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胚胎移植免疫学因素研究

更新时间:2020-08-14 08:15点击:

辅助生殖技术的发展使不孕患者的临床妊娠率大大提高,但仍有部分患者在多次移植优质胚胎后仍未获得临床妊娠。反复种植失败(recurrentimplantationfailure,RIF)已经成为阻碍妊娠率进一步提高的瓶颈问题,在辅助生殖助孕中RIF发生率约为10%[1],是生殖医学领域普遍存在的难题和研究热点。目前对于RIF的定义国内外尚无统一标准,主要以2个或以上的新鲜或冷冻周期内,共移植至少4个优质卵裂期胚胎或不少于2个囊胚后未获临床妊娠作为RIF定义[2]。近年来研究发现免疫因素在子宫内膜容受性、胚胎质量和胚胎与子宫内膜同步发育等方面影响胚胎种植,使患者发生RIF。现就免疫因素导致不孕患者发生RIF的研究进展作如下综述。
 
1免疫细胞
 
子宫内膜组织中存在着大量的免疫细胞,其数量随着子宫内膜呈现周期性变化。巨噬细胞(macrophage,Mφ)、树突状细胞(dendriticcells,DCs)的数量随着子宫内膜从增殖期向分泌期转化逐渐增多,并在子宫内膜分泌期种植窗期间达到最高,而T细胞的表达水平在整个月经周期中相对恒定,仅在月经周期的开始和结束时有所增加。子宫自然杀伤细胞(uterinenaturalkillercell,uNK)在月经周期的增殖期数量较少,而在分泌期数量增加[3]。免疫细胞表达水平及平衡状态影响子宫内膜的容受性,从而进一步影响胚胎种植。1.1巨噬细胞和树突状细胞Mφ几乎全程参与免疫和炎症反应。其主要功能是吞噬和破坏微生物以及杀死病毒感染的细胞和恶性细胞。Mφ可以摄取抗原,并加工处理成为可与主要组织相容性复合体(majorhistocompatibilitycomplex,MHC)Ⅱ类分子结合的抗原肽,并向T细胞提呈抗原,启动免疫应答。蜕膜Mφ通过分泌基质金属蛋白酶9(matrixmetalloproteinases9,MMP-9)、纤连蛋白-1和血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF),在滋养层细胞的迁徙和子宫螺旋动脉的重塑过程中发挥重要作用[4]。DCs对抗原进行识别和处理,与T细胞相互作用启动免疫应答,是促进初始T细胞活化最有效的抗原提呈细胞。DCs直接影响子宫内膜基质细胞和上皮细胞,上调参与子宫-囊胚相互作用的粘附分子白细胞分化抗原(ClusterofDifferentiation,CD)44,下调粘附抑制分子黏蛋白16(Mucins16,MUC16),参与囊胚定位和粘附[5]。人子宫内膜中的Mφ和DCs在种植窗期间呈高表达,二者可引起子宫内膜的表面共刺激分子CD80、CD86低表达以及表面耐受分子CD200高表达,增加子宫内膜容受性,促进胚胎定位和粘附[6]。Gnainsky等[5]研究表明对RIF患者进行子宫内膜搔刮,可上调促炎细胞因子TNF-α表达,促进单核Mφ分化为Mφ和DCs,DCs诱导子宫内膜上皮细胞上调细胞粘附分子骨桥蛋白(osteopontin,OPN)、整合素αVβ3(integrinαVβ3,ITGαVβ3)、CD44,并下调粘附抑制分子MUC16参与囊胚定位和粘附,进而提高RIF患者的妊娠成功率。1.2T细胞辅助T(T-helper,Th)1细胞与Th2比例失衡是导致发生RIF的重要原因之一。Th细胞通常表达CD4,Th1细胞分泌的细胞因子被认为是促炎因子,包括干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ),肿瘤坏死因子-α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)和白细胞介素(interleukin,IL)-2。Th2细胞分泌的细胞因子如IL4、6、10、13通常表现为抗炎作用[7]。与第1次体外受精-胚胎移植(invitrofertilization-embryotransfer,IVF-ET)周期成功妊娠的女性相比,在RIF患者血浆中IFN-γ、IL-1β升高,转化生长因子-β(transforminggrowthfactor-β,TGF-β)降低,且IFN-γ/IL-4,IFN-γ/IL-10比值明显升高,提示RIF患者存在Th1/Th2失衡[8]。在妊娠早期母-胎界面以及外周血中Th1、Th2细胞的偏移决定着妊娠结局,Th1/Th2增大可能意味着妊娠失败[8]。调节性T细胞与Th17细胞表达水平和二者相互平衡均影响胚胎种植。母体调节性T细胞主要表达CD4+、CD25+、Foxp3+,通过细胞间接触和可溶性因子(如TGF-β和IL-10),抑制自身反应性淋巴细胞作用和母体对父系抗原的异源性免疫反应,有助于维持妊娠[9]。Th17细胞是由CD4+原始T细胞在TGF-β、IL-6、IL-23、IL-21和IL-1作用下分化而成,表达维甲酸相关孤核受体γt(retinoicacid-relatedorphanreceptorγt,RORγt),并分泌IL-17A、IL-17F和IL-26,参与同种异体移植反应[10]。Th17数量的增多意味着妊娠结局不佳,而T细胞是胚胎成功种植的保护性因素[10]。胚胎种植时子宫内膜T细胞分化成Th17细胞而非妊娠所需的T细胞可能会导致RIF[11]。除调节性T细胞数量外,调节性T细胞免疫抑制功能也与RIF有关。肥胖人群发生RIF的概率更高,其原因之一是其子宫内膜组织中调节性T细胞数量增加,但调节性T细胞免疫抑制功能下降[12]。总之,Th17、T细胞之间的不平衡及调节性T细胞功能降低也会引发RIF。1.3自然杀伤细胞自然杀伤细胞(naturalkiller,NK)是子宫内膜白细胞的主要成分,表达特定的细胞表面标记物CD56,根据荧光强度不同,人NK细胞可分为CD56bright亚群和CD56dim亚群。外周血中NK细胞主要表达CD16+和CD56dim,有较高的细胞毒性。子宫NK细胞主要是CD56bright细胞,存在于子宫内膜和蜕膜中,细胞毒性较低,有利于胚胎着床。NK细胞亚群的适当调节对于生殖成功非常重要,子宫NK细胞CD56bright亚群和CD56dim亚群的失衡可以导致种植失败。NK细胞中的CD57表达与颗粒酶A、颗粒酶B和穿孔素的表达相关,表明CD57可能与高细胞溶解潜力有关。Jiang等[13]发现在RIF患者子宫内膜和外周血中CD57+/CD56+升高,且其比值与外周血中Foxp3+T细胞百分比呈负相关,CD57的升高可降低调节性T细胞数量,使母体对半异体胚胎的免疫反应增强,进而导致患者发生RIF。uNK细胞可以分泌多种细胞因子影响滋养细胞入侵和螺旋动脉重塑,如VEGF-C、MMP-7、MMP-9,促进螺旋动脉重塑;IFN-γ显著上调趋化因子(CXCL9、CXCL10、CCL8、CCL5)、酶(如鸟苷酸结合蛋白5,抗原处理相关转运体1,细胞色素p450家族成员27B1,超氧化物歧化酶2,干扰素诱导的GTP-结合蛋白Mx1,IL-1转化酶,前列腺素E合成酶)和转录因子(如转录因子AP-2γ,干扰素调节因子1,核因子E2相关因子3)表达,下调集落刺激因子2和IL-1受体Ⅱ型基因,与uNK细胞产生的趋化因子CXCL10和CXCR2共同作用,使滋养细胞更易进行迁移和侵袭,促进胎盘血管生成[14]。uNK细胞分泌的粒细胞集落刺激因子(granulocytecolonystimulatingfactor,G-CSF),可通过增加子宫内膜的厚度改善子宫内膜容受性[15]。由此可见,uNK细胞及其分泌的细胞因子对血管生成、胎盘发育和妊娠的建立起到重要作用。
 
2免疫分子
 
成功的妊娠需要母体免疫系统识别和接受半异体胎儿。母体免疫系统、子宫内膜局部产生的分泌性分子则决定母体免疫耐受状态的形成。免疫分子(包括膜型分子和分泌性分子)的异常表达会导致免疫耐受-免疫逃逸失衡,直接导致胚胎的种植失败。与胚胎种植相关的膜型分子有人类白细胞抗原、整合素等;分泌型分子有自身抗体、细胞因子等。2.1人类白细胞抗原人类白细胞抗原(humanleukocyteantigen,HLA)/主要MHC系统的多态性使胚胎或器官移植因抗原不合出现移植排斥反应。HLA-G是MHC的成员之一,属于HLA-Ⅰ类分子,选择性表达于母-胎界面组织,参与母胎免疫耐受。HLA-G可通过激活Erk1/2通路,促进β-人绒毛膜促性腺激素(betahumanchorionicgonadotrophin,β-hCG)产生,从而对胚胎着床产生积极影响[16]。HLA-G还作用于子宫内膜的免疫细胞,影响细胞因子和生长因子的产生、与杀伤细胞抑制性受体结合,诱导免疫抑制,从而影响子宫内膜容受性[17]。子宫内膜中可溶性HLA-G可通过增加CD56+NK细胞,减少NK细胞对胚胎的细胞毒性,进而有利于胚胎种植[18]。由此可见,HLA-G可通过激活Erk通路、调节细胞因子生成及减轻细胞毒性参与胚胎种植过程。HLA-C2和HLA-G基因14bp插入在RIF女性中更易出现,表明HLA基因多态性可能与RIF有关[19]。2.2整合素整合素家族隶属于粘附分子,是一组细胞表面糖蛋白受体,由α和β两个亚基组成,通过与细胞外基质中的蛋白质结合,调节细胞间和细胞与基质间的相互作用。子宫内膜中α1、α4、αV、β3整合素分子在月经周期中呈现周期性表达,特别是在窗口期的上调被认为是子宫内膜容受性的潜在标志[20]。在已鉴定的整合素中,ITGαVβ3的研究最为广泛,ITGαVβ3及其配体OPN在窗口期呈最高表达水平,OPN-αVβ3复合物有利于胚胎粘附[21]。Zeng等[22]研究发现,RIF患者子宫内膜上整合素β3表达下调,整合素β3可通过调节种植窗期间的子宫内膜容受性影响胚胎种植。Coughlan等[20]则发现整合素α1、α4和αVβ3在RIF和正常女性子宫内膜中表达无差异。因此,整合素的不同亚型可能在RIF中发挥不同作用,仍需进行进一步研究。2.3自身抗体抗磷脂抗体(antiphospholipidantibodies,APAs)是一组与带负电荷的磷脂发生反应的自身抗体。狼疮抗凝物和抗心磷脂抗体是最常见的两种APAs。APAs的存在与不良妊娠结局相关。APAs通过作用于内皮细胞、滋养层细胞,导致血液凝固以及血管生成减少,并对滋养层细胞分化、增殖和侵袭产生抑制,并阻碍卵母细胞发育。这些均导致患者发生不孕、复发性流产和RIF[23]。Sauer等[24]发现RIF患者APAs阳性率为9%,而正常可孕女性APAs阳性率仅为1.5%,APSs升高可影响血管生成,并导致植入前胚胎形态学异常比例升高,这些均可能导致RIF发生。抗核抗体(antinuclearantibodies,ANA)是指针对细胞核内容物(包括DNA、RNA、蛋白质和/或其复合物)的抗体。ANA主要为IgG类抗体,RIF妇女ANA的阳性率为35.1%[25]。ANA水平升高对胚胎发育具有不良影响,被认为是引起RIF的胚胎方面因素[25]。然而,在对1275篇文献进行荟萃分析发现,尚无明确证据表明RIF与ANA有关[26]。2.4细胞因子子宫内膜组织中细胞因子的变化也与RIF发生有关。TNF可作用于核转录因子κB(nuclearfactorkappa-B,NFκB)诱导炎症介质IL-1a的表达,引起细胞凋亡[27]。在RIF女性子宫内膜中,NFκBp65的表达明显高于仅有一次或无植入失败史的女性,表明TNF升高可能与RIF发生有关[28]。Fabian等[29]研究发现小鼠囊胚培养基中高浓度TNF可导致对胚胎的不利影响,并呈剂量和时间依赖性。由此可见,TNF可能通过影响子宫内膜容受性及胚胎生长而有利于胚胎种植。IL-15、IL-18是促炎细胞因子,二者的高表达会对胚胎种植产生不利影响。LédéeN等[30]研究发现IL-15、IL-18在RIF妇女子宫内膜中高表达,二者通过诱导Th1反应促进促炎因子IFN-γ和TNF-α产生,进而导致RIF发生。IL-15、IL-18还在NK细胞募集和活化中起到重要作用,子宫内膜中CD56bright细胞数量与IL-15/肌动蛋白、IL-18/IL-18BP比值显著相关,因此IL-15、IL-18可能参与RIF。细胞因子间的相互作用也影响胚胎植入。已有研究证明肿瘤坏死因子样弱凋亡诱导因子及其配体可以通过控制IL-18和/或IL-15诱导NK细胞的细胞毒性,进而导致RIF发生[30]。G-CSF与卵母细胞成熟、子宫内膜容受性、着床前胚胎发育和滋养细胞侵袭等生殖过程密切相关。卵泡液中高浓度的G-CSF增加了胚胎种植和妊娠的可能性,且优质胚胎与高浓度G-CSF相结合,可获得更高的着床率[31]。宫腔灌注G-CSF可明显增加子宫内膜厚度,胚胎移植后使用rh-G-CSF治疗,RIF女性的妊娠率明显高于未使用组,表明G-CSF可改善RIF患者子宫内膜容受性和胚胎种植情况[15,32]。可见G-CSF对胚胎种植有积极影响。此外上皮细胞和子宫内膜组织局部白细胞可产生多种细胞因子如GM-CSF、CSF1、LIF、IL-6、胰岛素样生长因子(insulinlikegrowthfactor,IGF)-I和IGF-II,在维持胚胎和囊胚发育,保护胚胎免受应激和凋亡的影响上起到重要作用[33]。
 
3总结
 
RIF是影响IVF-ET成功率的重要因素之一。子宫内膜中Mφ及DCs可调控基质金属蛋白酶活性、粘附分子的表达,影响子宫螺旋动脉重塑,促进胚胎定位与粘附,同时母-胎界面HLA-G可通过激活Erk通路、调节细胞因子生成及减轻细胞毒性对胚胎种植过程产生积极影响。而T细胞和NK细胞功能及亚群比例失调、母体血浆中自身抗体及促炎细胞因子浓度的升高可通过炎性反应、免疫排斥、细胞毒性、诱导细胞凋亡影响子宫内膜容受性和胚胎发育,使患者发生RIF。子宫内膜中整合素是否参与RIF的发生可能与其亚型有关。RIF的发病机制尚未明确,随着生殖医学领域的发展,仍需要更多研究来阐明免疫因素在RIF发生中的具体作用。

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