发育生物学论文 浅谈滋养层细胞在胚胎植入中的作用

1、发育生物学期中考试论文 题目：浅谈滋养层细胞在胚胎植入中的作用 院-系：生命科学与技术学院 专业：08生科 姓名：李如艳 学号：200813050156 上课时段：周二（10、11）浅谈滋养层细胞在胚胎植入中的作用摘要：胚胎植入是哺乳动物生殖的关键环节, 是一个非常复杂的过程。本文通过滋养层细胞的来源、生长、功能分化对滋养层细胞进行了概要的叙述，并对滋养层细胞在胚胎植入中的作用的阐述,为进一步阐明胚胎植入的分子机制提供思路。关键词：胚胎植入；滋养层细胞Abstract:Embryo implantation is an important and complicated physiologic

2、al process in mammalian reproduction.The paper introduce embryo implantation by elaborating the origin growth, functional differentiation of trophoblast cells .The aim of the review is to suppor t some idea oft he molecule mechanism in the embryo implantat ion by expatiating the role of embryonic tr

3、 ophocytes in imbedding.Key words: trophcyte; embryo implantation; 胚胎植入(emb ryo imp lan tat ion) 是指从卵子受精到胚泡着床的一系列细胞或分子生物学事件, 主要包括游离胚泡(f ree b lastocyst)、粘附和穿透(at tachmen t and penet rat ion) 以及胎盘形成(p lacen tat ion) 。这一过程受许多因素的精确调节。激素、细胞因子、生长因子、粘附分子和细胞外基质均参与调节哺乳动物胚胎植人过程。在整个胚胎植入过程中,这些调节因素的表达、合成与分布状态沿着

4、一定的空间和时间顺序发生变化, 而且它们之间存在着广泛的联系1。能否成功的植入取决于胚泡侵入性和子宫内膜接受性的密切合作。位于胚胎外围的滋养层细胞在胚胎侵入过程中发挥着关键的作用, 它通过分泌系列细胞因子和激素行使妊娠识别作用, 还通过分泌这些因子、激素的作用使胚胎对子宫内膜发生粘附及侵入的作用2。1.1 滋养层细胞的来源 早期胚胎发育至囊胚时, 胚体细胞分为两层,外层细胞为滋养层细胞( t rophoblast ) ; 内层为内细胞团( inner cell mass) , 此时整个囊胚称为胚泡( blastocyst ) 。滋养层将来发育为绒毛膜、胎盘等胚外器官, 而内细胞团以后则发育为胚

5、体及卵黄囊、尿囊、羊膜等3。1.2 滋养层细胞的生长 滋养层细胞的生长与胚胎侵入和胎盘的发育同时进行,受促进因素和限制因素两个方面调控4。滋养层细胞的生长包括两个阶段,即原始血管网生成阶段和血管微循环结构生成阶段。血管内皮生长因子(VEGF) , 血小板衍生生长因子(PDGF) ,血小板活化因子( PAF)和血管生成素在早期的血管发育中至关重要 。由间质细胞产生的肝细胞生长因子(HGF)和其c2met酪氨酸激酶受体在上皮细胞表达,参与调节滋养层细胞分化和生长,并且调节侵入的深度。其他参与调节滋养层生长的因子包括白细胞介素1 ( IL21) 、干细胞因子、CSF21、IGF和T辅助细胞因子( T

6、h) 。IL21和细胞集落刺激因子21都能够刺激滋养细胞生长和功能的发挥, IGFBP21、Th21、IFN2及TNF则可能会限制滋养层生长。这些相同的细胞因子/生长因子也可能影响滋养细胞生产人绒毛膜促性腺激素和黄体酮5。1.3 滋养层细胞功能的分化靠近子宫内膜的滋养层细胞分裂时只发生核分裂, 细胞质不分裂, 形成多核细胞。早期滋养层细胞叫细胞滋养层, 而多核细胞则构成合胞体滋养层(syncytiotrophoblast STB) , 也可以称为滋养层巨细胞。细胞分化导致其功能分化, 细胞滋养层通过一系列粘着分子附着到子宫壁及子宫内膜( endomet rium) 上。合胞体滋养层组织使胚胎和

7、子宫联系更进一步, 子宫向合胞体滋养层发出血管, 并最终与合胞体滋养层接触, 胚外中胚层和滋养层细胞上的突起相连产生血管, 把营养由母体输送给胎儿, 胚胎和滋养层相连的胚外中胚层狭窄的基柄最终形成脐带( umbilical cord) 。合胞体滋养层细胞充分发育后, 形成由滋养层组织和富含血管的中胚层构成的器官绒毛膜(chorion)。绒毛膜和子宫壁融合形成胎盘6。2 胚胎植入及其影响因素 胚胎植入( implantantion ) 又称胚胎着床( imbed) , 是胚胎到达子宫进行定向定位后, 与子宫内膜上皮接触、粘附, 并侵入子宫内膜基质中,建立胚胎发育所必需条件的过程。成功的植入取决于

8、胚泡侵入性和子宫内膜接受性的密切合作。这两个方面与细胞分化/发育状态有关。细胞在生长发育过程有两种主要表型: 间充质/成纤维型和上皮型, 并能进行上皮-间充质表型转换(ep ithelial2mesenchymalt ran sfo rmat ion, EM T )。胚泡的滋养层细胞在转成侵入性时, 必须丢弃部分典型的上皮细胞特性: 顶质膜上表达细胞粘附分子, 或改变其运动特性。同样, 子宫上皮细胞在接受性的获得过程中, 极性结构逐渐消失, 甚至一些特征性蛋白(如钙粘蛋白、波形蛋白) 表达改变。子宫上皮细胞还发生行为变化, 以利于滋养层细胞侵入, 如在啮齿类动物中, 子宫上皮细胞从基膜处分离;

9、人类和家兔, 上皮细胞通过向基膜伸出突起, 呈现一种半侵入行为1。3 滋养层细胞在胚胎植入中的作用3.1 滋养层细胞所分泌细胞因子和激素的作用胚胎着床包括胚泡在子宫内膜的迁移、定位、粘附、入侵及子宫内膜蜕化反应等过程。滋养层细胞可分泌多种细胞因子, 参与局部的免疫调节。现已证实, 滋养层细胞可分泌集落剌激因子- ( CSF-) , 粒细胞-巨噬细胞集落剌激因子( GM-CSF) 、 IL-1、IL-6、I L-10、TNF-、TGF- 、IFN-等7。此过程中, 胚胎外围滋养层这些物质作为一种化学信号, 对子宫上皮细胞起作用, 以抑制前列腺素的分泌, 维持功能性黄体产生孕酮, 刺激和维持子宫内

10、膜功能, 支持早期胚胎发育。同时滋养层细胞还通过自分泌途径, 分泌多种细胞因子和激素, 如IL、EGF、CSF、IGF、绒毛膜促性腺激素等使胚胎作好侵入准备。使母、胎双方达到最佳结合状态2。3.1.1 表皮生长因子 表皮生长因子是由53 个氨基酸组成的多肽, 其受体为一跨膜糖蛋白, 具有酪氨酸激酶活性,EGF与EGFR 结合引起EGFR构象发生变化, 激活位于羧基端的酪氨酸激酶, 启动一系列生物学反应。EGF可以促进生殖系统细胞增殖和分化, 促进子宫内膜细胞发生蜕膜化, 介导性激素的某些功能, 其作用与类固醇激素的作用类似。有人实验证明在妊娠第4天切除卵巢用孕酮维持延迟着床的小鼠, 子宫内注射

11、EGF成功地启动了胚胎着床8 。在体外培养基中加入EGF明显能增加胚胎的孵化率和生长率, 滋养层细胞的侵入能力能增加几倍。3.1.2 白细胞介素（IL-1）滋养层细胞可产生IL-1, 通过旁分泌作用于母体免疫系统,在植入过程中,胚胎和子宫内膜产生的IL-1通过旁分泌和自分泌途径,协调子宫内膜和胚胎之间联系,促使植入顺利完成。其作用机制还不明确。IL-1ra 是IL-1 受体的拮抗剂, 小鼠腹腔注射IL-1ra可阻止小鼠胚泡着床。临床上,胚泡能着床的妇女IL-1水平明显高于胚泡不能着床的妇女。说明IL-1在胚胎植入中发挥了重要作用。采用一种研究滋养层细胞侵入的体外模型(JEG-3 在用mat r

12、igel包埋的滤膜上培养) , 研究IL-15对细胞滋养层细胞侵入能力的影响, 发现IL-15可增加细胞滋养层细胞( JEG-3)的胶原水解活性, 且MMP-1浓度增加, 而MMP-2 及MMP-9、TIMP-1 的浓度均无变化。IL-15对滋养层细胞的增殖无明显影响, 而能提高其迁移能力和侵入能力。另外, 据推测IL-15还与滋养层细胞侵入过程中细胞粘附分子表型的变化有关9。3.1.3 胰岛素样生长因子( IGF) 滋养层细胞可分泌IGF,与蜕膜细胞产生的IGF结合蛋白( IGFBP-1 )共同刺激滋养层细胞的侵入和迁移,另外对滋养层细胞明胶酶或溶血酶原激活因子的分泌无影响, 说明IGF和I

13、GFBP以自分泌/ 旁分泌的方式主要通过刺激细胞迁移增强滋养层细胞的侵入行为10。另外, 两者对滋养层细胞明胶酶或溶血酶原激活因子的分泌无影响, 说明 IGF 和 GFBP以分泌/ 旁分泌的方式主要通过刺激细胞迁移增强滋养层细胞的侵入能力, Jasinska A2004 对狒狒实验表明IGF促使子宫膜发生蜕膜化11, 这也很好的证明了IGF能促进滋养层细胞的侵入。3.1.4 集落刺激因 滋养层细胞还可表达激落刺激因子1 ( CSF-1) ,CSF-1由子宫内膜巨噬细胞和内膜上皮分泌。有两种类型：可溶性CSF-1，可促进胚胎发育；膜结合的CSF-1，存在于子宫内膜上皮，可与胚泡滋养细胞表面的CS

14、F-1受体结合。孕第1天小鼠中可测到CSF-1，孕第5天CSF-1分泌量是第1天的5倍，转基因小鼠CSF-1缺陷者，其孕卵不能着床12。Omigbodun A 等1998 实验证明CSF-1能增加纤连蛋白的分泌及表达, 也能增加整合素-5 亚基的表达2 。这些对胚胎植入起着重要作用。3.1.5 激素 滋养层巨细胞能分泌hCG, 侵袭性滋养层细胞上有hCG 受体的表达, 提示hCG 在滋养层侵入调节中有重要作用, 采用滋养层细胞株( JEG-3) 体外模型的研究表明, hCG在体外可显著增加JEG-3细胞的侵入能力, 且表现出一定的剂量效应,同时,hCG还可以促进滋养层细胞的运动13 。第二信使

15、的模拟物dbcAMP ( cibutyrylcAMP)以及cAMP 促进剂( forskolin)可模拟HCG的作用, 促进JEG-3 细胞的侵入。HCG还可以增加滋养层细胞JEG-3的胶原溶解活性, 而对滋养层细胞的增殖无影响。说明滋养层细胞产生的hCG可通过自分泌和旁分泌的方式调控滋养层细胞的侵入过程14。3.2 滋养层细胞在胚胎粘附与侵入子宫内膜中的作用 胚胎附植是在母、胎双方和谐状态下发生的,而胚胎方面起着主动侵入的作用, 侵入过程首先需要滋养层细胞对子宫内膜基质的粘附、然后发生类似肿瘤细胞的浸润。其粘附需要细胞外基质( ECM)与整合素的连接, 侵入需要基质金属蛋白酶( MMP)对E

16、CM的降解。3.2.1粘附性作用粘附分子分为4大类：整合素家族、钙调素家族、选择素家族及免疫球蛋白超家族。其中整合素和钙调素直接参与子宫的功能性变化，与胚胎着床有关。其表达障碍可导致胚胎着床能力低下、着床后血管重铸障碍，造成不孕或病理妊娠15。胚胎发生粘附作用主要是通过滋养层细胞分泌整合素, trophinin、tast in、byst in、钙粘素、细胞外基质、连接蛋白等因子实现的2。 大量研究表明整合素在胚胎着床过程中介导胚胎滋养外胚层和子宫内膜上皮细胞之间的相互作用,被认为是子宫内膜容受性的标记分子9。3.2.2 侵入性作用 侵入性并不是滋养层细胞所固有的, 只是在一定时期才具备, 胚胎

17、侵入过程和癌细胞浸润转移十分相似, 胚胎侵入过程有许多特征性分子参与ECM 的降解作用, 其中蛋白水解酶作用极关键。在胚胎侵入子宫内膜过程中, 发生作用的水解蛋白酶有金属基质蛋白酶( MMP) 、纤维蛋白酶( PAS) 、组织蛋白酶等15。 研究表明：当细胞滋养层表达整合素a6亚基时, 基质金属蛋白酶增多, 胚胎侵人能力增强; 相反, 当表达。a5亚基时, 金属蛋白酶水平下降, 侵人能力相应减弱。说明层粘连蛋白能促进体外培养的胚胎合成uP A , 在侵人期, 当胚胎粘着到子宫内膜表面时, 整合素与细胞外基质结合, 从而沟通了一种信息传导路径, 促使胚胎和子宫内膜合成蛋白酶, 强化了胚胎的侵人能

18、力16。 综上所述, 滋养层细胞在胚胎植入中发挥着关键的作用。在胚胎植入过程中, 多种着床相关因子、激素在母体- 胚胎之间进行多重作用, 引发复杂的生理作用, 从而完成胚胎着床。在母体- 胚胎界面上,胎源性滋养层细胞与母体子宫内膜细胞在信号联系( 妊娠识别) 和组织紧密连接( 胚胎植入) 过程中起着决定性作用, 尤其是胚源性滋养层细胞, 在胚胎植入过程中起主导作用。随着研究的深入, 越来越多的活性分子被发现来自于胚胎植入期的滋养层细胞, 因此进一步研究细胞因子的作用机制有助于更清楚胚胎植入及调控的机理。参考文献：1 蔡理全,段恩奎.胚胎植入及其细胞因子调节研究进展J.生殖医学杂,2000,9(

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