細胞衰老在子癇前期中的研究進展*

張 陽, 鐘彥琪, 鄒 麗, 劉曉夏

華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院婦產科,武漢 430022

胎盤發育良好是胎兒宮內正常發育的前提,胎盤發育不良是子癇前期等多種胎盤源性疾病的病理基礎,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[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、氧化應激等多種衰老相關應激因素可加劇胎盤病理性衰老,導致胎盤發育不良和功能障礙,引起子癇前期等多種胎盤源性疾病發病。近年來,多種天然或合成藥物被發現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。本文結合相關最新文獻,圍繞細胞衰老在胎盤發育和子癇前期發病中的研究現狀作一綜述。

1 細胞衰老概述

細胞衰老是一種不可逆轉的細胞周期停滯狀態,伴有衰老相關分泌表型(senescence-associated secretory phenotype,SASP)的發生。細胞衰老由缺血缺氧、氧化應激、代謝紊亂、線粒體功能障礙、端?？s短、染色質結構異常等內外刺激或應激源觸發,導致核DNA損傷,繼而激活DNA損傷修復反應,通過p53-p21-pRb-E2F及p16-pRb-E2F信號轉導途徑引發細胞周期阻滯,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變為扁平;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-β-半乳糖苷酶(senescence-associated β-galactosidase,SA-β-gal);④衰老相關分泌表型;⑤核衰老相關異染色質位點(senescence-associated heterochromatic foci,SAHF)和部分DNA甲基化數據,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,表現為妊娠20周以后,出現血壓升高和蛋白尿,并可出現頭痛、視物模糊、惡心嘔吐、上腹不適等多器官系統損傷的癥狀,是孕產婦和圍產兒病死的主要原因[4]。子癇前期病因和發病機制復雜,目前尚未完全闡明,Redman的“兩階段學說”指出:子癇前期絨毛外滋養細胞侵襲能力受損,造成“胎盤淺著床”和子宮螺旋動脈重鑄極其不足,導致胎盤缺血缺氧與氧化應激,釋放多種胎盤因子進入母體循環,促成系統性炎癥反應、全身小血管痙攣及內皮細胞損傷,引起子癇前期多臟器受損[5]。新近研究進一步發現,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象同樣參與子癇前期發病[6-7]。由此可見,遺傳因素、缺血缺氧、炎癥免疫、氧化應激、能量代謝紊亂和內皮功能障礙等多種危險因素相互串擾,共同導致胎盤發育不良,介導子癇前期發病。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,胎盤滋養層[8]與母體蛻膜[9]中的衰老相關標志物p16、p21以及抑癌蛋白p53表達逐漸增加,細胞出現SAHF和染色質結構重組,且整個妊娠期間細胞滋養層中p16和p21的表達水平均顯著高于合體滋養層,提示胎盤生理性衰老參與調控滋養細胞合體化,胎膜的生理性衰老則可能介導分娩啟動[10]。相反地,缺血缺氧、炎癥免疫、氧化應激等多種子癇前期發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],滋養層高表達DNA氧化損傷標記物8OHdG[11],且衰老相關分泌表型明顯,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],導致內皮細胞功能障礙;子癇前期胎盤間充質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)等抗血管生成相關因子[17],介導滋養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,基質數量減少以及絨毛分支減少[19],合胞體結節增多[20]。因此,子癇前期胎盤病理性衰老,衰老程度加劇,介導多種胎盤細胞功能障礙。此外,Suvakov等[21]發現,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后遠期罹患心血管代謝疾病風險增加密切相關。

目前,已發現包括300個以上的人類衰老調控相關基因,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],而膜結合型Klotho蛋白經過可變剪接或裂解,產生可溶性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突變的多態性也更為常見[25];然而,Uzun Cilingir等[27]和Loichinger等[19]的研究均發現,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];經典的子宮灌注壓降低(RUPP)誘導的[31]、脂多糖(LPS)誘導的[32]和腺苷A2A受體拮抗劑(SCH58261)誘導的[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,導致子宮螺旋動脈重鑄不良和胎盤血管發育受損,參與子癇前期發病[29]。Wang等[34]通過分析GEO胎盤轉錄組數據集(GSE75010)鑒定58個基因與子癇前期胎盤衰老密切相關,其中LEP和FLT1可能是調控胎盤衰老的關鍵基因。綜上可見,子癇前期胎盤衰老加劇,Klotho、SIRT1和LEP等多種衰老調控基因表達異常,介導胎盤細胞功能障礙,并異常旁分泌多種胎盤因子,共同導致胎盤發育不良乃至全身多臟器損傷。

子癇前期的發病機理異質性高,不同子癇前期亞型的衰老途徑可能存在差異。既往根據發病時間分為早發型(孕34周前發病)和晚發型子癇前期(孕34周后發病)。早發型子癇前期主要與妊娠早期胎盤滋養層發育異常,子宮螺旋動脈重塑不良導致胎盤缺血缺氧有關,臨床易出現多器官功能受損,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,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個既往發表的研究和157個來自BioBank的高度注釋的新樣本,創建了一個大型的臨床相關的人類胎盤微陣列數據集(n=330),通過無監督聚類分析確定了3種新的子癇前期亞型,包括典型子癇前期(早發型、FGR、HELLP綜合征相關)、母體型子癇前期(晚發型、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據庫(http://genomics.senescence.info/cells)和GEO數據庫中胎盤轉錄組數據集(GSE75010)分析發現:子癇前期胎盤衰老加劇,多種衰老相關基因表達異常,且三種亞型子癇前期均表現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激活的應激反應、復制前復合物激活和mRNA剪接的相關基因表達異常減低;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以及著絲粒MAD2抑制信號轉導表達異常降低。

4 抗衰老藥物與子癇前期

近年來,針對衰老相關靶點和信號途徑研發了多種靶向的抗衰老藥物,或發現多種天然/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的藥物獲批上市,但在基礎研究中都顯示出良好的延緩衰老的效果,部分藥物已經進入臨床研究階段。有趣地是,許多經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防治療效果。盡管相關研究仍停留在基礎研究水平,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、氧化應激等多種內外應激源可介導胎盤細胞功能障礙并異常旁分泌SASP,加劇胎盤病理性衰老,從而導致子癇前期等多種臨床不良妊娠發生。新近研究發現,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,細胞衰老相關通路中各信號分子的作用及相互關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育及子癇前期發病機制中的作用。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,但目前相關研究仍停留在動物模型水平。首先,需要關注妊娠期用藥的安全性;其次,需明確抗衰老相關藥物是否通過靶向胎盤衰老的作用機制發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,最終推向臨床應用。