HOXA10及相关微小RNA在子宫内膜异位症中的研究进展
发布时间：2021-03-02
【摘要】子宫内膜异位症(EMs)是一种世界范围内普遍存在的妇科疾病，其具体的发病机制至今尚未明确。越来越多的证据表明EMs是一种表观遗传学疾病，通过DNA甲基化和微小RNA(microRNA，miRNA)调控等参与EMs的发生发展。同源盒基因A10(HOXA10)是DNA甲基化靶向调控的基因之一，不仅在雌性生殖系统中发挥着重要作用，且其异常表达及异常甲基化模式与EMs发病及不孕密切相关。miRNA是一类由大约22个核苷酸组成的高度保守的非编码调控RNA，通过调控子宫内膜细胞黏附、侵袭及血管生成等多种病理生理过程影响着EMs，但其确切作用机制尚未完全明确。近年研究发现HOXA10与miRNA在EMs患者中的表达存在相关性，miRNA能够异常调控HOXA10的表达进而促进EMs的发生发展。就HOXA10及相关miRNA在EMs中的研究进展进行综述，以期为进一步阐明EMs发病可能的分子机制及其临床诊治提供新的思路。
【关键词】子宫内膜异位症;表观遗传学;微小RNA;DNA甲基化;同源盒基因A10
子宫内膜异位症(endometriosis，EMs)好发于育龄期女性，是指子宫内膜组织(腺体和间质)出现在子宫体以外的部位继而引起盆腔疼痛(包括慢性盆腔痛、痛经和性交痛等)、月经异常及不孕等症状的妇科疾病，由于其临床表现复杂多变且复发率高，给女性的身心健康带来了极大的挑战[1]。自1860年病理学家Rokiramsky首次描述该疾病至今，先后提出了多种病因学说，包括最先提出的经血逆流学说、上皮化生学说、在位内膜学说，以及近年在EMs中引起重视的表观遗传学等。表观遗传学在不改变DNA序列的基础上，通过DNA甲基化、组蛋白修饰和微小RNA(microRNA，miRNA)调控等机制来调节基因，致基因表达水平发生变化[2]。同源盒基因A10(HOXA10)是DNA甲基化靶向调控的基因之一，其是同源盒基因(homeoboxgene，HOX)中的一员，在正常子宫内膜的腺体和基质中均有表达，并且其表达与子宫内膜周期性变化有关，同时在雌性生殖系统发育以及成年后发挥功能中起着关键作用，已有研究表明HOXA10参与EMs的发生发展及EMs相关性不孕[3]。近年研究发现HOXA10与miRNA之间存在相关性，本文主要对EMs中HOXA10及相关miRNA在EMs中的研究进展进行综述。
1HOX及HOXA10
人体内有一种按照胚胎发育期的前-后轴(anterior-posterioraxis)，即A-P方式排列表达的基因称为HOX，其是HOX家族中的一员。HOX家族庞大，他们具有一个共同的特点，即均含有一段约180个碱基对构成的保守序列，进而通过转录翻译等过程形成具有转录调控作用的蛋白质，该蛋白质中具有螺旋-转角-螺旋这种空间结构的多肽区域，称为同源结构域(homeodomain，HD)，可以识别特异序列的DNA并与之结合，从而发挥作用。目前发现的39个HOX基因在人体内成簇排列，分为A、B、C和D4个基因簇，不同基因簇之间的基因具有功能补偿性，故在突变或缺失的情况下避免发生剧烈的变化[3]。
HOXA10是HOXA簇中的一员，不仅在雌性生殖系统的发育中发挥着重要作用，成年后HOXA10的持续表达还参与卵泡成熟、调节子宫内膜容受性、胚胎着床、胎盘植入、子宫内膜基质细胞的蜕膜化和调节母体的免疫耐受等，以保证成功妊娠[3]。
Taylor等[4]通过RNA印迹分析(Northernblotting)、原位杂交和细胞培养等发现HOXA10的表达虽然在月经周期中的各个阶段均有表达，但在与着床时间相对应的分泌中期表达显著增加，而且其表达受雌孕激素调控，提示HOXA10可能在胚胎着床和调节月经周期子宫内膜发育中具有重要作用。小鼠中Hoxa10基因的缺失表现为子宫向输卵管的同源性转化，即子宫体近端部分转变成类似于输卵管的管状狭窄结构[3]。靶向破坏小鼠体内的Hoxa10基因将会导致子宫性的不孕，即Hoxa10缺陷的小鼠可正常排卵，但形成的胚胎在子宫内无法存活，只能在正常野生型小鼠子宫内着床发育，提示Hoxa10在赋予子宫内膜容受性方面是必不可少的，其缺失可能导致着床失败[3-5]。以上研究证实了HOXA10在雌性生殖系统中的重要性，其在EMs中也发挥着举足轻重的作用。
2HOXA10与EMsHOXA10
参与调节苗勒管向生殖器官结构分化，主要表达于子宫，Browne等[6]发现HOXA10不仅在在位及异位内膜中表达，而且在EMs患者的肺实质和卵巢子宫内膜异位囊肿中也有低水平表达，进一步提出HOXA10可能是子宫内膜在子宫内外重新发育的必要条件，HOXA10的表达相继在人的腹膜、卵巢、直肠乙状结肠EMs以及小鼠的远端小肠EMs组织中的发现为该理论提供了支持。
早在1999年Taylor等[5]通过比较经子宫内膜活检证实的EMs患者及正常月经周期女性的子宫内膜组织发现HOXA10在EMs患者分泌期中晚期的表达水平显著低于对照组(P<0.01)，但是EMs患者HOXA10基因表达水平下调的机制尚不明确。2005年Wu等[7]首先采用实时逆转录聚合酶链反应(RTPCR)对通过腹腔镜确诊的EMs组及非EMs组中HOXA10的表达水平进行检测，随后对HOXA10基因2个区域的3个片段进行甲基化特异性PCR和亚硫酸氢盐测序，检测甲基化模式的差异，首次发现HOXA10基因的异常甲基化可能是EMs患者子宫内膜中HOXA10基因表达异常的原因。这一发现在后来的研究中得以证实，Lee等[8]利用小鼠构建了EMs动物模型，证实了EMs中HOXA10基因的下调和高甲基化。另有研究发现了DNA甲基转移酶(DNAmethyltransferase，DNMT)在EMs中异常表达，为EMs可能是一种表观遗传学疾病再次提供了有力的证据[9]。5-氮杂-2′-脱氧胞苷(5-aza-2′-deoxycytidine，AZA)是一种DNMT抑制剂，研究发现AZA通过抑制启动子甲基化上调HOXA10的表达，继而提高子宫内膜容受性[10]。这些研究提示异常甲基化可能参与了EMs患者HOXA10基因表达水平下调。
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HOXA10的表达水平在伴有不孕症的EMs患者中显著下调，结合HOXA10的表达高峰出现在着床窗口，提示其可能与子宫内膜容受性有关，因此该基因表达降低可能与子宫内膜相关不孕有直接或间接的关系[11]。此外，HOXA10基因具有激活或者抑制下游的某些基因的能力，如Wnt家族基因、空通气孔同源框2(emptyspiracleshomeobox2，EMX2)、调节整合素β3、胰岛素生长因子结合蛋白和前列腺素受体等，而这些基因在EMs相关性不孕中发挥了重要的作用。因此HOXA10不仅参与EMs的发生发展，也与EMs患者的不孕有关。
3EMs中与HOXA10相关的miRNA
miRNA是一类参与调控基因的高度保守的小分子RNA，通过沉默靶基因的表达，参与转录后调控基因表达[12]。近年随着二代测序技术的快速发展，有学者发现miRNA在EMs患者的内膜组织、血清、卵泡液及腹腔液中存在差异表达[13-15]，同时miRNA在EMs中的作用也逐渐引起关注。多数学者认为黏附-侵袭-血管形成是EMs发生发展的病理生理过程，miRNA在其中均发挥重要的作用[16-18]，同时miRNA能够促进细胞增殖和抑制凋亡，继而促进EMs的发展[19-20]。此外，miRNA在卵子成熟、卵泡发育、黄体形成、胚胎植入以及早期胚胎发育等生殖领域也具有调控作用[21]。越来越多的研究表明HOXA10在EMs患者中的异常表达与miRNA有关。
3.1与HOXA10相关的miR-135miR-135的表达与子宫内膜容受性及着床有关，同时该表达还与某些基因的表达有关，如HOXA10。miR-135包括miR-135a和miR-135b两种亚型，在正常子宫内膜和EMs女性的月经周期中，miR-135表达谱存在显著差异。Petracco等[22]发现与未发生EMs的女性相比，EMs患者增殖期子宫内膜中miR-135a表达显著升高，miR-135b在增殖期和分泌期都有较高表达且变化较小。该研究还发现HOXA10基因在EMs患者内膜组织中的表达受到抑制，提示miR-135与HOXA10之间存在相关性。转染miR-135抑制剂后发现HOXA10mRNA和蛋白的表达水平升高，随后通过荧光素酶报告基因检测证实miR-135可以通过与HOXA10DNA3′非编码区结合，抑制HOXA10mRNA及蛋白的表达，从而进一步完成调控，揭示了miR-135在EMs女性子宫内膜中异常调控HOXA10。但是Cho等[23]比较EMs患者与非EMs患者血清样本，发现EMs患者循环中miR-135a表达明显降低。关于miR-135在EMs患者组织和血清中水平之间的差异尚未有明确的解释，可能是由于在不同的环境和组织类型中，miR-135的表达水平不同并且具有不同的功能。
有研究表明子宫内膜缺陷导致着床失败与增殖期和分泌期的缺陷均有关[24]。EMs患者在月经增殖期miR-135a表达水平较高，同时能够下调其靶基因HOXA10的表达，这一发现证实了EMs患者在增殖阶段存在缺陷，并提示了可能的表观遗传机制[25]。另有研究发现EMs患者在种植窗期，miR-135b与HOXA10的表达呈负相关(r=-0.607，P=0.021)，这可能是EMs患者不孕症发病率高的原因[26]。因此，miR-135a和miR-135b可能都调节了EMs患者增殖期HOXA10表达的减少，而miR-135b则在分泌期特异性地改变了该基因的表达。
3.2与HOXA10相关的miR-196b位于HOX基因簇中的miR-196家族在胚胎发生过程中发挥作用，并在多种疾病中异常表达，包括EMs、卵巢癌和骨肉瘤等。MiR-196家族已经发现了3个miR-196基因，包括miR-196a-1、miR-196a-2和miR-196b[27]。miR-196b参与了许多生物学过程，有研究发现在骨髓间充质干细胞移植中miR-196b可能负性调节HOXA10，HOXA10进一步作用于血管内皮生长因子、白血病抑制因子(LIF)等子宫内膜容受性相关蛋白，从而在一定程度上治疗大鼠薄型子宫内膜[28]。Guo等[29]发现miR-196b通过抑制其转录靶点促分裂原激活的蛋白激酶1(mitogen-activatedproteinkinasekinasekinase1，MAP3K1)而抑制人绒癌细胞的增殖、迁移和侵袭等，但关于miR-196b具体作用机制尚未有系统的阐述。有学者通过基因芯片分析了miRNA在异位和在位子宫内膜组织中的表达，发现了22个差异表达的miRNA，miR-196b是异位子宫内膜组织中8个下调的miRNA之一[30]。Abe等[31]通过miRNA微阵列分析发现EMs患者子宫内膜异位囊肿基质细胞(endometrioticcyststromalcell，ECSC)中miR-196b表达下调，过表达miR-196b后发现ECSC中c-myc和B淋巴细胞瘤2(Bcl-2)mRNA的表达下调，提示miR-196b能够靶向调控c-myc和Bcl-2的表达，抑制ECSC的增殖并诱导其凋亡，为EMs的治疗提供了新思路。同时该研究表明miR-196b与HOXA10表达之间存在显著相关性，结合miR-196b基因位于人类染色体第7号染色体(7p15.2)中HOXA9和HOXA10基因高度进化保守的区域，提示这两个分子在ECSC中的转录可能受到类似的调控机制的控制，随后通过进一步研究发现miR-196b和HOXA10在ECSC中被高甲基化，DNA去甲基化剂的处理恢复了二者在ECSC中的表达。这些研究表明，异常的miR-196b表达作为表观遗传机制的一部分参与了EMs的发生发展。
3.3其他与HOXA10相关的miRNAMoga等[32]基于既往发表的相关英文综述研究EMs中血清miRNA的失调情况，提出miR-200、miR-143、miR-20a、miR-199a和miR-145是EMs中最常见的失调的miRNA。国内有学者发现miR-143和HOXA10在ECSC中的表达显著降低，进一步用miR-143转染后可显著上调HOXA10蛋白的表达，提示miR-143通过促进HOXA10表达抑制EMs的发生[33]。Rekker等[34]发现miR-139-5p在子宫内膜异位细胞中上调且过表达miR-139-5p能够抑制HOXA9和HOXA10的表达。Zhou等[35]鉴定了EMs相关不孕妇女的在位子宫内膜基质细胞和未发生EMs的可育妇女的正常子宫内膜基质细胞中分离的外泌体，发现了49个表达显著差异的miRNA，其中有12个上调的miRNA被预测靶向HOXA10和(或)LIF-3′UTR，如hsa-miR494-3p、hsa-miR-10b-3p和hsa-125b-2-3p，表明这些外泌体miRNA可能参与了来自EMs相关不孕症患者的在位子宫内膜基质细胞中HOXA10和LIF表达的下调，影响了EMs相关不孕妇女的子宫内膜容受性。以上研究表明miRNA可以靶向调控HOXA10，进而影响EMs的发生发展及EMs相关性不孕，未来有望通过靶向干扰miRNA来调节HOXA10的表达，从而达到治疗疾病的目的。
4结语与展望
EMs自发现以来由于尚未阐明的发病机制、多样化的临床表现以及较高的复发率等情况一直困扰着广大患者及医务工作者，临床上尚未找到有效的治疗手段，近年来随着二代测序技术的发展以及表观遗传学的顺利开展，使得miRNA与HOXA10在EMs中的作用成为研究热点，目前已经发现miRNA、HOXA10在EMs中差异表达同时在其发生发展中均发挥着重要作用，与此同时miRNA可以靶向调控HOXA10的表达而影响EMs的发生。今后可以将miRNA在EMs中的调控以及表观遗传抑制剂的应用作为研究方向，从而为及时的诊断及恰当的个体化治疗提供新途径。——论文作者：李崑瑜，汤小晗，卢美松
