双调蛋白在女性生殖系统作用的研究进展

2023-05-10 14:56:27

【摘要】在女性生殖功能实现的复杂过程中,双调蛋白(amphiregulinAreg)参与调控颗粒细胞的黄素化、卵母细胞减数分裂的恢复及调控卵子成熟、卵丘复合体的扩张及排卵,而且其表达水平与卵子的发育潜能密切相关。Areg与子宫内膜的容受性密切相关,可能参与到胚胎的着床过程中。Areg诱导合体滋养层细胞分泌大量绒毛膜促性腺激素(hCG),参与孕早期妊娠的维持。

 

关键词:双调蛋白(Areg);表皮生长因子(EGF)家族;卵泡发育;子宫内膜

 

    1988Shoyab等由经12-肉豆蔻酸-13乙酸佛波醇(phorbol 12-myristate 13-acetatePMA)处理后的人乳腺癌MCF-7细胞系上清液中提取到一种糖蛋白,当时发现这种糖蛋白既可以促进角质细胞、成纤维细胞的增殖,又可以抑制一些肿瘤细胞系的生长,故而命名为“双调蛋(amphiregulinAreg)”,目前的研究认为,Areg可以促进几乎所有细胞系的增殖。Areg是表皮牛长因子(epidermal growth factorEGF)家族的一员,哺乳动物EGF家族成员还包括EGF、转化生长因子-α(transforming growth factor-αTGF-α)、上皮细胞有丝分裂原(epigenEPI)、乙胞素(betacellulinBTC)、表皮调节素(epiregulinEREG)、肝素结合表皮生长因子(heparin-binding EGF-like growth factorHBEGF)及神经调节素(neuregulinsNRG),共8种。EGF家族受体(epidermal growth factor receptorEGFR)是一种广泛表达的酪氨酸激酶受体,有4种,分别为ErbBlErbB2ErbB3ErbB4Areg则主要与ErbBl结合。

 

 Areg的表达及主要功能

 

1.1   Areg的基因定位及表达

    编码Areg的基因在小鼠、大鼠分别位于5号、14号染色体,在人类则位于4号染色体长臂133亚带(4q13.3),这也是EGF家族基因簇所在的区域。人类Areg基因存在2个拷贝,相距约160 kbAreg基因转录为包含6个外显子的mRNA,这种mRNA编码一种由252个氨基酸组成的糖蛋白,亦即双调蛋白前体(Pro-Areg)Pro-Areg是一种极性跨膜糖蛋白分子,主要分布于细胞的基底侧,也可整合于微囊体内。Pro-Areg有着复杂的分子结(1)G蛋白耦联受体(G protein-coupled receptorGPCR)通路调控着解聚素-金属酶17(a desintegrin and metalloproteinase 17ADAM-17)的表达,ADAM-17及肿瘤坏死因子α转化酶(tumor necrosis factor-αconverting enzymeTACE)作用于Pro-AregLysl87位点,产生可溶性的Areg——一种包含84个氨基酸的糖基化多肽,亦即Areg的活性成分。

    Areg mRNA在许多组织中都有表达,比如胎盘、胰腺、脾脏、骨髓及结肠等,在生殖系统分布也是十分广泛的,比如卵巢、子宫和等。


诱导Areg基因表达的因素有很多,如炎症因子的释放、p53途径的激活及多种激素如黄体生成素(LH)的释放等;同时,Areg也可以正反馈性诱导自身的分泌。Areg通过自分泌、旁分泌的方式与ErbBl结合,活化多种细胞内信号转导通路(cAMP/PKAERKl/2Ras/MAPKP13K/AKTSTATPLCγ),调控相应的生理病理过程。

1.  Areg的生理及病理功能

    Areg参与到机体多种生理过程中,例如在乳腺的发育中,Areg介导雌激素的作用促进小鼠青春期乳腺导管的发育及末端乳芽的形成;甲状旁腺激素可以促进Areg的分泌,Areg参与成骨活动,Areg基因缺陷小鼠骨质疏松的发病风险较高。在生殖活动中,Areg参与到精子的发生过程,Areg基因缺陷小鼠的生精功能及精子质量均低下;同时,Areg也参与到卵泡发育,排卵以及胚胎的着床等生殖过程中。Areg也与一些病理改变紧密相关,比如小鼠呼吸道及肝脏长期的慢性炎症会导致局部Areg表达的持续增加,肺部纤维化及肝硬化的发生风险也增加;在乳腺癌、肺癌、肝癌、结直肠癌等多种癌组织中,Areg基因表达均显著增加,而且它还参与到肿瘤细胞的增殖、转移及侵蚀过程中。此外,近来研究表明,Areg与自身免疫性疾病的发生也密切相关。本文将重点综述Areg在雌性哺乳动物生殖功能调控过程中的研究进展。

 

2  Areg在女性生殖系统的分布及功能

2.  Areg参与卵泡发育的调控

    在颗粒细胞中,LH与其受体(LH receptorLHR)结合活化p38MAPK/ERKl/2cAMP/PKA信号通路,激活Areg启动子上游的cAMP反应元件(cAMP response elementCRE),启动Areg基因的转录。Areg介导LH峰效应——颗粒细胞黄素化、减数分裂恢复、卵丘复合体(cumulus-oocyte complexCOC)扩张及排卵,同时卵泡液内Areg的浓度与卵子发育潜能也密切相关。

2.1.  Areg参与调控颗粒细胞的黄素化  已有研究证实,卵泡刺激素(FSH)也可诱导小鼠未成熟颗粒细胞分泌AregFSHAreg协同作用激活细胞内ERKl/2PKB通路,使未成熟颗粒细胞的胆固醇侧链裂解酶CYPllal、类醇激素合成急性调节蛋白steroidogenic acute regulatoryStAR)的表达明显增加,CYPllal编码P450胆固醇侧链裂解酶,StAR是类固醇激素合成的限速酶,两者的表达增加是颗粒细胞黄素化的标志。为进一步探究Areg在调控颗粒细胞黄素化过程中的作用,Hsieh等对Areg因敲除的小鼠进行研究,结果显示其颗粒细胞表面的CYPllalStAR的表达显著减少,此类小鼠卵泡黄素化障碍及排卵障碍的发生风险明显高于正常小鼠。此外,Areg还参与维持黄素化颗粒细胞的活性,Puttabyatappa等对恒河猴黄素化颗粒细胞研究显示,

Areg通过活化细胞内PKB/AKT通路下调Caspase3/7的表达,拮抗RU486引起的颗粒细胞的凋亡,进而维持黄素化颗粒细胞的活性。我们前期的研究观察到,TGF-β1减少人颗粒细胞孕酮的生成,EGF可以诱导人颗粒细胞StAR的表达,进而增加孕酮的分泌。虽然上述研究表明,Areg参与调控颗粒细胞的黄素化,但在人类,Areg能否通过调控颗粒细胞StAR的表达,从而诱导孕酮的生成,并且参与到颗粒细胞黄素化的过程中,尚需进一步研究。

2.1.  Areg参与调控卵子成熟、COC扩张  在体外,LHAreg均可以促进GV期卵子生殖泡的破裂、卵母细胞减数分裂的恢复及COC的扩张,而且Areg起作用的时间较LH提前1 h,当给予EGFR抑制剂后,LH的促卵母细胞成熟、COC的扩张作用均受到一定程度的抑制,故Areg介导着LH峰效应。接受试管婴儿助孕治疗的女性卵泡液内Areg的浓度在注射hCG之前是测不出的,而注射hCG之后卵泡液内Areg的浓度会迅速上升,Areg是取卵日人卵泡液内表达最多的EGF家族成员。而且人卵泡液内的Areg具有生理学活性,取卵日所获得的人卵泡液能促进小鼠卵母细胞减数分裂的恢复及COC的扩张,然而将人卵泡液内的Areg免疫耗竭后,这种促COC扩张及减数分裂恢复的作用也随之消失。在Areg-/-小鼠中,LH作用后卵母细胞减数分裂的恢复明显延迟(9 h左右)COC扩张程度明显受限Areg是参与卵子成熟及COC扩张的关键性因子之一。小鼠活体实验显示,卵泡液内的Areg基因的表达在LH峰作用后的3 h达到高峰,6h其表达量已无法测出。由于取材的困难性,目前尚无相关研究探究人卵泡液内Areg浓度的动态变化过程。

    颗粒细胞分泌的环磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphatecGMP)通过缝隙连接作用于卵母细胞,使之阻滞在第一次减数分裂的前期。Areg作为一种旁分泌因子介导LH促卵母细胞成熟的作用,但Areg并不能直接促进裸露卵子的成熟。为进一步探究Areg促进卵母细胞减数分裂的分子机制,Norris等对小鼠模型进行研究,结果显示AregEREG协同作用通过MAPK途径减少cGMP的分泌,并关闭颗粒细胞与卵母细胞之间的缝隙连接,进而降低cGMP对卵母细胞的抑制作用,促进卵母细胞减数分裂的恢复。此外,Park等对小鼠进行研究显示Areg通过诱导颗粒细胞环氧合酶-2(cyclooxv-Genase-2COX-2)、透明质酸合成酶2(hyaluronan synthase 2,HAS2)及肿瘤杀伤因子α诱导蛋白-6(tumor necrosis factor-alpha induced protein 6,Tnfaip-6)的表达,调控COC的扩张。

2.1.  Areg参与调控排卵  排卵是多因子综合作用的结果,其中前列腺素(prostaglandinPGE2)的大量积聚可以使卵泡收缩、破裂,多个信号通路参与调控PGE2的生成,TGF-β1和一氧化氮(NO)可分别通过SmadcAMP应答元件结合蛋白(cAMP response element binding proteinCREB)信号通路促进人黄素化颗粒细胞COX-2的表达及其作用下PGE2的生成,Areg则通过ERKl/2通路上调COX-2的表达及PGE2的生成,进而参与调控排卵的发生,但Areg-/-小鼠仍能发生排卵,可能是EREGTGF-β1等因子代偿作用的结果。

2.1.  Areg与卵子质量相关  不同卵子所在卵泡液Areg的浓度是不同的,Inoue等观察到人卵泡液内Areg浓度与卵子受精率之间存在负相关的关系然而,Zamah等对卵子及其所在的卵泡液进行匹对追踪后观察到,人成熟卵子及正常受精卵子所在卵泡液内Areg的浓度高于非成熟卵子及异常受精卵子所在泡液中Areg的浓度,并且卵泡液内的Areg浓度与女方年龄及卵泡的大小不存在明显的相关性Ben-Ami等对人未成熟的卵母细胞进行体外成熟培养in vitro maturationIVM),结果显示在基础IVM液中加入Areg并体外培养24 h后,卵母细胞的MII卵率、受精率及卵裂率均明显高于未添加Areg组,这说明Areg在体外不仅可以促进卵母细胞的成熟,还能提高卵子的发育潜能。Huang等分别提取接受IVF/ICSI助孕治疗患者的壁颗粒细胞(mural granulosa cellsMC)及卵丘颗粒细胞(cumulus granulosa cellscc),通过检测Areg mRNA的表达水平后观察到,妊娠组MCCCAreg mRNA的水平均明显高于未妊娠组;而且MCCCAreg mRNA的表达水平与获卵数、MII卵子数、双原核(2PN)受精卵数及优质胚胎数有明显的正相关性;将获得的颗粒细胞体外培养并给予hCG作用4 h后,Areg mRNA表达量增加越多的患者其所获得的优质胚胎数也更多,由于不同个体LHR的数量无明显差异,故推测卵子的发育潜能可能主要与颗粒细胞对LH的敏感性有关。综上所述,Areg基因的表达水平及卵泡液内Areg的浓度与卵子的发育潜能密切相关,但Areg的最佳作用浓度及其调控卵子发育潜能的作用机制尚需进一步研究。

2.  Areg与子宫内膜的容受性及妊娠的维持有关

2.2.  Areg在子宫内膜的分布  Areg在不同物种子宫内膜的分布是不同的。Ejskjaer等对人正常子宫内膜进行分析,结果Areg主要分布在人子宫内膜的基质细胞、白细胞内,且增殖期的表达量明显高于分泌期;而桂耀庭等的研究显示Areg主要定位于人子宫内膜的腺体胞质内,而且Areg mRNA的表达水平在分泌期明显高于增殖期;Aghajanova等的研究结果则显示,Areg主要表达在子宫内膜的腔上皮细胞、腺体细胞及基质细胞内,而且在月经周期的不同阶段Areg表达及分布并无明显差异。而在小鼠及狗模型中,Areg主要表达在子宫内膜的上皮细胞、腺体细胞、平滑肌细胞内,且在小鼠及狗动情周期的不同阶段Areg基因的表达量并无明显差异。前,关于Areg在人及动物子宫内膜的分布及表达情况尚存在较大争议,这可能与种族差异大、实验样本量小及实验误差大等因素有关,故关于Areg在人及动物子宫内膜的分布情况尚需进一步实验探究。

2.2.  Areg与子宫内膜的容受性有关  Areg是否参与到胚胎的着床过程尚不十分清楚,但Areg与子宫内膜的容受性密切相关。Lee等对小鼠模型进行研究结果显,妊娠小鼠及假孕小鼠子宫Areg基因的表达水平在交配后的第2.5日开始升高,第3.5日达到高峰(即胚胎的“植入窗”时期),第5.5日开始下降,而且均明显高于未妊娠小鼠;此外,交配后第0.5的假孕小鼠移植囊胚后,其子宫Areg的表达水平明显高于未移植的假孕小鼠,并且Areg在胚胎的着床部位较为密集,故推测胚胎与子宫内膜的接触可诱导Areg的表达。有研究显示,一些调控胚胎着床的重要因子如胚胎植入前因子(preimplantation factorPIF)、白细胞抑制因子(1eukemia inhibitory factorLIF)能诱导Areg的表达,并且在PIF-/-LIF-/-小鼠子宫内膜中Areg基因的表达均减少,但Areg-/-的小鼠仍能有胚胎着床。因此Areg可能参与到胚胎的着床过程中,但并不是调控胚胎着床过程的关键因子。

2.2.  Areg与妊娠的维持相关  早期妊娠阶段,人类绒毛膜组织合体滋养层细胞的细胞核及胞质内大量表达AregAreg作为一种旁分泌因子促进滋养层细胞的增殖,同时也能诱导滋养层细胞大量分泌hCG,人羊水中Areg的浓度与羊水中hCG浓度呈正相关,但妊娠18后胎盘组织内无法测到Areg基因的表达,故Areg在早期妊娠阶段通过诱导hCG的生成参与妊娠的维持。

3  展望

    综上所述,Areg参与调控颗粒细胞的黄素化、卵子的减数分裂的恢复、COC的扩张及排卵,而且卵泡液内Areg的浓度与卵子的发育潜能也紧密相关;此外,Areg与小鼠子宫内膜容受性密切相关,通过诱导hCG的分泌参与早期妊娠的维持。但由于人类组织取材的困难性及伦理学限制,对Areg的研究大多局限于小鼠、狗等动物实验中,目前关于Areg在女性生殖系统中的作用,尚有很多问题亟待解决,如:Areg能否通过诱导人颗粒细胞StAR的表达及孕酮的生成LH峰后人卵泡液Areg浓度的动态变化过程最利人卵子发育潜能的Areg作用浓度及其调控卵子发育潜能的分子机制;Areg在人子宫内膜的表达、分布情况及其在胚胎着床前、后的动态变化过程等。随着研究的不断深入,人们对Areg的认识也将更加全面。

 

参考文献(略)


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