子宮內膜異位癥對卵母細胞和胚胎發育的影響機制研究進展

簡啟亮，王芳

(蘭州大學第二醫院生殖醫學科,蘭州 730030)

子宮內膜異位癥(EMs)是導致生育能力受損的眾多醫學謎題之一,它是一種以慢性炎癥為特征的慢性良性疾病,在全球育齡期婦女中發病率達10%,是引起女性不孕的重要因素之一,對患者生活、工作和心理健康等都造成了嚴重影響[1-2]。EMs的臨床表現包括激素失衡和子宮內膜容受性受損的免疫反應,以及配子和胚胎發育能力的降低。研究表明,體外受精(IVF)治療時,EMs患者的受精率、可移植胚胎數量、囊胚形成率、著床率和妊娠率均有所下降[3-5]。EMs對生殖組織細胞功能和發育動態的影響有一系列可能的影響機制,如盆腔粘連、慢性炎癥、卵泡生成障礙、黃體期破壞、抗子宮內膜抗體、孕酮抵抗等[6-8]。由于缺乏對EMs影響配子和胚胎的潛在機制的研究,在EMs不孕婦女的診斷和管理方面存在一定的弱點和局限性。

卵母細胞質量和胚胎質量是IVF助孕成功的兩個重要因素,實施輔助生殖技術助孕的患者因EMs導致卵母細胞和胚胎質量下降而達不到滿意的妊娠結局[9]。了解EMs影響卵母細胞和胚胎質量的機制可以更準確地預測和評估EMs與生育能力的關系。本文從卵母細胞和胚胎的角度提供見解,著重闡述EMs可能在慢性炎癥影響下激活損害卵母細胞受精能力以及胚胎發育能力的機制,對臨床決策具有重要價值。

一、氧化應激的影響

1.EMs引起活性氧簇升高:活性氧簇(ROS)是有氧呼吸的副產物,配子、胚胎及其周圍環境都可能是ROS的潛在來源。ROS參與介導健康組織正常發育、分化和凋亡的信號轉導等重要的生理過程,其在生殖組織中的調節功能包括卵泡發生、卵母細胞成熟、黃體溶解、胚胎發育和著床過程調節[10],但ROS的過度表達是有害的。

近年來,研究證實EMs和ROS的產生密切相關,由于異位子宮內膜細胞增殖速度加快,導致EMs患者腹腔液、卵泡液和外周循環血中的ROS水平明顯升高,同時伴有抗氧化水平的下降[11]。過量ROS可能通過直接的細胞失調過程或間接的病毒感染現象,對輸卵管的微環境、卵泡生長和胚胎質量都造成影響。過量的ROS還可以通過引起內質網應激反應誘導EMs患者卵丘顆粒細胞的衰老,進而導致卵母細胞質量的下降,引發EMs相關性不孕[12]。胚胎周圍的氧濃度、金屬陽離子、可見光和胺氧化酶,以及精子產生的ROS同樣會對胚胎造成不利影響,降低了胚胎的種植率,不僅造成EMs相關性不孕還會引起EMs的擴散[13]。抗氧化劑的產生能抵消ROS過度表達的不利影響。當抗氧化機制缺乏平衡ROS產生的能力時,促進了氧化應激代謝物在腹膜、卵泡液和卵巢中的積累[14]。氧化應激可能是卵母細胞衰老和生殖病理的“啟動子”,特別導致卵泡異常閉鎖、減數分裂異常、受精率低、胚胎發育遲緩和生殖疾病[15]。

有研究發現,當月經逆行進入腹膜腔后,經血中的紅細胞溶血產生的鐵離子過多,導致體內鐵水平升高,過量鐵促進經血中的子宮內膜細胞粘附于腹膜并生長,從而形成異位病灶誘發EMs[16]。EMs腹腔液中的過量鐵破壞小鼠囊胚形成,降低谷胱甘肽過氧化酶4(GPX4)表達,誘導脂質過氧化,提示過量鐵可引起胚胎毒性,導致鐵死亡的發生[17]。在EMs患者中谷胱甘肽-轉移酶(GST)的濃度和功能都受到損害,這意味著EMs患者細胞抗氧化機制明顯受損,它們的總抗氧化能力減弱[18]。因此,EMs患者腹腔ROS升高,而無法增加氧化應激水平將可能導致卵母細胞發育受損和功能障礙。

2.ROS升高損傷卵母細胞和胚胎質量:ROS在卵母細胞成熟、卵巢類固醇激素合成、排卵過程、胚胎種植能力及囊胚形成等多個生殖生理學方面產生影響。而由于代謝過于旺盛或清除能力低下使ROS濃度過高則會引起氧化應激,造成細胞中蛋白質、核酸等大分子的過氧化損傷。ROS產生的細胞毒性作用包括導致磷脂過氧化、脂質過氧化導致的細胞膜通透性增加、細胞膜完整性受損、酶活化和功能障礙,線粒體結構破壞和分布異常造成的胚胎永久性發育阻滯,以及DNA結構嚴重破壞和最終的細胞死亡[18]。

ROS對卵母細胞的影響表現在對減數分裂時紡錘體微管的解散。紡錘體是卵母細胞核成熟過程中最關鍵的細胞器之一,其對諸多因素極其敏感。在減數分裂過程中,氧化應激會誘導染色體端粒損傷,促進染色體的不穩定性,導致了減數分裂時染色體的錯誤分離從而產生非整倍體。紡錘體異常阻礙了卵母細胞核的成熟,細胞核和細胞質的成熟是成功受精的關鍵,這個過程中受到的任何干擾都可能導致形態學和遺傳學異常,使可利用卵母細胞數減少,降低受精率和胚胎種植率,導致生育力減退。EMs患者腹腔微環境中ROS顯著增多,而抗氧化應激物質減少,造成細胞中蛋白質、核酸等大分子的過氧化損傷,導致線粒體結構破壞和分布異常造成胚胎永久性發育阻滯。氧化應激除了損傷卵母細胞外,還阻斷受精卵的早期發育,導致胚胎質量下降,嚴重時甚至死亡[19]。在牛胚胎發育研究中發現,培養液中加入患有輕度EMs不孕婦女的卵泡液會損害卵母細胞和胚胎的發育,而抗氧化劑的使用會抵抗這種不利影響,進一步證實氧化應激對卵母細胞和胚胎發育存在不利影響[20]。此外,ROS對蛋白質也產生不利的影響,會促進細胞周期失調、細胞核DNA碎片化,而引發胚胎發育停滯。由于線粒體DNA對突變易感,在進一步受到細胞中存在的ROS的影響后它的代謝功能改變,會導致胚胎的發育停滯及細胞凋亡的發生[21]。

總之,EMs患者伴隨著ROS的升高,這些代謝副產物導致生育力下降甚至不育的生理過程是復雜的,抗氧化劑在預防和治療EMs中的有益作用需要進一步研究,同時還需要臨床試驗來確定其效果。對于氧化應激與EMs相關不孕癥之間的關系仍然需要更深層次的探究。

二、免疫平衡破壞的影響

1.EMs破壞免疫系統:免疫系統具有識別和排除抗原性異物、與機體其他系統相互協調,共同維持機體內環境穩定和生理平衡的功能,在EMs疾病的發生和發展中起著重要作用。EMs患者的子宮內膜細胞在缺乏免疫系統識別和清除能力的異位區種植和生長,即EMs能夠促進異位的內膜細胞改變免疫耐受[22]。由于這些細胞保留了它們的激素反應能力,并且周期性激活,因此會引起炎癥反應最終發展為慢性炎癥[23]。在炎癥的初始階段可以觀察到輔助性T細胞和調節性T細胞的涌入,至慢性期建立時,招募的巨噬細胞被依次激活,進而引起粘附和血管生成。

已有研究證實,細胞因子、趨化因子和前列腺素,構成關鍵的炎癥調節因子,在EMs患者的腹腔液中明顯增加,這些細胞因子促進疾病的發展,進一步影響生殖功能[24]。正常情況下,腹腔液中的巨噬細胞、淋巴細胞、嗜酸性粒細胞的含量都處在正常范圍[25]。EMs會促進炎癥反應,從而激活巨噬細胞,巨噬細胞被激活后吞噬能力增強,可吞噬精子、抑制精子的活力,干擾精卵的結合及胚胎的發育,影響了生育能力[26]。免疫反應的主要調節因子是白細胞介素(IL)-1,它能誘導前列腺素的分泌。 巨噬細胞在受精過程和早期胚胎分裂過程中具有分泌IL-1的能力,這對生殖功能產生有害影響。IL-1干擾生殖的途徑是通過刺激T細胞產生IL-2,而反過來IL-2也能刺激各種類型T細胞克隆擴張,增強了自然殺傷(NK)細胞的活性[27]。EMs患者腫瘤壞死因子(TNF-α)、IL-8和IL-10水平均有升高,這些分子的來源被認為是腹腔液中巨噬細胞及其產生的細胞因子的混合物,這些細胞因子的水平增強可能與卵巢反應受損有關[28]。

總之,免疫系統損傷而引起EMs相關不孕癥的機制是復雜的,需要進一步探究。

2.免疫系統破壞影響卵母細胞和胚胎質量:EMs患者的慢性炎癥可能從多個方面影響生育能力。EMs患者卵泡液中IL-1β、IL-8、IL-10和TNF-α等多種細胞因子的水平增強,卵母細胞和胚胎發育動力下降時這些因子可以作為關鍵診斷標記物[29]。前列腺素和細胞因子可以影響胚胎的發育和著床潛力,在配子形成初始到進入子宮這個過程中都有損傷發生,這歸咎于巨噬細胞誘導的細胞因子生成[30]。由于髓過氧化物酶產生的氧化因子誘導,使得巨噬細胞激活,卵母細胞發生退化,而卵丘細胞缺乏保護能力,EMs患者生殖器官中存在炎癥時導致卵母細胞和胚胎質量下降[31]。此外,EMs可能會進一步導致熱休克蛋白失調,而熱休克蛋白保護細胞避免氧化應激和炎癥的侵害。在EMs中免疫反應受到影響,熱休克蛋白表達異常增加引發了細胞損傷甚至細胞凋亡,影響了卵母細胞質量。與免疫反應有關的分子機制還可能會干擾排卵過程,促進卵巢分泌類固醇失調或黃體功能低下,導致懷孕困難[32]。

這些累積的證據表明,EMs患者由于炎癥影響的腹腔液會對胚胎產生毒性作用,但影響機制的復雜性和相關性需要進一步探討,以期為EMs相關不孕癥的診療及如何有效的長期管理提供重要信息。

三、激素代謝異常的影響

1.EMs與激素代謝失調:育齡期女性的正常生理周期中,垂體分泌卵泡刺激素(FSH)和促黃體生成素(LH)刺激卵泡的生長,同時卵泡對垂體促性腺激素的分泌也具有反饋調節,以促進優勢卵泡生長及LH峰的形成,使卵巢正常排卵。有研究發現,EMs是性激素依賴性疾病,當子宮內膜組織在子宮腔外生長時,孕激素和雌激素信號通路被破壞,通常導致孕激素抵抗和雌激素過多,這種激素失衡導致炎癥加劇,增加該病的盆腔疼痛,并降低子宮內膜對胚胎種植的接受性[33]。

在正常的卵泡期,卵泡的生長受到激素平衡的控制,當FSH反饋機制來控制下丘腦-垂體-卵巢軸(HPO)時,隨著卵泡不斷增大,卵泡內的細胞也在發生變化,卵泡腔逐漸形成并充滿了卵泡液。卵泡產生LH受體,為排卵做準備。而EMs患者HPO軸功能紊亂,改變了反饋通路,導致卵巢功能異常,卵泡期延長,部分患者出現月經周期異常,導致懷孕困難。EMs患者卵泡期雌二醇(E2)水平下降,促性腺激素平抑因子生物活性增強,使雌激素對垂體敏感性減弱,LH分泌減少、LH峰值出現時間延后,激素合成障礙,影響卵母細胞的生長、成熟、排卵和卵巢黃體的發育,導致不孕的發生[34]。此外,Lee等[35]報道EMs患者黃體期孕酮產生量降低,腹腔液中孕酮含量降低,造成腹腔內自由浮動的內膜細胞種植和擴散,反過來又促進EMs的發生及發展。

2.激素失調影響卵母細胞和胚胎質量:EMs患者的卵泡液激素水平也在一定程度上發生改變,主要包括雌激素、雄激素和黃體酮的分泌減少以及激活素的增加。有學者發現EMs患者卵泡液中E2含量明顯低于正常值,同時存在卵母細胞質量下降的情況[33],E2水平的高低決定了卵母細胞的質量,這意味著EMs患者卵母細胞質量的下降很有可能與E2水平降低有關。EMs影響血清基礎FSH(bFSH)和抗苗勒管激素(AMH)水平,患者受激素失調影響而卵泡生成受損,即降低了竇卵泡數、卵泡生長速度、優勢卵泡大小并減少了IVF周期獲卵數,卵泡內E2濃度均受到影響,進而降低了卵母細胞質量[36]。EMs患者卵泡液內前列腺素E2(PGE2)與瘦素均呈高濃度水平,兩者升高促進了顆粒細胞凋亡和炎性介質釋放,最終改變卵泡液微環境,損害卵細胞發育,影響了卵母細胞的質量。

四、小結和展望

綜上所述,EMs嚴重影響了女性生育功能,激活了體內的免疫反應,同時也對卵巢功能及胚胎產生毒害作用。然而,研究人員和臨床醫生在最佳治療以及管理EMs相關不孕癥上一直有爭議。本文總結了EMs影響卵母細胞和胚胎質量的機制,深入分析了EMs如何損害卵母細胞質量和胚胎發育能力。目前,主要依靠形態學數據來評估卵母細胞和胚胎的質量和種植潛力,強調發現描述EMs患者的生物標志物的必要性,以及檢測其基本分子機制并評估其對卵母細胞和胚胎質量的影響的必要性。在這個精確和個體化醫學的時代,未來的研究似乎應該側重于發現敏感的新型工具,既能報告氧化應激狀態,也報告免疫系統失調狀態。全面認識EMs對卵母細胞質量及胚胎發育影響的機制,才能為改善 EMs 患者的生育能力提供更好的治療策略,進一步提高EMs相關不孕癥患者的妊娠率。