林益,李詠倩,齊聰,張勤華
(1.上海中醫(yī)藥大學(xué),上海 201203;2.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院,上海 201203;上海市第一婦嬰保健院,上海 200120)
輔助生殖技術(shù)(ART)發(fā)展至今已成為解決不孕不育的重要手段。盡管技術(shù)的不斷革新帶來(lái)前所未有的突破性進(jìn)展,但ART總體妊娠率卻仍在30%~50%范圍內(nèi)徘徊不前[1-2]。ART能否成功妊娠主要取決于兩個(gè)因素,一是胚胎質(zhì)量,二是子宮內(nèi)膜對(duì)胚胎的容受性。目前由于移植前基因篩查/診斷技術(shù)、凍融胚胎技術(shù)的改進(jìn)使胚胎優(yōu)選成為可能。而子宮內(nèi)膜容受性卻成為了影響ART結(jié)局的瓶頸。母體子宮內(nèi)膜組織病變、微血栓形成、母胎界面免疫細(xì)胞功能異常均可導(dǎo)致周期取消率、著床失敗率,甚至反復(fù)移植失敗的發(fā)生幾率明顯升高[3]。
嚙齒類動(dòng)物胚胎植入過(guò)程與人類胚胎植入過(guò)程具有一定相似度。研究發(fā)現(xiàn),在著床窗口期嚙齒類動(dòng)物(大鼠、小鼠)胚胎同樣可發(fā)生“定位-粘附-植入”的一系列動(dòng)作,使胚胎突破內(nèi)膜上皮層進(jìn)入內(nèi)膜基質(zhì)層[4-5]。隨后,它們同樣可以在孕激素誘導(dǎo)下出現(xiàn)子宮內(nèi)膜蛻膜化并進(jìn)一步形成胎盤(pán)。因此嚙齒類動(dòng)物可作為研究人類胚胎著床機(jī)制的候選動(dòng)物模型。
米非司酮是一種經(jīng)典的抗妊娠藥物,能夠競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合孕激素受體(PR),從而抑制孕酮對(duì)靶細(xì)胞如子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞的增殖分化作用,使子宮螺旋動(dòng)脈崩壞破裂,造成胚胎植入障礙。自1997年開(kāi)始國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼報(bào)道了米非司酮造成胚胎著床障礙的動(dòng)物模型[6-7]。但在米非司酮溶劑配置、用藥劑量、給藥方式及平均胚胎著床數(shù)等方面的綜合性研究報(bào)道甚為少見(jiàn)[8-9],本實(shí)驗(yàn)將針對(duì)以上問(wèn)題探索更為穩(wěn)定有效的動(dòng)物造模方式,為研究胚胎粘附、胚胎植入及子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞蛻膜化等提供參考依據(jù)。
清潔級(jí)性成熟未孕、未產(chǎn)雌性SD大鼠,體重200~220 g、清潔級(jí)性成熟未交配雄性SD大鼠,體重300~330 g,由上海中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供并飼養(yǎng),許可證:SCXK(京)2016-0011。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前雄鼠及雌鼠分籠進(jìn)行適應(yīng)性喂養(yǎng)。一周后每日8∶00am對(duì)雌性大鼠陰道涂片進(jìn)行觀察,動(dòng)情期大鼠于當(dāng)日6∶00pm與雄鼠進(jìn)行合籠,合籠比例1∶1,次日8∶00am再次觀察陰道涂片,若涂片中見(jiàn)精子,記為妊娠第1天(PD1)。PD1大鼠隨機(jī)分為4組(A組、B組、C組、D組),每組10只。
米非司酮片(25 mg,C019141008 上海新華聯(lián)制藥)。分析純丙二醇(500 ml,20171212上海滬試化工),生理鹽水(100 ml,S1808115,上海百特醫(yī)療用品),滅菌注射用水(500 ml,M18062306-2,四川科倫藥業(yè)),藥用級(jí)橄欖油(500 ml,M33718073,上海麥克林),食用麻油(220 ml,5070045,上海金龍魚(yú))。將米非司酮片劑研磨后加入5種溶液中,分別配成0.5 mg/ml、0.75 mg/ml、1 mg/ml三種不同濃度的米非司酮溶液,將配置的米非司酮溶液靜置于室溫下1 h后進(jìn)行觀察。
于妊娠第3日(PD3)9:00am進(jìn)行造模。根據(jù)米非司酮在不同溶劑中的溶解度,A組予米非司酮+丙二醇(0.5 mg/ml)頸部皮下注射造模,注射劑量為2 mg/kg;B組予米非司酮+丙二醇(0.5 mg/ml)頸部皮下注射造模,注射劑量為4 mg/kg;C組予米非司酮+生理鹽水(1 mg/ml)灌胃,灌胃劑量4 mg/kg;D組予米非司酮+生理鹽水(1 mg/ml)灌胃,灌胃劑量8 mg/kg。于PD8 9:00am麻醉后處死動(dòng)物。剖腹后計(jì)數(shù)雙側(cè)子宮胚胎著床數(shù),將子宮剪切成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm大小的組織段,分別保存于4%多聚甲醛溶液(擬行HE染色及免疫組化)。部分避光保存于2.5%戊二醛中(擬行掃描電鏡觀察)。
取出存放在多聚甲醛溶液(10010018,上海國(guó)藥集團(tuán))中的大鼠子宮組織進(jìn)行石蠟包埋并切片(厚度3~5 μm),石蠟切片經(jīng)過(guò)脫蠟、水化后置于蘇木素(20180335,江蘇凱基生物科技)中染色5 min,細(xì)流水充分水洗10 min。伊紅(20180325,江蘇凱基生物科技)染色1~2 min,然后乙醇(10092680,上海國(guó)藥集團(tuán))脫水。二甲苯(10023418,上海國(guó)藥集團(tuán))透明,中性樹(shù)膠(G8590,北京索萊寶)封片。光學(xué)顯微鏡下(ECLIPSE Ci,日本尼康公司)觀察大鼠子宮內(nèi)膜組織形態(tài)學(xué)改變。
將大鼠子宮內(nèi)膜石蠟切片脫蠟、水化后進(jìn)行高溫抗原修復(fù),將玻片置于3%H2O2中,濕盒孵育10 min,以消除內(nèi)源性過(guò)氧化物酶的活性。PBS沖洗3 min×3次,采用超敏二步免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)大鼠子宮內(nèi)膜孕激素受體的分布及表達(dá)。孕酮受體一抗(ab16661,Abcam,美國(guó))按照1∶50 的比例稀釋。同時(shí),設(shè)置陰性對(duì)照組并在其中只加入廣譜二抗(D-3004,上海長(zhǎng)島生物技術(shù))和 DAB(FL-6001,上海長(zhǎng)島生物技術(shù))顯色。蘇木素復(fù)染3 min,1%鹽酸酒精分化,顯微鏡下觀察,控制染色程度。自來(lái)水沖洗10 min,放入65℃烘箱中烘干水分。將玻片置于二甲苯中透明3 min×2次,中性樹(shù)膠封片,放入65℃烘箱中15 min。光學(xué)顯微鏡下觀察并拍照,計(jì)算陽(yáng)性面積。
免疫組織化學(xué)結(jié)果判斷與分析方法:定義細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的棕黃色顆粒為PR的陽(yáng)性產(chǎn)物。每例標(biāo)本選取一張切片先于低倍鏡下選擇棕黃色顆粒表達(dá)密集的區(qū)域,后置入高倍鏡下進(jìn)行觀察,每張切片隨機(jī)選擇3個(gè)視野,用Image-Pro 6.0分析陽(yáng)性表達(dá)面積。取3次測(cè)量的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
將樣本從戊二醛溶液中取出,注意不要損傷內(nèi)膜面,用pH 7.4磷酸緩沖液洗3次,每次30 min左右。1%鋨酸固定1.5 h。再次用磷酸緩沖液洗2次,每次5~10 min左右,再經(jīng)梯度酒精脫水、真空干燥、噴金后在掃描電子顯微鏡(Philips XL-30,荷蘭)下觀察胞飲突形態(tài)。
數(shù)據(jù)經(jīng)SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。計(jì)量資料符合正態(tài)分布用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,多組之間比較用One-way ANOVA 方差分析,兩兩比較采用LSD 法,P<0.05 為差異有顯著性。不符合正態(tài)分布用中位數(shù)(最大值,最小值)[M(min,max)]表示,組間比較采用KrusKal-Wallis H檢驗(yàn),多重比較采用Bonferroni法矯正α,P<0.05為差異有顯著性。計(jì)數(shù)資料頻數(shù)(構(gòu)成比/率)表示,組間比較采用卡方檢驗(yàn)及分割卡方檢驗(yàn)多重比較,多重比較采用Bonferroni法矯正α,P<0.05為差異有顯著性。
將米非司酮片劑研磨成細(xì)顆粒后投入丙二醇,生理鹽水、滅菌注射用水、橄欖油、食用麻油5種不同溶劑進(jìn)行溶解,結(jié)果顯示丙二醇、橄欖油、食用麻油溶劑中米非司酮溶解度較生理鹽水及滅菌注射用水中高,且溫度升高至40℃后5種溶液中米非司酮溶解度無(wú)改變。5種溶劑中溶質(zhì)均未完全溶解,溶解度丙二醇>橄欖油>食用麻油>生理鹽水>滅菌注射用水。其中僅有0.5 mg/ml的米非司酮+丙二醇溶液可見(jiàn)米非司酮片劑大部分溶解,液體透明,僅有少許顆粒狀懸浮物,室溫靜置1 h后可見(jiàn)溶液底部析出少量顆粒狀溶質(zhì)。其余各組溶劑中均為混懸液,室溫下靜置1 h后可見(jiàn)大部分溶質(zhì)沉淀在燒杯底部。根據(jù)以上結(jié)果本實(shí)驗(yàn)采用0.5 mg/ml米非司酮+丙二醇溶液皮下注射及1 mg/ml米非司酮+生理鹽水混懸液灌胃方式進(jìn)行造模,以探索大鼠胚胎著床障礙模型的最佳劑量及給藥方式。
于PD8麻醉后處死大鼠,剖取雙側(cè)子宮觀察。A組中10只大鼠均妊娠,子宮增大,子宮血管網(wǎng)增粗、血流豐富,胚胎著床點(diǎn)分布緊湊,胚胎著床位點(diǎn)處無(wú)明顯出血;B組中10只大鼠妊娠1例,余9例均未妊娠,雙側(cè)子宮外觀形態(tài)無(wú)異常,顏色略蒼白,彈性較差;C組中8只大鼠妊娠,妊娠大鼠兩側(cè)子宮胚胎著床位點(diǎn)分布不規(guī)則,胚胎著床處無(wú)積血。D組中7只大鼠妊娠,妊娠大鼠雙側(cè)子宮見(jiàn)少量著床位點(diǎn),胚胎體積較A組、C組偏小,多數(shù)胚胎粘附處可觀察到明顯出血點(diǎn)。妊娠大鼠未著床處子宮較細(xì),未妊娠大鼠雙側(cè)子宮形態(tài)規(guī)則,顏色蒼白,血供欠佳(圖1)。
A:A組(2 mg/kg皮下),B:B組(4 mg/kg皮下),C:C組(4 mg/kg灌胃),D:D組(8 mg/kg灌胃)圖1 各組大鼠PD8子宮大體形態(tài)觀察
PD8各組大鼠妊娠率不同,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001),其中B組妊娠率顯著低于A、C、D三組(P<0.01),A、C、D組妊娠率組間比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。PD8各組大鼠平均著床位點(diǎn)組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001),其中,B、D組著床位點(diǎn)數(shù)顯著少于A組,B組著床位點(diǎn)數(shù)顯著少于C組(P<0.05),其余各組間比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)(表1)。
所有大鼠子宮組織均進(jìn)行石蠟切片及HE染色后觀察子宮內(nèi)膜組織形態(tài)學(xué)改變。A組大鼠子宮內(nèi)膜腔上皮細(xì)胞呈柱狀排列,表面有纖毛覆蓋,間質(zhì)層見(jiàn)廣泛蛻膜化反應(yīng),基質(zhì)細(xì)胞胞漿中脂滴、糖原增多,胞核增大,間質(zhì)疏松、水腫,腺體數(shù)量多,腺腔面積大,小血管增生,無(wú)明顯充血。B組大鼠子宮內(nèi)膜腔上皮細(xì)胞排列紊亂,子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞呈梭狀,局部血管有充血表現(xiàn)。C組大鼠子宮內(nèi)膜間質(zhì)層廣泛蛻膜化反應(yīng),腺體數(shù)量多,分泌旺盛。D組大鼠腔上皮有絨毛覆蓋,內(nèi)膜間質(zhì)區(qū)蛻膜化面積少,腺體數(shù)量少,小血管內(nèi)出現(xiàn)充血表現(xiàn)(圖2)。
表1 各組大鼠妊娠率及著床位點(diǎn)數(shù)比較[n(%),M(min,max)]
注:各組間比較,*P<0.001;與其他各組比較,#P<0.01;與A組比較,?P<0.05;與B組比較,$P<0.05
A:A組(2 mg/kg皮下),B:B組(4 mg/kg皮下),C:C組(4 mg/kg灌胃),D:D組(8 mg/kg灌胃) :子宮內(nèi)膜小血管;:腺體;:腺腔;★:小血管充血;bar=50 μm圖2 各組大鼠造模后子宮內(nèi)膜組織形態(tài)學(xué)觀察(HE染色 ×200)
低倍鏡下IMS圖象分析系統(tǒng)測(cè)量各組大鼠造模后子宮內(nèi)膜腔上皮厚度、腺體面積、腺腔面積。造模后B組腔上皮厚度、腺體面積、腺腔面積均顯著低于A組、C組(P<0.05),D組腔上皮厚度、腺腔面積均顯著低于A組、C組(P<0.05);A組與C組間比較腔上皮厚度、腺體面積、腺腔面積差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),B組與D組間比較腔上皮厚度、腺體面積、腺腔面積差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)(表2)。
PR在大鼠子宮內(nèi)膜功能層上皮及間質(zhì)細(xì)胞中均有表達(dá),其中,A組、D組中上皮層PR表達(dá)完整,形態(tài)規(guī)則;B組、C組中上皮層部分PR表達(dá)缺失(圖3)。
表2 各組大鼠子宮內(nèi)膜組織形態(tài)學(xué)指標(biāo)[(-±s),M(min,max)]
注:與A組比較,*P<0.05;與B組比較,#P<0.05;與C組比較,△P<0.05
A:A組(2 mg/kg皮下),B:B組(4 mg/kg皮下),C:C組(4 mg/kg灌胃),D:D組(8 mg/kg灌胃);bar=25 μm圖3 各組大鼠造模后PD8子宮內(nèi)膜組織中PR陽(yáng)性表達(dá)情況(免疫組化 ×100)
通過(guò)顯微鏡拍照,采集分析樣本相關(guān)部位,計(jì)算PR陽(yáng)性面積。B組、D組大鼠造模后內(nèi)膜組織中PR表達(dá)量顯著低于A組、C組(P<0.05)。其余各組間比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)(表3)。
掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察大鼠子宮內(nèi)膜胞飲突形態(tài)。A組中見(jiàn)明顯發(fā)育成熟的胞飲突,表面光滑,覆蓋微絨毛;B組中內(nèi)膜表面基本未見(jiàn)明顯胞飲突;C組中胞飲突正在發(fā)育階段,未完全成熟,表面粗糙;D組中胞飲突高度低于絨毛,發(fā)育程度差(圖4)。
表3 大鼠子宮內(nèi)膜PR陽(yáng)性面積[M(min,max)]
注:與A組比較,*P<0.05;與C組比較,#P<0.05
A:A組(2 mg/kg皮下),B:B組(4 mg/kg皮下),C:C組(4 mg/kg灌胃),D:D組(8 mg/kg灌胃)圖4 各組大鼠造模后子宮內(nèi)膜胞飲突形態(tài)(SEM ×3 000)
哺乳動(dòng)物的胚胎著床是建立妊娠的關(guān)鍵步驟。在此過(guò)程中優(yōu)質(zhì)的胚胎、具有容受性的子宮內(nèi)膜和它們之間精密復(fù)雜的對(duì)話三者缺一不可[10]。子宮內(nèi)膜容受性是指子宮內(nèi)膜在“種植窗”時(shí)期接受胚胎著床的能力。在著床開(kāi)始前,卵巢中的黃體已經(jīng)形成并開(kāi)始分泌孕酮,孕酮通過(guò)與其特異性受體結(jié)合后促進(jìn)下游靶基因轉(zhuǎn)錄,不僅幫助胚胎粘附于子宮內(nèi)膜上皮層,還可以誘導(dǎo)子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞蛻膜化、內(nèi)膜腺體發(fā)育、腺腔面積增大、螺旋動(dòng)脈重塑管,為胚胎發(fā)育及胎盤(pán)形成提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及免疫豁免[11]。胞飲突是子宮內(nèi)膜“種植窗”開(kāi)放的重要標(biāo)志物,分泌期胞飲突可出現(xiàn)在子宮內(nèi)膜微絨毛細(xì)胞頂部,成熟的胞飲突呈蘑菇狀凸起,表面光滑。其出現(xiàn)受到孕酮的調(diào)節(jié)作用,孕酮刺激其發(fā)育及成熟,成熟的胞飲突可增加胚胎與內(nèi)膜的接觸面積,促進(jìn)其粘附及著床[12-13]。
米非司酮是炔諾酮的衍生物,可與孕酮競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合孕酮受體,且其親和力遠(yuǎn)高于孕酮,故常作為藥物流產(chǎn)的經(jīng)典用藥。米非司酮可溶于有機(jī)溶劑酸水(pH<1.5),不溶于水,因此臨床上普遍采用口服給藥方式。其藥代動(dòng)力學(xué)顯示米非司酮血藥濃度與給藥劑量呈正相關(guān),經(jīng)胃腸道吸收后于1~2 h血藥濃度出現(xiàn)峰值,并在其后的24~48 h內(nèi)有維持作用[14-15]。
SD大鼠胚胎著床過(guò)程與人類相似,在雌鼠與雄鼠合籠后的第1~2天為受精和胚胎發(fā)育的過(guò)程,第3~4天發(fā)育正常的胚泡已經(jīng)移行到子宮腔,第5~8天為胚胎種植階段[16]。早在20世紀(jì)90年代就有研究人員嘗試應(yīng)用米非司酮油溶液進(jìn)行動(dòng)物胚胎著床障礙的模型建立,但其溶解度較差,采用皮下注射造模后總體妊娠率偏低,平均著床數(shù)波動(dòng)較大,模型不穩(wěn)定。故本研究以不同濃度及不同給藥方式對(duì)SD大鼠造模后的妊娠率、著床數(shù)、子宮內(nèi)膜組織結(jié)構(gòu)及PR表達(dá)量進(jìn)行比較,以期獲得更為穩(wěn)定可復(fù)制的動(dòng)物模型。
結(jié)果顯示,米非司酮皮下注射組(A組與B組)見(jiàn)妊娠率及胚胎著床數(shù)相差明顯,A組中10例大鼠均妊娠,B組中僅1例妊娠,鏡下觀察見(jiàn)A組子宮內(nèi)膜腔上皮厚度、腺體面積、腺腔面積、PR陽(yáng)性面積均明顯高于B組。提示妊娠第3天大鼠皮下注射4 mg/kg米非司酮溶液造模后可能因?yàn)椤胺N植窗”的完全關(guān)閉而導(dǎo)致胚胎無(wú)法正常植入。米非司酮灌胃組(C組與D組)妊娠率無(wú)明顯差異,但在胚胎著床數(shù)、子宮內(nèi)膜腔上皮厚度、腺腔面積、PR陽(yáng)性面積方面D組均明顯低于C組,且與B組無(wú)明顯差異,提示妊娠第3天予米非司酮8 mg/kg灌胃造模后可能造成局部?jī)?nèi)膜組織發(fā)育異常,“種植窗”延遲,導(dǎo)致胚胎著床障礙。電鏡下觀察各組造模后胞飲突形態(tài)提示米非司酮可通過(guò)拮抗孕激素對(duì)上皮組織表面胞飲突形成及發(fā)育造成不利影響,其中B組與D組胞飲突數(shù)量及發(fā)育程度較差。子宮內(nèi)膜組織中PR陽(yáng)性面積表達(dá)B組與D組明顯低于A組與C組,B與D組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,提示B組、D組造模已干擾了孕酮的正常作用,無(wú)法正常誘導(dǎo)子宮內(nèi)膜蛻膜化,導(dǎo)致著床失敗。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示妊娠第3天予4 mg/kg皮下注射米非司酮+丙二醇溶液可致SD大鼠完全著床障礙,而8 mg/kg米非司酮混懸液灌胃可致胚胎不完全著床障礙。
胚胎著床障礙動(dòng)物模型目前沒(méi)有統(tǒng)一的判定標(biāo)準(zhǔn),劉艷娟等[17]認(rèn)為妊娠率及著床數(shù)顯著減少可作為判斷造模成功的標(biāo)準(zhǔn)。但是通過(guò)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知胚胎著床障礙模型判斷標(biāo)準(zhǔn)不能一概而論,大致可分為完全型和不完全型。完全型著床障礙可模擬人類疾病中的薄型子宮內(nèi)膜或因重度內(nèi)膜受損導(dǎo)致的不孕癥,“種植窗”完全關(guān)閉,無(wú)分泌期子宮內(nèi)膜表現(xiàn)而出現(xiàn)著床障礙;而不完全型胚胎著床障礙模型更符合反復(fù)移植失敗或復(fù)發(fā)性流產(chǎn)的疾病特征,因子宮內(nèi)膜與胚胎發(fā)育不同步,胚胎粘附或蛻膜化異常,“種植窗”開(kāi)放滯后出現(xiàn)著床數(shù)減少或胚胎發(fā)育不良。因此,大鼠妊娠第3天予8 mg/kg米非司酮混懸液造??赡転檠芯糠磸?fù)移植失敗提供更為穩(wěn)定且易復(fù)制的動(dòng)物模型。
子宮內(nèi)膜容受性是決定胚胎成功著床的重要前提條件,本實(shí)驗(yàn)研究雖在妊娠率及著床率基礎(chǔ)上重點(diǎn)探索了米非司酮造模后子宮內(nèi)膜形態(tài)學(xué)及子宮內(nèi)膜容受性重要標(biāo)志產(chǎn)物胞飲突的改變,但未就其分子生物學(xué)變化做進(jìn)一步研究。有待于下一步繼續(xù)挖掘米非司酮造模法對(duì)子宮內(nèi)膜局部組織細(xì)胞因子、激素受體及母胎免疫指標(biāo)的變化。