張 陽, 鐘彥琪, 鄒 麗, 劉曉夏

華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院婦產(chǎn)科,武漢 430022

胎盤發(fā)育良好是胎兒宮內(nèi)正常發(fā)育的前提,胎盤發(fā)育不良是子癇前期等多種胎盤源性疾病的病理基礎(chǔ),嚴重危害母嬰健康。細胞衰老是一種不可逆性的細胞生長終末停滯狀態(tài)[1],正常妊娠進展至足月分娩的過程中,存在胎盤生理性衰老[2-3];而缺血缺氧、炎癥因子、氧化應(yīng)激等多種衰老相關(guān)應(yīng)激因素可加劇胎盤病理性衰老,導(dǎo)致胎盤發(fā)育不良和功能障礙,引起子癇前期等多種胎盤源性疾病發(fā)病。近年來,多種天然或合成藥物被發(fā)現(xiàn)具有顯著的抗衰老效果,且在子癇前期疾病模型中同樣具有良好的預(yù)防治療效果,提示靶向細胞衰老可能是治療子癇前期的潛在新思路。本文結(jié)合相關(guān)最新文獻,圍繞細胞衰老在胎盤發(fā)育和子癇前期發(fā)病中的研究現(xiàn)狀作一綜述。

1 細胞衰老概述

細胞衰老是一種不可逆轉(zhuǎn)的細胞周期停滯狀態(tài),伴有衰老相關(guān)分泌表型(senescence-associated secretory phenotype,SASP)的發(fā)生。細胞衰老由缺血缺氧、氧化應(yīng)激、代謝紊亂、線粒體功能障礙、端?？s短、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)異常等內(nèi)外刺激或應(yīng)激源觸發(fā),導(dǎo)致核DNA損傷,繼而激活DNA損傷修復(fù)反應(yīng),通過p53-p21-pRb-E2F及p16-pRb-E2F信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑引發(fā)細胞周期阻滯,最終引起細胞衰老。識別細胞衰老依賴于多種衰老標志物的組合,包括:①細胞體積異常增大或形態(tài)變?yōu)楸馄?②細胞周期蛋白依賴性激酶抑制物p21和p16表達增加;③衰老相關(guān)-β-半乳糖苷酶(senescence-associated β-galactosidase,SA-β-gal);④衰老相關(guān)分泌表型;⑤核衰老相關(guān)異染色質(zhì)位點(senescence-associated heterochromatic foci,SAHF)和部分DNA甲基化數(shù)據(jù),也被稱為“表觀遺傳時鐘”。由于沒有單一的性狀可以獨自定義細胞衰老,所以細胞衰老表型的確定往往需要至少存在3個不同的細胞衰老標志。

2 子癇前期概述

子癇前期是一種妊娠期特有疾病,表現(xiàn)為妊娠20周以后,出現(xiàn)血壓升高和蛋白尿,并可出現(xiàn)頭痛、視物模糊、惡心嘔吐、上腹不適等多器官系統(tǒng)損傷的癥狀,是孕產(chǎn)婦和圍產(chǎn)兒病死的主要原因[4]。子癇前期病因和發(fā)病機制復(fù)雜,目前尚未完全闡明,Redman的“兩階段學(xué)說”指出:子癇前期絨毛外滋養(yǎng)細胞侵襲能力受損,造成“胎盤淺著床”和子宮螺旋動脈重鑄極其不足,導(dǎo)致胎盤缺血缺氧與氧化應(yīng)激,釋放多種胎盤因子進入母體循環(huán),促成系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)、全身小血管痙攣及內(nèi)皮細胞損傷,引起子癇前期多臟器受損[5]。新近研究進一步發(fā)現(xiàn),胎盤自噬受損、能量代謝紊亂、過度焦亡與鐵死亡等多種新型病理現(xiàn)象同樣參與子癇前期發(fā)病[6-7]。由此可見,遺傳因素、缺血缺氧、炎癥免疫、氧化應(yīng)激、能量代謝紊亂和內(nèi)皮功能障礙等多種危險因素相互串擾,共同導(dǎo)致胎盤發(fā)育不良,介導(dǎo)子癇前期發(fā)病。由于上述高危因素同樣也是重要的細胞衰老刺激因素,故子癇前期胎盤極可能發(fā)生病理性衰老。

3 細胞衰老與子癇前期

正常妊娠進展至足月分娩的過程中,胎盤滋養(yǎng)層[8]與母體蛻膜[9]中的衰老相關(guān)標志物p16、p21以及抑癌蛋白p53表達逐漸增加,細胞出現(xiàn)SAHF和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重組,且整個妊娠期間細胞滋養(yǎng)層中p16和p21的表達水平均顯著高于合體滋養(yǎng)層,提示胎盤生理性衰老參與調(diào)控滋養(yǎng)細胞合體化,胎膜的生理性衰老則可能介導(dǎo)分娩啟動[10]。相反地,缺血缺氧、炎癥免疫、氧化應(yīng)激等多種子癇前期發(fā)病因素可加劇胎盤衰老進程。研究表明:與正常妊娠相比,子癇前期胎盤滋養(yǎng)層[11-12]中p16、p21及p53表達均異常增加,端?？s短、聚集且功能障礙,端粒酶活性降低,SAHF水平異常升高[13-14],滋養(yǎng)層高表達DNA氧化損傷標記物8OHdG[11],且衰老相關(guān)分泌表型明顯,IL-1β和IL-6等促炎因子分泌水平明顯增加[15];子癇前期臍靜脈內(nèi)皮細胞的細胞周期G1/G0期細胞百分比減少而p53表達水平顯著升高[16],導(dǎo)致內(nèi)皮細胞功能障礙;子癇前期胎盤間充質(zhì)干細胞細胞周期異常,衰老標志物p21、p53和SA-β-Gal表達增加,而異常衰老的PMSC旁分泌促炎因子和可溶性FMS樣酪氨酸激酶-1(soluble FMS-like tyrosine kinases-1,sFlt-1)等抗血管生成相關(guān)因子[17],介導(dǎo)滋養(yǎng)細胞功能受損和血管生成不良[18]。胎盤病理研究進一步證實:子癇前期胎盤具有明顯的絨毛加速成熟特征,絨毛末端細小,基質(zhì)數(shù)量減少以及絨毛分支減少[19],合胞體結(jié)節(jié)增多[20]。因此,子癇前期胎盤病理性衰老,衰老程度加劇,介導(dǎo)多種胎盤細胞功能障礙。此外,Suvakov等[21]發(fā)現(xiàn),子癇前期患者全身多處組織器官(血液、血管、脂肪、腎臟等)均衰老水平加劇,這可能與子癇前期孕婦全身多器官損傷和產(chǎn)后遠期罹患心血管代謝疾病風(fēng)險增加密切相關(guān)。

目前,已發(fā)現(xiàn)包括300個以上的人類衰老調(diào)控相關(guān)基因,已確認胰島素/胰島素樣生長因子-1(Insulin/IGF-1)信號通路、雷帕霉素(mTOR)信號通路、SIRT家族和NAD+、AMP-活化蛋白激酶(AMPK)信號通路、衰老細胞抗凋亡信號通路等多個衰老相關(guān)靶點和信號途徑。例如,Klotho是一個重要的衰老抑制基因[22],位于人13q12染色體上,編碼的Klotho蛋白是Ⅰ型單次跨膜糖蛋白,廣泛表達于腎臟、脂肪、胎盤等多種組織器官之中[23],而膜結(jié)合型Klotho蛋白經(jīng)過可變剪接或裂解,產(chǎn)生可溶性α-、β-和γ-Klotho蛋白。研究表明:孕婦血漿α-Klotho濃度顯著高于非孕婦女,且妊娠期α-Klotho血漿濃度隨妊娠進展而顯著增加[24];較正常妊娠,子癇前期患者胎盤中Klotho的mRNA和蛋白表達水平均顯著降低[25-26],尿α-Klotho蛋白水平也明顯降低[21],且子癇前期胎盤Klotho基因的744G/A突變的多態(tài)性也更為常見[25];然而,Uzun Cilingir等[27]和Loichinger等[19]的研究均發(fā)現(xiàn),子癇前期孕婦的血清Klotho蛋白含量顯著高于正常妊娠,且血清Klotho蛋白可能是診斷子癇前期的潛在標志物(診斷截斷值:12.48 pg/mL,敏感度100%,特異度96%)。SIRT1也是一個經(jīng)典的長壽基因[28],位于人10號染色體,編碼的SIRT1蛋白是一種NAD+依賴性的組蛋白去乙酰酶。研究表明:較正常妊娠,子癇前期孕婦胎盤和血清中SIRT1水平均顯著降低[29-30];經(jīng)典的子宮灌注壓降低(RUPP)誘導(dǎo)的[31]、脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的[32]和腺苷A2A受體拮抗劑(SCH58261)誘導(dǎo)的[33]三種子癇前期孕鼠模型中,胎盤SIRT1的表達水平也均顯著降低。因此,子癇前期胎盤SIRT1表達異常減低,導(dǎo)致子宮螺旋動脈重鑄不良和胎盤血管發(fā)育受損,參與子癇前期發(fā)病[29]。Wang等[34]通過分析GEO胎盤轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集(GSE75010)鑒定58個基因與子癇前期胎盤衰老密切相關(guān),其中LEP和FLT1可能是調(diào)控胎盤衰老的關(guān)鍵基因。綜上可見,子癇前期胎盤衰老加劇,Klotho、SIRT1和LEP等多種衰老調(diào)控基因表達異常,介導(dǎo)胎盤細胞功能障礙,并異常旁分泌多種胎盤因子,共同導(dǎo)致胎盤發(fā)育不良乃至全身多臟器損傷。

子癇前期的發(fā)病機理異質(zhì)性高,不同子癇前期亞型的衰老途徑可能存在差異。既往根據(jù)發(fā)病時間分為早發(fā)型(孕34周前發(fā)病)和晚發(fā)型子癇前期(孕34周后發(fā)病)。早發(fā)型子癇前期主要與妊娠早期胎盤滋養(yǎng)層發(fā)育異常,子宮螺旋動脈重塑不良導(dǎo)致胎盤缺血缺氧有關(guān),臨床易出現(xiàn)多器官功能受損,胎盤體積減小、胎兒生長受限(FGR),子宮和臍動脈多普勒檢測異常;晚發(fā)型子癇前期則與母體高血壓、糖尿病等微血管疾病或母體遺傳傾向密切相關(guān),臨床上胎盤胎兒生長狀況以及子宮臍動脈血流多為正常。一項研究通過7個既往發(fā)表的研究和157個來自BioBank的高度注釋的新樣本,創(chuàng)建了一個大型的臨床相關(guān)的人類胎盤微陣列數(shù)據(jù)集(n=330),通過無監(jiān)督聚類分析確定了3種新的子癇前期亞型,包括典型子癇前期(早發(fā)型、FGR、HELLP綜合征相關(guān))、母體型子癇前期(晚發(fā)型、胎盤胎兒生長正常)和免疫型子癇前期(嚴重FGR,母體免疫紊亂)[35]。Siddique等[36]進一步基于人類衰老基因數(shù)據(jù)庫(http://genomics.senescence.info/cells)和GEO數(shù)據(jù)庫中胎盤轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集(GSE75010)分析發(fā)現(xiàn):子癇前期胎盤衰老加劇,多種衰老相關(guān)基因表達異常,且三種亞型子癇前期均表現(xiàn)出抗衰老基因表達異常減低,提示子癇前期胎盤細胞對衰老的易感性增加;典型子癇前期胎盤中ATR激活的應(yīng)激反應(yīng)、復(fù)制前復(fù)合物激活和mRNA剪接的相關(guān)基因表達異常減低;母體型子癇前期胎盤中著絲粒MAD2信號抑制、有絲分裂紡錘體形成和核小體組裝的相關(guān)基因表達異常;免疫型子癇前期胎盤中端粒酶和雙鏈斷裂修復(fù)以及著絲粒MAD2抑制信號轉(zhuǎn)導(dǎo)表達異常降低。

4 抗衰老藥物與子癇前期

近年來,針對衰老相關(guān)靶點和信號途徑研發(fā)了多種靶向的抗衰老藥物,或發(fā)現(xiàn)多種天然/合成化合物具有潛在的抗衰老活性。盡管目前尚未有抗衰老相關(guān)的藥物獲批上市,但在基礎(chǔ)研究中都顯示出良好的延緩衰老的效果,部分藥物已經(jīng)進入臨床研究階段。有趣地是,許多經(jīng)典的抗衰老藥物在子癇前期疾病模型中同樣具有良好的預(yù)防治療效果。盡管相關(guān)研究仍停留在基礎(chǔ)研究水平,但仍提示靶向胎盤衰老機制可能是治療子癇前期的潛在新思路(表1)。

表1 抗衰老藥物具有治療子癇前期的潛力

5 結(jié)論與展望

綜上所述,正常妊娠進展中胎盤生理性衰老,而缺血缺氧、炎癥因子、氧化應(yīng)激等多種內(nèi)外應(yīng)激源可介導(dǎo)胎盤細胞功能障礙并異常旁分泌SASP,加劇胎盤病理性衰老,從而導(dǎo)致子癇前期等多種臨床不良妊娠發(fā)生。新近研究發(fā)現(xiàn),多種天然或合成的抗衰老藥物在子癇前期疾病模型中具有良好預(yù)防和治療作用,提示靶向細胞衰老可能是治療子癇前期的潛在新思路。盡管如此,細胞衰老相關(guān)通路中各信號分子的作用及相互關(guān)系的詳細機制仍有待進一步闡明,從而深入了解生理性和病理性衰老在正常胎盤發(fā)育及子癇前期發(fā)病機制中的作用。此外,靶向細胞衰老可能是子癇前期新藥研究的潛在方向之一,但目前相關(guān)研究仍停留在動物模型水平。首先,需要關(guān)注妊娠期用藥的安全性;其次,需明確抗衰老相關(guān)藥物是否通過靶向胎盤衰老的作用機制發(fā)揮改善子癇前期的作用;最后,基于子癇前期多因素-多機制-多通路致病的特點,且不同子癇前期亞型的衰老途徑差異顯著[36],未來仍需在多種不同類型的子癇前期動物模型中驗證抗衰老藥物的療效,有助于進一步明確靶向胎盤衰老的新藥可能適用的子癇前期亞分類和亞分型,最終推向臨床應(yīng)用。