計(jì)恩婷，許雅絢，張春仁，胡敏，馬紅霞

胎盤(pán)是妊娠的重要器官，其通過(guò)提供營(yíng)養(yǎng)和氧氣、清除代謝廢物、合成激素以及保護(hù)胎兒免受炎癥影響來(lái)保證胎兒的正常生長(zhǎng)發(fā)育[1]。胎盤(pán)發(fā)育和功能異常是大多數(shù)產(chǎn)科疾病的病理基礎(chǔ)，流行病學(xué)數(shù)據(jù)表明，全球每年有超過(guò)七百萬(wàn)孕產(chǎn)婦患有流產(chǎn)、子癇前期（preeclampsia，PE）、妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus，GDM）等妊娠并發(fā)癥，大部分與胎盤(pán)發(fā)育和功能異常相關(guān)，嚴(yán)重威脅孕產(chǎn)婦生命質(zhì)量與胎兒遠(yuǎn)期健康[2]。目前研究表明，由線粒體動(dòng)力學(xué)改變、生物發(fā)生減少、線粒體DNA（mitochondria DNA，mtDNA）突變、呼吸鏈損傷等造成的胎盤(pán)線粒體功能障礙，會(huì)使胎盤(pán)內(nèi)氧化應(yīng)激水平增高、內(nèi)分泌活動(dòng)紊亂，使胎盤(pán)處于局部缺氧狀態(tài)，導(dǎo)致胎膜早破引起早產(chǎn)，也是誘發(fā)流產(chǎn)、PE 和GDM 的重要原因[3]。因此，了解胎盤(pán)線粒體的生理病理對(duì)認(rèn)識(shí)流產(chǎn)、PE以及GDM 的發(fā)病機(jī)制至關(guān)重要。

1 胎盤(pán)線粒體功能

胎盤(pán)的正常生長(zhǎng)發(fā)育及功能的正常發(fā)揮，均有賴(lài)于線粒體提供能量。線粒體是腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）的主要來(lái)源，線粒體利用脂肪酸β 氧化和三羧酸循環(huán)產(chǎn)生能量。具體來(lái)說(shuō)，線粒體通過(guò)氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）產(chǎn)生ATP，同時(shí)生成副產(chǎn)物活性氧（reactive oxygen species，ROS）。ROS 是含氧的化學(xué)反應(yīng)分子，正常生理情況下，ROS 對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的生物學(xué)功能如增殖、代謝、基因表達(dá)和免疫應(yīng)答等具有重要影響；但ROS 水平過(guò)高會(huì)引起生物體和組織中氧化應(yīng)激水平增高，從而導(dǎo)致相關(guān)損傷，同時(shí)對(duì)線粒體自身結(jié)構(gòu)和功能造成不利影響，如mtDNA 復(fù)制異常、線粒體膜電位喪失、電子傳遞鏈功能改變等。在妊娠期間，由于胎盤(pán)功能會(huì)隨胎兒生長(zhǎng)和胎盤(pán)發(fā)育的變化而改變，因此，線粒體的含量、結(jié)構(gòu)和功能在支持胎盤(pán)高度動(dòng)態(tài)變化的能量需求方面具有重要作用[4]。

在妊娠前期，胎盤(pán)處于低氧環(huán)境，胎盤(pán)絨毛膜結(jié)構(gòu)中的線粒體呈橢圓形或圓形，含量相對(duì)較低。當(dāng)母胎循環(huán)建立后，線粒體動(dòng)態(tài)重塑，嵴不規(guī)則，線粒體含量增加，ATP 生成增加。但在妊娠后期，為最大限度地向胎兒輸送營(yíng)養(yǎng)與氧氣，線粒體呼吸速率與含量的比值降低[5]。胎盤(pán)線粒體除了具有時(shí)間可塑性外，其含量、結(jié)構(gòu)和功能在不同的細(xì)胞譜系中也存在異質(zhì)性。絨毛滋養(yǎng)層細(xì)胞譜系作為胎盤(pán)功能的核心，主要包括合體滋養(yǎng)層（syncytiotrophoblast，STB）和細(xì)胞滋養(yǎng)層（cytotrophoblast，CTB），STB 是胎盤(pán)進(jìn)行新陳代謝的主要場(chǎng)所，而CTB 則具有更高的氧化磷酸化和糖酵解能力。在形態(tài)上，CTB 的線粒體較大，呈橢圓形，具有層狀嵴；而STB 的線粒體較小，呈圓形，為管狀嵴，基質(zhì)密度較低。在功能上，STB 線粒體主導(dǎo)包括孕酮在內(nèi)的類(lèi)固醇激素的生成以維持正常妊娠，而CTB 線粒體則為CTB 向STB 的融合轉(zhuǎn)變提供能量[6]。此外，絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞為入侵子宮蛻膜和重構(gòu)螺旋動(dòng)脈，其線粒體蛋白表達(dá)增加，呼吸速率及ATP 產(chǎn)生也更高[7]。因此，線粒體形態(tài)、含量及功能在胎盤(pán)生長(zhǎng)發(fā)育和維持正常妊娠方面起重要作用，其含量、結(jié)構(gòu)和（或）功能失調(diào)會(huì)對(duì)胎盤(pán)及妊娠健康產(chǎn)生負(fù)面影響。

2 胎盤(pán)線粒體功能異常與妊娠并發(fā)癥的發(fā)生機(jī)制

2.1 流產(chǎn)流產(chǎn)是指妊娠不足28 周，胎兒質(zhì)量＜1 000 g 而妊娠終止。雖然流產(chǎn)是與胎盤(pán)慢性炎癥相關(guān)的常見(jiàn)的妊娠并發(fā)癥之一，但目前其具體發(fā)病機(jī)制尚不清晰，對(duì)流產(chǎn)患者的胎盤(pán)絨毛進(jìn)行全基因組表達(dá)譜的富集分析后發(fā)現(xiàn)，胎盤(pán)線粒體功能障礙是誘發(fā)流產(chǎn)的重要原因[8]。在流產(chǎn)患者的胎盤(pán)中，與線粒體相關(guān)的氧化還原生物調(diào)節(jié)通路下調(diào)會(huì)引起胎盤(pán)線粒體氧化還原平衡失調(diào)、谷胱甘肽代謝及氧化磷酸化等過(guò)程異常，導(dǎo)致ROS 產(chǎn)生增加、氧化應(yīng)激水平加重，進(jìn)而引起線粒體呼吸鏈?zhǔn)軗p，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致胎盤(pán)損傷，發(fā)生流產(chǎn)。此外，流產(chǎn)患者的胎盤(pán)線粒體中細(xì)胞色素P450 酶活性異常，降低了膽固醇轉(zhuǎn)化為孕烯醇酮的效率，同時(shí)增加了雄烯二酮和睪酮的水平，誘發(fā)流產(chǎn)[9]。相關(guān)嚙齒類(lèi)動(dòng)物的研究也觀察到類(lèi)似結(jié)果。多囊卵巢綜合征懷孕大鼠的胎盤(pán)中凋亡誘導(dǎo)因子與線粒體相關(guān)的mRNA 表達(dá)增加，線粒體形態(tài)異常，ROS 水平增加，誘導(dǎo)胚胎丟失[10]。

在對(duì)流產(chǎn)胎盤(pán)中的線粒體功能進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)，線粒體動(dòng)力學(xué)異?；蚣せ畹蛲黾?jí)聯(lián)反應(yīng)是引起早期流產(chǎn)的重要因素。線粒體動(dòng)力學(xué)是線粒體不斷融合-裂變的過(guò)程。線粒體融合可以增加氧化磷酸化和生物能量效率，而線粒體裂變則有助于線粒體自噬以去除受損的線粒體。線粒體融合包括由融合蛋白1（mitofusin 1，Mfn1）和Mfn2 介導(dǎo)的外膜融合以及由視神經(jīng)萎縮蛋白1（optic atrophy 1，OPA1）控制的內(nèi)膜融合。線粒體裂變則是由動(dòng)力相關(guān)蛋白1（dynamin-related protein 1，Drp1）驅(qū)動(dòng)的。研究表明早期流產(chǎn)會(huì)抑制胎盤(pán)線粒體融合，如在早期流產(chǎn)胎盤(pán)中Mfn2 表達(dá)降低，Drp1 表達(dá)增強(qiáng)[11-12]。另有研究發(fā)現(xiàn)，在因缺乏Mfn1 或Mfn2 導(dǎo)致小鼠流產(chǎn)的胚胎成纖維細(xì)胞中出現(xiàn)不同類(lèi)型的碎片狀線粒體，被認(rèn)為是線粒體融合嚴(yán)重減少所致[13]。

此外，流產(chǎn)患者胎盤(pán)中的氧化損傷等細(xì)胞內(nèi)應(yīng)激反應(yīng)會(huì)激活線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。細(xì)胞凋亡主要涉及細(xì)胞壞死和內(nèi)在細(xì)胞凋亡。與通過(guò)細(xì)胞膜中的死亡受體啟動(dòng)的外在細(xì)胞凋亡相反，內(nèi)在細(xì)胞凋亡由線粒體外膜中的B 細(xì)胞淋巴瘤2（B cell lymphoma 2，BCL-2）蛋白家族控制。當(dāng)出現(xiàn)mtDNA損傷等引起的凋亡刺激時(shí)，位于細(xì)胞質(zhì)中的BCL-2相關(guān)X 蛋白（BCL-2-associated X protein，Bax）易位至線粒體外膜，單獨(dú)或與BCL2 拮抗/凋亡因子1（BCL2 antagonist/killer 1，BAK1）一同導(dǎo)致線粒體外膜透化，隨后細(xì)胞色素C 和其他凋亡蛋白釋放到細(xì)胞質(zhì)中，激活胱天蛋白酶（caspase）相關(guān)凋亡蛋白，引起細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中的結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)蛋白被裂解，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。多項(xiàng)研究顯示，早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者的胎盤(pán)中均存在BCL-2 及Bax 蛋白表達(dá)的增高[14-15]。此外，由于細(xì)胞凋亡增加，流產(chǎn)胎盤(pán)的滋養(yǎng)細(xì)胞中可觀察到線粒體腫脹[16]。

2.2 PEPE 是一種臨床妊娠綜合征，影響約5%的初產(chǎn)婦。PE 作為妊娠期間出現(xiàn)的新發(fā)高血壓疾病，會(huì)引起全身小血管痙攣和血管內(nèi)皮損傷，可導(dǎo)致胎盤(pán)早剝、腦血管和多器官功能障礙以及彌散性血管內(nèi)凝血等并發(fā)癥的發(fā)生，同時(shí)還可誘發(fā)早產(chǎn)。目前研究認(rèn)為PE 是由胎盤(pán)ROS 增加和（或）抗氧化活性降低所引起的，并且與母體循環(huán)和胎盤(pán)中脂質(zhì)過(guò)氧化增高以及抗氧化活性降低密不可分。

線粒體作為細(xì)胞內(nèi)消耗氧的主要細(xì)胞器，是PE中ROS 和氧化應(yīng)激水平升高的重要來(lái)源。因此，胎盤(pán)線粒體功能障礙可能是引起PE 發(fā)病的重要機(jī)制之一。Long 等[17]認(rèn)為在PE 胎盤(pán)線粒體中控制線粒體含量或功能的途徑異常，會(huì)引起ROS 水平升高，誘導(dǎo)螺旋動(dòng)脈重塑受損、子宮胎盤(pán)血流量減少和母體血壓升高，從而促進(jìn)PE 的發(fā)生發(fā)展。其中線粒體自噬和線粒體生物發(fā)生這兩種途徑的異常與PE 的發(fā)展關(guān)系密切。線粒體自噬是為了維持健康的線粒體池，自噬體隔離受損或多余的線粒體，隨后轉(zhuǎn)移到溶酶體進(jìn)行降解。其中，磷酸酶和天絲蛋白同源物誘導(dǎo)的蛋白激酶1（PTEN-induced putative kinase protein 1，PINK1）和E3 泛素連接酶（Parkin）構(gòu)成了線粒體自噬的主要途徑。此外，BCL-2 腺病毒/E1B 19kD 相互作用蛋白3（BCL-2/adenovirus E1B 19 kDa-interacting protein 3，BNIP3）也參與線粒體自噬過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，PE 胎盤(pán)線粒體PINK1、Parkin 和BNIP3 蛋白水平顯著升高，提示線粒體自噬增加[18-19]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，PE 與胎盤(pán)BNIP3 表達(dá)減少有關(guān)，提示線粒體自噬減弱[20]。

線粒體生物發(fā)生是通過(guò)原有線粒體的生長(zhǎng)和分裂來(lái)增加線粒體數(shù)量的過(guò)程。其主要涉及mtDNA 的復(fù)制以及核DNA 和mtDNA 編碼的蛋白質(zhì)的表達(dá)，此過(guò)程受過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ 輔激活因子1α（peroxisome proliferator-activatedreceptor-gamma coactivator-1α，PGC-1α）調(diào)節(jié)。Ricci 等[21]觀察到，PE患者的胎盤(pán)中線粒體基因組發(fā)生突變。同樣，Holland 等[22]也檢測(cè)到遲發(fā)性PE 胎盤(pán)中的mtDNA含量增加，證明了線粒體生物發(fā)生水平升高。但有研究發(fā)現(xiàn)，參與線粒體生物發(fā)生調(diào)控的關(guān)鍵分子的mRNA 和蛋白質(zhì)水平在PE 胎盤(pán)中較低，表現(xiàn)為PGC-1α水平降低[23]。相關(guān)動(dòng)物研究也得出相似結(jié)果，懷孕大鼠的血漿睪酮水平升高會(huì)導(dǎo)致胎盤(pán)線粒體的結(jié)構(gòu)損傷和mtDNA 拷貝數(shù)減少，同時(shí)降低胎盤(pán)中PGC-1α和核因子E2 相關(guān)因子1（nuclear factor E2 associated factor 1，Nrf1）的mRNA 和蛋白表達(dá)[24]。

另一方面，PE 所引起的長(zhǎng)期缺氧或連續(xù)的缺血/復(fù)氧循環(huán)會(huì)導(dǎo)致線粒體備用呼吸能力進(jìn)一步耗盡，ATP 生成不足，ROS 產(chǎn)生過(guò)多，引起胎盤(pán)線粒體損傷，最終導(dǎo)致線粒體功能障礙[25]。mtDNA 是線粒體功能障礙的生物標(biāo)志物，Williamson 等[26]發(fā)現(xiàn)，mtDNA拷貝數(shù)隨著PE 婦女的妊娠進(jìn)展而增加。而滋養(yǎng)層mtDNA 拷貝數(shù)增加會(huì)激活NOD 樣受體蛋白3（NODlike receptor protein 3，NLRP3）炎癥小體并誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞焦亡[27]。此外，mtDNA 異常增多還會(huì)激活核酸敏感型Toll 樣受體9（Toll-like receptor 9，TLR9）活性，導(dǎo)致PE 患者妊娠期的先天免疫應(yīng)答升高，炎癥反應(yīng)增加[28]。因此，妊娠早期線粒體抗氧化功能的損害可能會(huì)隨著妊娠進(jìn)展而加重，并通過(guò)增強(qiáng)炎癥反應(yīng)促進(jìn)PE 的發(fā)展。

2.3 GDMGDM 是一種異質(zhì)性疾病，與D-葡萄糖耐受不良和胎兒胎盤(pán)血管功能障礙有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)患有GDM 的女性在妊娠前就存在慢性胰島素抵抗引起的β 細(xì)胞功能障礙，而妊娠后期的生理性胰島素抵抗加重了抵抗程度，導(dǎo)致葡萄糖水平升高[29]。GDM 的全球發(fā)病率一直處于上升狀態(tài)，且在我國(guó)的發(fā)病率高達(dá)14%[30]。GDM 不僅會(huì)增加產(chǎn)婦流產(chǎn)、早產(chǎn)、剖宮產(chǎn)等風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)影響子代健康，導(dǎo)致新生兒低血糖、巨大兒、病理性黃疸等的發(fā)生，同時(shí)使子代兒童期和成年期肥胖率及心臟代謝風(fēng)險(xiǎn)增加。研究表明高血糖環(huán)境與氧化應(yīng)激密切相關(guān)。與正常妊娠婦女相比，GDM 患者存在ROS 過(guò)度產(chǎn)生和自由基清除機(jī)制受損的情況，抗氧化系統(tǒng)的異常使氧化應(yīng)激水平增高[31]。線粒體作為ROS 主要來(lái)源，胎盤(pán)線粒體功能異常已成為GDM 的特征之一。

目前主要觀點(diǎn)認(rèn)為GDM 的發(fā)生發(fā)展與胎盤(pán)內(nèi)皮和滋養(yǎng)層的線粒體功能障礙相關(guān)。在GDM 的胎盤(pán)內(nèi)皮細(xì)胞中，鈉氫交換體1（Na+/H+exchanger 1，NHE1）活性增加，H+外流增加，引起細(xì)胞外酸化和細(xì)胞內(nèi)H+濃度降低，內(nèi)皮細(xì)胞中的pH 值呈堿性，導(dǎo)致線粒體膜間隙中的H+濃度以及電子呼吸鏈中的F0F1-ATP 合成酶的生物利用率降低。由于線粒體會(huì)通過(guò)F0F1-ATP 合成酶的氧化磷酸化產(chǎn)生ATP，因此NHE1 活性增加會(huì)導(dǎo)致線粒體ATP 生成減少。因此，GDM 相關(guān)的胎盤(pán)內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙可能涉及線粒體ATP 生成減少[32-33]。在將GDM 患者的臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行能量代謝分析后發(fā)現(xiàn)，ATP 處于低水平狀態(tài)，提示線粒體功能障礙，激發(fā)了內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[34]。同時(shí)從GDM 患者臍靜脈中分離出的內(nèi)皮細(xì)胞也表現(xiàn)出增殖減少和恢復(fù)效率降低，該過(guò)程高度依賴(lài)ATP 的細(xì)胞內(nèi)水平[35]。

胎盤(pán)滋養(yǎng)層中存在不同細(xì)胞譜系的線粒體亞群，在一定程度上使GDM 的病理機(jī)制復(fù)雜化。具體來(lái)說(shuō)，GDM 女性胎盤(pán)組織STB 和CTB 都表現(xiàn)出缺陷，但CTB 和STB 之間的線粒體表型存在明顯差異。在GDM 中，CTB 線粒體的氧化磷酸化能力顯著降低，可能與ATP 合成減少相關(guān)；同時(shí)STB 線粒體的呼吸能力下降更為顯著[36]。但總的來(lái)說(shuō)，STB 與CTB中線粒體的受損都會(huì)影響胎盤(pán)的營(yíng)養(yǎng)吸收，尤其是在與非GDM 的滋養(yǎng)層相比，GDM 患者STB 與CTB 的線粒體呼吸效率和脂質(zhì)代謝能力降低[37]。此外，目前已證實(shí)早期糖尿病患者在妊娠后會(huì)引起整個(gè)胎盤(pán)線粒體呼吸鏈酶活性降低，具體表現(xiàn)為1 型糖尿病胎盤(pán)中線粒體復(fù)合物Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的活性降低，2 型糖尿病胎盤(pán)中線粒體復(fù)合物Ⅱ和Ⅲ的活性降低。因而推測(cè)GDM 子代代謝性疾病的發(fā)展可能與胎盤(pán)營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)存和線粒體氧化功能受損有關(guān)。由于患有GDM 的女性骨骼肌中的線粒體在分娩時(shí)降低，推斷胎盤(pán)CTB和STB 的線粒體變化可能與母體組織中的線粒體變化有關(guān)[38]。滋養(yǎng)層線粒體的容量分析相較于母體線粒體更容易檢測(cè)，因此其可以作為胎兒線粒體功能的指標(biāo)，預(yù)測(cè)子代未來(lái)的代謝情況。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，線粒體功能異常所導(dǎo)致的氧化應(yīng)激水平增高，會(huì)造成流產(chǎn)、PE 以及GDM 的發(fā)生。胎盤(pán)線粒體自噬、動(dòng)力學(xué)和生物發(fā)生異常等所引發(fā)的代謝障礙，可能是導(dǎo)致妊娠并發(fā)癥發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，胎盤(pán)線粒體功能障礙與妊娠并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展的具體機(jī)制尚不清晰，仍有待進(jìn)一步闡明。研究顯示通過(guò)外源性補(bǔ)充維生素D、輔酶Q10、褪黑素等抗氧化劑可以有效改善線粒體功能，抑制氧化應(yīng)激，降低炎癥反應(yīng)，保護(hù)線粒體免受氧化損傷[39-40]。目前采用線粒體移植的方式恢復(fù)異常mtDNA，解決因胎盤(pán)線粒體異常而導(dǎo)致的妊娠并發(fā)癥也已成為一種趨勢(shì)。近期，Morimoto 等[41]以52 例多次輔助生殖失敗患者為研究對(duì)象，通過(guò)卵胞質(zhì)內(nèi)單精子注射將自體線粒體與精子一同注射到成熟卵母細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)胚胎率、可移植胚胎率以及胚胎質(zhì)量評(píng)分顯著提高，但其可行性及安全性仍需進(jìn)一步研究。目前新發(fā)現(xiàn)的H-鐵蛋白樣蛋白，是一種僅在線粒體中表達(dá)的線粒體鐵蛋白，可以通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體中不穩(wěn)定的鐵和ROS的產(chǎn)生來(lái)保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激[42]。對(duì)此，針對(duì)線粒體鐵蛋白的研究可能為妊娠并發(fā)癥相關(guān)疾病的治療提供新的靶點(diǎn)。未來(lái)研究應(yīng)通過(guò)糾正胎盤(pán)線粒體功能障礙以期治療妊娠并發(fā)癥，降低母體疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)子代生殖健康。