胎膜皮质醇再生正反馈环路在新生儿早产中的作用及转化医学研究

Preterm birth is the leading cause of neonatal death. Elucidation of the mechanisms underlying preterm birth will provide means to reduce not only neonatal mortality but also the morbidity of life-threatening diseases related to preterm birth. Prostaglandins are the final common pathway of parturition initiation via promoting myometrial contraction, cervical ripenning and membrane rupture. Fetal membranes are not only the major sources of prostaglandins but also the important sources of cortisol in pregnancy. We have provided convincing evidence that the fetal membranes express abundant 11β-HSD1 which regerates cortisol from cortisone and cortisol has positive feedback on 11β-HSD1 expression in the fetal membranes, which is potentiated by pro-inflammatory cytokines. Cortisol derived from 11β-HSD1 increases prostaglandin production via indution of the key prostaglandin synthesizing enzymes (cPLA2 and COX2), thus forming a feedforward loop of cortisol regeration and subsequent prostaglandin production in the fetal membranes. We hypothesize that early and over-activation of 11β-HSD1 expression might lead to preterm birth. Here we propose a translational study of the relationship between 11β-HSD1 and parturion as well as preterm birth and the relationship beween SNPs of 11β-HSD1 gene and idiopathic preterm birth by using human fetal membranes collected from term pregnancy with and without labor as well as from preterm birth. We will also to explore the possibility of clinical use of specific inhibitor of 11β-HSD1 to prevent preterm birth by using a rhysus monkey model.

新生儿死亡的首要原因是早产，研究早产发生机制寻找防治早产有效手段不仅可以降低新生儿死亡率而且还可以从源头上防止早产相关新生儿重大疾病的发生。前列腺素收缩子宫、成熟宫颈和促胎膜破裂，是公认的启动分娩的最后通路。胎膜既是前列腺素也是皮质醇的重要来源，申请人前期工作发现，胎膜大量表达皮质醇再生酶11β-HSD1，皮质醇与促炎性细胞因子协同诱导胎膜11β-HSD1表达，由此产生的皮质醇通过诱导前列腺素合成酶cPLA2和COX-2促进前列腺素的合成，从而在胎膜形成以11β-HSD1为核心、以前列腺素合成为靶向的正反馈环路。我们认为11β-HSD1的高表达和此正反馈环路的过早过度激活可能是早产的重要原因，本课题拟利用临床样本研究11β-HSD1与分娩启动和早产之间的关系、研究11β-HSD1基因多态性与原发性早产的关系、利用恒河猴动物实验研究11β-HSD1抑制剂防治早产的可能性。

早产是围产期新生儿死亡的头号杀手，目前尚无防治早产有效手段，主要原因之一是人类分娩年启动机制尚未完全阐明。本项目根据以往发现的胎膜大量表达再生糖皮质激素酶11beta-HSD1的事实，对由此酶再生的糖皮质激素皮质醇在胎膜中与分娩启动相关的作用进行了研究，除了发现皮质醇诱导胎膜中羊膜成纤维细胞炎症因子PGE2和SAA1表达外，还发现了皮质醇参与分娩启动和早产的新作用，即参与胎膜破裂。由于胎膜早破是导致早产的主要原因，这一作用的发现对于防治早产具有重要意义。我们发现，皮质醇通过诱导AKAP95表达将PKA锚定于细胞核对CREB进行磷酸化，同时我们还发现，皮质醇诱导STAT3的磷酸化，磷酸化的CREB和STAT3与糖皮质激素受体GR形成复合体诱导前列腺素PGE2合成的限速酶COX-2的表达。除了炎症介质PGE2外，我们还发现皮质醇诱导羊膜成纤维细胞炎症急性期反应蛋白SAA1的表达，后者可以进一步诱导炎症介质的表达。以上发现可以解释胎膜在高浓度糖皮质激素氛围下发生无菌性炎症导致分娩启动的机制。除了上述炎症介质外，我们还发现，皮质醇激活羊膜成纤维细胞自噬和蛋白酶体途径分别导致胶原蛋白I和胶原蛋白III细胞内降解，通过诱导羊膜成纤维细胞MMP-7的表达使得胶原蛋白IV降解。另外，皮质醇还抑制羊膜成纤维细胞胶原蛋白交联酶赖氨酰氧化酶LOX的表达使胶原蛋白交联减少。以上皮质醇的作用都将导致羊膜细胞外基质的重构从而使羊膜失去韧性和破裂。此外，我们还发现皮质醇通过tPA-plasmin系统特异性的促进羊膜上皮细胞的凋亡，从而破坏羊膜结构使其韧性减弱。以上离体细胞实验结果分别在羊膜组织块和自发性胎膜破裂并进入产程的产妇羊膜中得到完全再现。该研究发表SCI论文22篇，其中影响因子5以上论文7篇，项目工作总结发表于内分泌领域的顶尖杂志Endocrine Reviews上，提出胎膜表达11beta-HSD1可以作为防治早产的潜在靶点。