SIRT6、MMPs与胎膜早破的相关性研究

Study on Correlation between SIRT6, MMPs and Premature Rupture of Fetal Membrane

摘要: 胎膜早破(PROM)指的是孕妇在临产前胎膜出现的自发性破裂，是产科常见的并发症之一。已知胎膜的抗张力作用/拉伸强度主要由羊膜细胞外基质(ECM)中的胶原含量决定的,而基质金属蛋白酶(MMPs)是降解ECM成分的强效酶家族，在炎性因子的作用下可使其在胎膜组织中的表达含量增加，从而导致局部胎膜变薄弱甚至PROM的发生。SIRT6是一种NAD⁺依赖性蛋白脱乙酰酶，可使NF-κB的RelA亚单位去乙酰化，抑制其目标启动子，抑制细胞凋亡和细胞衰老，其也可通过共价修饰参与炎症反应、氧化应激等在内的细胞内生理活动，且可通过调控MMPs表达水平来影响胎膜的完整性，进而致使PROM的发生。本文就SIRT6、MMPs与PROM的相关性进行综述，期望对PROM的发生机制以及防治有更进一步的认识。

Abstract: Premature rupture of fetal membrane (PROM) refers to spontaneous rupture of fetal membrane in pregnant women before labor, which is one of the common complications in obstetrics. It is known that the anti-tension effect/tensile strength of the fetal membrane is mainly determined by the col-lagen content in the amniotic extracellular matrix (ECM), and matrix metalloproteinases (MMPs) are powerful enzymes that degrade ECM components. Under the action of inflammatory factors, the expression of MMPS in the fetal membrane tissue can be increased, resulting in local weakening of the fetal membrane and even the occurrence of PROM. SIRT6 is an NAD⁺ dependent protein deacetylase, which can deacetylate the RelA subunit of NF-κB, inhibit its target promoter, inhibit apoptosis and cell senescence, and participate in intracellular physiological activities including in-flammation and oxidative stress through covalent modification, and affect the integrity of fetal membrane by regulating the expression level of MMPs. And that leads to PROM. In this paper, the correlation between SIRT6, MMPs and PROM was reviewed, hoping to have a further understanding of the mechanism and prevention of PROM.

1. 引言

胎膜早破(premature rupture of membranes, PROM)是指孕妇在临产前胎膜出现的自发性破裂，是产科常见的并发症之一 [1] ；PROM发生之后可引起宫内感染、胎盘早剥，以及脐带脱垂和受压等情况，对母婴健康构成严重威胁。胎膜的拉伸强度主要来自富含胶原蛋白的细胞外基质(extracellular matrix, ECM)，ECM在维持胎膜完整性中发挥重要作用。基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinases, MMPs)是具有锌依赖性的基质降解酶，能够降解连接羊膜和绒毛膜的胎膜ECM中的胶原和非胶原成分，且可由炎症诱导 [2] ，从而导致PROM的发生。沉默信息调节因子6 (silence information regulator6, sirtuin6, SIRT6)能够稳定基因组和端粒，并且参与调节炎性反应等生理过程，故考虑该因子与病理妊娠的发生和发展密切相关 [3] 。结合SIRT6、MMPs各因子与PROM发生之间的关系，考虑通过SIRT6、NF-κB信号通路调节MMPs可能与PROM发病机制有关，从而就SIRT6、MMPs在PROM中的作用展开探讨，期望可以为预防和治疗PROM提供一定的新的理论依据。

2. 胎膜的结构组成及PROM发病机制

2.1. 胎膜的结构组成

胎膜由内层的羊膜和外层的平滑绒毛膜组成，羊膜由5层组织组成，即羊膜上皮细胞层、基底膜层、致密层、成纤维细胞层和与绒毛膜相连的中间海绵层。羊膜不包括血管和神经，羊膜上皮细胞具有分泌III型、IV型胶原、层粘连蛋白以及纤维连接蛋白的功能，这些糖蛋白与下一层羊膜–基底膜–相衔接。致密层是由靠近羊膜最厚的一层，即第四层成纤维细胞层分泌的I型和III型胶原形成的，该层是由间充质细胞和巨噬细胞组成的。最外层即中间层，也被称之为海绵层，连接了羊膜和绒毛膜，它是由III型胶原蛋白、蛋白多糖以及糖蛋白组成的。绒毛膜比羊膜厚，但抗张力强度较小，它由含有I、III、IV、V和VI型胶原的网状层、基底膜(IV型胶原纤维连接蛋白和层粘连蛋白)和指向母体蜕膜的滋养细胞层组成 [4] ，为了适应胎儿的生长，胎膜不断扩张，它从羊膜内致密的、富含胶原的ECM中获得拉伸强度。在正常足月妊娠时，胎膜自发性破裂，这是一个与分娩开始相关的过程。当胎膜过早破裂时，可能导致不良新生儿和母体结局的发生 [1] 。

胎膜是由含有羊膜间充质细胞的富含胶原的ECM连接羊膜及绒毛膜组成的多层组织，ECM由嵌入多糖凝胶中的纤维蛋白与各种类型的胶原蛋白一起构成结构框架，各种胶原类型提供胎膜的结构框架 [5] 。ECM在决定细胞和器官功能方面起着重要作用：(1) 它是提供组织抗张强度的组织基质；(2) 它锚定细胞并通过与细胞表面受体的相互作用影响细胞形态和功能；(3) 它是生长因子的储存库。ECM的含量和组成成分发生变化决定了其物理和生物学特性的改变，包括强度和降解敏感性，ECM成分本身还含有隐匿的基质因子，当它们通过构象改变或蛋白水解而暴露时，会对细胞功能产生强大的影响，包括刺激细胞因子和MMPs的产生 [6] ，从而加速胎膜胶原的降解，使胎膜的抗张能力下降，最终导致PROM的发生。

2.2. PROM的发病机制

胎膜的完整性、韧性和强度对于整个妊娠期间至关重要，PROM发生之后会导致羊膜腔和外界相通，存在于生殖道内的病原体上行性进入宫腔，这将会增加母体产时发热、宫腔感染，新生儿呼吸窘迫综合征、新生儿肺炎、新生儿败血症等并发症的发生风险，这对母婴健康构成严重威胁 [7] 。PROM的发生机制较为复杂，胎膜胶原含量的降低、MMPs表达的增加、胎膜细胞老化以及细胞凋亡、炎症标志物和氧化应激的增加等，均可导致PROM的发生；同样PROM的发生涉及多种因素：首先，孕妇体内的潜在感染、炎症反应和氧化应激等因素可导致PROM的发生 [8] ；其次，宫颈功能不全或环扎、产前出血、多胎、既往PROM或早产病史、吸烟等也可能增加PROM发生的风险；此外胎儿发育异常、胎盘异常、孕期过度劳累等也可能是导致PROM发生的原因之一，而生殖道感染为其首要因素 [1] 。

有研究发现 [9] ，在炎症和感染发生过程中，大量细胞因子的产生会诱导并激活MMPs，降低金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)的合成，致使TIMPs和MMPs出现动态失衡，这将导致胎膜ECM和各种胶原蛋白被降解，释放出弹性蛋白酶以及胶原酶。这些酶的释放会导致宫颈软化和扩张，使局部胎膜张力下降，最终导致PROM的发生。SIRT6是NAD⁺依赖的组蛋白脱乙酰酶家族中的一种酶，其广泛参与炎症反应、氧化应激和细胞凋亡等多种生理过程，且NF-κB信号通路在细胞内的炎症反应中发挥着重要作用，同时此通路受到多种SIRTs因子的负性调节 [10] ，故考虑当SIRTs表达水平下降时，其可能从多途径调控以及启动PROM的发生。

3. SIRTs与胎膜早破

3.1. SIRTs的简介

沉默信息调节因子(silence information regulator, sirtuin, SIRT)家族是一类高度保守的依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)的脱酰基酶，可以调控多种蛋白使其去除多种酰基而得到修饰 [11] 。由于SIRTs可使多种蛋白质脱酰化，因此与许多细胞内生理过程的调节有关，包括参与细胞周期和能量代谢的调节，以及炎症反应、细胞分化、生长和凋亡的过程 [12] [13] [14] [15] 。SIRTs的作用也已在细胞对不同类型的应激反应中得到证实，例如氧化应激、能量应激、紫外线诱导应激或通过作用于各种靶底物等等 [16] 。

经研究发现，SIRTs在从细菌到人类的各种物种中高度保守 [11] ，根据酶的活性、功能的不同以及细胞内亚细胞定位的不同，酶可分为SIRT1-SIRT7七种类型。其中SIRT1、SIRT6和SIRT7主要定位于细胞核内，而SIRT2位于细胞质内，但已被报道在某些特定情况下可以迁移到细胞核内，主要位于线粒体的SIRTs有SIRT3、SIRT4和SIRT5 [11] 。SIRT1-7拥有高度保守的核心催化结构域，其具有NAD⁺依赖性，可以介导组蛋白或者非组蛋白位点上赖氨酸残基的可逆性共价修饰，包括经典的去乙酰化修饰以及新型的翻译后修饰，如去琥珀酰化、去巴豆酰化和去丙二酰化等 [10] ，因此在细胞水平上对机体的功能起重要作用，并参与许多生化过程。

3.2. SIRT6与胎膜早破

Sirtuins家族是NAD⁺依赖的组蛋白脱乙酰酶家族中的一种酶，在细胞水平上对机体的功能起重要作用，并参与许多生化过程 [16] 。SIRT6是sirtuin家族的成员，SIRT6包含具有NAD⁺依赖性脱乙酰酶活性的结构域,其参与基因组稳定性、炎症以及新陈代谢的调节。当途径激活后，SIRT6被招募到NF-κB靶基因的启动子区域，与转录因子NF-κB的核心亚基RelA相接触，通过使组蛋白H3的乙酰化赖氨酸9 (H3K9)去乙酰化，来阻止P65亚基与靶基因的启动子结合，从而促进NF-κB靶基因沉默，进而发挥抗炎作用 [17] [18] ，此外，SIRT6可以保护细胞使其免受氧化应激引起的DNA损伤，且SIRT6还可以使受损DNA区域的H3K56脱乙酰化，进而参与DNA的损伤修复，因此考虑SIRT6在细胞内氧化还原反应的稳态调节中发挥重要作用。

核因子-κB (NF-κB)是一种由多种蛋白质组成的转录因子，存在于几乎所有细胞中。它具有多向调节的作用，通过对不同细胞因子的调控来参与机体的细胞凋亡以及炎症反应等生物学过程 [19] 。促炎介质的作用会激活NF-κB通路，致使羊水、胎膜、子宫肌层等妊娠组织中IL-6、IL-8、TNF等促炎症细胞因子的水平升高 [20] ，此外，NF-κB通路的激活还能诱导MMPs的生成 [21] ，导致维持胎膜张力的ECM被降解，从而引起胎膜张力的减弱和最终PROM的发生。

4. MMPs与PROM相关性探讨

4.1. MMPs简介

MMPs是一类具有锌依赖性的内肽酶家族，其参与ECM中各种蛋白质的降解。通常，MMPs具有一个前肽序列、一个催化锌的催化金属蛋白酶结构域、一个铰链区或者连接肽，以及一个血凝素结构域。MMPs通常根据其底物及其结构域的组织分为胶原酶、明胶酶、金属酶、弹性酶和其他MMPs。MMPs由许多细胞分泌，包括成纤维细胞、血管平滑肌(VSM)和白细胞。MMPs在mRNA表达水平上受其潜在酶原形式的激活调节。MMPs通常作为非活性前体(pro-MMPs)分泌，被各种蛋白酶(包括其他MMPs)切割/裂解为活性形式 [22] 。MMPs受内源性组织金属蛋白酶抑制物(TIMPs)的调控，而MMPs/TIMP的比值通常决定着ECM蛋白的降解和组织重塑的程度 [22] [23] 。

MMPs几乎在身体的各个器官和组织中均有表达，它在炎症细胞的迁移、细胞信号的传导、组织修复、免疫调节和转录控制中发挥着至关重要的作用，广泛参与多种生理及病理过程 [24] [25] 。MMPs是参与机体炎症反应的主要调节因子，通过调节生长因子、趋化因子、蛋白酶以及蛋白酶抑制剂等的表达来促进炎症反应的改变 [25] 。

MMPs是降解细胞外基质成分的强效酶家族。根据它们的底物特异性和调节模式的不同，已经鉴定出25种基质金属蛋白酶和基质金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)。而研究发现，在PROM的发生机制中关系最为密切的MMPs为MMP-1、3和9。

4.2. MMP-1与胎膜早破

MMP-1，也称为胶原酶-1，优先降解I型、II型和III型胶原。这些纤维状胶原是ECM的基本成分，提供胎膜的拉伸强度。MMP-1使得胎膜组织的弹性下降，其在ECM的降解中发挥重要作用，它存在于胎膜和羊水中 [26] 。Maymon [26] 等发现MMP-1在孕妇整个妊娠期间都有重要参与，其浓度随着孕龄的增加而增加；在某些病理情况下，如PROM、早产、感染时，MMP-1的含量会明显升高，证明MMP-1参与PROM的发生。MMP-2是一种明胶酶，具有独特的激活模式，即通过与膜结合的MMPs细胞表面受体(MT1-MMP)结合(并由其加工)来激活，并被TIMP2抑制 [27] ，同时还被TIMP2加工以在与MT1-MMP的复合物中活化。

4.3. MMP-3与胎膜早破

MMP-3也称为基质降解酶-1 (stromelysin-1)，可降解广泛的ECM底物，包括蛋白聚糖、糖蛋白、纤维连接蛋白、层粘连蛋白和II型、IV型和V型胶原蛋白 [28] 。研究发现，在临产后或者羊膜腔发生感染时羊水中的MMP-3的浓度会明显升高 [29] ，此外，由MMP-1降解纤维胶原蛋白产生的明胶可以被MMP-3进一步加工。

4.4. MMP-9与胎膜早破

MMP-9，也称为明胶酶B，属于Ⅳ型胶原蛋白酶，被认为是负责胎膜内胶原酶活性的主要MMPs，并已在蜕膜、绒毛膜和羊膜中以附着于TIMP1的无活性前体形式发现，当被激活时，其主要作用于IV型胶原，即羊膜基膜的主要成分 [2] ，从而参与ECM的降解，导致PROM的发生。在孕妇怀孕初期，MMP-9的水平很难在血清中检测出来。但随着孕期的推进，MMP-9的表达量逐渐增加。如果MMP-9的水平异常升高，这意味着它对胎膜ECM的降解作用也增强了,这会导致胎膜韧性下降，最终导致胎膜早破的发生 [30] 。Zuo [31] 等发现MMP-9水平的升高会导致维持胎膜张力的Ⅳ、Ⅴ型胶原被降解，降低胎膜的抗张能力，从而增加胎膜破裂的风险。另有其他研究证明，MMPs不仅在PROM时表达水平升高，而且在发生早产和绒毛膜羊膜炎等情况时也会出现高表达现象。

5. SIRT6、MMP-9在PROM的相关性

相关研究表明，NF-κB通路可受到sirtuin家族的负性调控 [32] ，故过表达的SIRTs在胎膜细胞中能够减弱NF-κB通路的活性，从而导致炎性因子的转录水平降低。相关研究表明 [18] ，当SIRT6的表达水平下降时，它对NF-κB信号通路的抑制作用会减弱，致使NF-κB通路的激活增强,导致炎症因子在胎膜、羊水、子宫肌层等妊娠组织中的水平升高；又因NF-κB通路的激活可诱导MMPs的生成，导致胎膜ECM被降解，最终引起PROM的发生。宋春红等 [18] 研究发现，在PROM组中，SIRT6的表达水平下降，而MMP-9的表达水平上升，二者呈现负相关关系，这种现象可能是由于SIRT6的表达下降导致对NF-κB通路的转录抑制降低，从而诱导炎症因子以及MMP-9的表达增加。

6. 结语与展望

综上，致使PROM发生的机制主要包括炎症因子浸润、细胞凋亡、ECM的重塑与降解和各种生物、物理等作用引起的局部胎膜薄弱，脆性增加，致使胎膜破裂；SIRTs具有调节细胞凋亡、氧化应激和炎症反应等参与多种生物学过程的作用，MMPs对胎膜ECM的异常降解是PROM发生的中心环节。NF-κB是一种多基因显性转录因子，NF-κB调控的基因涵盖趋化因子、细胞因子、黏附因子、补体、生长因子等，参与多种生理或病理过程。SIRT6为MMPs的上游沉默信息调节因子，其能够通过诱导NF-κB目标基因的沉默以调控MMPs的表达水平来影响胎膜的完整性，考虑SIRT6通过诱导NF-κB目标基因的沉默调控MMPs从而在PROM的发生中发挥着重要作用，有待进一步研究。

基金项目

SIRT1、6在胎膜早破孕妇胎膜组织中的表达及意义；基金编号：2022-wjzdx-80。

NOTES

^*通讯作者。