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脂代谢对子宫内膜容受性的影响

摘要

胚胎反复植入失败是目前生殖医学领域的重要难题之一，而子宫内膜容受性降低在胚胎反复植入失败中发挥重要作用。

随着脂质组学、代谢组学等技术的发展，研究表明通过调控脂代谢可影响子宫内膜容受性，且推测该过程以调控前列腺素的生成为中心环节。

增进对子宫内膜脂代谢的理解，有助于确定胚胎移植的准确时间，降低植入失败率。

本文将系统阐述磷脂代谢产物、胆固醇及脂肪代谢对于子宫内膜容受性的影响，为预测和改善子宫内膜容受性提供新思路。

【关键词】子宫内膜容受性； 脂代谢； 前列腺素； 溶血磷脂酸； 内源性大麻素

胚胎植入是辅助生殖技术助孕中的关键环节，成功的植入包括定位、黏附和侵袭，需要容受性子宫内膜、正常发育且有功能的囊胚，以及母体和胚胎之间的同步对话［1］。

近年来，辅助生殖技术取得了巨大进步，新鲜胚胎移植和冻融胚胎移植的种植成功率均已达40%，但植入失败仍是生殖医学领域一个尚未解决的难题。

研究显示，在胚胎植入失败的病例中，胚胎因素约占三分之一，而子宫内膜容受性不足占近三分之二［1-2］。

子宫内膜容受性的建立依赖于雌、孕激素的共同调控，目前研究一般将正常月经周期［黄体生成素（luteinizinghormone，LH）+7d至LH+11d］的20~24d，称为种植窗期（windowofimplantation，WOI），在这一短暂阶段，内膜处于接受胚泡的最佳时期［3-4］。

因此，增加对于子宫内膜容受性的了解可以更好地评估WOI，提高植入率。

目前评估子宫内膜容受性的方法并不完全令人满意，如通过宫腔镜、子宫内膜活检等，分析着床期内膜容受性标志物的表达，其为有创检查，且个体间单个基因或蛋白指标结果差异大［5］；超声虽为无创检查，但学者对其价值仍有争议［6-8］；新型基于转录基因组学的基因诊断方式子宫内膜容受性分析（endometrialreceptivityanalysis，ERA）虽较传统内膜组织学检测更准确，但仍是有创检查，且价格昂贵［9-11］。

因此，对于新型子宫内膜容受性的评估方法是近年来的热点。

子宫内膜容受性建立过程中，需要大量能量代谢，适应内膜形态改变、调节内膜环境与功能，为胚胎植入做准备［12］，而脂质代谢在此过程中发挥重要作用［1］。

因此有研究者推测能否将子宫内膜分泌物的脂质代谢应用于识别容受态子宫内膜。

本文将系统阐述脂代谢对于子宫内膜容受性的影响。

一.

脂质组学在子宫内膜容受性中的应用

脂质组学利用规模性的科学技术，通过对细胞、组织或生命体等脂质组以及与其相互作用的分子进行系统分析，揭示多样性脂质的生物功能及其代谢调控，进而深入探索其与细胞、器官、生命体的生理、病理等过程之间的关系［13］。

由于脂质分子结构多样且复杂，且相应分析手段滞后，人们对脂质结构和功能的认知仍远滞后于基因和蛋白质［13］。

近年来，随着快速、高通量、高精度脂质分析技术的发展，使得规模性、整体性的脂质组学分析得以实现。

现有研究表明，在生殖领域中，脂质组学研究应用于卵母细胞发育机制及胚胎着床潜能［14］，间充质干细胞的干性和分化能力［15］，精子膜重构与流动性改变［16］等。

也有研究表明，脂质组学分析可用于筛查子宫内膜容受性标志物，作为评估子宫内膜容受性的诊断工具，确定WOI，提高胚胎植入率［3，6］。

二.

脂质代谢分子与子宫内膜容受性关系

脂类分为脂肪（即甘油三酯）和类脂，类脂分为胆固醇、胆固醇酯、磷脂、糖脂等。

其中，磷脂及其代谢产物前列腺素（prostaglandins，PGs）、溶血磷脂酸（lysophosphatidicacid，LPA）和内源性大麻素（endocannabinoids，eCBs）在生殖过程中的研究最为广泛，它们均可通过不同途径影响PGs生成，调控内膜容受性。

以下将对上述分子对于子宫内膜容受性影响作主要阐述。

1.PGs

（1）PGs的产生及其在生殖中的作用：

细胞内PGs生物合成始于膜磷脂，通过胞质磷脂酶A2（cytoplasmicphospholipaseA2，cPLA2），形成花生四烯酸（arachidonicacid，AA），由环加氧酶1/2（cyclooxygenase1/2，COX-1/2）介导产生无活性、不稳定的前体前列腺素H2（prostaglandinH2，PGH2），所有PGs均通过该前体经特异性PG合成酶产生。

胞质型前列腺素E合成酶（cytosolicprostaglandinEsynthase，cPGES）和微粒体前列腺素E2合成酶-1（microsomalprostaglandinEsynthase-1，mPGES-1）介导PGH2向前列腺素E2（prostaglandinE2，PGE2）转化。

前列腺素F2α（prostaglandinF2α，PGF2α）可通过醛固酮类还原酶家族1成员C3（aldo-ketoreductasefamily1memberC3，AKR1C3）由PGH2转化而成，也可通过羰基还原酶1（carbonylreductase1，CBR1）由PGE2转化而成，而AKR1C1可双向调节PGE2和PGF2α的形成［17］。

PGs参与许多生理过程，包括月经、分娩、流产和子宫收缩等［18］。

如在生殖过程中，PGE2参与排卵级联过程，调节子宫血管扩张、胚胎发育及早期着床及优化精子等［19-20］。

（2）PGs及其酶在子宫中的表达及与容受性的关系：

研究认为WOI期间人类子宫内膜特定PGs合成增加使子宫内膜成为容受态，为胚胎植入做准备。

尽管以往有研究认为PGF2α促进黄体溶解从而提示其在早期妊娠中的负面作用［21］，但越来越多的研究显示，WOI期间PGE2和PGF2α增加有利于提高子宫内膜容受性［3,17,22-23］。

Vilella等［3,17］研究显示，胚胎移植前24h子宫内膜液中PGE2和PGF2α的浓度是子宫内膜容受性的潜在无创生物标志物，可预测妊娠成功率。

因此，PGs尤其是PGE2和PGF2α可能正向影响子宫内膜容受性，但需更多高循证等级的研究支持。

PG合成酶也在子宫内膜成为容受态中起重要作用。

Vilella等［17］研究显示，各种PG合成酶主要存在于子宫内膜上皮细胞中，免疫组织化学结果显示在与LH+2d相比，LH+7d的上皮细胞中COX-2、CBR1和AKR1C3表达上调。

cPLA2、溶血磷脂酸受体3（lysophosphatidicacidreceptor3，LPA3）全基因敲除小鼠模型和COX-2缺陷的造模小鼠中PGs不能合成，导致植入缺陷［17,23］。

因此，PGs及其酶之间的平衡对维持子宫的正常功能有重要影响。

（3）PGs影响子宫内膜容受性机制：

PGE2是主要参与影响子宫内膜容受性的分子之一。

着床期间，PGs水平增加，并通过与内膜上皮细胞与间质细胞的作用而影响子宫内膜容受性。

着床期宫腔内升高的PGE2含量促进胚胎源性雌二醇生成，刺激上皮细胞中的前列腺素E受体2（prostaglandinEreceptor2，EP2）的表达，通过cAMP-PKA途径刺激COX-2生成，正反馈诱导PGE2生成增加，增加血管通透性和血流量，为胚胎植入做准备［24］。

此外，在上皮细胞中，钙网蛋白（calreticulin，CALR）由cAMP直接激活的交换蛋白2（exchangeproteindirectlyactivatedbycAMP2，EPAC2）调节，其调节Ca2+内流，并与内流Ca2+结合，通过cAMP-PKA途径也可诱导COX-2介导的PGE2的生成，诱导滋养层细胞的黏附［25］。

而在间质细胞中，也存在EPAC2，其受CALR表达量的调节，通过上述途径参与间质细胞分化［26］。

此外，PGE2通过间质细胞上的EP2激活EGFR-PI3K/ERK1/2信号通路，刺激趋化因子受体4（chemokinereceptortype4，CXCR4）的表达。

间质细胞上的CXCR4与胚胎分泌的趋化因子12（chemokine12，CXCL12）结合，参与维持母-胎免疫平衡［19］。

PGE2还可通过刺激上述通路，诱导间质细胞增殖、分化和子宫内膜容受性相关基因的表达，为胚胎植入做准备［19］。

此外，其他PGs，如PGF2α与前列环素（prostaglandinI2，PGI2）也参与子宫内膜容受性调节。

子宫内膜和胚胎分泌的PGF2α与PGF2α受体（prostaglandinF2αreceptor，PTGFR）结合，激活腔上皮细胞MAPK1/3激酶，cAMP依赖性地与PGI2协同促进血管内皮生长因子A（vascularendothelialgrowthfactorA，VEGFA）的合成和表达，促进子宫内膜血管生成与重塑，促进蜕膜化［27］。

综上，PGs，尤其是PGE2和PGF2α的增加，通过作用于内膜上皮与间质细胞上相关受体，使子宫内膜成为容受态。

2.LPA

（1）LPA的产生及其在生殖中的作用：

LPA主要由溶血磷脂（lysophosphatidylcholine，LPC）通过具有溶血磷脂酶D活性的自分泌运动因子（autotaxin，ATX）转化生成，也可由细胞膜上的磷脂酸（phosphatidicacid，PA）通过磷脂酶A1（phospholipaseA1，PLA1）和PLA2水解生成［28］。

LPA通过G蛋白偶联受体（Gprotein-coupledreceptors，GPCRs）发挥着多种作用。

目前，已识别出6个LPA特定的GPCR，命名为LPA1~6［29-30］。

在生殖领域，LPA可促进胚胎在输卵管中的运输、胚胎着床前发育、滋养外胚层细胞骨架重排，并在血管化和蜕膜化中起关键作用［31-32］。

（2）LPA在子宫内的表达及其与容受性的关系：

子宫内膜中存在的LPA受体亚型尚未达成共识。

有研究显示，人子宫内膜中存在LPA1~5，而未检测到LPA6的表达［33］。

而另有研究报道，人内膜间质细胞中存在LPA1~4及LPA6，且LPA1、LPA6高表达，而未检测到LPA5的存在［31］。

LPA主要通过LPA3与LPA1参与子宫内膜容受性的建立并发挥重要作用。

郭燕红等［34］研究显示，鼠与人的子宫内膜间质细胞或子宫内膜液中的LPA3对于子宫内膜容受性是必需的，LPA3的增加反映了WOI的开放。

Ishii等［35］研究表明，LPA3全敲小鼠生育能力差，主要表现为延迟着床、胚胎拥挤、产仔数减少等。

而LPA可能通过表达于人子宫内膜间质细胞中的LPA1参与子宫内膜间质细胞和胎盘的血管生成［36］。

综上，LPA可通过LPA3和LPA1提高子宫内膜容受性。

（3）LPA影响子宫内膜容受性的机制：

LPA主要通过LPA3和LPA1在人和动物子宫内膜容受性和着床调节中起重要作用。

LPA介导的信号转导位于PGs合成的上游［37］。

LPA由胚胎来源的LPC在胚胎与内膜上皮细胞边界产生，激活内膜上皮细胞的LPA3，诱导上皮层COX-2介导的PGs的表达，并协同雌二醇信号作用于间质细胞，上调Bmp2和Wnt4，诱导蜕膜化［38-39］。

此外，Woclawek-Potocka等［40-41］研究显示，牛妊娠早期LPA可能通过间质细胞中的LPA1增加促黄体生成的PGE2与可使黄体溶解的PGF2α比值，间接支持黄体功能，提示其在子宫内膜功能和妊娠发育中发挥重要作用。

此外，LPA也可通过影响其他途径影响内膜容受性。

Sordelli等［42］证实，LPA3介导的信号增加WOI内子宫内eCBs主要降解酶脂肪酰胺水解酶（fattyacidamidehydrolase，FAAH）的表达，降低eCBs的局部浓度，促进胚胎着床。

而LPA与LPA1结合，通过核因子-κB（nuclearfactorkappa-B，NF-κB）依赖的信号途径诱导白细胞介素-8（interleukin-8，IL-8）和IL-6的表达，增强人子宫内膜微血管内皮细胞的迁移、增殖、微血管通透性和毛细血管形成，参与人子宫内膜和胎盘的血管生成，从而影响子宫内膜容受性［43］。

3.eCBs

（1）eCBs的产生及其在生殖中的作用：

内源性大麻素系统（endocannabinoidsystem，ECS）包括eCBs、大麻素受体（cannabinoidreceptor，CB）1和CB2、代谢酶如FAAH及膜转运蛋白。

其中eCBs主要为与小鼠着床相关的花生四烯酸乙醇胺（anandamide，AEA）和2-花生四烯酸甘油（2-arachidonoylglycerol，2-AG）［3，44］。

eCBs被认为是由长链多不饱和脂肪酸前体“按需”产生的，并以自分泌和旁分泌的方式发挥作用［45］。

而新证据表明，它们通过脂肪酸结合蛋白储存和运输［43］。

在妊娠期间，母体组织eCBs的水平主要由原位生成和降解调节，从而产生有利于妊娠的血清-组织eCBs梯度［46］。

eCBs广泛分布于全身，影响人类生殖的各个方面，从配子发生到分娩，包括降低精子的受精能力、干扰蜕膜化进程、延缓胚胎发育、造成胎儿丢失、早产和妊娠失败等［44，47-48］。

（2）eCBs在子宫内的表达及其与容受性的关系：

eCBs及其酶在WOI及胚胎植入期间的表达有所变化。

小鼠研究表明，CB1主要存在于输卵管、子宫着床位点以及胚胎4-细胞期到囊胚期，而CB2存在于胚胎1-细胞期至囊胚期。

FAAH在间质细胞分化过程中表达增加，在着床点高表达［49］。

适宜的eCBs浓度是蜕膜化所必需的。

AEA在着床前由子宫上皮细胞产生，容受性子宫着床点的AEA水平低于非着床点和非容受性子宫内膜中的AEA，推测低AEA水平可能是蜕膜化开始的必要条件，被认为是人类蜕膜化的调节因子，与子宫内膜容受性相关［44，46，49-50］。

2-AG存在于胎儿胎盘发育过程中的大鼠子宫内膜间质细胞和血浆中，参与组织重塑，如蜕膜发育和退化。

高浓度（>10μmol/L）2-AG会抑制间质细胞的活力，影响蜕膜化［51］。

综上，适宜浓度的eCBs有利于建立容受性子宫内膜，eCBs表达量过低或过高均导致容受性降低。

（3）eCBs影响子宫内膜容受性机制：

现有研究主要关注AEA、2-AG对于子宫内膜容受性影响。

eCBs可通过影响PGs生成影响子宫内膜容受性。

有研究显示，高浓度（>10μmol/L）AEA影响蜕膜化进程，其可通过增加COX-2活性，使PGs增加，导致线粒体膜电位丧失，激活氧化应激（reactiveoxygenspecies，ROS）及内质网应激，诱导激活半胱氨酸蛋白酶-9和半胱氨酸蛋白酶-3/7，以及聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（polyADP-ribosepolymerase，PARP）的裂解，导致细胞凋亡，干扰蜕膜化与植入［52］。

而另有研究报道，经AEA处理的间质细胞，COX-2的表达和PGs的释放减少，抑制蜕膜化所需的血管重塑［50］。

虽然AEA对于COX-2及PGs的调节方向需进一步研究，但可推测AEA可作为子宫内膜间质细胞分化的负调节因子。

eCBs也可通过其他途径影响子宫内膜容受性。

Almada等［52］研究表明，高浓度AEA可能与CB1受体结合通过PI3-K/Akt途径，Akt磷酸化降低，cAMP产生减少，G2/M期细胞周期明显停滞，影响间质细胞分化，导致双核细胞的出现，抑制间质细胞的增殖，影响蜕膜化。

正常蜕膜化还需适宜浓度的2-AG。

Fonseca等［53］研究显示，较低浓度（25μmol/L）的2-AG通过CB1受体诱导大鼠原代蜕膜细胞凋亡，而较高浓度（50μmol/L）的2-AG通过一种非依赖于CB1的机制诱导对细胞形态、细胞活力和乳酸脱氢酶释放产生显著影响，影响正常的子宫重塑过程，从而影响正常妊娠。

4.其他脂质：

类固醇激素来源于胆固醇，其也可通过影响PGs生成影响子宫内膜容受性。

WOI期间下调的雌激素受体（estrogenreceptor，ER）和孕激素受体（progesteronereceptor，PR）及足量的1，25-（OH）2D3可作为子宫内膜容受性标志物［54］。

Szóstek等［55］研究显示，和对照组相比，雌、孕激素增加了上皮细胞PGE2和PGF2α的分泌，增加了COX-2、PGE2合成酶（prostaglandinE2synthase，PGES）和PGF2α合成酶（prostaglandinF2αsynthase，PGFS）的表达，表明卵巢甾体激素刺激PGs生成可能参与调节子宫内膜容受性。

Miyashita等［56］研究表明，1，25-（OH）2D3显著降低PGs的活性。

脂肪酸也可通过调节PGs的合成影响子宫内膜容受性。

多不饱和脂肪酸（polyunsaturatedfattyacid，PUFA）如AA可经COX生成PGs。

Tsai等［57］研究显示，维持适当水平的脂肪酸对于正常蜕膜化及诱导容受性子宫内膜是必要的。

ω-3PUFA可以调节妊娠早期PGs合成途径中关键酶的基因表达，对生殖产生正面影响［58-59］。

三.

生殖相关性疾病中的脂代谢

子宫内膜容受性下降导致的不孕疾病包括多囊卵巢综合征（polycysticovariansyndrome，PCOS）、子宫内膜异位症等。

PCOS患者呈孕酮抵抗，表现为缺乏孕酮诱导的PR介导的间质细胞增殖，影响子宫内膜容受性［60］。

此外，PCOS患者的PUFAs，如AA的代谢产物LOX、P450、COX及其代谢产物包括PGI2、PGE2、PGD2、PGF表达异常；同时血浆脂质浓度升高引起氧化应激及慢性炎症状态，影响子宫内膜容受性［61］。

另外，Juan等［62］研究显示，PCOS患者外周血单个核细胞中的eCBs、AEA和2-AG水平及CB1和CB2mRNA表达明显高于对照组。

以上表现支持脂代谢异常影响子宫内膜容受性，导致PCOS患者生育力下降。

子宫内膜异位症是一种雌激素依赖和孕激素抵抗的疾病。

研究显示，异位内膜组织中PGs、COX-2等显著增加［63］；子宫内膜异位症妇女的腹腔液中PGE2和PGF2α水平升高［64］。

此外，子宫内膜异位症患者在分泌中晚期孕酮依赖的LPA3表达降低［65-66］。

卵巢子宫内膜异位症患者LPA2和LPA4较对照组表达量增加［67］。

Maia等［68］研究显示，子宫内膜异位症患者的血浆、输卵管中AEA水平较正常对照组升高。

因此子宫内膜异位症患者的脂代谢异常会影响子宫内膜容受性，导致生育力下降。

四.

总结与展望

近年来研究显示，子宫内膜液的脂质组学分析为识别容受性子宫内膜开拓新思路，其作为非侵入性检查手段，凭借高灵敏性成为较蛋白组学更理想的预测子宫内膜容受性的方法，有助于减少重复植入失败率。

磷脂代谢产物PGs、LPA、eCBs、类固醇激素及脂肪代谢产物均可对于子宫内膜容受性产生正向或负向影响，且在PCOS、子宫内膜异位症等生殖相关性疾病中，上述脂质代谢分子表达水平异常，进一步证实了脂代谢参与调节子宫内膜容受性，提供了预测子宫内膜容受性潜在新型标志物，为预测和改善子宫内膜容受性提供新的思路。

此外，上述脂质代谢分子均可通过影响PGs的合成调节子宫内膜容受性，因此推测调控PGs的生成可作为脂质调节子宫内膜容受性的中心环节。

脂代谢影响子宫内膜容受性的机制众多，且相互联系，但部分机制研究结论不一，仍需深入研究。

另外，现有研究对于内膜容受性的脂质浓度尚未达成统一，能否确定可应用于临床以预测子宫内膜容受性仍需进一步的探索。