腺上皮细胞β1整合素表达呈周期特征性（只在分泌期表达），内膜上皮αvβ3（VN受体）的表达也呈周期特征改变，其中β3于月经第20d突然表达于腔上皮和腺上皮。随后[13]，他们采用一组共计53种针对不同整合素分子的单抗，通过半定量的免疫组化方法（HSCORE法），以LH峰值对内膜标本准确定期，对分别采自增生期（月经第7d）、黄体早期（月经第17～18d）和黄体中期（月经第22～23d）内膜标本进行分析，发现在内膜上皮呈周期特征性表达的整合素亚单位是：α1、α4和β3，并着重研究了三者在内膜上皮表达的准确时间，发现它们共同表达的时间间隔为4d（月经第20～24d），它与内膜“着床窗”相吻合，于是认为内膜α4β1（FN受体）和αvβ3可以成为子宫内膜接受性达到最大的时间确定标志，这一结果与他们另一项研究结果一致[14]。
由此可见，某些整合素分子在内膜的表达呈周期特征性，那么其表达的调节机制自然就引起研究者的兴趣。首先，内膜间质细胞体外培养的表明[11]，雌激素（E）和孕激素（P）同时作用可使增生早期内膜的β1、α1、α2、和α5表达显著增高，以及发现[15]表皮生长因子（EGF）、转化生长因子-α（TGF-α）和TGF-β1可显著增加α1β1的表达而白细胞介素-1α（IL-1α）、IL-1β和TNF-α增高αvβ3的表达。其次，根据对一种分化良好的内膜腺癌细胞系（ishikawa cells）体外培养的研究结果发现[16]，E单独以及E和P同时作用均使其αvβ3的表达显著下降，推测内膜上皮细胞只有在分泌中期雌激素受体（ER）和孕激素受体（PR）有效的下调时才能解除E和P对其表达的抑制，同时发现：EGF和TGF-α可显著增高αvβ3的表达，并且证实EGF是在转录水平调节其表达。
显然，这些在激素及相关因子调节下呈周期特征性表达的整合素分子与胚胎着床过程关系密切。一方面，它们可能参与着床起始时胚胎在子宫内膜表面的定位、粘着过程，因为研究发现[17]，胚胎滋养层细胞能合成oncofetal FN所以内膜α4β1分子可能作为oncofetal fN的受体参与着床过程中对滋养层组织的识别。又如αvβ3可识别VN、FN和osteopontin等ECM分子上的RGD区，而这些ECM分子存在于内膜上皮，并且αvβ3也表达于滋养层细胞表面[18]，因此推测αvβ3及其配基同时参与滋养层组织-内膜的双向识别过程。另一方面，研究发现[19]，如果用针对β1及其相关亚单位的单抗处理蜕膜细胞后，则胚胎着床过程中滋养层细胞的向外派生（outgrowth）受到显著影响，因此，一些整合素分子可能参与调节的着床过程中囊胚的生长及分子，尤其是滋养层细胞的分化，有利于胚胎进一步的植入。
三、不孕症患者内膜整合素的表达
整合素然直接或间接地参与胚胎着床，尤其是与内膜的接受性密切相关，那么不孕症患者内膜整合素的表达又是怎样的呢？对此，近年来进行了一些研究。
Klentzeris等人[20]研究了原因不明不孕症患者和正常生育能力妇女在内膜β1整合素表达上的差异，他们采用一组6种针对β1亚族整合素（VLA）的单抗对内膜不同成份进行研究，内膜标本取自24例正常生育能力妇女和24例原因不明不孕患者，并应用尿黄体生成激素（LH）峰值对标本准确定期（分别为LH+4d、LH+7d、LH+10d和LH+13d）。研究发现，两组中唯一差异就是α4β1（VLA-4）在不孕组黄体期的内膜腺上皮及腔上皮均表达缺失。如前所述，FN存在于滋养层组织中，作为FN受体的α4β1­表达缺失就可能影响胚胎对母体内膜的识别、定位和粘着，从而引起着床失败。
与此同时，Lessey等对此也进行了深入的研究。他们[12]先是在研究中发现，在黄体期发育延迟的内膜上β3的表达缺失。随后，他们[21]就以整合素为标志，尤其是β3，研究的标本为87例原发性不明原因不孕症患者着床期内膜。结果发现，与对照组相比，不孕组内膜上皮的β3表达水平显著降低，并定义了两种类型的内膜整合素表达缺陷：Ⅰ型缺陷，组织学发育延迟的黄体期同膜（out of phase），同时伴有β3表达缺陷；Ⅱ型缺陷，组织学发育正常的黄体期内膜（in phase），仍然伴有β3表达缺陷，这两种缺陷分别占全部不孕患者的26%和39%。并发现，16例Ⅰ型缺陷患者经激素治疗后，11例恢复β3的表达，其中4例随后成功地妊娠，未恢复表达的5例随后证实患有微小或轻度的子宫内膜异位症（以下简称：内异症）。这两种缺陷意味着导致内膜接受性降低的不同机制：Ⅰ型缺陷可能与激素水平不足或对激素反应性下降有关；而Ⅱ型缺陷可能与内膜的功能异常有关。由此，他们最近[22]又着重研究了不孕人群中着床期内膜PR与代表内膜接受性的整合素（α1β1、α4β1和αvβ3）之间的关系。发现，80例黄体功能不足患者（luteal phase deficiency,LPD）内膜上皮PR表达水平显著高于其他对照组（治疗后的LPD组，轻度内异症组，正常受孕能力组及非内异症的不孕组），同时αvβ3的表达在LPD组及内异症组显著下降，从而证实着床期内膜正常接受性的建立与上皮PR的下调（down-regulated）有密切关系，组织学诊断的LPD患者与PR的下调失败和内膜接受性标志表达缺陷相关。至于其中隐匿性接受性缺陷患者（即，组织学内膜发育及PR表达水平均正常）其内膜αvβ3表达可能受到其它因素的影响，例如，内异症以及其它某些疾病状态下，可发生细胞因子或生长因子分泌异常，通过前文述及的调节机制影响内膜整合素的表达。
内异症可导致患者表现为不孕已成为临床医生的共识。但是，内异症，特别是轻度内异症，通过什么机制使患者的受孕能力下降一直未被阐明。有人通过动物模型的研究发现[23]，着床失败可能是内异症患者不孕的原因。专门对内异症患者着床期内膜整合素表达的研究发现[14]，在241例采自不孕症人群月经第19d后的内膜（组织学诊断为黄体功能正常）中，有105例证实为内异症（43.6%），内膜β3的表达缺陷与最终诊断为内异症具有明显相关性，而且微小或轻度内异症患者（Ⅰ或Ⅱ级）内膜β3的表达水平显著低于中度或重度内异症（Ⅲ或Ⅳ级）。
另外，输卵管因素引起的不孕在女性不孕因素中居首位，约占20%～40%，其中多数是输卵管炎症性的阻塞或欠通畅。而临床实践中发现患有输卵管炎症性积水的不孕患者进行IVF-ET时，其着床率和妊娠率均较低。于是Meyer等[24]对103例有输卵管积水的不孕妇女着床期子宫内膜整合素表达进行了研究，发现与其他因素不孕组和正常受孕组相比，他们内膜αvβ3表达缺陷（Ⅰ型和Ⅱ型缺陷）的发生率显著增高，而且观察到77%Ⅰ型表达缺陷和57%Ⅱ型表达缺陷经过对输卵管积水外科治疗后得到了纠正，故认为严重的输卵管炎症可影响子宫内膜接受性，其中部分病例在炎症病灶去除后恢复正常表达。由此推测，输卵管存在炎症时：一方面，可能由于上行性感染子宫内膜本身存在炎症，组织及细胞遭到破坏，影响整合素的表达；另一方面，由于局部炎症病灶的存在，子宫及附件局部微环境中某些细胞因子或生长因子分泌发生异常，影响整合素表达，最终导致着床失败。
综上所述，人类着床期子宫内膜某些整合素分子（β1亚族和αvβ3）的表达呈周期特征性，与“着床窗”的开放相吻合，可以作为内膜接受性的标志，并受雌孕激素、某些生长子因子和细胞因子的调节，直接或间接的参与着床过程。而在不孕症人群中，包括不明原因性不孕、内异症（尤其是微小或轻度内异症）、黄体功能不足和严重输卵管炎症患者，其着床期内膜这些整合素分子的表达确实存在缺陷，从而影响内膜接受性，导致着床失败，成为这些患者不孕的内在机制。由于这方面的研究还刚开始，尤其是关于整合素分子与其它着床相关分子之间的调节关系，以及与助孕技术成功率的相关性还未进一步阐明。相信，随着研究的不断深入，必将进一步提高人们对着床机制的认识，从而可以指导临床实践，大大提高助孕技术的成功率，而且可能为不孕症提供新的治疗方法。
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