NF-κB信号转导通路在自然流产中的研究现状

Current Status of Research on NF-κB Signal Transduction Pathway in Spontaneous Abortion

摘要: 自然流产是临床常见的妊娠异常疾病，严重危害了育龄期女性的身心健康，其病因多种多样，发病机制尚未完全明晰。近几年的研究表明，NF-κB信号通路可以多途径妊娠进程，在胚胎植入与发育生长之间发挥重要的作用，自然流产的发生与NF-κB信号通路有关系。本文就近几年来NF-κB通路参与自然流产的机制研究进展进行综述，并对今后的研究方向进行探讨与展望。

Abstract: Spontaneous abortion is a common clinical abnormal pregnancy disease, which seriously endangers the physical and mental health of women of childbearing age. Its causes are diverse and the pathogenesis is not yet fully understood. Studies in recent years have shown that the NF-κB signaling pathway can play an important role in multiple pregnancy processes, between embryo implantation and development and growth, and the occurrence of spontaneous abortion is related to the NF-κB signaling pathway. This article reviews the research progress on the mechanism of NF-κB pathway involvement in spontaneous abortion in recent years, and discusses and prospects for future research directions.

1. 引言

自然流产(spontaneous abortion, SA)通常指妊娠不足28周，胎儿体重不足1000 g，而胚胎自然丢失、无法持续的宫内妊娠[1]，胚胎着床后31%发生自然流产，其中发生在12周内的早期自然流产率约为80%。自然流产病因复杂，胎儿染色体异常，母体内分泌异常、强烈应激，父亲精子染色体异常等均可导致自然流产的发生。然而超过50%的自然流产发生的病因及机制尚未明确。核转录因子NF-κB (nuclear transcription factor-κB, NF-κB)信号通路与细胞凋亡、病毒复制、肿瘤发生、炎症和各种自身免疫性疾病有关。研究表明，NF-κB多途径参与自然流产的过程。本文就NF-κB信号通路在自然流产发生中的作用机制进行综述。

1.1. NF-κB信号传导通路

核因子NF-κB (nuclear transcription factor-κB, NF-κB)是一类关键性核转录因子，属于核心二聚体转录因子家族，它参与炎症、免疫反应、细胞的分化、增殖和凋亡[2]。NF-κB体系由其五个家族成员组成，p65 (RelA)、RelB、cRel、p50/p105和p52/p100组成，它们都具有一个共同的氨基末端REL同源结构域RHD。这五个蛋白质单体形成同源二聚体或异源二聚体，与其抑制蛋白形成IkBs复合物，以不同方式结合DNA，该家族的三个Rel成员RelA、RelB和cRel具有一个C端转录激活结构域(TAD)，用于正向调节基因表达。p105和p100前体蛋白，它们具有C端锚蛋白重复序列，可抑制DNA结合。激活NF-κB的方法有很多，但已经描述了导致NF-κB靶基因激活的两种主要信号通路。这些被称为经典(或经典)和非经典(或替代)途径1、2、4、5。这两个通路通常可以通过是否涉及p105的p50产物(经典)或p100的p52产物(非经典)来区分。经典NF-κB通路主要通过刺激促炎受体(如TNF受体超家族、Toll样受体家族(TLR))和白细胞介素的细胞因子受体激活。激活经典信号通路的上游受体通常会激活由IKKα和IKKβ (催化激酶)和IKKγ (也称为NEMO)组成的IKK复合物，IKKγ (也称为NEMO)，作为调节亚基。这种IKK复合物的募集和激活通常取决于各种TNF受体相关因子(TRAF)家族蛋白，有时也取决于RIP激酶。非经典NF-κB激活受特异性TNF受体家族成员刺激，这些成员通过募集TRAF2和TRAF3发出信号。这些包括LTβR、CD40、CD27、CD30、BAFF-R、RANK等。非经典途径中的上游激酶是NF-κB诱导激酶(NIK) [3]。它与免疫细胞活化，T和B细胞的发育，细胞凋亡等多种细胞活动有关。当NF-κB被激活时，其从细胞质转位于细胞核，与下游基因位点结合转录，参与细胞的运行。

1.2. NF-κB信号通路在妊娠中的作用

NF-κB是单核细胞和巨噬细胞细胞反应的中心协调者，包括细胞极化、活化、细胞凋亡和细胞间串扰。在妊娠早期，尤其是妊娠前三个月，胚胎的植入与稳定需要炎症因子的微环境。促炎细胞因子白细胞介素-1β (IL1B)的存在与母胎界面的免疫耐受有关，并已被提议作为胎盘胎生的介质之一。IL1B和其他促炎细胞因子的产生可以通过调节许多物种的核因子kappa-B (NF-κB)系统在怀孕中发挥作用。含有受NF-κB转录调控的κB位点的基因包括许多细胞因子(TNF-α、IL1、IL2、IL6、IL12、LIF和GMCSF)、趋化因子(IL8和RANTES)和PTGS2等酶的基因。IL1B可能通过诱导PTGS2基因表达和前列腺素分泌来引发子宫内膜NF-κB刺激的炎症反应，这是在许多物种中建立成功妊娠所必需的母体信号转导成分。子宫内膜中NF-κB的激活已被证明可调节IL6和LIF的产生。并且与胚胎植入有关[4]。

2. NF-κB信号转导在自然流产中的作用机制

2.1. 影响养细胞、滋养层功能

NF-κB是单核细胞和巨噬细胞细胞反应的中心协调者，包括细胞极化、活化、细胞凋亡和细胞间串扰[4]。

巨噬细胞表型通常分为主要亚群M1和M2 (M2a、M2b和M2c)。在正常妊娠中，M2巨噬细胞在妊娠早期主要存在于蜕膜组织中，产生免疫调节蛋白，如转化生长因子β和IL-10，以促进胎儿滋养层的侵袭和迁移。蜕膜巨噬细胞M1/M2异常极化和蜕膜巨噬细胞功能障碍均可导致流产的发生。通过ROS/NF-κB信号转导促进M1巨噬细胞极化，进一步抑制滋养层功能。NF-κB信号通路(p65和p-p65)激活在促进巨噬细胞M1极化中起着重要作用[4]，有研究发现FKBP5在流产患者的蜕膜组织中的过表达，FKBP5在巨噬细胞中的过表达促进了巨噬细胞中ROS的产生，继而通过增加ROS的产生来调节巨噬细胞表型，同时其产生增加了p-p65，进而激活NF-κB信号通路来调节巨噬细胞表型[5]。巨噬细胞从免疫抑制性M2样表型转变为促炎性M1样表型，M1巨噬细胞是有效的效应细胞，可产生大量的促炎细胞因子并介导炎症反应。蜕膜巨噬细胞极化为M1亚型并释放肿瘤坏死因子-α (TNF-α)、IL-6和IL-1β，抑制滋养层迁移和侵袭，从而影响胚胎着床，导致流产的发生[6]。有研究分析检测了稽留流产患者绒毛样本中β-arrestin1mRNA的表达与正常妊娠相比显著降低，证明了β-arrestin1的表达在早孕流产患者中下调。β-arrestin1主要表达于滋养细胞和合体滋养细胞、绒毛基质细胞的胞浆中，研究表明β-arrestin1通过与mGluR1结合激活ERK进而介导TNFR1对NF-κB活性的影响，β-arrestin1的下调导致NF-κB表达水平升高，目前的数据表明β-arrestin1的过表达促进细胞侵袭，而β-arrestin1的降低则显著抑制了细胞的侵袭能力，导致细胞凋亡增加和侵袭能力下降，且滋养细胞过度凋亡则可能导致绒毛发育异常或滋养细胞变性，甚至导致妊娠失败[7]。

2.2. 通过介导炎症反应

细胞因子是一类能调节免疫反应的生物活性分子，其中与炎症有关的称为炎症细胞因子(如TNF-α、IFN-γ、IL-1β、IL-27和IL-6)。在妊娠过程中子宫蜕膜、滋养层细胞可以分泌多种炎症细胞因子，多种炎症细胞因子可通过调控子宫内膜蜕膜化，滋养细胞侵袭、黏附、凋亡，绒毛血管生成及信号转导、不同信号通路等错综复杂的机制影响胚胎着床及发育[8]。同时炎症细胞因子破坏妊娠子宫环境。NF-κB通路通过调节促炎细胞因子的产生、白细胞募集或细胞存活参与炎症反应。NF-κB的上调细胞介素-8 (CXCL8)被一种eRNA募集，并在滋养层细胞的炎症反应中被激活且诱导炎症因子TNF-α和IL1β的释放，此表明炎症反应被进一部加剧，继而诱导流产的发生，同时也有研究表明在蜕膜组织中TNF-α的表达升高。此外体外细胞模型表明，高的TNF-α诱导TNFR/NF-κB/FTH1信号异常激活，导致蜕膜基质细胞过度凋亡，进一步导致胚胎植入不稳定，最终发展为流产[9]。在正常妊娠的早期阶段，促炎性辅助性T细胞因子(Th) 1刺激血管生成，促进胚胎植入的成功。然而，长期暴露于Th1细胞因子会在细胞水平上诱导免疫反应，从而对胎儿产生不利影响并导致流产。NF-κB的激活主要通过IKK介导的抑制分子磷酸化发生调节转录。跨膜和泛素样结构域1 (TMUB1)在分裂细胞中从肝细胞核主动输出，表明TMUB1被认为是细胞核–细胞质穿梭蛋白。TMUB1敲除显著抑制了IKKα/β和p65的磷酸化，表明TMUB1可能通过NF-κB通路介导的炎症在流产中发挥重要作用。TMUB1可以增强核因子-κB (NF-κB)激活，从而增加炎症介质的转录。研究证明在抑制TMUB1的滋养层细胞的数据表明，TMUB1降低了p65的磷酸化并调节了NF-κB的活化。TMUB1可以增强核因子-κB (NF-κB)激活，从而增加炎症介质的转录。TMUB1在自然流产患者的胎盘绒毛组织中高表达，TMUB1高表达可能导致了胚胎丢失并促进了炎症和细胞凋亡[10]。高迁移率组1 (HMGB1)分子在自然流产患者的母胎界面上高度表达。HMGB1可从免疫细胞释放到细胞外间隙，从而增加无菌炎症并扩大组织损伤，HMGB1可以通过调节TLR2、TLR4介导的NF-κB信号通路，激活凋亡细胞，从而诱导无菌性炎症，最终导致母胎界面的破坏在胎盘炎症中起重要作用[11]。从增强子区域转录的LncRNA (长链非编码RNA)称为增强子RNA (eRNA)，其通过募集转录因子和共激活因子促进基因激活，Lnc-SLC4A1-1是一种eRNA，与NF-κB相互作用，上调了白细胞介素-8 (IL-8、CXCL8)的表达水平，诱导TNF-α和IL-1β加剧炎症反应，并影响滋养层功能。敲低lnc-SLC4A1-1的同时发现CXCL8表达也降低了。还发现，敲低lnc-SLC4A1-1后P65的表达也降低了。此外，在HTR-8/SVneo细胞中，用拮抗剂阻断NF-κB通路时，CXCL8的表达随着下降。在过表达lnc-SLC4A1-1后，TNF-α和IL1β被诱导升高，表明HTR-8/SVneo细胞中的炎症通路被激活[12]。

2.3. 通过影响氧化应激反应

氧化应激(oxidative stress)是指人机体内活性氧的产生与抗氧化作用失衡，氧化物质超过抗氧化物质，因而打破了防御平衡状态。细胞氧化剂参与维持氧化还原稳态促进自然防御，根据信号传导和执行途径促进增殖和细胞凋亡，调节免疫反应，激活增殖途径并在细胞通讯中发挥信号特性。由自由基生成增加和抗氧化能力低下引起的失衡导致氧化应激，氧化和抗氧化在不同疾病的病理生理学中起关键作用，并影响女性的生殖健康和妊娠结局。在妊娠过程中，当发生氧化应激反应时，抗氧化系统功能降低，损伤血管内皮，影响胚胎着床及妊娠成功。过量的活性氧可使磷脂中的不饱和脂肪酸生成过氧化脂质，导致生物膜受氧化损伤，直接或间接造成细胞损伤和细胞功能的破坏[13]。蜕膜组织中，过多的活性氧可能通过损伤细胞膜而损伤蜕膜细胞，也可能通过损伤细胞基质中的胶原蛋白而损伤蜕膜组织，使蜕膜组织破坏、出血、脱落，从而引发流产。NF-κB是一种氧化还原敏感的转录因子，在氧化应激条件下被激活，自然流产妇女的蜕膜中，活性氧(ROS)、Th1因子干扰素-γ和肿瘤坏死因子-α等增多，可以激活NF-κB信号通路，从而上调内皮细胞间粘附分子1 (ICMA-1)的表达，介导静息淋巴细胞的活化及白细胞与内皮细胞的黏附和游走，胎盘暴露于高的氧代谢环境，存在氧化应激，很可能导致了自然流产[14]。活性氧(ROS)的产生引起的氧化应激促进NF-κB (p65)的核易位及其介导的炎性细胞因子(如TNF-α、IL-1和IL-6)水平升高[15]，继而诱发更加严重的炎症，导致妊娠失败。

2.4. 影响细胞凋亡

细胞凋亡对正常胎盘发育很重要，但它也可能参与妊娠相关疾病的病理生理学。许多能够调节细胞凋亡的因子存在于绒毛滋养层中，它们的表达模式随着妊娠进展而变化[16]。正常的胎盘发育取决于滋养层的分化和侵袭，滋养层是胎盘的主要细胞成分。随着妊娠的进行，正常胎盘的滋养层细胞凋亡增加，在异常妊娠过程中观察到滋养层细胞凋亡的发生率更高[17]。在正常妊娠和复杂妊娠期间，已在胎盘的母胎界面中检测到凋亡变化，不平衡的胎盘凋亡，胎盘组织重塑的凋亡变化会导致胎盘滋养层细胞的定期丢失，妊娠失败。胎盘中NF-κB的上调与细胞凋亡相关标志物有关，这意味着滋养层细胞凋亡依赖于NF-κB通路。转录因子NF-κB对胚胎应激源反应的调节有关，胚胎应激源会导致过度凋亡。

3. 讨论

综上所述，NF-κB信号通路在妊娠过程中具有重要作用，通过影响滋养细胞、滋养层细胞、炎症反应、氧化应激反应、细胞凋亡等，多途径影响正常妊娠的进展，导致自然流产的发生。影响滋养细胞、滋养层细胞功能、炎症反应、氧化应激反应、细胞凋亡等都是NF-κB信号通路介导的不同机制影响正常妊娠的过程，但是NF-κB信号通路作用有许多是与炎症因子的作用相关的，氧化应激反应可以加重炎症，诱导流产。细胞凋亡和炎症因子均可以影响滋养层细胞，继而诱导自然流产的发生。目前由于自然流产的病因复杂且发病率较高，虽然已经在其发病机制方面取得了一定的进展，但NF-κB信号通路与自然流产的发病机制仍需进一步探究，希望可以针对NF-κB信号通路和相关信号分子为靶点进一步取得进展，可以从NF-κB信号通路影响炎症因子的具体机制，分析该通路上下因子的作用，从而提前干预；另一方面，从滋养层细胞的生长发育凋亡角度，分析NF-κB信号通路上下因子在自然流中的具体作用，早期干预，预防自然流产等妊娠相关疾病的发生。

NOTES

^*通讯作者。