人类白细胞抗原G在胚胎着床中的作用研究进展

在人类妊娠过程中,胚胎着床和胎盘形成至关重要。在此阶段,胚胎滋养层细胞与母体蜕膜细胞直接接触,其问逐渐形成胎盘血管以实现母体对胎儿生长和发育的营养支持。相对于母体而言,胎儿作为半同种异体抗原,在胚胎着床乃至整个妊娠过程中逃避母体免疫系统排斥的机制目前尚不明确。人类白细胞抗原(HLA)G为非经典HLA Ib类抗原,限制性表达于人类胚胎滋养层细胞,可能在妊娠中协助胚胎逃避母体免疫细胞的识别和攻击,并参与妊娠期免疫调控[l]。本文就HLA-G的特点、在胚胎着床过程中的作用及其机制作一综述。

一、HLA-G的特性

HLA-G为非经典HLA Ib类抗原,于1986年在人类胚胎滋养层细胞中被发现[2]。与经典的HLA I类抗原不同, HLA-G具有限制性表达、有限的基因多态性及存在不同的剪切体三大特性。

 HLA-G限制性表达于胚胎滋养层细胞、甲状腺上皮细胞、部分肿瘤细胞及血管内皮细胞。除此之外,尽管在其他某些组织中也能够检测到HLA-G mRNA,但是HLA-G蛋白的表达并未得到证实[3-5]。

与经典的HLA Ia类抗原(HLA-A、B、C)高度的基因多态性特性不同,HLA-G的基因多态性极为有限。目前共发现,种HLA-G等位基囚,但是多数都无相应氨基酸序列改变[6]。其中一种碱基突变(1597ΔC)会引起相应氨基酸的移码突变,但最终不编码有功能的HLA-G蛋白,属于无义突变「7]。另外,在HLA-G基囚第8外显子上存在一段14bp的基因插人/缺失突变,影响编码蛋白的功能,可能与复发性流产相关[8]1。Nardi Fda等[9]通过将硐对胚胎着床失败的夫妇(至少两次新鲜胚胎移植)与83对生育能力正常(至少两次成功分娩)的夫妇进行基因组测序分析发现,HLA-G第 3外显子上某等位基因与着床不成功显著相关。但是,总体来讲,与经典的HLA相比,HLA-G的基囚多态性在不同地域、种族、性别的个体中差异不大。因此,胚胎细胞可以被母体的自然杀伤(NK)细胞识别,但并不被排斥,这可能为妊娠期间母胎免疫耐受提供必要条件。

HLA-G蛋白存在7种不同形式的剪切体,其中4种为膜结合蛋白(Gl、G2 、G3 、G4),另外3种为可溶性蛋白(G5、 G6、G7)。由于HLA-G基囚的第四及第六内含子内存在 2个终止密码子,若其中任一内含子被转录和翻译,信号自终止密码子处截断,其后编码HLA=G蛋白跨膜部分的外显子则不能被表达。跨膜部分的缺失,导致这一类剪切体 (HLA-G5 、G6、G7)可以分泌至胞外,即为可溶性蛋白。HLA-G5是结构最完整的 “ 全长 ”可溶性HLA-G蛋白,在各项研究中尤其受到关注。

二、HLA-G的功能

胚胎着床是妊娠的关键步骤,而在胚胎着床的过程中, 胚胎滋养层细胞侵人子宫内膜的过程至关重要。侵人过程具有空间和时间限制性,局限于子宫内,并且主要发生于妊娠前3个月。胚胎滋养层细胞侵入过程涉及多方面,包括胚胎滋养层细胞的侵袭、子宫内膜细胞的容受以及子宫内膜间质细胞提供的良好的免疫环境。在胚胎着床过程中,HLA-G 的作用可能包括3个方面:(1)调节母胎免疫耐受;(2)调控胚胎细胞的分化与发育;(3)影响子宫内膜容受性。

 1.HLA-G在胚胎着床过程中调节母胎免疫耐受:子宫内免疫环境对于正常的胚胎着床、生长及发育过程极为重要。胚胎作为半同种异体抗原,需要通过母体的免疫屏障并形成免疫耐受从而维持整个妊娠过程。在胚胎所处的子宫内膜微环境中,超过40%的蜕膜细胞为免疫细胞,其中NK 细胞又占7O%以上。一方面,NK细胞识别并杀伤不表达主要组织相容性抗原(MHC)的细胞。而作为半同种异体抗原,胎儿的组织细胞不表达经典的MHC,却不会受到母体 NK细胞的攻击。因此,胚胎组织中非经典MHC的表达可能参与了免疫耐受过程。另一方面,HLA-G主要表达于母胎交界面的滋养层细胞,而目前已知HLA-G特异性受体 KIR2DL4 ,免疫球蛋白样转录物(ILT)2和ILT-4也仅表达于免疫细胞特别是子宫内膜NK细胞表面[10]。这些都提示 HLA-G及其特异性受体极有可能参与了妊娠过程中的免疫调控。

HLA-G在调节妊娠免疫耐受中的作用包括直接作用和间接作用。 HLA-G介导的直接免疫抑制作用包括:抑制子宫内膜NK细胞的杀伤效应、增殖和迁移能力以及细胞活性;影响子宫内膜NK细胞、单核细胞和巨噬细胞分泌细胞因子,HLA-G水平升高时,上调白细胞介素2、6、10、12以及血管内皮生长因子(VEGF)等水平,下调肿瘤坏死因子(TNF)α ,干扰素β等细胞因子水平,而这些细胞因子直接参与妊娠过程中的免疫反应[11];抑制CD8+T淋巴细胞介导的抗原特异性细胞毒作用[12];抑制细胞毒性T淋巴细胞的杀伤效应和活性[13]。HLA-G的间接免疫抑制功能包括:诱导和上调T淋巴细胞、NK细胞及抗原提早细胞上的抑制性受体的表达,其中也包括HLA-G本身的特异性受体,从而使效应细胞的免疫杀伤能力减弱,而免疫抑制作用加强[14]; HLA-G对辅助性T淋巴细胞有增殖和诱导作用,而辅助性T 淋巴细胞在免疫反应巾起到抑制作用,使HLA-G间接地对免疫耐受和免疫逃逸起到协助作用[15]。因此,HLA-G在胚胎着床过程中对维持母胎免疫耐受起着重要作用。

 2.在妊娠初期调控胚胎细胞的分化与发育:在卵泡液、卵细胞周围的卵丘细胞以及胚胎培养上清中都可以检测到可溶性HLA-G,提示HLA-G可能在卵细胞及胚胎发育中起到一定作用[1.16]。一项多中心的研究显示,在体外受精-胚胎移植(IVF-ET)中,在胚胎形态学评估相当的情况下,检测胚胎培养上清中可溶性HIA-G,移植1~2个HLA-G阳性的胚胎,可将妊娠率从30.8%提高至40.7%。单胚胎移植时, 选择HLA-G阳性的胚胎可将妊娠率从13.2%提高至25.9%[17]。在IVF-ET过程中,Jurisicova等 [18] 发现,移植前胚胎培养液中HLA-G检测水平较高者卵裂率及妊娠成功率更高。Shaikly等[19]通过检测受精后第3天和第5~6天的胚胎培养上清中可溶性HLA-G水平发现,HLA-G阳性者发育成囊胚的机会更大。Yao等[20]发现早在2~8细胞期即可从胚胎培养液中检测到可溶性HLA-G,推测在胚胎发育初期,胚胎白身HLA-G基因尚未激活时,HLA-G水平还可能反映母体卵细胞HLA-G蛋白储备情况。

3.在胚胎着床过程中影响子宫内膜细胞容受性:子宫内膜容受性受到多因素的调控,包括性激素、细胞因子及生长因子等[21-22] 。日前已知的HLA-G对子宫内膜容受性的调控主要通过间接作用来实现:HLA-G可以通过与血管内皮细胞相互作用促进胎盘血管与母体血管之问的融合,为胎儿继续发育提供营养来源 [23];HLA-G与子官内膜免疫细胞相互作用使细胞因子及生长因子的分泌水平发生改变,也会影响子宫内膜对胚胎的容受性[3]。

 HLA-G在妊娠过程中是否对子宫内膜细胞有直接作用尚未证实。Blanco等[3]发现,子宫内膜基质细胞少量但持续表达HLA-G。白细胞介素2、6、10、12,干扰素y等细胞囚子可以促进HLA-G的表达,而HLA-G的表达水平又影响这些细胞因子的分泌。Wang等[24] 发现在子宫腺肌症患者的子宫内膜组织巾存在HLA-G的表达,Maeda等[25]也发现月经期的在位内膜组织中也少量表达HLA-G。另外,Kawashima等[2]采用免疫组化的方法发现在子宫内膜异位症患者的在位子宫内膜细胞中表达HLA-G特异性受体KIR2DL4 ,推测KIR2DL4可能在特定时期表达于子宫内膜细胞表面,使子宫内膜细胞成为HLA-G的靶细胞,从而影响子宫内膜的容受性。

三、HLA-G在胚胎着床过程中的作用机制

HLA-G可能参与了胚胎着床过程中的精细调控,但是具体的分子机制尚不明确。同肿瘤细胞的侵袭过程相似,胚胎着床过程主要有两条信号通路参与。其一为细胞Janus 激酶(JAK)信号转导和转录激活因子(STAT)系统,另一为受体相关的酪氨酸激酶有丝分裂原活化蛋白激酶(receptor-associatedtyrosine kinase-mitogen-activated protein kinase, RTK-MAPK)系统「[26-27] 。推测HIA-G在胚胎着床过程中的调节主要是通过这两条信号通路起作用的。

STAT在妊娠前3个月胚胎滋养层细胞侵袭阶段持续激活并表达[26] 。Menicr等[29]发现,HLA-G5通过去磷酸化作用对过高的STAT及JAK基因的表达有抑制作川。另外,在妊娠过程中,HLA-G可以下调NK细胞活化过程巾的STAT,从而影响滋养层细胞侵人过程巾子宫内膜问质细胞分泌细胞因子(白细胞介素2、6、10、12,TNF-α ,干扰素β等)的水平:30。Ketroussi等[31] 发现,HLA-G增强雷帕霉素靶蛋白 (mTOR)通路中的蛋白络氨酸磷酸酶2(SHP-2)蛋白磷酸化,进而对免疫细胞分泌细胞囚子有抑制作用。而细胞因子的水平变化反作用于细胞通路,从而影响胚胎滋养层细胞侵袭[4] 。这些信号通路的调控叮能与抑制滋养层细胞过度侵人有关。

另外,MAPK为一大蛋白分解酶家族,其巾细胞外调节蛋白激酶(ERK),应激活化蛋白激酶/C-Jun氨基端激酶 (SAPK/JNK)和p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)尤为重要。Miah等[32]发现,HLA-G特异性受体KIR2DL4 被激活后可调控MAPK信号通路,使ERK,JNK和p38通过磷酸化过程增强活性。活化的MAPK进一步使激活蛋白1 (activator protein 1,AP-1)蛋白酶家族活化,包括Fos和c- Jun,从而使AP-1依赖性基因表达增强。基质金属蛋白酶 (MMP)和尿激酶纤维蛋白溶酶原激活剂(uPA)的基因表达过程即具有AP-1依赖性。在胚胎着床过程中,胚胎滋养层细胞通过分解和重构子宫内膜细胞外基质来侵人子宫内膜组织,这一作用是通过MMP和uPA的表达和活化来实现的。MMP和uPA的表达和活化增强进而使胚胎滋养层细胞的侵袭能力增强[4] 。

在胚胎着床过程中,滋养层细胞对子宫内膜不当的侵袭叮能造成—系列的妊娠期并发症。过度侵袭与胎盘粘连及胎盘植人相关,而侵袭程度不够则与复发性流产,子痫前期及胎儿宫内发育受限有关。了解HLA-G在胚胎着床过程中的作用机制,有助于我们提高IVF的成功率及预防和处理妊娠过程中的并发症。

四、临床应用

HLA C在胚胎着床过程中起着极为重要的作用。80% 的妊娠失败是由于胚胎着床失败引起的,这在辅助生育过程中更为明显。日前,辅助生殖医学所面临的两大瓶颈问题为一多胎率高与妊娠率低。一方面,为了提高胚胎着床率, 在胚胎宫内移植过程中移植2个胚胎,人为增加了多胎率, 导致妊娠过程中并发症的发生率升高;另一方面,胚胎移植的成功率近年来一直保持在平均25%~35%而无法继续突破。因此,通过从分子生物学基础上r解胚胎着床过程中的关键分子及作用机制可以帮助我们有针对性地解决胚胎移植过程中 “ 一高一低 ” 的两大难题。

首先,可将可溶性HLA-G水半检测作为胚胎移植前无创性检测项目。多胎妊娠会增加低出生体重儿、出生缺陷等的发生率,而单胚胎移植虽能大大降低多胎妊娠率,但单次妊娠成功率很可能随之下降。将可溶性HLA-G作为辅助生育中非侵入性的检测项目,在形态学评估的基础上,进一步对胚胎的生长潜能进行评估,从而选择优质胚胎进行单胚胎移植,可以在提高胚胎着床成功率的同时降低多胎率。

笫二,通过检测可溶性HLA-G水平评估白然流产风险, 并通过调节可溶性HLA -G水平降低妊娠过程中相关并发症的发生率。对于复发性流产及多次不成功胚胎移植的患者, 首先排除器质性病变,之后检测体内组织相容性抗原水平, 特别是可溶性HLA-G的水平,可能帮助明确反复流产的原因。针对性地调节体内HI,A-G的水平也有可能成为治疗复发性流产、子痫前期和胎儿宫内生长受限等妊娠期并发症的新突破。

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