孕酮对于哺乳动物排卵、受精、着床、蜕膜化及妊娠维持均起到重要作用。孕酮主要通过孕酮受体(PR)起作用,PR基因敲除的小鼠表现为多种生殖障碍。此外,PR作用的发挥还需要类固醇受体辅助激活因子(SRC)和FK506结合蛋白4(Fkbp52)等辅助因子的参与。目前采用高通量基因芯片技术,筛选出许多直接或间接受孕酮调节的基因,其中同源盒基因、免疫反应基因-1、Indian hedgehog、12/15脂肪氧合酶、钙离子结合蛋白等在胚泡着床过程中起重要作用。本文就孕酮调节途径在胚泡着床研究方面的进展作一简要综述

杨增明

迟毓婧

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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net孕酮调节途径在着床过程中的作用迟毓婧 　杨增明 △(东北农业大学生命科学学院 ,哈尔滨 150030)摘要 　孕酮对于哺乳动物排卵、受精、着床、蜕膜化及妊娠维持均起到重要作用。孕酮主要通过孕酮受体 ( PR)起作用 , PR基因敲除的小鼠表现为多种生殖障碍。此外 , PR作用的发挥还需要类固醇受体辅助激活因子 ( SRC)和 FK506结合蛋白 4 ( Fkbp52)等辅助因子的参与。目前采用高通量基因芯片技术 ,筛选出许多直接或间接受孕酮调节的基因 ,其中同源盒基因、免疫反应基因 21、Indianhedgehog、12 / 15脂肪氧合酶、钙离子结合蛋白等在胚泡着床过程中起重要作用。本文就孕酮调节途径在胚泡着床研究方面的进展作一简要综述。关键词 　孕酮 ; 孕酮受体 ; 着床中图分类号 　Q492　　胚泡着床是一个复杂的生理过程 ,是处于活化状态的胚泡与处于接受态的子宫相互作用的过程。子宫对于胚泡着床的敏感性可分为接受前期、接受期和非接受期。只有当受精卵发育到胚泡阶段和子宫分化到接受态同步进行 ,胚泡才能顺利着床。近年来的研究表明 ,孕酮在胚泡着床过程中起着重要的调节作用 [ 1 ]。孕酮主要通过孕酮受体 (p rogester2one recep tor, PR)来起作用 ,而 PR要发挥作用 ,还需要一些辅助因子的作用 ,这些辅助因子主要包括类固醇受体辅助激活因子 ( steroid recep tor coactivator,SRC)和 Fkbp52等。本文就孕酮调节途径在胚泡着床研究方面的进展作一简要综述。一、孕酮受体 ( PR)孕酮主要通过其核受体 PR调节下游靶基因的表达。PR属于核受体超家族的成员 ,有三个主要的功能区 :配体结合区 ( ligand binding domain, LBD )、DNA结合区 (DNA binding domain, DBD )和反式激活域 ( transactivation domain)。PR包括 PR2A和 PR2B两个亚型 ,是由同一基因的不同转录起始位点编码产生的。在小鼠和人中 , PR2B 分别在氨基端比PR2A多 165和 164个氨基酸。 PR在小鼠早期妊娠 ,第 1～2天的子宫中 ,只在上皮细胞中呈现低表达 ;第 3～4天时 ,表达部位扩展到基质细胞中。在第 5天胚泡着床时 , PR仅在着床位点下的基质细胞中表达。当妊娠第 6～8天时 , PR在蜕膜细胞中表达 [ 2 ]。△通讯作者 ,现在厦门大学生命科学学院 (361005)2　N issim2Rafinia M , Kerem B. The sp licing machinery is a ge2netic modifier of disease severity. Trends Genet, 2005, 21:480～483.3　B ilton RL, Booker GW. The subtle side to hypoxia induciblefactor (H IFα) regulation. Eur J B iochem, 2003, 270: 791～798.4　Chun YS, Choi E, Yeo EJ, et al. A new H IF21 alpha vari2ant induced by zinc ion supp resses H IF212mediated hypoxicresponses. J Cell Sci, 2001, 114: 4051～4061.5　Kaur B, Khwaja FW , Severson EA, et al. Hypoxia and thehypoxia2inducible2factor pathway in glioma growth and angio2genesis. Neuro2oncol, 2005, 7: 134～153.6　GothiéE, R ichard DE, Berra E, et al. Identification of al2ternative sp liced variants of human hypoxia2inducible factor1α. J B iol Chem, 2000, 275: 6922～6927.7　L im JH, Lee ES, You HJ, et al. Ras2dependent induction ofH IF21alpha785 via the Raf/MEK/ERK pathway: a novelmechanism of Ras2mediated tumor p romotion. Oncogene,2004, 23: 9427～9431.8　Lee KH, Park JW , Chun YS. 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All rights reserved.    http://www.cnki.net　　单独敲除 PR2A基因 ( PRAKO )的小鼠由于不能发生蜕膜反应而导致着床失败 ,这些小鼠同时也存在卵巢功能障碍。在 PRAKO的小鼠中 ,孕酮能诱导上皮细胞增殖 (Lee等. 2006) ,而在正常小鼠中 ,这种受雌激素诱导的增殖是受孕酮抑制的 ,这说明PR2A不仅能抑制子宫的异常增生 ,并且能限制由PR2B介导的潜在的异常增殖。单独敲除 PR2B( PRBKO )的小鼠则只表现为乳腺形态发生异常(Mulac2Jericevic等. 2000)。同时缺失 PR2A和 PR2B两种基因 ( PRKO )的雌性小鼠则表现出多种生殖障碍 ,包括性行为障碍、排卵失败、由于缺少蜕膜反应而导致的着床失败 ,乳腺分支及腺体发育障碍等。二、孕酮受体的辅助因子(一 )类固醇受体辅助激活因子 ( SRC) 　体外研究表明 , PR需要与 SRC家族成员共同作用来介导转录过程。 SRC家族由 SRC21、SRC22和 SRC23三个成员组成 ,这三个辅助激活因子与 PR的配体结合区相互作用 ,从而以配体依赖的方式来加强 PR的转激活作用。SRC21基因敲除的雌性小鼠虽然有生育功能 ,但是由于对类固醇激素的敏感性下降而导致蜕膜反应存在缺陷 ,以及乳腺乳管延伸和二向分叉发生迟缓。缺失 SRC22基因的雌性和雄性小鼠都存在生殖缺陷 :雄性表现为精子发生异常和年龄依赖的睾丸退化 ,而在雌性中则表现出严重的胎盘发育障碍 [ 3 ] 。缺失 SRC 23基因的小鼠子宫虽没有表现出缺陷 ,但却存在乳腺发育缺陷、青春期延迟及动情周期延长。这些结果表明 , SRC家族成员对于协调受类固醇激素调控子宫的生殖功能十分关键。在表达 PR 的细胞中选择性敲除 SRC22 基因( PRCre / +SRC22flox/ flox )后 ,这些小鼠表现为着床完全失败及不完全的蜕膜反应。而在表达 PR的细胞中选择性敲除 SRC22 基因和完全敲除 SRC21 基因( PRCre / + SRC22flox/ flox SRC21 KO )后 ,这些小鼠的蜕膜反应完全失败 [ 4 ] ,说明蜕膜反应中 SRC21和 SRC22的活性缺一不可。在蜕膜化过程中 ,蜕膜反应的标志性分子 Cox22和卵泡抑素 ( follistatin)的活性需要SRC21和 SRC22的共同表达。Bmp2在胚泡着床和蜕膜化过程中起重要作用 ,但其作用主要依赖于SRC22的活性 [ 4 ]。关于人子宫内膜中 SRC22的作用仍不清楚 ,但在患有多囊卵巢综合征的妇女子宫内膜中 , SRC22的表达异常上调 ,这暗示 SRC22可能在人子宫内膜中起重要作用。(二 ) FK506结合蛋白 4 ( FK506 binding p rotein4, Fkbp52) 　胚泡着床过程中 , PR同时需要一种辅助的伴侣分子 2Fkbp52[ 5 ]。 Fkbp52是一种免疫亲和蛋白 ,可与热休克蛋白 90 ( heat shock p rotein 90,HSP90)竞争性结合 ,从而参与转录调节作用 ,并且Fkbp52能在体外上调 PR的活性。在小鼠妊娠早期 , Fkbp52在妊娠第 1天的子宫上皮细胞中表达 ;在第 4天子宫进入接受态时 , Fk2bp52表达扩展到基质细胞中。当妊娠第 5天胚泡着床时 , Fkbp52在胚泡着床位点周围的基质细胞中表达。Fkbp52基因敲除的小鼠能正常排卵 ,但是胚泡却不能着床 [ 5 ]。这可能是由于 Fkbp52缺失后 ,使得子宫丧失了接受能力。在 Fkbp52基因敲除的小鼠中 ,孕酮与 PR的结合能力减弱 ,且 PR的转录活性降低 , 两性调节蛋白、组氨酸脱羧酶和 Indianhedgehog ( Ihh)等一些受孕酮调节的基因的表达减弱 [ 5 ]。缺失 Fkbp52不仅影响了 PR2A和 HSP90的结合能力 ,而且还抑制了 PR2A与孕酮的结合能力( Yang等. 2006) ,这说明 Fkbp52可能主要通过与PR2A作用来调节子宫内的反应。此外 , Fkbp52 mRNA 在敲除 Hoxa10的小鼠子宫基质细胞中表达下调 (Daikoku等. 2005 ) ,说明Fkbp52可能作为 Hoxa10的下游基因 ,从而调节子宫内膜的接受性等过程。三、孕酮调节基因在胚泡着床中的作用采用寡核苷酸芯片研究小鼠处于接受期的子宫中的基因表达时发现 ,用 PR的拮抗剂 RU486处理妊娠第 3天的小鼠 24小时后 ,在胚泡着床前的子宫中引起 78个基因下调 50% , 70个上调 2倍以上 [ 2 ]。尽管很多基因的表达受孕酮调节 ,而且这些基因中有很多在胚泡着床过程中起重要作用 ,这里仅介绍几个重要的、受孕酮调节的基因在胚泡着床中的作用。(一 )同源盒基因 ( hox genes) 　许多同源盒转录因子都对子宫内膜接受态的建立及胚泡着床过程起重要作用。在小鼠中 ,同源盒基因 Hoxa10 和Hoxa11在着床窗口期的子宫基质细胞中表达 ,并持续到子宫发生蜕膜化。缺失 Hoxa10后 ,小鼠子宫基质细胞的增殖能力减弱 ,蜕膜化反应失败 ,并且对孕酮的反应能力降低 ,导致多种具有孕酮效应的基因的表达下调。缺失 Hoxa11的小鼠子宫发育不全 ,并且缺少腺体 ;更为重要的是白血病抑制因子 ( leuke2m ia inhibitory factor, L if)在此种小鼠中不表达 ,这说·672· 生理科学进展 2008年第 39卷第 3期© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net明 Hoxa11可能对于子宫内膜的接受性和随后的着床过程更为重要。目前的研究表明 ,在缺失 Hoxa10的小鼠中 ,由于不能对孕酮作相应的反应 ,可能使基质细胞增殖和局部免疫抑制发生紊乱 ,从而导致着床失败 [ 6 ]。在缺失 Hoxa10的小鼠中 ,细胞周期蛋白依赖的激酶抑制剂 ( cyclin2dependent kinase inhibitors, CKIs) p15和 p57的表达上调 ,可能是导致基质细胞增殖缺陷的原因。这种小鼠的子宫内膜中 , T淋巴细胞的增殖异常可能也是影响着床的原因。此外 ,在人子宫内膜的分泌中期 , Hoxa10和 Hoxa11表达显著上调 ,说明二者在人子宫内膜接受性的建立中可能也起作用。(二 )免疫反应基因 21 ( immune2responsive gene1, Irg1) 　 Irg1编码一个由 488个氨基酸组成的蛋白 ,最初作为一种新的脂多糖诱导基因而被发现。人与小鼠的 Irg1基因有 83%的同源性。 Irg1 mRNA在小鼠子宫内膜的腔上皮细胞中表达 ,妊娠第 3天表达开始增强 ,到第 4天达到峰值 ,在第 5天则检测不到表达 ,这与 PR 在着床过程中的表达模式吻合 [ 7 ]。用 PR抑制剂 RU486处理后 , Irg1 mRNA 表达明显下调 [ 2 ]。用孕酮处理切除卵巢的 PR基因敲除小鼠后 ,在 PR基因敲除的小鼠中检测不到 Irg1mRNA表达 [ 7 ] ,这说明 Irg1在着床过程中受孕酮及其受体的调节。胚泡着床前 ,给小鼠子宫角注射 Irg1特异的反义寡聚脱氧核苷酸 ( antisense oligodeoxynucleotides) ,可使着床位点数显著减少 [ 7 ] ,说明 Irg1在着床过程中起重要作用 ,但是具体机制还不清楚。给缺失 L if的小鼠子宫内注射 L if蛋白 ,能诱导 Irg1 mRNA的表达 ( Sherwin等. 2004)。用 Stat3的抑制剂处理小鼠子宫上皮细胞后 ,在培养基中添加 L if蛋白 ,可使Irg1 mRNA 的表达水平显著下调 ( Catalano 等.2005) ,说明 Irg1基因可能受 L if2STAT3信号通路的调节。此外 ,在 Irg1蛋白的序列上还发现具有一个蛋白多糖的结合位点 [ 7 ]。受孕酮刺激后 , Irg1蛋白可能通过与蛋白多糖结合 ,调节着床过程中胚泡与子宫间的相互作用。(三 ) Indian hedgehog ( Ihh) 　 Ihh是形态发生素(morphogens) Hedgehog基因家族的成员。作为受孕酮调节的靶基因 , Ihh在小鼠妊娠第 4天的子宫内膜腔上皮和腺上皮呈现高水平表达。 Ihh信号通路的下游分子包括 Pached21 ( Ptch1)、转录因子 Gli1、Gli2和鸡卵白蛋白上游启动子转录因子 II ( chickenovalbum in up stream p romoter transcrip tion factor II,COUP2TF II) ,这些基因均在小鼠胚泡着床前的基质细胞中表达 ( Takamoto等. 2002)。由于 Ihh基因缺失的小鼠在围产期死亡 ,所以研究人员在小鼠体内 PR效应细胞中对 Ihh进行选择性敲除。此种小鼠能够正常排卵 ,与野生型雄性小鼠杂交后囊胚发育正常 ,但在妊娠第 5天囊胚仍然游离在子宫腔内 ,不能与子宫内膜发生黏附反应 ;同时 Muc21 mRNA和蛋白的表达水平显著上调 [ 8 ]。已知 Muc21是一种胚泡着床过程中的抗黏附分子 ,这说明在着床过程中 , Ihh基因可能通过抑制 Muc21的表达 ,使得胚泡顺利黏附。另外 ,在 PR效应细胞选择性敲除 Ihh基因的小鼠中 , Ptch21和 COUP2TF II在妊娠第 4天的子宫内膜基质细胞中的表达明显下调 [ 8 ]。仅在子宫内特异性敲除 COUP2TF II基因的小鼠 ,则表现为着床和蜕膜反应失败 ,蜕膜反应的标志分子 Bmp2的表达下调 ,而雌激素受体及其靶基因的活性增强 ( Kurihara等. 2007)。这说明在着床过程中 ,一方面在上皮细胞中表达的 Ihh在孕酮的作用下 ,通过 Ptch21 及COUP2TF II向基质细胞中的下游分子传递信号 ,从而保证胚泡着床和蜕膜反应的顺利进行 ;另一方面 ,在小鼠妊娠过程中 ,雌激素和孕酮之间的相互协调对于着床过程是至关重要的 ,而 Ihh的下游信号分子 COUP 2TF II对于这一过程有重要的调节作用。(四 ) 12 / 15脂肪氧合酶 (12 / 152L ipoxygenase,12 / 152LOX) 　采用寡聚核苷酸芯片发现 ,在小鼠胚泡着床前 , PR信号通路与脂肪酸合成之间存在一种新的联系 [ 2 ]。12 / 152LOX能催化花生四烯酸和亚油酸 ,产生包括羟二十碳四烯酸 ( hydroxyeicosatet2raenoic acid, HETE)和脂质过氧化氢 ( hydroxyocta2decadienoic acid, HODE)在内的介导炎症反应的信号分子。12 / 152LOX不仅能影响卵巢的功能 ,而且白细胞型和表皮型的 12 / 152LOX受孕酮及其 PR的调节 ,参与胚泡着床过程 [ 2 ]。在小鼠妊娠第 4天的子宫中 ,白细胞型和表皮型的 12 / 152LOX mRNA在腔上皮和腺上皮中强表达 ,而且白细胞型 12 / 152LOX和表皮型 12 / 152LOX在小鼠胚泡着床时的高表达使得 122HETE、152HETE和 132HODE的表达显著增强 [ 9 ]。在白细胞型 12 / 152LOX基因敲除的小鼠子宫中 ,着床受到部分抑制 ;使用 12 / 152LOX抑制剂处理后 ,着床率也显著降低 [ 9 ]。这说明表皮型 12 / 152LOX可能对·772·生理科学进展 2008年第 39卷第 3期© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net白细胞型 12 / 152LOX基因的缺失存在一定的补偿作用。PPAR mRNA和蛋白在小鼠胚泡着床过程中的子宫内膜中表达 ,暗示其可能参与着床。体外实验结果表明 ,白细胞型和表皮型 12 / 152LOX的代谢物 2122HETE、152HETE和 132HODE能上调 PPAR 基因的表达 ,而使用 PPAR 的激活剂 2rosiglitazone后 ,则能恢复由 1 2 / 1 5 2LOX抑制剂所导致的着床率降低 [ 9 ] 。这说明白细胞型和表皮型 1 2 / 1 5 2LOX可能通过 PPAR向下游传递信号 ,从而参与着床过程。(五 )钙离子结合蛋白 ( calbindins) 　Calbindins能调节细胞中钙离子的活性。Calbindin2d9k (Cabp2d9k)和 calbindin2d28k ( Cabp2d28k) 虽只有 54%的同源性 ,但均与钙离子有高度亲和力。在小鼠胚泡着床前 , CaBP2d9k mRNA在子宫内膜腔上皮和腺上皮表达。胚泡着床后 ,着床位点处的腔上皮及子宫腺上皮中均检测不到 CaBP2d9k mRNA,同时孕酮能诱导 CaBP2d9k mRNA 的表达。CaBP2d28k在小鼠子宫中的表达模式与 CaBP2d9k 相似 ( Luu 等.2004)。CaBP2d28k基因敲除的小鼠表现为可孕 ,且没有生殖功能异常。在胚泡着床前 ,给 CaBP2d28k基 因敲除小鼠的子宫内注射抗 CaBP 2d 9 k的吗啉寡聚核苷酸后 , CaBP 2d28 k基因敲除的小鼠表现为完全的着床失败 (Luu等 . 2 004 ) 。这说明这两种蛋白可能存在补偿作用。在胚泡着床前 ,存在于子宫内膜腔上皮中的蛋白与钙离子大量结合 ,并在着床时将这些钙离子释放 ,从而使着床位点处的腔上皮细胞发生凋亡 , 使胚泡顺利着床。在人子宫内膜中 ,检测不到 CaBP2d9k mRNA的表达 ,而 CaBP2d28k mRNA和蛋白在分泌中期的人和恒河猴子宫内膜中强表达。这说明 CaBP 2d28 k可能在灵长类动物的胚泡着床过程中也起重要作用。(六 )其他重要的下游基因 　许多受孕酮调节的生长因子和细胞因子及其受体等都参与胚泡着床过程 ,其中包括两性调节蛋白 ( amphiregulin)、结缔组织生长因子 ( connective tissue growth factor, CT2GF)、成骨细胞特异性因子 2 ( osteoblast specific fac2tor22, O sf2)等。两性调节蛋白、CTGF以及 O sf2 只在小鼠胚泡着床时呈强表达 [ 2 ]。研究发现 , CTGF作为一个在妊娠早期子宫中潜在的 PR靶基因 ,在细胞增殖和黏附、细胞外基质的形成及血管发生等过程中起作用 [ 10 ]。O sf2敲除的小鼠由于不能形成完全的骨组织而死亡。两性调节蛋白基因敲除的小鼠表型正常 ,也不存在着床障碍 ,可能是由于表皮生长因子家族的其他成员对于两性调节蛋白具有补偿作用。参 考 文 献1　W ang H, Dey SK. 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孕酮调节途径在着床过程中的作用

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