子痫前期的病理生理学、挑战和展望

子痫前期的病理生理学、挑战和展望

     该文章于2019年发表在《循环研究》上,对子痫前期的病理生理学机制的研究现状进行了详细阐述。非常基础,也很生硬,但可以为今后的科研方向提供思路。原文:DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.118.313276.

摘要:

妊娠期高血压疾病(慢性高血压、妊娠期高血压和子痫前期)具有独特的挑战性,因为它们的病理改变和治疗将同时影响母亲和胎儿,有时使他们的健康状况不一致。特别是子痫前期,它是最严重的妊娠并发症之一。子痫前期通常在妊娠晚期表现为新发高血压和蛋白尿,可以迅速发展成为严重的并发症,包括孕产妇和胎儿死亡。虽然子痫前期的病因仍有争议,但临床和病理研究表明,胎盘因素是发病机制的核心。这篇综述将讨论胎盘异常和胎盘因子,如抗血管生成因子sFLT1(可溶性FMS样酪氨酸激酶1)在子痫前期发病机制中的作用。本文将讨论血管生成生物标志物的检测,以用来进行疾病风险分层和开发制定针对血管生成通路的靶向治疗策略。最后,本文将回顾与妊娠期高血压疾病相关的母亲和儿童的长期心血管和代谢风险,特别是早产型子痫前期,以及需要增加对无症状阶段干预研究的关注,目的是延缓女性心血管疾病的发生。

子痫前期的病理生理学、挑战和展望

高血压疾病是妊娠期常见的并发症,使患者及其胎儿面临远期并发症的风险,这种风险比例各不相同,还可能导致伴随一生的后遗症。妊娠期高血压根据严重程度不同分为:①慢性高血压合并妊娠:妊娠前就存在的高血压(SBP≥140mmHg或DBP≥90mmHg);②妊娠期高血压:妊娠20周以后诊断的高血压,不伴蛋白尿;③慢性高血压并发子痫前期:慢性高血压伴有新发蛋白尿或20周后出现其他子痫前期的症状或体征,或有慢性蛋白尿伴新发高血压。子痫前期的发病率和死亡率最高,影响5%-7%的孕妇,且每年造成世界范围内7万多名孕产妇死亡和50万名胎儿死亡。它是美国孕产妇死亡、危重孕产妇发生率、孕产妇入住重症监护病房、剖宫产和早产的主要原因。

分娩可以使多数症状和体征得到缓解;然而,子痫前期可在分娩后持续存在,甚至在产后复发。在美国,复发或持续的产后子痫前期已成为围生期发病的一个重要危险因素。妊娠期高血压疾病,特别是早产型子痫前期,也与心血管疾病(CVD)和脑血管疾病的长期风险相关。

一、子痫前期的流行病学特点及临床定义

(一)子痫前期的危险因素

子痫前期的危险因素已被广泛研究(表1)。主要的危险因素包括子痫前期病史、慢性高血压、孕前糖尿病、抗磷脂综征和肥胖等。其他危险因素包括孕产妇高龄、初产妇、慢性肾脏疾病病史和辅助生殖助孕。相对罕见的危险因素是子痫前期家族史和怀有13三体综合征的胎儿。子痫前期的遗传易感性已被广泛研究。2017年,一项对4380例子痫前期患者的新生儿和310238例对照新生儿的全基因组关联研究进行了分析,发现FLT1(FMS样酪氨酸激酶1)基因附近有一个全基因组易感位点(rs4769613; P=5.4×10−11),其蛋白产物是子痫前期公认的致病因素。rs4769613在迟发性子痫前期中出现的频率较高,但只对胎儿基因组产生影响,而且在与父母性别遗传相关的疾病传播方面没有差异,不会产生印记效应。然而,母亲的遗传易感性也可能发挥作用。一项多民族母体子痫前期全基因组关联研究发现了一个全基因组易感位点rs9478812(P=5.90×10−7),该位点在PLEKHGI蛋白的一个内含子区内,与血压调控有关。

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(二)子痫前期的临床定义

传统意义上,美国妇产科学会(ACOG)将子痫前期定义为既往血压正常的患者在妊娠20周后出现高血压和蛋白尿。然而,有相当比例的患者在检测到蛋白尿之前就出现子痫前期的全身性表现,如血小板降低或肝酶升高,导致诊断被延迟子痫前期是一种异质性妊娠期高血压疾病,这种认知不断加深,使得ACOG的高血压2013年工作组修订了子痫前期的定义,包括是否存在蛋白尿的严重特征,并将蛋白尿程度排除在严重临床表现的标准之外(表2)。这些标准最近在ACOG实践指南的更新中得到了证实。

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二、子痫前期发病机制

作为一种胎盘相关的疾病,子痫前期的进展分为2个阶段:(1)妊娠早期胎盘异常;然后是(2)妊娠中晚期的“母体综合征”,其特征是抗血管生成因子过多(图1)。而胎盘形成异常的机制还存在争议,动物模型已经证明,子宫胎盘缺血驱动了在母体子痫前期综合征(第2阶段)中观察到的高血压、多器官功能障碍。对于在第1阶段观察到的胎盘功能障碍,已经提出了许多理论,包括氧化应激,母胎界面的异常自然杀伤细胞(NKs)以及遗传和环境因素,尽管没有确凿的证据。然而,大量证据支持这样一种观点,即病变的胎盘使可溶性毒性因子释放入母体循环中,从而导致炎症、内皮功能障碍和母体全身性疾病。

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(一)第1阶段:胎盘形成异常、滋养层浸润和母胎界面

在正常的胎盘植入期间,细胞滋养层迁移到母体子宫螺旋动脉,在胎母界面形成血管窦,为胎儿提供营养。在正常妊娠中,这种浸润深入螺旋动脉达到子宫肌层,导致螺旋小动脉广泛重构为高容量、高流量的血管。在子痫前期患者的胎盘中,细胞滋养层不能从增生性上皮亚型转化为侵袭性内皮亚型,从而导致螺旋动脉的重构不完全。螺旋状小动脉重构不足会导致母体血管狭窄和相对的胎盘缺血。狭窄的螺旋动脉容易发生动脉粥样硬化(以血管腔内存在富含脂质的巨噬细胞为特征,动脉壁纤维蛋白样坏死、单核细胞血管周围浸润),导致胎盘血流进一步受损。在人体中,胎盘缺血可以通过无创子宫动脉多普勒研究来识别。子宫动脉多普勒研究证实了正常妊娠期间子宫动脉收缩期和舒张期强劲的血流量;相比之下,子痫前期患者的舒张期血流明显受损,其多普勒波形有一个特征性的凹陷,比子痫前期的临床症状和体征先出现。这些发现表明,滋养层本身的异常可能导致胎盘植入过浅和螺旋动脉转化不足,导致胎盘缺血和子痫前期。

在子痫前期时也观察到给蜕膜供血的母体辐射状动脉(与螺旋动脉不同)出现动脉粥样硬化改变。蜕膜血管病变(Decidual vasculopathy,DV)是一种常见的胎盘功能不全性疾病,包括宫内生长受限和子痫前期,并伴有急性动脉粥样硬化性病变、中膜层肥厚以及血管周围淋巴细胞(图2)。在子痫前期表型中,DV的存在与临床结局恶化、舒张压升高、肾功能恶化和围生期胎儿死亡相关。组织学上,正常的妊娠晚期蜕膜血管表现为扁平内皮和内侧平滑肌缺失,而子痫前期患者的蜕膜则表现出内皮细胞疏松、水肿、血管中膜层肥厚以及平滑肌损伤(如动脉粥样硬化),以DV为特征。与临床诊断相关,DV与合并小于胎龄儿(small for gestational age,SGA)的子痫前期相关性最高,与多普勒异常的SGA相关性较小但很显著,这些发现提示伴有多普勒异常的SGA和合并SGA的子痫前期在蜕膜水平上发病机制具有相似性。总的来说,有重要的证据表明,子痫前期的蜕膜血管表现出继发性动脉粥样硬化改变。需要进一步的研究来确定这些变化是否代表了继发于高血压等病理改变的母体全身性内皮细胞损伤,或者DV是否促成了第1阶段的发生。

除了子宫胎盘功能不全以外,流行病学研究表明,子宫蜕膜化不良(子宫内膜基质转化以准备着床)可能影响子痫前期的发展。绒毛膜绒毛样本的整体转录谱分析表明,在后来并发重度子痫前期的病例中,存在蜕膜化不足或缺陷的情况。来自有重度子痫前期病史的非妊娠供体的子宫内膜基质细胞在体外不能蜕膜化,且具有转录惰性,提示基线遗传异常或遗传修饰。最后,子痫前期患者蜕膜组织的整体转录谱也显示了基因表达存在缺陷。这些细胞在培养中不能重新破膜,它们的条件培养基不能支持细胞滋养层的浸润,这表明蜕膜细胞可能是子痫前期细胞滋养层浸润下调的重要因素。子痫前期的体外组织学研究显示胎盘浅植入,这使体外研究得到了证实。鉴于子痫前期母体和胎儿异常的证据越来越多,胎盘缺陷可能是影响滋养层和蜕膜的综合因素的结果。 

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(二)缺氧和滋养层浸润

胎盘中缺氧诱导转录因子(transcription factors,TFs)和缺氧相关基因表达的上调表明,缺氧是子痫前期发病机制的核心。在着床早期,孕囊存在于氧张力较低的环境中,有利于滋养层的增殖。在浸润之前,增殖的滋养层将胚囊锚定在母体组织上,并堵塞蜕膜内螺旋动脉的尖端。最终,这些滋养层-螺旋状动脉栓子瓦解,形成绒毛间隙。新形成的血窦允许母体血液到达,增加氧张力,产生氧化应激,促进滋养层从增殖型分化为浸润型,从而侵入和重塑螺旋动脉。细胞缺氧的标志物HIF(缺氧诱导因子)-1α和-2α,在增殖的滋养层和子痫前期患者的胎盘中高水平表达。妊娠小鼠中HIF-1α的过表达与高血压、蛋白尿、小鼠胎儿生长受限有关,可能导致滋养层从增殖型向浸润型分化失败。此外2-甲氧基雌二醇(一种雌二醇的代谢物)对HIF-1α的抑制作用,可使HIF-1α不稳定,抑制sFLT1(可溶性FMS样酪氨酸激酶1)的产生,它是一种强有力的抗血管生成因子,已知可促进母体综合征的发生。HIF-1α的表达除缺氧外还受多种因素的调控,因此,分离上游异常信号具有挑战性。磁共振成像已被用于评估胎盘灌注分数(按体积估计灌注组织的分数)作为子宫血流或胎盘功能的标志。瑞典的一项研究包括35名单胎孕妇(13名子痫前期患者),Sohlberg等人发现较小的胎盘灌注分数与胎儿生长受限相关,以及母体和胎儿血管多普勒血流、新生儿体重和血浆标志物的异常,包括较高水平的sFLT1。新型的依赖于血氧水平的磁共振成像反应有望为评估母胎界面氧张力提供新的、非侵入性的体内技术,并可能有助于绘制胎盘病理和供血不足的区域。

(三)氧化应激

氧张力降低后,母体血流氧合导致正常的胎盘形成,而螺旋动脉浸润不良引起的间歇性缺氧和复氧可能引起氧化应激。在分子水平上,子痫前期胎盘显示出活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成酶和抗氧化剂的失衡。体外试验发现,子痫前期胎盘滋养层ROS生成酶的表达和活性增加,并抑制了促进滋养层侵袭性的Wnt/β-连环蛋白信号通路。氧化应激可能也促进了sFLT1等抗血管生成因子的转录。人类子痫前期患者的胎盘抗氧化机制受损,与正常孕妇相比,她们的超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的表达降低。 
然而,使用维生素E和维生素C等抗氧化剂进行治疗并没有改善子痫前期患者的病情,这表明ROS可能在人类发病途径中起的作用不大。
ROS可能来源于线粒体应激。Zsengeller等人发现,子痫前期胎盘合胞滋养层细胞中线粒体电子传递链(electron transport chain,ETC)酶细胞色素C氧化酶的活性降低,这与胎盘sFLT1表达增加相关。基于硫化氢供体抑制HIF-1α的证据,Covarrubias等人证明AP39(一种针对硫化氢供体的线粒体)预处理可降低人体合胞滋养层细胞中sFLT1表达,并在正常和子痫前期胎盘中以剂量依赖的方式增加细胞色素C氧化酶活性,阻止ROS的释放和保持随后HIF-1α的稳定。最近发表的关于线粒体抗氧化剂在子痫前期动物模型中的研究也很有前景。氧化应激的另一个可能的来源是缺血-再灌注损伤引起的内质网应激。在胎儿生长受限和子痫前期患者的蜕膜和胎盘中已观察到内质网应激,通过激活UPR(未折叠蛋白反应)触发蜕膜细胞和细胞滋养细胞凋亡。PERK(PKR样内质网激酶)是一种跨膜激酶,可降低内质网的转化负担,并上调促凋亡的TFs,已成为涉及子痫前期的主要信号通路。有趣的是,最近的一项研究表明,ATF4(激活转录因子4,一种PERK下游的TF)和ATF6(一个在内质网稳态中的错误折叠蛋白的TF调节因子)之间的协同作用,对PlGF(胎盘生长因子,子痫前期发病机制中的一种促血管生成因子)的转录起负向调节作用。

(四)血红素加氧酶以及其他酶学异常

有越来越多的证据表明,血红素加氧酶(heme oxygenase,HO,血红素降解催化剂),在母体和胎儿的血管功能以及胎盘的发育和功能中起着重要的作用。HO的三种亚型已被描述,HO-2在螺旋动脉侵袭中发挥作用,HO-1在非侵袭性滋养层表型中高表达。用CoPP(钴原卟啉,HO-1的诱导剂)治疗子宫灌注压降低(reduced uterine perfusion pressure,RUPP)的啮齿动物模型,可降低血压,同时导致胎盘中VEGF(血管内皮生长因子)/sFLT1比值向促血管生成的方向转换。这些临床前研究激发了人们对调控HO-1表达以此作为子痫前期潜在治疗干预手段的兴趣。
对滋养层浸润和螺旋动脉重构的另一个影响可能来自corin,一种跨膜酶,通过酶原修饰局部激活心房利钠肽。Corin主要作用于心脏组织,但Cui等人发现,在子痫前期患者中,子宫定位的corin mRNA和蛋白水平显著降低,一些corin基因突变也显著降低。然后,该研究团队创建了一个corin敲除的啮齿动物模型,以及保留孤立性心脏corin活性的转基因杂交组合。这两种表型都模仿了子痫前期的特征,独立于既往的高血压病史或心脏来源的心房利钠肽。然而,人体研究的证据是混杂的,因为在子痫前期患者中,全身corin和它的靶点心房利钠肽水平上调,而没有像动物研究预期的那样下调。
在早期的研究中,发现妊娠期高血压疾病患者胎盘儿茶酚-O-甲基转移酶(COMT)水平较低,而正常妊娠的女性2-甲氧基雌二醇的浓度不断增加,这是雌二醇的COMT分解产物。基于这些观察,Kanasaki等人设计了一个COMT敲除的啮齿动物模型,该COMT模型复制了子痫前期的特征。然而,COMT的改变并不是人类严重早发性子痫前期的特征。考虑到COMT在许多妊娠期高血压疾病患者中减少,需要更多的证据表明COMT与子痫前期的发病机制有关,而不是所有妊娠期高血压疾病的危险因素。

(五)NK细胞和胎盘受损

子宫NK细胞(uNK)具有良好的蜕膜化生理学特征,可能与子痫前期胎盘异常有关。与外周NK细胞不同,uNK没有细胞毒性。相反,在蜕膜中,uNK细胞调节胎盘的深度、螺旋动脉的重塑和滋养层的侵袭。uNKs作为在同种异体胎母体细胞界面相互作用的主要免疫参与者,它们识别来自母体细胞的自身主要组织相容性复合物(MHCs)和来自父亲细胞基因型的非自身异体MHCs。具体来说,uNK表达KIR(杀伤细胞Ig样受体),而胎儿侵袭性绒毛外滋养层细胞表达主要的Kir配体,多态性HLA-C(人白细胞抗原-C)MHCs。因为母体KIR和HLA位点的独立分离以及父系对绒毛外滋养层HLA-c的作用,每一次妊娠都会导致KIR(母体)和HLA-C(胎儿)的独特结合,这可能会影响胎盘形成的成功。在其他基因相同的母体中选择不匹配的母体和父体MHC分子的小鼠模型表明,同种异体可能促进蜕膜动脉扩张、螺旋动脉重塑、胎盘功能更好和胎儿体重更大。换句话说,通过MHC自我识别抑制uNK反应可能导致动脉重构缺陷。此外,某些母体KIR单倍型(uNK)似乎对子痫前期有保护作用,而其他的则有风险。然而,与风险相关的单倍型并不足以致病,这意味着还存在额外的环境因素或遗传打击。

(六)第2阶段:母体综合征的发病机制 

1.循环血管生成因子的失衡

十多年前,几个研究团队从子痫前期患者的胎盘中发现抗血管生成蛋白sFLT1水平升高。sFLT1是一种可溶性蛋白,通过结合并抑制促血管生成蛋白VEGF和PlGF的生物活性来发挥抗血管生成作用(图3)。VEGF对于维持内皮细胞功能非常重要,特别是在开窗内皮细胞内,发现于大脑、肝脏和肾小球等子痫前期主要影响的器官。PlGF是VEGF家族的一个成员,在血管生成中起重要作用,它选择性地与VEGFR1/sFLT1结合,而不是VEGFR2。一些研究结果表明,sFLT1参与子痫前期的发病机制:①母体血浆或血清中sFLT1蛋白水平较高;②sFLT1mRNA在子痫前期胎盘中表达较高;③向啮齿动物体内注射外源性sFLT1可导致高血压、蛋白尿、肾小球内皮增生(子痫前期肾活检的特征)以及其他一些子痫前期特征;④用抗VEGF药物治疗癌症患者会导致高血压和蛋白尿;⑤在细胞培养研究中使用抗体在子痫前期血浆中去除sFLT1可以逆转抗血管生成表型;⑥在子痫前期动物模型中,降低sFLT1水平或拮抗sFLT1可改善临床症状,通过治疗胎儿水肿或清除病变胎盘等潜在胎盘疾病,sFLT1水平降低超过50%时,子痫前期的临床症状和体征会自发性缓解。除了sFLT1水平升高外,同时发现子痫前期患者循环中游离PlGF水平降低,这表明抗血管生成蛋白和促血管生成蛋白失衡。
对血管生成因子强有力的免疫分析方法使大量临床研究在大队列人类妊娠患者中测量抗血管生成/促血管生成标志物水平,结果表明在临床确诊子痫前期以及确诊前几周,SFLT1水平较高,游离PlGF水平较低。血浆中的血管生成因子异常与临床表现的严重程度、疾病预测和不良结局相关。早期的研究对血管生成因子在预测子痫前期中的效能提出了质疑。然而,最近一项使用阿司匹林预防子痫前期的多部位、盲法随机试验使用了一些生理和生化参数(包括PlGF,对子痫前期的检出率为90%,固定的假阳性率为5%)提示这些标记可以用于算法用于早期诊断。这种在妊娠早期预测该综合征的策略将确定哪些患者有相关风险,哪些患者可能从阿司匹林等预防性干预措施中获益。早期诊断也可以减少那些患子痫前期风险较低的人群的焦虑和不必要的干预措施。
另一种在子痫前期中被广泛研究的抗血管生成蛋白是可溶性内啡肽(sENG),它是一种内源性TGF-β1(转化生长因子β1)抑制剂(图3)。子痫前期患者在出现临床症状前2个月血清中sENG升高,在分娩后下降,提示其与疾病严重程度相关。在妊娠大鼠中,它似乎增强了sFLT1的血管效应,从而诱导产生了类似重度子痫前期的状态,包括血小板减少和胎儿生长受限,当它与sFLT1联合使用时,似乎可诱发类似于子痫患者的可逆性后白质脑病。

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2.炎症细胞因子和免疫细胞的改变

目前已经证实,子痫前期是一种促炎状态,但其根本原因(罪犯细胞)尚未完全阐明。合胞体结是由凋亡或激活的滋养层细胞脱落形成的同种异体纳米级微囊泡,在正常妊娠的肺和血浆中发现,并在子痫前期时数量增加。富含sFLT1和内皮素的合胞滋养层微泡和外泌体可诱发炎症反应。在体外试验中,合胞滋养层微泡激活培养的外周血单核细胞,引起促炎细胞因子的释放,当暴露于孕妇的外周血单核细胞时会作用更加强大。然而,体外试验数据结论并不一致,因为另一种机制诱导产生的微泡没有促炎的作用。
IL-10(白细胞介素-10)是一种诱导T细胞分化为Th(T辅助型)2表型的细胞因子,是缓解母体综合征的重要成分,它通过中和促炎细胞因子、AT1-AA(血管紧张素II受体1自身抗体)、胎盘ROS和ET-1(内皮素-1)发挥作用。子痫前期患者的许多细胞类型表现出IL-10和促炎细胞因子的失衡,包括子宫和循环NKs和外周血单核细胞。对子痫前期患者外周血单核细胞的研究显示,IL-10分泌减少可能导致T细胞分化失败。正常妊娠的特征是T细胞表型相对于Th1向Th2转化,通常被称为Th2极化。多项研究报道了子痫前期Th1表型的转变异常,导致滋养层浸润不足。此外,从RUPP模型中获得CD4+细胞的转移可以诱导正常妊娠大鼠发生子痫前期样综合征。
子痫前期还与补体水平升高和C3基因突变有关。在动物模型中,补体抑制恢复螺旋动脉电容并降低sFLT1的产生,C1q基因敲除小鼠模型模拟先兆子痫的特征。然而,补体失调最严重的情况是重度子痫前期一种形式,被称为溶血、肝酶升高、血小板降低(HELLP)综合征。HELLP综合征已被证实与非典型溶血性尿毒症综合征共享一个基因突变,并有类似的临床表现,它被认为是由失控的补体激活引起的疾病。有趣的是,在溶血性尿毒症综合征中发现的许多相同的补体途径突变也与子痫前期有关。进一步的证据证明非典型溶血性尿毒症综合征与HELLP之间致病途径存在联系:一名出现早发性重度子痫前期和HELLP的患者在接受依库珠单抗(美国FDA批准的C5抑制剂,用于治疗妊娠期非典型溶血性尿毒症综合征)治疗后将孕周延长了17天。依库珠单抗很有希望成为一种治疗重度子痫前期的药物。

3.肾素血管紧张素途径

有证据表明肾素-血管紧张素醛固酮系统的作用在子痫前期发病机制中发生了改变。一些研究表明,与正常妊娠相比,尽管子痫前期患者循环肾素和血管紧张素II水平降低,但在子痫前期发病前和病程中,血管紧张素II的敏感性增强。血管紧张素II敏感性增加的一个潜在机制是在子痫前期患者的血清中存在循环AT1自身抗体。在临床前研究中,对AT1自身抗体复制了许多子痫前期的显著特征:通过激活ET-1使血管收缩;人脐静脉内皮细胞坏死和凋亡;刺激组织因子的产生导致高凝状态;减少人体细胞培养模型中滋养层的侵袭;并增加了培养模型中ROS的产生。抗AT1-AA在胎盘缺血和全身炎症时产生,也能刺激胎盘产生抗血管生成因子sFLT1和sENG。最后,CD19+CD5+细胞以及抗AT1-AA活性升高,表明B淋巴细胞是一种免疫因素。这些发现表明,CD19+CD5+亚群在胎盘缺血和全身炎症反应时所产生的抗AT1-AA可能在高血压和抗血管生成因子产生中起作用,这些抗血管生成因子是母体综合征的特征。
最近关于AT1受体与缓激肽B2受体复合物的超敏性临床前研究为肾素下调时肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活的另一个模型提供了令人信服的证据。使用一个新的转基因小鼠模型,上调其母体、全身性的平滑肌AT1-B2复合物,该团队能够复制子痫前期综合征,使妊娠动物出现高血压、蛋白尿、血小板减少、sFLT1、AT1-AA和ET-1增加、产仔数减少、宫内生长受限、肾素水平降低、胎盘迷路层减少。此外,当与B2异聚时,AT1似乎对血管紧张素II和机械刺激独立敏感,作者认为,无论肾素活性如何,机械刺激都可能会随着胎儿-胎盘质量的增加而加强。然后,通过慢病毒注射抗失活的Arrb1(β-抑制素-1)来治疗子痫前期样转基因小鼠,这是一种G蛋白偶联受体相关蛋白,使AT1受体脱敏,抑制信号转导。在人类胎盘的体外研究中发现,与血压正常孕妇的胎盘相比,子痫前期患者胎盘中Arrb1的失活(磷酸化)水平显著升高,并且子痫前期胎盘基底板血管上AT1-B2复合物的形成增加。虽然AT1-B2模型似乎确实很好地复制了母体综合征,但作为本研究的一部分,只对少数人体胎盘进行了分析。需要更多的人体研究来评估该模型在子痫前期生物学中的适用性。
一种更容易被肾素裂解的血管紧张素原氧化形式水平升高也与子痫前期高血压的发病机制有关。然而,需要强有力的测定方法来测量血液中血管紧张素原的这种修饰形式,以确定子痫前期中氧化血管紧张素原的作用。最后,在动物模型中,循环sFLT1水平的升高足以通过干扰内皮一氧化氮的产生来诱导血管紧张素II的敏感性。

4.交感神经系统

虽然对子痫前期发病机制的研究主要强调胎盘因素与母体内皮功能障碍之间的联系,但一些研究表明交感神经系统在子痫前期的发病机制中也发挥了作用。Schobel等人观察到,子痫前期患者的肌肉交感神经活动高于正常孕妇对照组和非妊娠的高血压女性对照组。子痫前期患者对非选择性肾上腺素能受体阻断的压力反射敏感性降低,抗高血压反应增强。使用实验动物模型的研究支持子痫前期时交感神经活动增加。RUPP大鼠模型中胎盘缺血诱导的高血压与压力感受器对肾脏交感神经活动控制的高血压变化有关,最近的一项研究发现,阻断肾上腺素能受体可显著减轻胎盘缺血引起的高血压。总的来说,来自人类和动物模型的研究表明,胎盘缺血后释放的因子可诱发机体出现充分的反应性高血压,一个完整的交感神经系统在这个环节发挥着重要的作用。

5.来自动物模型的经验

子痫前期研究的众多挑战之一是其在动物模型中的可重复性。自发性子痫前期是人类妊娠所特有的。因此,动物模型主要是通过收缩期高血压、肾脏内皮细胞增生、蛋白尿,有时还包括胎儿生长受限和抗血管生成因子的产生来接近而不是复制疾病。RUPP的啮齿动物模型,常常通过阻断妊娠SD大鼠的腹主动脉和子宫动脉来模拟一系列变化:平均动脉压升高、对α-肾上腺素能激动剂的血管反应性增强、AT1-AA、ROS、sFLT1和sENG的产生增加,这些变化都可以在子痫前期患者中观察到。其他动物包括妊娠的兔子、恒河猴和狒狒,也通过诱导子宫胎盘功能不全的方式被用来模拟子痫前期。为了复制胎盘作为固有的致病器官,而不是继发于子宫缺血,Kumasawa等人通过慢病毒载体将表达人sFLT1的滋养外胚层转基因囊胚植入了小鼠体内。随着妊娠期的进展,人sFLT1水平升高,并相应地发展为子痫前期的特征。然而,啮齿类动物并没有像人类那样表现出所有的严重表现。遗传性啮齿类动物模型,如BPH/5模型,也已被使用。BPH/5模型的基础水平为轻度高血压,在妊娠后期出现平均动脉压升高、蛋白尿和进行性肾小球损伤,且产仔数明显小于对照组。先前讨论的COMT基因敲除啮齿动物模型同样出现收缩期高血压、sFLT1升高和蛋白尿,并在分娩后好转,然而,没有证据表明发生全身性血管损伤或胎儿生长受限,这表明该模型接近于妊娠期高血压或轻度子痫前期。C1q敲除小鼠模型依赖于在蜕膜内皮-滋养层界面对补体因子C1q的观察,并被发现有产仔数少、宫内生长受限、血压升高、蛋白尿、sFLT1水平升高和内皮功能障碍的证据。全身注射精氨酸加压素也足以诱发妊娠大鼠子痫前期样状态,但是该模型没有发现胎盘缺氧和sFLT1的上调,表明了这些改变可能与足月型子痫前期相关性更高,抗血管生成生物标志物的水平在子痫前期时通常具有中等水平。早期通过调控啮齿动物模型的肾素-血管紧张素系统(胎盘肾素和母体血管紧张素原)来模拟妊娠期高血压,然而,该模型与人类疾病的相关性值得怀疑,因为与正常妊娠相比,子痫前期患者的特征是肾素和血管紧张素II被抑制。
所描述的动物模型主要是在观察胎盘缺血诱发全身性高血压的基础上设计的,有助于表征子宫胎盘低灌注的分子环境以及释放到母体循环中的各种细胞因子和蛋白质。在人体中观察到的因果关系对比数据可以在动物模型身上进行扩展,正如在RUPP模型中对sFLT1和sENG进行调控那样,是评估新疗法毒性和疗效的关键工具。当然,对于这种人类特异性疾病,动物模型并不完善,因为它们不能模拟血小板减少、HELLP综合征、子痫和其他定义人子痫前期严重特征的症状和体征。也许,表现上的不完全重叠源于这样一个事实:滋养层浸润不足和螺旋动脉重构失败作为子痫前期的主要驱动因素,在其他物种中不会自然发生,而且尚未被准确建模。事实上,啮齿动物滋养层最低限度地侵入螺旋动脉,因为植入后会发生蜕膜化,因此,可能是一个内在不足的模式物种。此外,人类的妊娠期明显长于啮齿类动物,并且如果将孕妇暴露于更大剂量的循环毒素中,如sFLT1,可能导致严重的临床表现。事实上,当sFLT1和sENG水平被同时扩大,在动物模型中确实会出现严重的表现。尽管存在局限性,动物模型的实验研究允许研究人员直接测试在人类子痫前期患者中发现的某些因素,了解它们是否确实会导致高血压和该综合征的其他表现。需要更好的接近人类妊娠生理和时长的研究模型,以发现主要的致病因素。

6.疾病的母体因素

流行病学研究表明,一些患者孕前的特征增加了子痫前期的风险。肥胖和糖尿病作为子痫前期的危险因素,越来越多地受到大家的关注(相对风险[RR]分别约为3.5),根据数据提示,二甲双胍(双胍类治疗2型糖尿病的一线药物)可能会降低sFLT1。在最近的一项荟萃分析中,15项随机对照试验报告了使用二甲双胍治疗时妊娠期高血压疾病的发生率,Kalafat等人发现妊娠期高血压疾病的风险降低(RR,0.56;95%CI,0.37–0.85),但子痫前期的风险未显著降低(RR,0.74;95%CI,0.09–6.28)。然而,作者承认纳入研究的证据质量较低和临床异质性限制了结论。孕前血管功能障碍,如慢性高血压,不仅危及胎盘灌注,还可能增强胎盘对缺血的反应,以及血管对sFLT1等抗血管生成因子的反应。因此,基线宿主特征可能会使患者处于子痫前期的风险之中,即使是在抗血管生成因子和细胞因子的生理水平升高时。如果孕前有急性肾损伤病史,尽管完全恢复,也与妊娠并发症的风险增加相关。有趣的是,AKI发作和妊娠之间较短的时间间隔与子痫前期的高风险相关。这提示亚临床肾功能不全可能会干扰正常妊娠对血流动力学变化的适应,进而导致胎盘灌注受损和子痫前期。

三、临床中子痫前期生物学转化

(一)用于诊断、预测和判断预后的生物标志物

ACOG委员会于2015年发布并于2017年重申:不建议通过筛查来预测子痫前期,除非有特殊的病史。由于缺乏合格的筛查方法和该疾病的严重后遗症,所有疑诊子痫前期的患者都接受了资源密集型检测,往往需要住院几天以完善进一步检查。其他的筛查方法已经被研究过,包括代谢组学途径和联合代谢组学-蛋白质组学数据方法。一项2017年胎儿医学基金会基于算法的筛查方法进行了头对头比较(结合母体因素、平均动脉压、子宫动脉搏动指数和PlGF),结果表明该方法优于国家健康和保健卓越研究所和ACOG目前推荐的筛查方法。ASPRE试验使用类似的筛查算法,增加母体血清PAPP-A(妊娠相关血浆蛋白A),对妊娠前三个月的患者进行筛查,以确定子痫前期高危人群。高危患者随后被随机分配接受每天150mg的阿司匹林或安慰剂,直到妊娠36周。与安慰剂相比,高危人群每日服用低剂量阿司匹林与早产型子痫前期的发生率显著降低有关,早产型子痫前期的检出率为76.7%(138/180)—足月型子痫前期为43.1%,假阳性率为9.1%。这些结果表明,通过血浆生物标志物和影像学研究进行早期筛查,可以进行对疾病进行早期干预和预防。
也许在筛查方法中最有前景的是在妊娠晚期联合使用生物标志物,如sFLT1、sEng和PlGF,对子痫前期的早期诊断和预后判断具有较高的敏感性和特异性。大量的证据已经证明了在这一人群中,生物标志物分析具有很好的测试作用。在一项对600多名接受子痫前期评估的患者进行的研究中,sFLT1/PlGF≥85与子痫前期的诊断、预测妊娠<34周患者的不良结局以及2周内分娩相关。此外,该生物标志物比率在预测子痫前期方面的表现优于目前所有其他可用的测试。一项对402例单胎早产患者的随访研究显示,sFLT1/PlGF比值>85在所有患者中PPV为59%,在<34周的患者中有74%的患者在2周内发生重度子痫前期。血管生成正常的子痫前期患者不良结局较少,提示子痫前期的血管生成形式在临床上更为重要。其他的研究团队也发现了类似的结果。一项对疑诊子痫前期患者进行的多中心研究显示游离PlGF与分娩时的胎龄呈负相关。最近一项关于血管生成因子的多位点研究得出结论,sFLT1/PlGF比值≤38,对1周内排除子痫前期的阴性预测值为99.9%。来自同一队列的随访研究显示,4周内的阴性预测值为95%。总的来说,血清或血浆血管生成因子似乎是对疑诊子痫前期患者进行风险分层的可靠方法,特别是对于早产型子痫前期,可以进行适当的管理。
最近的研究还表明,通过减少诊断的假阳性率和随后不必要的住院治疗,使用生物标志物进行风险分层是经济的。这些血浆生物标志物检测可在欧洲、加拿大、非洲和亚洲进行临床应用,其在临床上的成功使英国国家健康和护理卓越研究所和德国国家指南将血管生成因子纳入子痫前期的定义。最后,在莫桑比克进行的一项研究表明,在资源贫乏的环境中,测量PlGF是可行的。作者的结论是,疑诊子痫前期患者的低PlGF水平与监护等级升级的人数增加以及孕产妇和围产期风险增加有关。展望未来,生物标志物分析是一种经济有效和可靠的筛选方法,即使是在专业知识和资源有限的地区,也可以挽救生命。
虽然高尿酸血症不属于任何正式的诊断标准,但它通常标志着妊娠期或慢性高血压进展为子痫前期,并预示着胎儿和母亲出现并发症,如SGA等。然而在所有患者中,尿酸水平并不能预测子痫前期的发展。关于尿酸在子痫前期发病机制中作用的证据是综合性的,尽管普遍一致认为尿酸水平升高继发于肾脏损伤,从而使其排泄减少。

(二)子痫前期的治疗和管理

目前,发达国家对子痫前期的管理包括孕前咨询、围生期血压控制与监测、高危患者产前阿司匹林治疗、小于34周患者予以倍他米松治疗、胃肠外硫酸镁以及产后严格随访血压。及时分娩(胎儿和胎盘)仍然是唯一确定的治疗方法。即使在没有产前子痫前期迹象的患者中,由于产后子痫前期发病率上升,产后仍在继续监测。子痫前期在没有分娩、胎膜早破、阴道出血或产前检查异常等严重情况下,可以通过每周两次的母体和胎儿监测来期待治疗,直到37周。对于有严重临床表现的小于34周的子痫前期患者,可以根据严格的纳入标准和适当的医疗资源尝试进行期待治疗。在这些患者中,应仔细注意母体和胎儿健康状况的恶化,母体和胎儿状况恶化是随时终止妊娠的指征。ACOG目前不建议对轻中度高血压(收缩压<160mmHg或舒张压<110mmHg)的子痫前期进行药物治疗,因为它似乎不会降低疾病进展的风险,并可能增加胎儿生长受限的风险。在一项纳入慢性高血压和妊娠期高血压患者血压控制的多国随机试验中,作者发现在妊娠期间严格控制血压的患者中,严重高血压(≥160/110mmHg)的患病率较低(40.6% vs 27.5%)。在子痫前期的发展和围生期结局方面没有差异。美国正在进行一项大型随机试验,以评估妊娠期中度高血压的治疗方法(URL: http://www.clinicaltrials.gov.Unique identifier: NCT02299414)。严重高血压需要使用拉贝洛尔、硝苯地平或甲基多巴等药物治疗,然而,最近的动物研究证据表明,氨氯地平可能优于硝苯地平,因为它对Arrb1有诱导作用,随后下调AT1-B2受体复合物,但是还需要更多的临床证据。虽然目前的临床治疗方式有限,但创新的药物治疗即将问世。
小分子药物在治疗妊娠期高血压疾病方面取得了不同程度的成功。早期研究,包括1998年美国国立卫生研究院的试验,并没有发现与安慰剂相比,使用低剂量(60mg)阿司匹林治疗的子痫前期高危患者的预后得到改善。然而,随着风险分层方法的改进,Rolnik等人证明,与安慰剂相比,服用150mg阿司匹林的高危患者中,早产型子痫前期的发生率更低。阿司匹林现在被推荐用于高危患者子痫前期的预防。
西地那非是一种磷酸二酯酶5型抑制剂,因为它能够增强一氧化氮的作用,使子宫血管舒张,最初被认为是一种很有前途的改善胎盘缺血的药物。然而,在2018年的母体STRIDER试验(西地那非用于严重胎儿生长限制)中,与安慰剂相比,西地那非并没有延长妊娠中晚期严重宫内生长受限患者的孕周或改善妊娠结局。2017年一项西地那非治疗胎儿生长受限的随机对照试验没有发现西地那非与安慰剂相比,在缓解疾病方面有任何益处,且试验因西地那非组的11名新生儿死于肺部疾病而提前终止。然而,其他影响一氧化氮产生的小分子药物仍在研究中。例如,他汀类药物在动物模型和人体体外组织样本中继续显示出前景。可能是由于普伐他汀对HO的刺激作用和改善血管功能,它可以改善抗磷脂综合征患者胎儿和母体的预后,并缓解有严重临床表现和有胎盘血管病理证据的患者的病情。StAmP试验(他汀类药物改善早发性子痫前期)是一项双盲、多中心、随机对照试验,它研究普伐他汀对子痫前期血清生物标志物的影响,目前已完成招募,正处于数据分析阶段(ISRCTN 23410175)。二甲双胍是一种胰岛素增敏剂,是2型糖尿病的一线治疗药物,与降低妊娠期高血压疾病的发生率以及降低体外试验中循环sFLT1和sENG水平相关。二甲双胍已被证明可在妊娠期安全使用,在治疗妊娠期糖尿病方面,与胰岛素相比,在新生儿结局方面没有显著差异,这使二甲双胍成为一种有吸引力且易于获得的治疗方法。最后,哇巴因(一种强心苷)已显示可通过HIF-1α/热休克蛋白27途径抑制人细胞滋养层和外植体培养物中sFLT1mRNA和蛋白表达,且在大鼠模型中未产生任何胎儿不良反应。需要进一步的研究来明确哇巴因是否可以作为一种治疗方法。
大多数小分子药物都是针对高危人群预防子痫前期,然而,目前还没有治疗子痫前期以延缓早产的方法。Thadhani等人采用安全的单采技术,通常用于家族性高胆固醇血症孕妇,使用带负电荷的葡聚糖硫酸盐纤维素柱从3名早产型(<32周)子痫前期患者的血清中去除带正电荷的sFLT1,使她们出现剂量依赖性延迟分娩。为了尽量减少副作用(即短暂性低血压)并提高去除效率,该团队使用一种包含血浆分离以去除sFLT1的单采装置对初步研究进行了重复。11名极早产型子痫前期患者接受右旋糖酐硫酸盐柱单采治疗,每次治疗后sFLT1平均降低18%,单次治疗后平均延长孕周8天(范围2-11天),多次治疗后平均延长孕周15天(范围11-21天),而对照组平均为3-4天。与正常对照组和子痫前期对照组相比,接受单采治疗的新生儿没有额外的不良事件。对子痫前期的直接治疗将彻底改变这种高度病态性疾病的管理,这些初步研究的结果显示了巨大的前景,改进了已知子痫前期标志物的单细胞柱的特异性。
其他有前景的子痫前期治疗方法包括重组人PlGF和基于RNA干扰技术的方法。重组人PlGF是VEGFR1/Flt1的特异性配体,可能清除过量的循环sFLT1,而不产生与VEGFR2相关的血管通透性和水肿等副作用。狒狒和啮齿动物的研究显示了良好的结果,可以降低血压、蛋白尿和sFLT1的mRNA。然而,考虑到全身只有一小部分的sFLT1在循环,因此易于与配体相互作用,治疗可能会受到限制。RNA干扰技术提供了一种更便宜的替代重组的方法。在使用单剂量治疗的妊娠狒狒模型中,针对所有3种亚型的循环特异性RNA沉默序列已被证明可以降低sFLT1水平、血压和蛋白尿。然而,考虑到子痫前期动物模型的局限性和开发寡核苷酸治疗引起的监管后果,在临床试验之前还需要进一步研究。 

四、子痫前期与心血管疾病

(一)产后短期心血管并发症

新出现的或继发于子痫前期的产后高血压(定义为分娩后>48小时的高血压)已成为美国女性较高发病率的一个重要危险因素。而该综合征的发病机制仍在明确之中,临床研究表明,产后高血压可能与产前子痫前期患者具有相似的血浆血管生成特征,因此,这可能代表一组亚临床子痫前期或未解决的子痫前期患者。在围生期,子痫前期与围生期心肌病(PPCM)风险增加有关,该病可发展为慢性心力衰竭,可能需要心脏移植,或最终走向死亡。鉴于VEGF通路抑制剂在肿瘤患者中也会诱发心肌病,抗血管生成因子水平升高可能在PPCM的发展中发挥作用。Patten等人通过PGC(促血管生成转录因子)-1α基因敲除小鼠模型和人类血清研究显示,sFLT1和催乳素裂解片段的反复升高可能存在协同作用,与PPCM相关,且血管生成因子失衡和催乳素裂解均受PGC-1α调控。作者对PPCM的发展提出了一个双重打击假说:(1)抗血管生成因子如sFLT1增加,导致心功能障碍,如子痫前期;(2)心脏PGC-1α表达水平低时,心脏抗血管生成因子防御能力降低。因此,抑制或去除sFLT1可以降低具有环境或遗传易感性的子痫前期患者发生PPCM的风险。
短期内,新生儿也可能出现继发于抗血管生成因子水平升高的血管效应。虽然在母亲中观察到的高血压和蛋白尿在胎儿中没有发现,但在子痫前期患者的羊水中观察到sFLT1水平升高。流行病学研究显示,支气管肺发育不良的发生率增加,早产儿视网膜病变的发生率降低(校正优势比0.65;95%CI 早期早产儿0.49-0.86),这是两种与新的血管生成相关的早产儿疾病。在大鼠模型中,羊膜内注射sFlt1破坏肺血管生成,增加支气管肺发育不良的发生率,而注射抗sFlt1单克隆抗体增加子痫前期大鼠模型早产幼鼠的肺泡计数和肺血管密度。总之,这些流行病学和动物研究表明,sFLT1影响胎儿暴露于羊水中的黏膜血管生成。

(二)子痫前期和长期心血管疾病

越来越多的证据表明,子痫前期-子痫容易发生长期心血管风险,包括高血压、外周动脉疾病(RR, 1.87; 0.94–3.73)、冠心病(整体心血管疾病 RR: 2.3; 1.95–2.78)、脑血管疾病(RR, 2.03; 1.54–2.67)、充血性心力衰竭、血管性痴呆(危害比,3.46; 1.97–6.10)和死亡(RR, 2.29; 1.73–3.04)。关于子痫前期和CVD之间联系的解释还存在争议。有人提出,子痫前期引起的内皮损伤在产后仍将持续,增加了CVD的风险,未来CVD的风险随着多次子痫前期发生而增加。另外,程度较重的高血糖、高胆固醇血症、高血压和腹型肥胖为特征的不利心血管风险可能导致子痫前期和随后CVD的发展。
已证实子痫前期患者CVD致死性结局的概率大于诊断概率(OR=2.89;95%CI,1.71-4.89,OR=2.01;95%CI,1.68–2.41),这表明患者可能在没有首次诊断CVD的情况下死于它的后遗症。此外,荟萃回归分析揭示了子痫前期-子痫的严重程度与心脏病风险之间的分级关系,表明了CVD对子痫前期严重程度的剂量反应。目前的研究正在寻找生物标志物和亚临床超声心动图测量的方法,如整体纵向应变,为子痫前期患者提供早期风险评估和分层的方法。
未解决的问题是:是否有机会对有子痫前期病史的无症状患者进行干预。一项针对荷兰2个三级医疗中心的研究发现,42%有子痫前期病史的患者有明显的CVD危险因素,而在无合并症妊娠史的患者中,这一比例为14.3%。美国2018年一项使用护士健康研究II的研究表明,妊娠期高血压疾病总体上与10年CVD风险相关,且独立于其他已确定的CVD危险因素。在全球范围内,越来越多的证据表明,在CVD风险分层应考虑子痫前期病史。
子痫前期也与后续终末期肾脏疾病风险增加4.7倍相关。基于同级研究,Vikse等人报道家族性危险因素的聚集不能解释终末期肾脏疾病风险增加,因此得出结论,子痫前期本身可能导致长期肾脏损害。有子痫前期病史的患者脑卒中风险增加4倍,晚年患血管性痴呆的风险增加3倍。还需要更多的研究来阐明子痫前期患者的这些长期并发症的发病机制。
数十年的文献发现终身CVD风险与宫内生长受限之间的关系,如子痫前期患者的胎儿中所见。由Barker和Osmond首先描述的所谓Barker假说表明,缺乏早期营养、生长限制和宫内环境增加了对CVD其他风险的易感性。事实上,子痫前期患者的后代患CVD的风险也会增加。新生儿也有在青少年时期及以后患肺动脉高压的风险。虽然不能排除早产或全身性sFLT1暴露的后遗症,但肺羊膜sFLT1暴露导致肺血管生成减少已被认为是这种长期肺损伤的一种机制。目前的研究试图进一步描述子痫前期患者后代的CVD特征。

五、总结

子痫前期是全球范围内孕产妇发病率和死亡率的主要原因,同样也增加了新生儿的发病率和死亡率,其唯一明确的治疗方法是娩出胎儿和胎盘。尽管由于产前监测和早期干预措施的增加,美国子痫前期子痫的死亡率显著下降,但子痫前期产后和终身后遗症的数量有所上升。无论这种风险是先于子痫前期还是是子痫前期的结果,现在发现有子痫前期病史的患者晚年患CVD和痴呆的风险增加,包括急性致死性心肌梗死(没有急性冠脉综合征的预警性症状)。要加强产后、无症状阶段的干预研究,以最大程度地减少CVD及其潜在致命并发症的风险。
改进的风险分层和治疗方法是其他领域的革新,有一些创新即将出现。尽管正在进行的关于胎盘氧化应激和母体免疫反应的研究显示了有趣的见解,但最有前景的研究领域可能是母体血管生成因子失衡及其对血管功能的影响。用促血管生成因子比率(如 PlGF)和抗血管生成因子比率(如sFLT1sENG)进行风险分层的方法不断发展,将它们与其他预测因素结合运用时,对早产型子痫前期有较高的检出率,并且作为一种独立的检测方法,有较高的阴性预测价值。与对照组相比,通过血浆单采去除抗血管生成蛋白显著延长了孕周、减轻子痫前期的症状,重组人PlGFsiRNA在动物模型中显示出了良好的结果,提示有可能替代早产的治疗方法。最重要的是,使用抗血管生成因子的风险分层方法已经被证明是安全、高效、成本效益高和经济的,这使它们有可能用于改善那些子痫前期死亡率最高国家的治疗。

本文荟萃自公众号: 维则君,只做学术交流学习使用,不做为临床指导,本文观点不代表数字重症立场。

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