上皮-间充质可塑性在胚胎着床过程中的研究进展
时间：2023-01-15 08:10:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
黄亚雄，张元珍
(1.武汉大学中南医院，武汉 430000；
2.湖北医药学院附属国药东风总医院，十堰 442008)
上皮-间充质可塑性(EMP)是上皮细胞和间充质细胞相互过渡转化的过程，包括间充质-上皮转化(MET)及上皮-间充质转化(EMT)两个过程[1]。MET是指机体在生长发育过程中，部分间充质细胞在各种因素的刺激下，经过多重生物学变化，其间充质细胞的表型和特点逐渐丢失，同时获得上皮细胞的表型和特点；
EMT是指上皮细胞经历细胞骨架重构后失去细胞极性、黏合连接、细胞桥接，由此获得间质细胞特征，如迁移和侵袭等能力的生物学过程[1]。尽管EMP过程在胚胎发育和恶性肿瘤中的作用已经被广泛认可，但越来越多的证据表明，EMP在子宫内膜成功蜕膜化、再生/重新上皮化和胚胎植入方面也发挥着重要作用。本文将对EMP在胚胎着床中不同细胞及组织中的作用和调控机制进行综述，以期为防治不孕不育及妊娠相关疾病提供更多线索和理论依据。
胚胎着床只能在有限的时间，即“植入窗口”(WOI)内发生[2]。在WOI期间，子宫内膜会发生形态学变化，且始终保持一定程度的可塑性，以便能够适应激素调控的周期性变化，这对胚泡植入至关重要[3]。在此期间，EEC从空泡至核上位置腺体变得更不规则，具有乳头状外观；
子宫内膜间质细胞(ESC)发生蜕膜反应，增殖并从成纤维样细胞分化为上皮样细胞，形成母体蜕膜；
ESC变大，核圆形和核仁数量增加，细胞质中的糖原、脂质滴和分泌颗粒增多，粗面内质网和高尔基体扩张，获得上皮样表型[2]。
EMP在子宫内膜维持正常生理功能中的的作用是特别重要的，正如滋养外胚层必须调整其上皮特性与粘附并侵入母体子宫内膜一样，母体EEC在胚胎WOI期也会发生EMT相关的变化。人类EEC像其他上皮细胞一样，是有极性的，通常不允许其他细胞粘附，在胚胎WOI期EEC需要改变其极性，以形成一个附着区域。EEC极性的丧失经历细胞形态和分子组成的变化，这些变化包括微绒毛、细胞表面标志物、细胞连接和细胞骨架分子的变化。在EEC去极化和EMT过程中，细胞与细胞之间连接的主要成分，如紧密连接蛋白和闭合蛋白表达也随之减少[4]。EEC细胞骨架的改变与肿瘤细胞为侵袭和转移做准备时发生的改变类似。肌动蛋白网络是一种动态的细胞结构，它在细胞重塑过程中经历反复的聚合和分解。在EMT过程中，球状肌动蛋白单体即G-肌动蛋白，在细胞表面的浓度增加并聚合成丝状肌动蛋白，成为F-肌动蛋白[5]。肌动蛋白的这种重新分布破坏了皮层肌动蛋白及其调节蛋白的浓度，浓度的改变使得肌动蛋白转移到肿瘤细胞的边缘，形成前缘的薄壁样伪足、丝状伪足和入侵样伪足，以赋予其迁移能力[5]。胞饮突也是从细胞顶端表面延伸的富含肌动蛋白的突起，在胚胎着床过程中，分泌中期EEC的胞饮突表达显著增多。胞饮突可能与肿瘤细胞中入侵样类似，都可能通过局部作用分子或因子的胞吐作用分别在细胞结构重塑，在胚胎植入过程中发挥作用。还有的研究利用的人EEC的体外植入试验，以研究胚胎植入过程中的早期事件，如胚胎的初始黏附[6]。用EEC和从IVF循环中回收的胚泡进行的体外共培养研究表明，母体EEC与植入胚胎之间存在相互作用[7]。Simon等[8]研究发现，在体外EEC培养模型中囊胚可上调EEC中子宫容受性标志物整合素β3的表达。此外，有研究发现，母体子宫内膜的信号分子与胚胎着床失败有关，并可调节EMT过程。Gou等[9]研究发现，胚胎植入期间的子宫内膜中TWIST2在围着床期表达水平显著升高，而TWIST2是调控EMT的经典转录因子；
在妊娠第3天将siRNA-TWIST2注入子宫腔后，N-钙黏蛋白(N-cadherin)和波形蛋白(Vimentin)的表达在妊娠第5天显著下调，妊娠第8天植入的胚胎数量显著减少。以上数据均表明，在胚胎着床过程中TWIST2通过调控EMT影响妊娠结局，腺上皮细胞由EMT介导的细胞形态转化对胚胎着床至关重要。
微小RNA(miRNA)通过调控转录后靶基因的表达在EEC的EMT过程中也发挥着显著作用。Liang等[10]研究发现，miRNA不仅在细胞内发挥作用，还可以通过多种形式被细胞释放到细胞外环境中，积极参与调节胚胎发育、子宫内膜功能以及胚胎与母体之间的沟通。miRNA以多种形式影响子宫容受性，其中包括通过EMT/MET转换的调控[10-11]。研究发现，在小鼠和人类胚胎植入模型的EEC中miR-429、miR-126a-3p和miR-30a-3p在EMP过程中发挥关键作用[12]。miR-429在小鼠胚胎植入期间表达下降，上调miR-429可能通过靶向原钙粘蛋白8来抑制细胞的迁移和侵袭能力从而减少胚胎的植入。相反，miR-126-3p在胚胎植入部位特异性上调，通过调节整合素α11的表达促进细胞迁移和侵袭能力[13]。miR-30a-3p是miR-30a家族中的一员，通过下调miR-30a-3p促进EMT进程进而促使胚胎着床，当miR-30a-3p失调时，EMT相关过程会受到影响，从而改变细胞的迁移和侵袭能力并影响胚胎着床[14]。以上研究表明，miRNA通过在滋养层浸润阶段可能影响EEC中EMT的相关过程，进而在胚胎植入中发挥不同的作用。
子宫内膜经过分化为妊娠做准备的过程称为蜕膜化。子宫内膜蜕膜化最显着的变化之一是在ESC中观察到的形态学改变，其中细长的纺锤状的子宫内膜间质成纤维细胞转化为分泌性、类上皮样的蜕膜细胞[15]。在子宫内膜增生期，基质细胞在排卵前几乎没有细胞质并且细胞核呈细长形[16]。排卵几天后，子宫内膜基质区水肿，ESC细胞质增加。这些改变从末梢螺旋动脉附近的基质细胞开始，随后在月经周期的分泌阶段遍及整个基质[16]。在ESC中积聚糖原和脂质，扩展内质网，并重组细胞骨架肌动蛋白微丝，它们从成纤维细胞状态过渡到上皮样细胞[17]。随着基质细胞的蜕膜化，细胞核变圆并形成更多的核仁，细胞内吞噬体和溶酶体增加，细胞质显著扩增。蜕膜对于胚胎植入和维持妊娠至关重要。
调控蜕膜基因的核心转录因子包括叉头盒O1(FOXO1)、叉头盒M1(FOXM1)和同源框基因A10(HOXA10)[18]，其中FOXO1和FOXM1都属于叉头盒转录因子的大家族。已知FOXO1的表达在蜕膜化过程中被诱导，并且是ESC蜕膜化所必需的[19]。FOXO1可以与蜕膜化的人类ESC中的孕激素受体相互作用，以控制细胞增殖和上皮样分化。
蜕膜化所引起的细胞形态变化与MET过程一致，并且受卵巢激素的调节[20]。Yu等[21]研究发现，人类子宫内膜蜕膜化过程遵循与肿瘤发生相似的MET过程。在增生中期从育龄妇女的子宫内膜活检组织样品中分离得到的子宫内膜基质细胞在E2、孕酮(P)和cAMP的作用下表现出可逆的MET过程：当加入E2、P和cAMP后，子宫内膜基质细胞从双极性、成纤维细胞形态变为典型的上皮样圆形；
当撤回E2、P和cAMP后，子宫内膜基质细胞恢复为细长的成纤维细胞外观[21]。通过小鼠的体外研究进一步支持蜕膜化过程中MET的发生，体外培养的未蜕膜化的小鼠子宫内膜基质细胞中检测到间充质来源细胞的标志物波形蛋白表达，而在体外蜕膜诱导的小鼠子宫内膜基质细胞中则检测到上皮细胞标志物细胞角蛋白表达。Zhang等[22]研究发现，在雌激素和P诱导体外蜕膜化后ESC中角蛋白的表达显著上调。在体外蜕膜化过程中，子宫内膜基质细胞中可诱导细胞表达角蛋白，表明细胞从基质表型转变为上皮表型，进一步支持了子宫内膜蜕膜化过程中MET的发生。
Wnt/β-catenin信号通路是蜕膜发生MET的关键信号通路。β-catenin充当从细胞质到细胞核的信号转运蛋白，共同调节某些Wnt靶基因，如WNT4和WNT6。另一方面，WNT4腺病毒介导的过表达促进了人子宫内膜基质细胞的MET体外转化[23]。Zhang等[24]研究发现，端细胞作为一种新型ESC细胞，可通过激活Wnt/β-catenin信号传导诱导蜕膜化和MET。蜕膜化和MET可促进子宫内膜的周期性更新和再生，支持胚胎着床并调节滋养细胞的侵袭。蜕膜化不良会导致许多不良妊娠结局，例如着床失败和反复流产。蜕膜化的子宫内膜基质细胞表现出足够的运动性和迁移能力，以适应滋养细胞的侵袭。Grewal 等[25]研究发现，人子宫内膜基质细胞中调节细胞迁移，运动性和细胞骨架重组的蛋白(Rho-GTPases RhoA和Rac1)在细胞侵袭和迁移能力中发挥关键作用。敲除人子宫内膜基质细胞中Rac1会导致基质细胞运动性降低，从而抑制滋养层细胞侵入子宫内膜基质细胞。
小鼠和人类在胚胎植入前形成的胚泡，其细胞分离成内细胞团(ICM)和周围的上皮滋养外胚层[26]，后者将在整个胚胎植入过程中与EEC相互作用。滋养层细胞具有顶基极性、与相邻细胞的横向连接以及与基底膜蛋白的基底接触，所有这些都是典型的上皮特征。研究发现，EMT过程在胚胎植入中起着至关重要的作用，因为胚胎滋养层细胞通过失去其上皮特性并获得侵袭能力而进入母体蜕膜[27-28]。在透明带迁移和脱落之后，滋养外胚层必须在植入并粘附到母体子宫内膜之前为植入做好准备。胚胎的滋养外胚层在植入过程之前经历了几次变化，最终产生了侵袭性滋养层巨细胞，植入和早期的血管生成都是由滋养层巨细胞介导，这对形成胎盘必不可少[29]。
值得注意的是，形成的侵袭性滋养层细胞的形态和功能变化与EMT过程完全相同。最初的滋养外胚层通常根据细胞与ICM的接近程度沿同一平面分为两个区域。极层滋养层位于ICM附近区域，而壁层滋养层覆盖更远端的区域[30]。滋养外胚层细胞的顶端区域是胚泡最初与母体腔上皮细胞接触并粘附的区域。随后，在粘附和附着过程中，由于整合素αβ异二聚体(例如α5β1)从基底外侧区域迁移到顶端结构域。这些整合素通过与辅助信号传导因子(例如骨桥蛋白)以及母体腔细胞外基质中的因子(例如纤连蛋白)相互作用，介导植入的粘附和侵袭，并与粘附的滋养层细胞的表型和功能变化有关[31]。这些功能变化包括运动能力的增加，细胞间接触变短，以及E-钙粘蛋白的下调，这与EMT过程一致[30]。
转化后的滋养外胚层细胞(侵入性滋养层巨细胞)侵入母体蜕膜并最终形成功能性胎盘[7]。因此，滋养外胚层通过EMT获得间充质特性的能力是胚胎植入的关键。Liu等[32]研究发现，富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白-1(SPARCL1)可能抑制ERK1/2途径中的磷酸化和激活蛋白-1(AP-1)转录因子的产生，从而改变了EMT相关分子，如基质金属蛋白酶2(MMP2)、基质金属蛋白酶3(MMP3)、N-cadherin、E-钙黏着蛋白和Vimentin的表达，抑制绒毛外滋养层细胞的迁移和入侵，导致胎盘发育障碍而引起流产。Xu等[33]研究发现，在子宫内膜和绒毛外滋养层细胞中，脂氧素A4可以通过抑制基质金属蛋白酶9(MMP9)的活性，显著上调β-连环蛋白的表达，显著下调波形蛋白、纤维连接蛋白、TWIST、核因子κB(NF-κB)、蛋白激酶B(Akt)和糖原合成酶激酶-3β(Gsk-3β)的表达，抑制EMT并干扰胚胎植入。
此外，miRNA也参与了胚胎着床时滋养外胚层中的EMP。Wnt/β-catenin驱动的信号通路是实现囊胚植入的必要途径之一。研究发现，Let-7g过表达后，植入后的胚胎滋养外胚层中的EMT过程受到干扰，体内的Wnt/β-catenin信号通路传递受损[34]。在胚胎细胞中，Let-7g的过量表达激活了EEC标志物E-cadherin的表达，显著降低了ESC标志物N-cadherin和β-catenin的表达，阻断了植入后胚胎发育的EMT过程。Ding等[35]研究表明，miR-27a-3p/USP25轴通过调节EMT过程来抑制滋养细胞的入侵和迁移，从而参与复发性流产(RSA)的致病过程。Liu等[36]研究发现，miR-93通过靶向BCL2L2基因的表达调节滋养层细胞增殖、迁移、侵袭和凋亡。同时，Ding等[37]研究发现，miR-146a-5p和miR-146b-5p过表达抑制了滋养细胞的侵袭和迁移，在滋养层EMT中发挥负调节作用，从而参与RSA的发病机制。
综上所述，EMP过程在胚胎的植入过程中起着至关重要的作用，因此，深入研究调节EMP进程的关键靶点以及上下游作用因子变得重要，随着细胞重塑相关领域的研究越来越多，未来可能会有更多的调控靶点被发现，并进一步阐明其在胚胎着床中驱动EMP的机制，以促进新的治疗策略的发展。
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