郝穎新
有學者1996年在美國賓夕法尼亞州的好時(Hershey),發(fā)現(xiàn)Kisspeptin及其編碼基因KISS1[1]。學者們早期對Kisspeptin的研究主要在惡性腫瘤領域,發(fā)現(xiàn)其為惡性黑色素瘤等多種惡性腫瘤的人類轉移抑制因子,KISS1的名字亦來源于此,KISS1中的術語“SS”表示“抑制序列”。Cao Y等[2]發(fā)現(xiàn)Kisspeptin的結合受體為一種孤兒G蛋白耦聯(lián)受體GPR-54(又稱KISS1R)。越來越多的研究也表明,Kisspeptin/GPR54系統(tǒng)在人體多種組織和器官中表達,其可在青春期發(fā)動、促性腺激素分泌、排卵和男性精子成熟等生理活動中發(fā)揮重要的調節(jié)作用[1-2]。特別是Kisspeptin/GPR54在母胎界面的表達,直接參與生理妊娠過程[1-3]。這表明,循環(huán)Kisspeptin具有成為妊娠相關疾病的生物學標志物的潛力。
Kisspeptin是由位于1號染色體長臂上的KISS1基因編碼的多肽,該多肽被稱為前體Kisspeptin,包含145個氨基酸,該前體Kisspeptin不穩(wěn)定且無生物活性,然后在細胞內裂解后形成4種生物活性肽,由于結構的相似性和源自前肽的共同來源,因此用“Kisspeptins”描述這一肽家族[1]。根據(jù)氨基酸數(shù)量的不同,Kisspeptins分為Kisspeptin-10、Kisspeptin-13、Kisspeptin-14、Kisspeptin-54, 這 些 生 物活性肽具有共同的C末端區(qū)域,其中包含Arg-Phe-NH29(RF-NH2)序列,這是與其受體結合并激活的重要區(qū)域,Kisspeptin-54是KISS1基因編碼的主要產物,Kisspeptin-54可以進一步裂解成Kisspeptin-14、Kisspeptin-13、Kisspeptin-10[4]。GPR54受體是一種7次跨膜的G蛋白耦聯(lián)受體,是細胞外信號向細胞內傳遞的重要媒介,其屬于Gq/11蛋白相關受體的亞組,先后在鼠及人的大腦中發(fā)現(xiàn),人類的GPR54受體的同源基因被克隆,并被認為是KISS1基因編碼的多肽受體。在命名方面,GPR54受體有不同的名稱,包括KISS1R、AXOR12、GPR54、CPPB1、hOT7T175和HH8等,因為不同的研究小組都獨立地發(fā)現(xiàn)了它的存在或對它進行了研究[1]。
GPR54受到Kisspeptins的刺激后,磷酸化的Gq/11蛋白激活磷脂酶(phospholipase C,PLC),導致各種第二信使的激活或形成,包括三磷酸肌醇(inositol-triphosphate,IP3)、二酰甘油(diacylglycerol,DAG)和蛋白激酶 C(protein kinase C,PKC),這些物質不斷積累,進而改變細胞質內Ca2+濃度,改變滲透性[1,5]。同時PKC的激活也可以促進細胞外信號調節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase1/2,ERK1/2)的磷酸化,從而發(fā)揮信號轉導作用[5]??傊?,Kisspeptin與其受體結合后可能通過PLC-PKC-Ca2+、PLC-PKC-ERK1/2信號傳導等途徑發(fā)揮生物學效應[1,5]。
在過去的幾十年里,很多研究證明了Kisspeptins及其受體GPR54在神經內分泌-生殖軸中的生理作用。Kisspeptin神經元位于下丘腦的兩個區(qū)域內,即前腹側室周核(anteroventral periventricular nucleus,AVPV)和弓狀核(arcuate nucleus,ARC),它們分別負責介導雌激素對GnRH/促性腺激素分泌的正反饋和負反饋作用,Kisspeptin主要在GnRH神經元上游起作用,將性激素的反饋作用和代謝信號傳遞給生殖軸,實現(xiàn)對女性生殖功能的調節(jié)[6-7]。到目前為止,Kisspeptin/GPR54系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)在女性生殖領域有重要意義,Kisspeptin在女性下丘腦性閉經、多囊卵巢綜合征、女性不孕癥等疾病及輔助生殖領域都有廣泛應用[6-8]。
同時,人們通過對哺乳動物胎盤的研究發(fā)現(xiàn)Kisspeptin在母胎界面的表達,并且發(fā)現(xiàn)在妊娠女性血漿中Kisspeptin的激增現(xiàn)象[1,3]。通過動物實驗和進一步的臨床研究發(fā)現(xiàn),Kisspeptin/GPR54信號傳導系統(tǒng)在調節(jié)胎盤滋養(yǎng)細胞的入侵、胚胎植入等過程中發(fā)揮作用,因此,Kisspeptin在生理妊娠和妊娠相關疾病的發(fā)生發(fā)展中都有重要的意義,有望成為相關疾病的生物學標志物[1-3]。
人類胎盤是一個高度專業(yè)化的器官,它構成了母親和胎兒之間的接口,為胎兒提供營養(yǎng),并排泄胎兒的廢物。胎盤將代謝產物釋放到母體和胎兒的循環(huán)中。此外,胎盤還有多種妊娠調節(jié)功能,包括代謝、胎兒生長、分娩和其他與妊娠有關的功能[1]。絨毛膜外滋養(yǎng)層細胞(extravillous trophoblast cells,EVTs)以遷移的方式完成對孕婦子宮的侵襲,這是保證胎盤和胎兒血液供應以及妊娠成功的重要條件[9]。EVTs通過其分泌的基質金屬蛋白酶(matrixmetalloproteinase,MMP)來降解宿主組織細胞外基質從而侵入子宮間質[9],MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9、MMP-10、MMP-14編碼基因表達可以被Kisspeptin進行下調,同時金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitorsof metalloproteinases,TIMP)-1和 TIMP-3的編碼基因表達可以被Kisspeptin上調,這些調節(jié)都可以抑制EVTs的侵襲[3]。EVTs侵入子宮間質后,侵襲血管內滋養(yǎng)細胞[10],血管內皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGF-A)是一種重要的信號轉導蛋白,能夠刺激血管發(fā)生和血管生成。已有研究證實其參與子宮螺旋動脈重塑過程,關于Kisspeptin的研究發(fā)現(xiàn)其有下調VEGF-A的編碼基因表達的作用,這可能是Kisspeptin調節(jié)子宮螺旋動脈重塑的機制之一[3]。另外,Kisspeptin還可以通過增加EVT對Ⅰ型膠原蛋白(人類胎盤的主要成分)的黏附性來抑制其遷移[1]。綜上,Kisspeptin抑制EVT遷移的機制,保證了胎盤形成過程中的平衡,對母體子宮螺旋動脈的侵襲和重塑有重要的調節(jié)作用。
胚胎植入是一個復雜且可調節(jié)的過程,從囊胚附著于子宮上皮開始,逐步侵入下面的基質細胞,胚胎植入涉及三個不同的步驟:附著、黏附和侵入[10]。動物實驗發(fā)現(xiàn),在小鼠子宮內膜組織中,Kisspeptin可以在妊娠的第4天引發(fā)子宮內p38和ERK1/2的磷酸化,而且在某種小干擾RNA減弱KISS1基因的表達時,基質細胞蛻膜化的進展被明顯阻止[1]。有研究表明,Kisspeptin可以增加小鼠囊胚對膠原蛋白的黏附,這可能是由于MMP(特別是MMP-2和MMP-9)表達減少造成的,這一機制可能是通過ERK1/2和蛋白激酶C信號通路的調節(jié)來實現(xiàn)的[3]。這些研究表明,囊胚和子宮內膜均受到Kisspeptin/GPR54系統(tǒng)的調節(jié),從而影響胚胎植入的過程。胚胎植入過程還受到雌二醇(estradiol,E2)和孕酮(progesterone,P)的嚴格調節(jié),其中雌激素受體α起到調節(jié)平衡的作用。在一項小鼠模型的研究中,在植入的分子調控中,GPR54受體可以負向調節(jié)雌激素受體α的作用,這在妊娠早期具有重要作用[11]。白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor,LIF)在妊娠早期由子宮分泌,被認為啟動了胚胎附著和基質細胞蛻變,這對于妊娠早期胚胎植入至關重要。動物實驗中敲除KISS1基因的小鼠,LIF表達減少,表明Kisspeptin影響胚胎植入過程的機制也可能通過上調LIF水平來實現(xiàn)[1,3]。在人類試驗中發(fā)現(xiàn),與正常妊娠相比,多次移植失敗的育齡女性Kisspeptin、GPR54和LIF的表達均減少,這說明Kisspeptin/GPR54可能參與人類胚胎植入過程[5]。
滋養(yǎng)細胞分泌Kisspeptin的過程在妊娠早期胚胎植入時就已經開始,已有的研究也證實,與非妊娠女性相比,妊娠女性血漿中的Kisspeptin濃度在妊娠過程中急劇增加[3]。然而,有一個有趣的現(xiàn)象,KISS1基因在胎盤的表達似乎與循環(huán)中Kisspeptin的水平不一致,在早期胎盤和足月胎盤的研究中,二者的表達水平或者沒有明顯差異,或者在早期胎盤中表達水平更高[1]。這些研究說明,KISS1基因在胎盤中的表達水平和循環(huán)血漿中的Kisspeptin水平存在差異[1,3]??赡茉蚴?,循環(huán)中Kisspeptin的急劇增加是伴隨著胎盤總質量的增加和整個妊娠期滋養(yǎng)層細胞總數(shù)的增加而發(fā)生的[1]。
還需要注意的是,Kisspeptins是一系列多肽,包括 Kisspeptin-54、Kisspeptin-14、Kisspeptin-13和Kisspeptin-10。這些研究似乎只檢測到血漿中的一種Kisspeptin肽,而且不能排除這些研究中使用的抗體與其他RF酰胺相關肽(RF amide relatedpeptides,RFRP)交叉反應的可能性[1]。隨后的研究發(fā)現(xiàn),由KISS1基因編碼剪切的Kisspeptin的多種生理亞型已經從胎盤滋養(yǎng)層中分離出來,妊娠期間外周血循環(huán)中主要的Kisspeptin異構體被認為是Kisspeptin-54[4]。然而,在體外實驗中,在滋養(yǎng)細胞表達的生理水平的GPR54受體中,顯示只有Kisspeptin-10通過與其受體GPR54的結合增加了細胞內Ca2+水平。在到達外周血循環(huán)之前,可能是Kisspeptin-54剪切后形成的Kisspeptin-10在細胞水平上起作用。因此,進一步分析特定Kisspeptin異構體的數(shù)據(jù)也將是有意義的[3]。
Hu KL等[1]的研究中,為了排除與其他RFRP交叉反應的可能性,使用了更為特異和敏感的抗體來檢測血漿中的Kisspeptin,其研究表明血漿Kisspeptin水平與孕周具有明顯相關性。最新的研究對血漿Kisspeptin水平在整個孕期的變化與妊娠期相關疾病進行了探討,如流產、胎兒生長受限(fetal growth restriction,F(xiàn)GR)、妊娠期高血壓疾病、子癇前期、妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)等,進一步證明了Kisspeptin在整個妊娠期的水平變化,有望成為預測妊娠期相關疾病的標志物[12]。
流產是妊娠期間常見的并發(fā)癥,β-人絨毛膜促性腺激素(β-hunman chorionic gonadotropin,β-hCG)是目前使用最為廣泛的預測流產的生物學標志物之一。整個妊娠期間Kisspeptin類似于β-人絨毛膜促性腺激素(β-hCG),可以分泌到外周血循環(huán)中。
早期的臨床研究發(fā)現(xiàn),與非妊娠女性相比,妊娠女性血漿中的Kisspeptin濃度在妊娠前3個月迅速增加,到第3個月甚至可以達到妊娠1個月時的7 000倍以上[3]。越來越多的研究表明,Kisspeptin濃度隨著妊娠進展呈正相關改變,而且在流產孕婦中水平顯著降低,提示Kisspeptin有可能作為流產的生物學標志物[1]。一項對流產患者的胎盤和胎膜組織的免疫組化分析發(fā)現(xiàn),自然流產患者的KISS1表達水平顯著降低,進一步說明KISS1及其編碼產物Kisspeptin在植入和妊娠維持中起到了重要作用[13]。最新的一項研究顯示,流產孕婦血漿樣本經校正的Kisspeptin和β-hCG水平分別比健康孕婦低79%和70%,Kisspeptin和β-hCG兩種標志物聯(lián)合用于診斷妊娠早期流產的受試者工作曲線(receiver operating curve,ROC)下面積為 0.916(95%CI0.886~0.946),在孕周≥8周的孕婦中,Kisspeptin的診斷性能則優(yōu)于β-hCG,聯(lián)合Kisspeptin、β-hCG和孕周的預測流產模型診斷準確率為83%~87%[14]。另外一項Meta分析顯示了相似的結論,該分析納入了5項研究,包含3項臨床薈萃分析,顯示在妊娠6周后測量血漿Kisspeptin的曲線下面積(area under curve,AUC)為 0.902(0.866,0.937),在敏感性方面,Kisspeptin的 AUC=0.881(0.855~ 0.906),β-hCG的AUC=0.834(0.785~0.883)[15]。因此,Kisspeptin在區(qū)分妊娠6周后流產和正常妊娠方面具有與β-hCG相當甚至更高的準確性。綜上,通過不斷深入地研究,特別是與β-hCG的聯(lián)合應用,Kisspeptin越來越顯示出作為妊娠早期流產的生物學標志物的優(yōu)勢[13-15]。
子癇前期(pre-eclampsia,PE)是一種嚴重的產科并發(fā)癥,發(fā)病機制尚未完全清楚,可能與血管功能障礙相關,但更可能的是滋養(yǎng)層異常侵襲導致螺旋動脈異常重塑,從而導致胎盤功能受損的結果[10]。
早期一項回顧性病例研究發(fā)現(xiàn),與無合并癥的孕婦相比,發(fā)展為PE的孕婦孕中期(16~20周)Kisspeptin水平顯著降低[1]。隨后該研究組的1項納入體質量因素的前瞻性研究發(fā)現(xiàn)PE孕婦以及肥胖孕婦中,外周血循環(huán)中的Kisspeptin水平降低[3]。Hu KL等[1]進一步研究發(fā)現(xiàn),合并PE的孕婦中,胎盤Kisspeptin表達較高,外周血循環(huán)中的Kisspeptin水平較低,這說明胎盤Kisspeptin的表達與血漿中不一致。近期的2項研究有與之相似的結論,妊娠合并糖尿病被認為是子癇前期的高危因素,Kapustin RV等[16]的研究對這一類孕婦的胎盤組織進行免疫組化分析,發(fā)現(xiàn)合并糖尿病的孕婦Kisspeptin和GPR54水平在胎盤組織中較高,這可能在胎盤形成過程中起到調節(jié)作用,進而導致PE的發(fā)生。Fang L等[17]的研究發(fā)現(xiàn),在PE孕婦中,由表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF)介導的ID3蛋白的表達下調,導致胎盤KISS1的高表達。這些結果表明KISS1可能作為一種局部因子,以自分泌或旁分泌的方式調節(jié)滋養(yǎng)層細胞的侵襲,這揭示了PE發(fā)展的可能潛在機制,而外周血循環(huán)中Kisspeptin水平的降低是由于胎盤功能障礙所引起的變化[3]。近期的一項納入7項臨床薈萃的研究表明,PE孕婦與對照組相比,外周血循環(huán)中的Kisspeptin的水平更低,同時孕婦體質量指數(shù)、舒張壓和收縮壓更高,新生兒分娩孕周和出生體質量更低[18]。另一項臨床研究中,雖然沒有發(fā)現(xiàn)血漿Kisspeptin與子癇前期的嚴重程度有明顯關系,但研究者認為PE孕婦的合并癥可能對血漿Kisspeptin水平產生不同的影響[12]。因此,人們對于Kisspeptin和PE的相關性臨床研究越來越多地考慮納入并發(fā)癥、體質量指數(shù)(body mass index,BMI)等影響因素。進一步的深入研究也顯示,與正常血壓孕婦相比,PE孕婦外周血循環(huán)中Kisspeptin-10水平在孕中期(20~27周)和孕晚期(28~40周)較低,外周血循環(huán)中的Kisspeptin-10水平在診斷PE時有著較高的靈敏度和特異性,孕中期最佳截斷值為1.98 ng/mL,孕晚期最佳截斷值為2.18 ng/mL[19]。因此,檢測孕婦血漿Kisspeptin水平可能是一種有效的篩查方法。
GDM是產科常見的并發(fā)癥之一。正常妊娠狀態(tài)下,孕婦母體通過減少對葡萄糖的利用,以此保證對胎兒的葡萄糖供給,從而導致孕婦的生理性胰島素抵抗,這是一種多激素調節(jié)下的代謝適應性變化,其中垂體激素、胎盤分泌的多種激素(如雌激素、孕激素、人胎盤催乳素等)和胰腺分泌的多種激素(如胰島素、胰高血糖素等)都發(fā)揮重要作用,當孕婦胰島素抵抗加重,超過胰島β細胞的代償能力時,GDM就有發(fā)生的可能性[20]。
在非妊娠人群中的研究發(fā)現(xiàn),Kisspeptin間接通過性腺激素和(或)直接通過大腦、胰腺和棕色脂肪組織中的GPR54受體發(fā)揮其代謝調節(jié)作用[1]。有介入性人體研究表明,外周血循環(huán)中Kisspeptin水平與胰島素分泌和胰島素抵抗存在關聯(lián),可能在調節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)中具有作用[21]。在GDM孕婦中的研究發(fā)現(xiàn),Kisspeptin及其受體在胰腺中表達,并且Kisspeptin能增強人和動物胰島中葡萄糖刺激的胰島素分泌,這表明Kisspeptin可能介導葡萄糖刺激胰島素分泌的機制[22]。近期的一項包含人類試驗和動物實驗的研究發(fā)現(xiàn),在孕婦的隊列研究中,涉及91例妊娠26~34周的孕婦,GDM孕婦與非GDM孕婦相比,血漿中Kisspeptin水平較低,同時該研究組進行的動物實驗發(fā)現(xiàn),對妊娠小鼠的內源性Kisspeptin進行藥理學阻斷會導致其葡萄糖穩(wěn)態(tài)受損,對β細胞特異性GPR54受體敲除的小鼠在妊娠期間表現(xiàn)出葡萄糖不耐受,這些數(shù)據(jù)表明Kisspeptin可能在增加胰腺β細胞數(shù)量和增強功能方面發(fā)揮作用[23]。因此,胎盤分泌Kisspeptin減少,則可能導致Kisspeptin依賴性胰島β細胞受損,這也可能是孕婦GDM發(fā)生、發(fā)展的一個因素。Musa E等[22]研究發(fā)現(xiàn),GDM患者胎盤Kisspeptin和GPR54表達較高,外周血循環(huán)中Kisspeptin低表達,并且評估了Kisspeptin在胰島素分泌、抵抗和食欲調節(jié)中的作用。通過以上研究,Kisspeptin刺激的胰島β細胞的分泌,可能是對抗母體外周胰島素抵抗的一種代償機制,當Kisspeptin/GPR54信號傳導失敗時,就可能出現(xiàn)葡萄糖不耐受。雖然妊娠女性中Kisspeptin調節(jié)胰腺β細胞功能的機制還需要深入研究,但是Kisspeptin對GDM的預測作用仍值得期待[22-24]。
本文總結了Kisspeptin/GPR54系統(tǒng)在胚胎植入和妊娠早期的調節(jié)作用,以及外周血循環(huán)中Kisspeptin的水平在流產、PE和GDM等妊娠期相關疾病中的研究進展。在預測流產方面,血漿Kisspeptin作為診斷宮內妊娠患者流產的潛在生物學標志物,其與β-hCG的組合相比單獨的任何一種檢測都提供了更高的診斷準確性[13-15],而且,血漿Kisspeptin結合臨床其他指標,可以進一步對流產風險進行分層,個別研究對異位妊娠也進行了初步探索,但與目前常用的β-hCG聯(lián)合妊娠早期超聲檢查相比并無優(yōu)勢[14]。PE孕婦中外周血循環(huán)Kisspeptin水平的降低,得到越來越多的研究支持[16-19]。但是PE孕婦常常合并肥胖或者其他合并癥,循環(huán)Kisspeptin水平可能會受此影響而發(fā)生變化,所以筆者需要更多的前瞻性研究來證實Kisspeptin在PE中的診斷作用[12]。Kisspeptin在調節(jié)代謝和葡萄糖刺激胰島素分泌中的作用,可能是導致GDM孕婦外周血循環(huán)中Kisspeptin水平與非GDM孕婦相比有所降低的原因。因此,Kisspeptin可作為預測GDM的生物學標志物之一[22-24]。
盡管孕婦中存在一些干擾因素,如并發(fā)癥、肥胖等,會對外周血循環(huán)中的Kisspeptin水平產生影響,但是,Kisspeptin是妊娠期胎盤分泌的重要物質,胎盤發(fā)育異?;蚬δ苷系K引發(fā)的妊娠相關疾病,會導致外周血循環(huán)中Kisspeptin水平異常改變,因此檢測外周血循環(huán)中Kisspeptin水平有可能預測妊娠期相關疾病的發(fā)生,該指標有望成為預測妊娠期相關疾病的生物學標志物。