摘要：细胞凋亡是一种正常的生理现象。在胚泡着床过程中, 伴随有大量细胞凋亡。研究表明, 胎盘发生过程中的细胞凋亡,对调控子宫内膜基质细胞的蜕膜化和滋养层细胞的浸润以形成胎盘具有重要意义; 另外, 由Fas/FasL系统介导的细胞凋亡可能与母体对胎儿的免疫耐受性有关。本文主要评述细胞凋亡的一般通路以及胎盘发生过程中细胞凋亡的调控。胎盘是由母体和胎儿双方组织形成的一个多功能的暂时性器官, 涉及到极其复杂的由蛋白水解酶系统、血管新生因子和细胞凋亡调控因子所参与的组织重建和改组过程。在这一过程中, 正常细胞死亡是通过细胞凋亡实现的。凋亡是一种细胞自杀现象,它们可能是细胞的程序性死亡, 也可能是细胞对外部刺激所做出的反应。Kerr等［1］首次提出“凋亡”的概念, 希腊语是“落下”的意思, 就象秋天的落叶,来描述细胞凋亡的独特形态学特征。1842年Carl Vogt 首次描述了细胞凋亡的形态学变化, 包括细胞膜表面特化区的消失、 染色体凝集、细胞核片段化以及由于细胞质浓缩引起的细胞萎缩, 最后形成的凋亡小体被周围的细胞吞噬。细胞凋亡过程是需要能量的, 所以它是一个主动过程,并受多种外界环境因子和遗传因子的调控。几乎在所有的多细胞生物中都有凋亡现象［2］,通过细胞凋亡选择性地去除个别细胞而不影响整个组织的结构。引起细胞凋亡的信号可能是通过与膜受体结合而发挥作用,也可能是外界环境的刺激因子,它们不与膜受体结合。这两条信号通路最终都会集中到一点, 即引起酶的变化而清除细胞。尽管这是细胞凋亡的最普遍的特征,但是死亡通路同样具有细胞类型和刺激特异性。本文主要介绍近年来关于胎盘发生过程中细胞凋亡调控的研究进展以及目前还存在的问题。

1．胎盘中细胞凋亡的调控

哺乳动物胚泡着床后形成胎盘, 它是母胎间气体、营养物质以及废物的交换场所。许多研究都证实, 在正常妊娠过程中,胎盘滋养层细胞会发生细胞凋亡现象［3,4］。但人们对滋养层细胞凋亡的环境和基因调控却了解得很少。胎盘中的细胞凋亡可能有时间依赖性［5］。因此,了解胚泡着床和胎盘发生过程中细胞凋亡的机制具有非常重要的意义。我们对恒河猴的实验结果证实, 在胚泡着床初期, 不仅在滋养层细胞,而且在子宫内膜腺上皮中也有细胞凋亡发生。3′原末端位标记结果显示, 在子宫内膜腺上皮细胞和绒毛滋养层细胞以及在锚定绒毛滋养层细胞中, 都有大量细胞发生凋亡。

引起凋亡的死亡信号通常是通过一个与受体相关的具死亡域的接头蛋白传递的, 这个接头蛋白又与一种或多种半胱天冬氨酸蛋白酶(caspases)耦联。Fas就是这样一个受体。Fas最初被认为是T淋巴细胞引起细胞死亡的介导物［6］。Fas也称为CD95或Apo1,属于肿瘤坏死因子受体家族, 分子量为40 kD［7］。与受体结合后, Fas会发生多聚化并且能引起接头蛋白FADD (Fasassociated death domain)死亡域DD (death domain)的聚集, 然后FADD通过其死亡效应区(death effect domain, DED)与procaspases8的DED结合, 激活caspase 8, caspase 8 也称为FLICE (FADDhomologous ICElike proteinase)。caspase 8 再激活下游的一系列caspase。其它蛋白通过与接头蛋白的直接作用能够调节接头蛋白传递信号的能力。 例如, fLICE抑制蛋白FLIP是最近发现的一个细胞凋亡FADD结合抑制因子, 它是caspase的胞内抑制剂［8］。凋亡敏感因子,如氧化的低密度脂蛋白能够降低FLIP的表达, 因此能促进Fas诱导的细胞凋亡［9］。Fas 系统说明了配体与受体结合后的下游信号传递过程是非常复杂的,因此有可能通过对信号传递过程中的不同位点进行调节, 从而改变细胞的命运。

我们的研究结果，在人妊娠早期第6周的时候, 在母体蜕膜中有大量细胞表达Fas 和FasL mRNA。在此期间有大量细胞发生凋亡; 而在妊娠第10周, Fas和FasL的表达量很低,说明此时发生凋亡的细胞很少。从以上结果可以看出, 在妊娠早期, 伴随着滋养层细胞的侵入, 母体蜕膜中有大量细胞发生凋亡; 但是在胎盘形成后,母体蜕膜细胞不再发生凋亡, 而处于一种相对稳定的状态, 这样可能有利于胎儿的发育。

单一刺激并不一定能导致细胞凋亡, 凋亡信号级联的多重性使得诱导细胞凋亡和抑制细胞凋亡的信号之间存在一个精细的平衡。事实上,一些诱导细胞凋亡的死亡信号是可以被逆转的,这样细胞就能避免自身降解而获得新生［10］。上面介绍的配体受体通路说明通过调节信号转导通路可以改变死亡信号的作用。另外, 一些外源性刺激, 如缺氧和放射线,也能诱发细胞凋亡。

某些外源的刺激, 如过度劳累引起缺氧, 接触放射性或毒素, 都能引起体内自由基的增加而引起流产。 另外,体内激素分泌失常也能导致流产。在这些流产妇女的子宫蜕膜中, 凋亡细胞的数量明显增加。同样, 在药物流产的子宫蜕膜中Fas和FasL的表达也升高。不论是自然流产还是药物诱导的流产,都有大量细胞凋亡。 因此，我们认为细胞凋亡是导致流产的一个主要因素。

Bcl-2是第一个被发现的能抑制多种细胞凋亡的原癌基因［11,12］。它是一个蛋白家族原型, 其家族成员既能抑制凋亡,也能促进凋亡。它们有4个同源性的肽段, 称为Bcl2同源域(BH)。BH域的特异性决定了这些蛋白的功能和与家族其它成员形成二聚体的能力。细胞中促凋亡和抑凋亡蛋白的比例是决定细胞命运的重要因素［13］。Bax可以形成同源二聚体,也可以与Bcl2形成异源二聚体［14］, 抑制Bcl2的作用。Bax同源二聚体能使线粒体外膜的稳定性降低、 通透性增加, 使线粒体蛋白, 如细胞色素C,释放到细胞质中［15］, 而细胞色素C能激活caspase9,从而导致细胞凋亡。Bcl2家族不同成员结构的多样性使细胞能够对大量的内部和外部刺激作出正确应答。

bcl-2主要在胎盘绒毛滋养层细胞中表达。但在合胞体滋养层中的表达高于在细胞滋养层的表达。这说明Bcl2的表达在滋养层细胞中有不同的调控机制［16］。Marzioni等(1998)提出, bcl2的表达有利于滋养层存活, 在受损伤的绒毛表面的滋养层中Bcl2表达远远高于其它部位［１６］。Bcl2在合体滋养层中的高表达可能对这些细胞有保护作用,使它们不发生细胞凋亡, 因为合体滋养层有血管屏障作用。但是, Smith等(1997)［５］通过超微结构研究发现合体滋养层中有细胞凋亡现象, 说明Bcl2不能完全阻止合体滋养层中的细胞凋亡。

细胞滋养层和合胞体滋养层都表达抗细胞凋亡的蛋白Mcl1［17］。在正常的细胞滋养层和中间滋养层上表达促凋亡的蛋白P53,在合胞体滋养层上表达很少［18］。P53在未分化滋养层中的高表达可能与调控正常胎盘中滋养层细胞的增殖有关。

2．胎盘中的细胞凋亡与免疫耐受

fas-FasL相互作用使具有免疫优势的器官如眼睛［19］和睾丸［20］能免受免疫系统的攻击。某些眼疾与FasL的异常表达有关［21］。我们推测, 胎盘细胞表达FasL可能与母体对胎儿的免疫耐受有关。Huppertz等(1998)报道, 妊娠前1/3期, FasL主要在绒毛的细胞滋养层细胞上表达, 而Fas主要在微绒毛表面的合胞体滋养层上表达［１７］。其它的研究者发现，在整个妊娠过程中FasL在合体滋养层和细胞滋养层上都有表达［22,23］;在FasL基因突变的小鼠中, 由于不能表达有功能的FasL蛋白, 其胎盘中有大量白细胞渗入,在蜕膜胎盘交界处有大量细胞死亡［24］。FasL赋予的母胎界面处的免疫优势可能是通过抑制母体淋巴细胞的侵入而实现的。另外, FasL也可以使包括绒毛膜上皮癌细胞在内的肿瘤细胞具有免疫优势［22,25］。Payne等［26］(1999)证实, 尽管在整个妊娠过程中合胞体滋养层和细胞滋养层都表达FasL, 在体外培养条件下妊娠前1/3期的滋养层细胞中由Fas介导的细胞凋亡被阻断了。我们认为, fas/FasL系统可能在胎盘成为“免疫优势器官”中发挥特殊的作用。

3．胎盘中的细胞凋亡与caspase及其底物

在细胞凋亡的后期, caspase通过降解一系列底物引发细胞死亡。caspase的底物包括多聚ADP核糖聚合酶(PARP)、 DNA拓扑异构酶Ⅱ(topoⅡ)、核纤层蛋白, 以及焦点粘着激酶(FAK)等。PARP能催化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)合成多聚ADP核糖。Caspase 3能裂解PARP,这一步发生在代表细胞凋亡的DNA片段化之前［27］。DNA拓扑异构酶Ⅱ(topoⅡ)是DNA复制和转录过程中的重要酶,这种酶的调控发生紊乱后会使DNA受到损伤［28］。因此, caspase使topoⅡ失活后,能干扰DNA的功能。核纤层蛋白是一种核内蛋白,它能使核保持一定的形态, 并介导染色质与核膜之间的相互作用, caspase 3裂解凝溶胶蛋白产生的氨基末端片段,可扰乱肌动蛋白丝的组装而改变了细胞质的结构［29］。FAK是一种酪氨酸激酶, 它能通过促进细胞与细胞外基质之间形成焦点粘附位点而刺激细胞铺展。FAK被caspase3和6在两个位点上切断而不能发挥作用［30］。这样就不可逆地阻断了细胞的粘附, 并且干扰了从细胞外基质来的存活信号的传递。

到目前为止, caspase 3原和casapse 3是在胎盘中发现的仅有的casapse。这两种酶在细胞滋养层和合体滋养层中都有表达,而且在妊娠早期表达较高［17］。在妊娠早期, 转谷胺酰胺酶Ⅱ、 TIAR、 PARP、 核纤层蛋白B和topoⅡ主要定位在细胞滋养层细胞上,而在合体滋养层上的表达很有限, 在足月胎盘绒毛上的表达降到最低［17］, 说明妊娠过程中casaspe和多数底物的表达都是特异分化的。

总之, 上述研究结果显示, 在胎盘发生过程中, 合体滋养层和细胞滋养层中都有细胞发生凋亡; 另外,大量子宫内膜腺上皮细胞也发生凋亡。这些细胞凋亡是受到哪些因素的调控, 现在还不清楚。Fas/FasL系统可以诱导细胞凋亡,但是在胎盘发生过程中它们可能还参与母体对胎儿免疫耐受的调节。胚泡着床是生殖生物学