王俊旗,劉曉梅

(中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院婦產科,沈陽 110004)

胎兒生長受限(fetal growth restriction,FGR),又稱宮內生長受限,是指胎兒在子宮內受各種因素的影響而未達到其預期的生長潛能,是一種常見的妊娠并發(fā)癥,與多種圍生兒不良結局(如胎兒畸形、死胎、新生兒窒息等)及成年期慢性非傳染性疾病(尤其是心臟代謝和神經系統疾病)的發(fā)生發(fā)展有關[1-2]。FGR的形成通常涉及母體、胎兒及胎盤等多個因素,但FGR具體發(fā)病機制仍不明確,且尚無有效的臨床治療措施[3]。目前,我國FGR的發(fā)生率約為8.77%,FGR對胎兒的發(fā)育及新生兒的健康均有顯著的不利影響,是亟待解決的產科疾病之一[4]。微小RNA(microRNA,miRNA)是一種高度保守的單鏈非編碼小分子RNA,由約22個核苷酸組成,其主要通過與靶基因mRNA的3'非翻譯區(qū)(3'-untranslated region,3'-UTR)結合,促進mRNA降解或抑制蛋白質翻譯,在轉錄后水平調控靶基因的表達,并在多種生理和病理過程中起到重要的作用[5-6]。越來越多的研究表明,miRNA在FGR等妊娠相關并發(fā)癥中發(fā)揮著重要作用。本文將綜述近年來miRNA在FGR中的研究進展,闡述miRNA在FGR發(fā)生發(fā)展中的作用機制及其對FGR的臨床意義,以期為FGR發(fā)病機制探索和臨床治療提供科學依據。

1 miRNA的結構與功能

1993年,有研究者在線蟲體內發(fā)現了一個非編碼的內源性短鏈RNA,其長度約為22個核苷酸,對LIN-14蛋白具有負性調節(jié)作用[7]。自此,人類鑒定出了第一個miRNA,并逐步開始揭示它們的結構與功能。大多數miRNA基因首先由RNA聚合酶Ⅱ轉錄為分子量較大的初級miRNA(primary miRNA,pri-miRNA),其包含一個或幾個莖環(huán)結構,每個莖環(huán)結構都由約70個核苷酸組成[8]。miRNA的成熟都需要一系列酶和蛋白質的協助,可分為經典途徑和非經典途徑。在經典途徑中,位于細胞核中的pri-miRNA被Drosha(一種雙鏈RNA特異性核糖核酸內切酶)切割成為前體miRNA(precursor miRNA,pre-miRNA),而在非經典途徑中,剪接體和脫支酶替代Drosha將pri-miRNA加工成pre-miRNA[5]。隨后,經典和非經典途徑形成的pre-miRNA均由Exportin5蛋白運輸到細胞質中。在細胞質中,pre-miRNA被Dicer(另一種雙鏈RNA特異性核糖核酸內切酶)切割形成miRNA雙鏈體。在ATP依賴性伴侶蛋白的協助下,該雙鏈體被加載到AGO蛋白中[5,9]。雙鏈體被加載到AGO蛋白后,其中能與目標mRNA互補的一條鏈(即引導鏈)保留,作為miRNA誘導沉默復合物((miRNA-induced silencing complex,miRISC)的一部分,而另一條鏈則被釋放并降解,最終形成的miRISC是miRNA發(fā)揮功能的主要結構[5,9-10]。總體來說,miRISC能發(fā)揮3種生物學功能:抑制翻譯起始、抑制翻譯延伸和促進目標mRNA降解[6,10]。目前,人們對miRICS介導的翻譯抑制機制了解較少,而miRICS介導的目標mRNA降解機制則較為明確,主要涉及目標mRNA的脫腺苷化、脫帽和核酸外切[10]。其中,最常見的方式是miRNA與目標mRNA的3'-UTR結合介導其降解,最終導致目標蛋白表達減少。

2 FGR及其主要病因

國際上對于FGR的定義至今尚無統一的“金標準”,美國婦產科醫(yī)師協會將FGR定義為,預估胎兒超聲估測體重或腹圍低于相應胎齡第10百分位[2]。根據FGR發(fā)生時的孕周,FGR還可分為早發(fā)型(<32周)和遲發(fā)型(≥32周)。早發(fā)型FGR約占所有FGR病例的20%～30%,與遲發(fā)型FGR相比,其臨床結局較差,通常會有早產發(fā)生[11]。然而,無論是早發(fā)型還是遲發(fā)型FGR,都是多種不良因素共同作用的結果,其主要病因可分為母體因素、胎兒因素和胎盤因素[2,12]。在母體方面,妊娠期營養(yǎng)不良仍是導致FGR的重要原因[11,13]。妊娠期患有血管相關疾病如高血壓、抗磷脂綜合征(一種獲得性免疫介導的血栓形成性疾病)的母親,其胎兒在子宮內的生長更可能受限[14-16]。此外,母體在妊娠期暴露于煙草、酒精、化療藥物、污染空氣等不良因素中也可能導致FGR[15,17-19]。在胎兒方面,胎兒的數量、遺傳變異以及發(fā)育畸形均可能導致FGR。相對于單胎妊娠,多胎妊娠更易發(fā)生FGR[20-21]。據報道,約19%的FGR胎兒存在染色體異常,且最常見的異常為染色體三倍體[22]。此外,胎兒自身的發(fā)育畸形(如心臟畸形)也可能與FGR發(fā)生有關[23-24]。在胎盤方面,作為母體向胎兒有效輸送營養(yǎng)和氧氣的器官,胎盤對于胎兒的生長發(fā)育至關重要[25]。功能性胎盤發(fā)育不良是FGR的發(fā)病基礎,與FGR相關的胎盤疾病則主要包括母體血管灌注不良、絨毛膜退化和子宮胎盤血管功能不全[11,25]。FGR的發(fā)生發(fā)展涉及母體、胎兒、胎盤等多種因素,其發(fā)病機制十分復雜,目前尚不能完全明確。

3 miRNA在FGR發(fā)生發(fā)展中的作用機制

3.1 miRNA抑制滋養(yǎng)層細胞的遷移侵襲及螺旋動脈重塑 滋養(yǎng)層細胞是胎盤的主要成分,滋養(yǎng)層細胞功能障礙與胎盤功能障礙密切相關。FGR的發(fā)生發(fā)展通常與螺旋動脈重塑不全有關,而滋養(yǎng)層細胞的遷移和侵襲對于螺旋動脈的轉化則至關重要。在FGR胎盤和滋養(yǎng)層細胞中,miR-582-3p表達升高,對低密度脂蛋白受體相關蛋白6 mRNA的降解增加,該蛋白表達明顯減少,導致滋養(yǎng)層細胞遷移和侵襲功能減弱并可能抑制滋養(yǎng)層依賴的母體螺旋動脈重塑,進而影響胎兒的宮內生長[26-27]。選擇性宮內生長受限是指在單絨毛膜雙胎妊娠中,其中一個胎兒的估計胎兒體重低于相應胎齡第10個百分位數,是一種特殊的FGR。在該類FGR胎盤和滋養(yǎng)層細胞中,miR-338-5p表達明顯升高,可通過結合含有表皮生長因子的纖維蛋白樣細胞外基質蛋白1 mRNA的3'-UTR來抑制該蛋白表達,從而抑制滋養(yǎng)層細胞的生長和侵襲,促進FGR[28]。此外,在FGR胎盤中,過度表達的miR-210-5p可通過抑制其下游靶點集落刺激因子1和整合素亞基αM誘導滋養(yǎng)層細胞的遷移能力減弱[29]。在FGR滋養(yǎng)層細胞中,miR-212-3p能靶向抑制胎盤生長因子的表達,從而抑制滋養(yǎng)層細胞的遷移和侵襲[30]。盡管機制尚不明確,FGR胎盤中升高的miR-193b-5p也可能通過抑制滋養(yǎng)層細胞的遷移能力導致胎盤功能障礙,誘發(fā)FGR[31]。在選擇性宮內生長受限中,缺氧條件下,生長受限胎兒胎盤中的缺氧誘導因子1α能促進miR-210-3p的表達,該miRNA能抑制滋養(yǎng)層細胞中成纖維細胞生長因子1的表達,導致滋養(yǎng)層細胞侵襲能力減弱[32]。

3.2 miRNA誘導胎兒多種器官發(fā)育不良 miRNA表達異?？赡苷T導胎兒多種器官的發(fā)育不良,但由于樣本的局限性,目前這部分研究僅局限于動物模型,FGR判斷標準為胎兒出生體重低于同齡正常組平均值兩個標準差。胰島素樣生長因子1(insulinlike growth factor 1,IGF1)具有誘導體細胞發(fā)育和增殖的作用,也可影響胎盤中葡萄糖和氨基酸的運輸,IGF1缺乏會導致胎兒生長速度明顯下降[33]。研究表明,miR-29可與IGF1 mRNA的3'-UTR結合從而降解該mRNA,這可能與豬FGR中胎兒骨骼肌發(fā)育不良有關[34]。在妊娠中晚期營養(yǎng)不良的FGR大鼠模型中,miR-29還可能抑制糖皮質激素的表達,這將誘導生長受限胎鼠肺部的細胞外基質沉積和促纖維化基因表達,最終導致胎鼠成年后發(fā)生慢性肺部疾病[35]。此外,在生長受限胎豬的空腸中,miR-29a表達明顯升高,抑制了細胞外基質和緊密連接蛋白的表達,破壞了腸上皮完整性,最終導致胎兒腸道屏障破壞,腸道功能紊亂[36]。去乙酰化酶1(sirtuin 1,SIRT1)存在于海馬、紋狀體、大腦皮層和小腦中,參與調節(jié)神經元分化和凋亡、學習和記憶形成。在FGR大鼠模型中,miR-199a-5p的過度表達能通過抑制SIRT1間接抑制caspase-3表達,從而可能導致生長受限胎兒海馬體發(fā)育不良和神經系統畸形[37]。營養(yǎng)不足會導致滋養(yǎng)層細胞中miR-10b、miR-363及miR-149表達升高,抑制KLF-4(調節(jié)血管生成的轉錄因子)、SNAT1、SNAT2(鈉偶聯中性氨基酸轉運蛋白)以及LAT2(亮氨酸氨基酸轉運蛋白)的表達,最終可能導致FGR相關的血管生成及氨基酸代謝障礙[38]。甲狀腺素運載蛋白(transthyretin,TTR)有助于母體甲狀腺素經胎盤進入胎兒循環(huán),甲狀腺素輸送不足會導致發(fā)育異常。胎盤中TTR生物合成的調節(jié)對于正常胚胎發(fā)育至關重要。在地塞米松誘導的FGR大鼠模型中,滋養(yǎng)層細胞中的miR-141-3p異常升高,通過直接結合TTR的3'-UTR來抑制TTR表達,可能導致胎兒由于甲狀腺素供應不足而引起相關器官發(fā)育受限[39]。FGR的孕婦血漿中,miR-424含量升高,升高的miR-424通過抑制成纖維細胞生長因子受體1表達導致胎盤發(fā)育受限[40]。

3.3 miRNA抑制胎兒生長的關鍵信號通路 Wnt信號通路和Hh信號通路在胚胎發(fā)育過程中均發(fā)揮著重要作用。融合抑制因子(suppressor of fused,SUFU)是一種能抑制上述兩種信號通路的調節(jié)因子[41]。研究表明,miR-214-3p和miR-378a-5p均能抑制SUFU的表達,從而保證Wnt經典通路和Hh信號通路正常發(fā)揮作用[42]。然而,在FGR胎盤中,miR-214-3p和miR-378a-5p表達減少,SUFU表達則明顯升高,可能導致Wnt信號通路和Hh信號通路抑制,最終引發(fā)FGR[42]。此外,FGR胎盤中miR-141表達升高也可能與Wnt信號通路抑制有關[43]。PI3K/Akt信號通路與機體生命活動密切相關,可調節(jié)細胞增殖、蛋白質合成等多種生命過程,該信號通路的抑制與FGR的發(fā)生密切相關[44]。在地塞米松誘導的小鼠FGR中,異常升高的miR-141-3p和miR-200a-3p可以抑制小鼠滋養(yǎng)層干細胞中內源性胰島素樣生長因子2蛋白的表達水平,并抑制其下游PI3K/Akt通路的激活[45]。此外,miR-212-3p也能通過胎盤生長因子間接地抑制滋養(yǎng)層細胞中PI3K/Akt信號通路的激活[30]。MAPK信號通路參與調節(jié)細胞生長和分化,該信號傳導減少可能導致胎盤發(fā)育缺陷。FGR胎盤中miR-141升高可能抑制MAPK信號通路,進而導致FGR[43]。FGR中多種miRNA(如miR-16、miR-21、miR-20b)表達失調還可能與缺氧、炎癥、細胞增殖和胎盤生長相關的信號通路有關,不同miRNA對FGR中不同信號通路的影響有待被進一步闡明[46]。

4 miRNA對FGR的臨床意義

4.1 母體miRNA 在妊娠早期,母體血漿中miR-590-3p的含量并不能預測FGR,但在妊娠中后期,miR-590-3p含量越高,發(fā)生FGR的風險則越高,這表明其有望成為遲發(fā)型FGR預防和篩查的臨床生物標志物[47]。母體外周血中miR-17-5p、miR-146a-5p、miR-221-3p、miR-574-3p和miR199a-5p的含量降低與FGR發(fā)生顯著相關[48]。相對于正常妊娠母體,FGR母體外周血中缺氧相關miRNA(miR-210、miR-424、miR-21、miR-199a、miR-20b)含量明顯升高,這些miRNA能夠反映FGR的缺氧情況[49]。此外,母體外周血7種miRNA(miR-16-5p、miR-20a-5p、miR-145-5p、miR-146a-5p、miR-181a-5p、miR-342-3p、miR-574-3p)的含量及相關臨床指標的聯合檢測對預測FGR具有重要意義[50]。血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表達減少可能導致胎盤和胎兒器官中的血管形成障礙,這可能與FGR發(fā)生有關[51]。研究發(fā)現,FGR母體血漿中miR-206水平升高可能與VEGF信號傳導抑制有關,且miR-206/VEGF比值能很好地預測FGR的發(fā)生,有望成為臨床監(jiān)測FGR的新指標[51]。此外,miR-30d基因敲除母鼠的妊娠過程受到影響,其著床部位較小,胎兒的頭臀長和胎兒/胎盤重量比較小,這說明母體miR-30d在調節(jié)胚胎著床和隨后的胎兒發(fā)育中發(fā)揮著重要作用[52]。妊娠晚期FGR母體血清中miRNA含量還可能與胎兒性別明顯相關。當胎兒為女性時,FGR母體血清中miR-28-5p含量減少,而胎兒為男性時,miR-301a-3p含量則減少。無論胎兒性別如何,miR-454-3p和miR-29c-3p在FGR母體血清中的水平均下降,但當胎兒為女性時miR-454-3p表達與胎盤功能障礙相關,而當胎兒為男性時,miR-29c-3p表達與胎盤功能障礙相關[53]。綜上所述,母體miRNA的含量變化可能與FGR的發(fā)生及胎兒性別有關,檢測這些miRNA也有望為臨床FGR的診斷提供幫助。

4.2 胎盤miRNA 研究表明,miRNA的表達具有組織特異性,胎盤特異性miRNA可能參與胎盤的分化和妊娠的維持。目前,共有10種miRNA被鑒定為胎盤特異性miRNA,其中有7種miRNA(miR-518b、miR-1323、miR-516b、miR-515-5p、miR-520h、miR-519d和miR-526b)與FGR有關[54]。值得注意的是,這些miRNA的基因均位于19號染色體,屬于19號染色體miRNA簇(microRNA gene cluster on chromosome 19,C19MC)的成員。胎盤中C19MC異常表達可能導致胎盤功能障礙,進而導致FGR[54]。此外,其他胎盤中的miRNA對FGR也具有重要意義。在FGR胎盤中,miR-517-5p表達水平升高且與胎兒出生體重及胎盤重量呈負相關[55]。某些胎盤miRNA發(fā)揮作用還可能與胎兒性別有關。研究表明,當生長受限胎兒為男性時,miR-518f-5p表達水平與VEGF呈負相關;當生長受限胎兒為女性時,miR-517-5p表達水平與VEGF呈負相關,這表明miR-518f-5p和miR-517-5p可能通過抑制VEGF導致胎盤血管生成障礙且這種作用具有性別特異性[55]。胎盤中miRNA-424表達升高也可能與FGR中胎盤血管生成障礙有關[56]。胎盤中miR-518b表達降低和miR-519a水平升高提示著FGR的發(fā)生風險升高[57]。與正常胎盤相比,FGR胎盤中miR-141表達顯著上調。受試者工作特征曲線顯示,miR-141能有效預測FGR的發(fā)生,有望作為FGR診斷的輔助生物標志物[43]。綜上所述,胎盤miRNA的表達水平可能與FGR的發(fā)生及胎盤血管生成障礙有關,可能是預測FGR的可靠生物指標。

4.3 臍帶血miRNA 有研究發(fā)現,miR-185-5p和miR-132在遲發(fā)型FGR胎兒臍帶血中的含量均升高,其中miR-185-5p含量與腦胎盤比率呈負相關,而miR-132含量則與胎兒出生體重呈負相關[58-59]。miR-148b-3p和miR-25-3p在遲發(fā)型FGR胎兒臍帶血中含量升高,這兩種miRNA與胎兒細胞代謝和神經元可塑性有關,有望聯合其他標志物從而提高遲發(fā)型FGR診斷的準確性[60]。在早發(fā)型FGR中,臍帶血中miR-125b-5p水平升高也與胎兒腦循環(huán)血量減少有關,在遲發(fā)型FGR中,臍帶血中miR-451a水平升高與胎兒腦循環(huán)血量減少有關;聯合檢測miR-451a和miR-125b-5p水平可能有助于了解FGR胎兒的腦血流情況[61]。此外,miR-25-3p、miR-185-5p和miR-132-3p在遲發(fā)型FGR胎兒的臍帶血中含量也顯著升高,也有望作為遲發(fā)型FGR診斷和治療的分子生物標志物[62]。一項FGR大鼠模型的研究表明,在FGR子代的生長發(fā)育過程中,肺動脈平滑肌細胞中miR-206表達升高,這可能導致肺動脈平滑肌細胞中鉀電壓門控通道蛋白功能障礙,最終誘發(fā)FGR子代肺動脈高壓[63]。以上發(fā)現說明,miR-206有望作為臨床生物標志物,促進FGR早期診斷,且抑制miR-206表達可能是FGR子代肺動脈重塑和肺動脈高壓的有效治療選擇。綜上所述,臍帶血miRNA水平與遲發(fā)型FGR顯著相關且可能與胎兒腦發(fā)育不良有關,具有重要臨床意義。

5 結論及展望

目前,FGR的發(fā)病機制尚不明確,臨床中也缺乏針對FGR的有效治療手段,這些都迫使我們對FGR進行新的探索。近年來,越來越多的研究表明,miRNA可能通過抑制滋養(yǎng)層細胞的遷移侵襲及螺旋動脈重塑、誘導胎兒多種器官發(fā)育不良、抑制胎兒生長發(fā)育的關鍵信號通路等多種方式參與FGR的發(fā)生發(fā)展。此外,母體、胎盤以及臍帶血中miRNA表達水平能很好地預測FGR的發(fā)生以及胎兒的發(fā)育,有望成為預防和篩查FGR的臨床生物標志物。綜上所述,miRNA對FGR具有重要意義,但其參與FGR發(fā)病的具體機制及對FGR可能產生的臨床效益仍需更多研究證實。