胎盘 (placenta) 是胚胎和母体子宫之间的一个圆形或椭圆形盘状器官,具有物质交换、代谢和分泌激素等功能,是妊娠期间联系胎儿与母体的重要器官。胎盘主要由羊膜、绒毛膜绒毛 (chorionic villus) 和蜕膜 (decidua) 构成,其主体部分是树枝状的绒毛。绒毛由外到内分别是滋养层、结缔组织和胎儿 毛细血管 (fetal capillaries)。在妊娠初期,胎盘中有大量滋养细胞 (cytotrophoblast),该细胞在妊娠过 程中不断地融合在一起,形成多核合胞体滋养层 (syncytiotrophoblast),而合胞体滋养层是胎盘屏障 (placental barrier) 的主要组成部分。图 1展示了人类胎盘的解剖结构。正常妊娠期间母体血与胎儿血分开,互不干扰,同时又通过胎盘进行选择性的物质交换。胎盘可介导葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等营养物质从母体侧到胎儿侧的转运,也可将胎儿产生的代谢产物,如胆红素等转运至母体侧。除一些气体,如氧、二氧化碳,以及油水分配系数适中的小分子物质依靠被动扩散通过胎盘外,胎盘能实现物质的交换功能,很大程度上依赖于合胞体滋养层细胞中的多种转运体 (transporters)^[1]。

图 1

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图 1 人类胎盘结构示意图

目前已发现胎盘合胞体滋养层细胞中表达多种ATP结合盒转运体 (ATP-binding cassette transporters,ABC),包括P-糖蛋白 (P-glycoprotein,P-gp)、乳腺癌耐药蛋白 (breast cancer resistance protein,BCRP) 以及多药耐药相关蛋白 (multidrug resistance-associated proteins,MRPs),且大多位于合胞体滋养层的刷状绒毛膜上 (apical membrane,也称母体侧)。ABC转运体的底物谱广,包括许多外源性化合物以及类固醇等内源性化合物。普遍认为,胎盘中ABC转运体的生理功能是减少外源物的胎儿暴露,从而达到保护胎儿的目的。

研究发现,胎盘中还存在一组溶质运载转运体 (solute carrier,SLC),主要包括有机阳离子转运体(organic cation transporters,OCTs)、有机阴离子转运体 (organic anion transporters,OATs)、肉碱/有机阳离子转运体 (carnitine/organic cation transporters,OCTNs) 等。OCTN1和OCTN2被发现位于合胞体滋养层的刷状绒毛膜上^[2],可介导乙酰胆碱、左旋肉碱等物质的跨胎盘转运。OCT3则普遍认为位于合胞体滋养层的基底膜上 (basal membrane,也称胎儿侧),其功能尚未阐明,可能参与胎盘到胎儿的物质转运^[3],或在胎盘的儿茶酚胺清除过程中起作用^[4]。胎盘中还发现OAT4的表达,位于合胞体滋养层的基底膜上^[5]。

表 1和图 2总结了一些转运体在胎盘中的定位及相关底物。

表1(Table 1)

表 1 转运体在胎盘中的定位及相关底物 转运体 编码基因 定位 代表底物 P-gp ABCB1 滋养层刷状绒毛膜 多柔比星、紫杉醇、罗丹明123 BCRP ABCG2 滋养层刷状绒毛膜 喜树碱、米托蒽醌、拉米夫定 MRP1 ABCC1 滋养层基底膜及胎儿毛细血管 依托泊苷、胆红素、白三烯 MRP2 ABCC2 滋养层刷状绒毛膜 OCTN1 SLC22A4 滋养层刷状绒毛膜 乙酰胆碱、麦角硫因 OCTN2 SLC22A5 滋养层刷状绒毛膜 左旋肉碱、米屈肼 OCT3 SLC22A3 滋养层基底膜 二甲双胍、多巴胺、5-羟色胺 OAT4 SLC22A11 滋养层基底膜 四环素、甲氨蝶呤、齐多夫定

表 1 转运体在胎盘中的定位及相关底物

图 2

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图 2 滋养层细胞中转运体的分布

胎盘中转运体的表达并非一成不变,其与各种内源性、外源性因素,如激素、疾病等紧密相关。此外,药物等因素亦可影响转运体的表达和功能,进而影响胎儿的营养供应、生长发育以及药物、毒物的胎儿暴露。

因此,研究胎盘中转运体的种类和功能、表达定位、底物与抑制剂、调控及相关机制,有助于更好地认识胎盘屏障,指导妊娠期合理用药,对研究开发妊娠期安全使用的药物也有重要价值。本文综述了胎盘中主要的ABC、SLC转运体的表达、功能与调控情况,为进一步研究提供参考。

P-gp由ABCB1基因编码 (也称MDR1),是一种外排转运蛋白。Cordon-Cardo等^[6]使用免疫组织化学法证明P-gp在人胎盘滋养细胞中有表达,位于合胞体滋养层细胞的母体侧。不同妊娠阶段胎盘 中P-gp的表达水平有所不同,普遍认为妊娠早期表达较高^{[7, 8]}。P-gp的底物谱广,包括许多抗癌药、蒽环类抗生素、HIV蛋白酶抑制剂、抗癫痫药物等^[9]。

胎盘中的P-gp可将外源性化合物从合胞体滋养层细胞转运至母体血液中,从而减少外源物的胎儿暴露,起到保护胎儿的作用。Pavek等^[10]使用大鼠胎盘灌流法研究P-gp在环孢素胎盘转运中的作用,结果表明P-gp可以把环孢素从胎儿侧转运至母体侧。Molsa等^[11,12,13]使用人离体胎盘灌流法研究P-gp在茚地那韦、沙奎那韦、美沙酮胎盘转运中的作用,发现胎儿至母体方向的转运速率明显高于母体至胎儿方向。Lankas等^[14]发现,mdrla基因敲除小鼠,其胎儿易受阿维菌素诱发的致畸作用,提示胎盘P-gp在减少胎儿药物暴露方面具有重要作用。

BCRP由ABCG2编码,也是一种外排转运蛋白,主要表达在合胞体滋养层细胞的母体侧。BCRP能转运大量的内源性及外源性物质,如米托蒽醌等抗癌药物,齐多夫定、拉米夫定、格列苯脲以及硫酸结合物等。

有研究者通过分离人足月胎盘的滋养细胞与微绒毛膜囊泡,证实了BCRP的表达与外排功能^[15]。胎盘中BCRP的作用与P-gp类似,通过外排胎儿侧的药物来达到保护胎儿的目的。关于不同妊娠阶段胎盘中BCRP的表达水平,一些研究表明,妊娠早期比足月时高,而另一些研究则报道整个孕期胎盘中BCRP的表达不变或仅有稍许升高^{[8, 16]}。

MRPs是一个重要的外排转运体家族,已发现9个成员,由ABCC基因编码。MRP1表达在合胞体滋养层细胞的胎儿侧,其在胎儿毛细血管上也有表达^[17]。MRP1可以转运内源性物质,如白三烯,也可转运外源性物质,如双酚A^[18]。MRP2主要表达在合胞体滋养层细胞的母体侧,它不仅能转运许多药物,还能转运一些重金属离子,其作用与P-gp和BCRP类似,可保护胎儿免受外源性物质的影响。

OCTs是SLC22家族的重要成员之一,主要包括 OCT1 (SLC22A1)、OCT2 (SLC22A2) 和OCT3 (SLC22A3) 3个亚型。OCTs的底物特征为低 分子量,本身带1或2个正电荷的有机阳离子或在生理pH环境下带正电的弱碱性物质。

OCT1主要分布于肝脏,介导有机阳离子从血液进入肝脏。OCT2主要分布于肾脏和脑部,参与有机阳离子的肾清除和脑转运。OCT1/2在胎盘中的表达尚不十分清楚。Lee等^[19]的研究显示,人足月胎盘中OCT1和OCT2 mRNA表达极少,但Ahmadimo­ghaddam等^[20]的研究则表明,人胎盘中OCT1/2的mRNA表达水平与OCT3相当。

OCT3在人体组织中有广泛表达,且在胎盘中高表达。Lee等^[19]用qRT-PCR法检测发现,人足月胎盘中OCT3表达量比其他有机阳离子转运体高30倍,且小鼠妊娠第19天的胎盘中,Oct3也是最主要的有机阳离子转运体。Sata等^[21]用Western blot分析人足月胎盘膜囊泡,发现OCT3仅在人胎盘基底膜囊泡中表达,而不表达在微绒毛膜囊泡。Zwart等^[3]研究发现,OCT3可介导1-甲基-4-苯基吡啶 (MPP⁺,OCTs的经典底物) 从胎盘到胎儿侧的转运,进一步表明OCT3表达在合胞体滋养层细胞的基底膜上。

OCT3的底物谱广,包括许多内源性物质,如多巴胺、5-羟色胺、去甲肾上腺素、组胺、胍丁胺等,以及多种临床用药如二甲双胍、奎尼丁、奎宁、拉米夫定、利多卡因、维拉帕米、西咪替丁等。

胎盘中OCT3的生理作用尚不清楚,可能与胎 儿循环中儿茶酚胺的清除有关。有研究报道,胎盘能摄取并代谢胎儿侧的儿茶酚胺^[22],因OCT3表达在 合胞体滋养层细胞的基底膜上,且5-羟色胺、去甲 肾上腺素等也是其底物,推测OCT3可能介导儿茶酚胺从胎儿到胎盘的转运。OCT3也可能是许多外源性物质进入胎儿的一个途径。有研究者给予杂合子母 体(Oct3^+/- × Oct3^+/-) MPP⁺,发现隐性纯合子小鼠胚胎 (Oct3^-/-) 中MPP⁺的分布明显比野生型 (Oct3^+/+) 少^[3]。可能是因为隐性纯合子胎儿 (Oct3^-/-) 的胎盘中无OCT3表达,未能将MPP⁺转运至胎儿侧。然而,胎盘中OCT3的确切生理作用仍有待阐明。对于主要依赖OCT3进入胎儿体内,且具有一定毒副作用的有机阳离子类药物,OCT3抑制剂或许能降低该类药物对胎儿的毒性。

与OCTs类似,OCTNs也是SLC22A家族的成员,主要有3个亚型: OCTN1 (SLC22A4)、OCTN2 (SLC22A5) 和OCTN3 (SLC22A21)。

OCTN1是新型有机阳离子转运体,由SLC22A4基因编码,由551个氨基酸组成。Tamai等^[23]用Northern blot检测,发现人胎盘中有OCTN1表达。Wu等^[24]用原位杂交技术,也发现大鼠胎盘绒毛膜侧有Octn1表达。OCTN1的内源性底物有麦角硫因、左旋肉碱、乙酰胆碱,外源性底物有奎尼丁、奎宁、维拉帕米、吡拉明、多柔比星、奥沙利铂等。

OCTN2也是一种新型有机阳离子转运体,由SLC22A5基因编码,由557个氨基酸组成,分子质量约63 kD。OCTN2在胎盘中有较高表达,Lahjouji等^[2]用Western blot检测到OCTN2位于合胞体滋养层细胞的绒毛膜上。OCTN2是左旋肉碱高亲和力转运体,也能转运多种有机阳离子化合物。有研究者用稳定表达OCTN2的MDCK细胞模型,考察了心血管药物与OCTN2的相互作用,发现恩纳普利、利多卡因、维拉帕米、螺内酯、米屈肼是OCTN2的抑制剂,可抑制OCTN2对左旋肉碱的转运,其中维拉帕米、螺内酯、米屈肼为OCTN2的底物^[25]。

研究发现,胎盘中OCTN2的主要功能是将母体侧的左旋肉碱转运至胎儿体内^[26],以满足胎儿生长发育需要。左旋肉碱与胎儿代谢功能、组织发育等有关,胎儿缺乏左旋肉碱,可能会导致窒息、心跳停止、心脏肥大等后果^[27]。Sonne等^[28]研究发现,Octn2^-/-的新生小鼠小肠、脾、胸腺中左旋肉碱的含量显著低于野生型 (Octn2^+/+),且其小肠绒毛、脾和胸腺萎缩,体内6种与脂肪酸β-氧化相关的酶mRNA表达上 调,而上述状况都与左旋肉碱缺乏相关。有研究者用人胎盘微绒毛膜囊泡考察抗惊厥药对OCTN2摄取左旋肉碱的影响,发现硫加宾、苯妥英、奎尼丁、奎宁、维拉帕米有较强的抑制作用^[27]。这些药物以及其他OCTN2的抑制剂,可能会影响左旋肉碱的跨胎盘转运,从而影响胎儿的生长发育。此外,由于OCTN2表达在滋养层的绒毛膜侧,紧邻母体血,也可能是一些外源性物质进入胎儿的一个途径。

MATEs与OCTs有非常大的底物重叠性,OCTs主要与有机阳离子化合物的摄取有关,而MATEs与外排有关。MATEs主要有MATE1和MATE2两个亚型,分别由SLC47A1和SLC47A2基因编码。MATEs的底物包括多种阳离子药物、维生素、胆碱和多巴胺。

人胎盘中MATE1的表达和功能目前还没有定论,但一般认为没有表达。Otsuka等^[29]用Northern blot检测,未发现人足月胎盘中MATE1表达,Lee等^[19]用qRT-PCR法检测也得到相同结果,此外,小鼠胎盘中亦未检测到Mate1 mRNA。最近,Ahmadimoghaddam等^[20]在人早期胎盘中检测到有MATE1 mRNA表达,但在足月胎盘中未检测到。多项研究证明,大鼠胎盘中Mate1高表达^{[20, 30, 31]}。在大鼠的整个妊娠期间,Mate1 mRNA均有表达且有升高趋势,其在足月胎盘 (妊娠21天) 中的表达是妊娠第12天的17倍^[20]。有研究者用大鼠胎盘灌流法,发现Oct3可以将胎儿侧灌流液中的有机阳离子,如二甲双胍、MPP⁺ 摄取并转运至胎盘中,再通过Mate1排至母体侧,甚至可以逆浓度梯度转运^{[31, 32]}。因此,在未确证人胎盘中是否有MATE1表达前,研究人类胎盘对外源物处置的作用,不宜选用大鼠胎盘模型。

胎盘屏障上MATE2表达与否的相关报道甚少,先前的研究得出否定的结果,Ahmadimoghaddam等^[20]最近的研究显示,人胎盘中有MATE2 mRNA表达,但该研究仅考察了10个足月胎盘样本,且个体差异大,有待进一步确证。

OATs也是SLC22家族的重要成员,其中OAT4 mRNA及蛋白在人胎盘中有表达,且位于合胞体滋养层的基底膜上^{[33, 34]}。OAT4由SLC22A11基因编码,由550个氨基酸组成。OAT4只在人体内有表达,在大鼠、小鼠等啮齿类动物及其他动物中还未发现其同源基因。

前列腺素E₂和前列腺素F_2α是OAT4的高亲和力底物,K_m < 1 μmol·L^-1[35]。四环素、齐多夫定、甲氨蝶呤等药物也是OAT4的底物。近年还发现OAT4能转运硫酸脱氢表雄酮 (DHEAS)、16α-OH-DHEAS^{[34, 36]}。

胎盘需合成雌激素以维持妊娠,而合成雌激素的前体物质DHEAS、16α-OH-DHEAS需从胎儿中获得。表达在滋养层基底膜上的OAT4可以将胎儿侧的DHEAS、16α-OH-DHEAS转运至胎盘滋养细胞中,供胎盘合成雌激素。因此OAT4可能在胎盘雌激素合成过程中发挥重要作用。此外,基于OAT4的底物特征及在胎盘中的定位,推测其可能参与胎儿循环中代谢产物尿酸盐的清除。关于胎盘中OAT4确切的生理功能,亦有待进一步研究。某些药物、环境毒物与OAT4的相互作用,对OAT4功能的影响,是否影响到胎盘雌激素的合成及胎儿生长发育,也需要进一步研究。

胎盘中转运体的表达并非一成不变,它们可能会随着胎儿的发育而变化,或受病理因素和药物等的调控。要阐明胎盘中转运体的表达调控及机制需要更多的研究。

多种内源性因素以及妊娠时间可影响胎盘中转运体的表达。多项研究表明,妊娠早期胎盘中P-gp的表达量比足月高,如Mathias等^[8]发现妊娠60～90天的人胎盘中P-gp的mRNA水平约为足月的6.5倍,蛋白水平约44.8倍; Gil等^[37]研究发现,妊娠13～14周的人胎盘中P-gp蛋白水平约为足月的2倍; Sun等^[7]亦发现,人胎盘中P-gp的mRNA及蛋白水平随妊娠进行而降低。而关于OCT3的表达,不同实验室得到的结果存在差异。Lee等^[19]发现,人和小鼠足月胎盘中OCT3/Oct3 mRNA和蛋白水平比早期胎盘高,Ahmadimoghaddam等^[20]研究发现,大鼠足月胎盘中Oct3 mRNA水平比早期胎盘高,但人足月胎盘中OCT3 mRNA水平比早期低,Berveiller等^[38]最近的研究也发现,足月人原代滋养细胞中OCT3 mRNA水平比早期低。

妊娠过程中这些转运体表达水平的变化可能与某些内源性因素有关,如母体血中的激素,或胎盘分泌的雌激素、糖皮质激素等。由于早期胎盘的血管网络还未完全形成,组织中氧含量较低,也可能影响转运体的表达。

许多与妊娠相关的疾病及某些药物也会影响胎盘中转运体的表达。Wang等^[39]发现,内毒素血症大鼠的胎盘中mdr1a和mdr1b mRNA水平降低,Petrovic等^[40]发 现,内毒素引起的炎症反应可使大鼠胎盘中mdr1a和mdr1b mRNA水平降低,BCRP mRNA和蛋白水平 均降低。

缺氧也会对胎盘中多种转运体的表达产生影响。Javam等^[41]对足月人胎盘外植体低氧培养,发现MDR1 mRNA水平及它的蛋白产物P-gp水平均增加,而BCRP无变化。Lye等^[42]对早期人胎盘外植体低 氧培养,则发现BCRP蛋白表达增加。Chang等^[26]发现,先兆子痫病人胎盘中OCTN2 mRNA和蛋白水平均明显低于正常孕妇胎盘。对BeWo细胞进行缺氧处理,可发现OCTN2和PPARα mRNA及蛋白均表达下调,而在PPARα激动剂存在时,OCTN2 mRNA和蛋白表达上调,提示OCTN2的表达可能受PPARα通路调控。

未经治疗的妊娠期肝内胆汁淤积症患者胎盘中,BCRP表达水平与正常人无差别,而经熊去氧胆酸治疗后的患者胎盘中,BCRP mRNA和蛋白水平均增 加^[43]。HIV感染孕妇的胎盘中,MDR1 mRNA水平及它的蛋白产物P-gp水平均增加^[44],有可能是HIV感染直接引起的表达上调,也可能是抗病毒药物所致,如已发现抗病毒常用药物齐多夫定为P-gp的诱导剂。Evseenko等^[45]研究发现,雌二醇可显著诱导人原代滋养细胞中MDR1和BCRP mRNA及蛋白表达,孕激素只对MDR1 mRNA和蛋白产物P-gp的表达有诱导作用。地塞米松和倍他米松可显著诱导人原代滋养细胞中ABCB1 mRNA表达^[46]。

胎盘是妊娠期间联系胎儿与母体的重要器官,为发育中的胎儿提供营养物质,也可将胎儿产生的代谢产物转运至母体侧。越来越多的研究表明,胎盘合胞体滋养层细胞中表达的多种转运体在母胎的物质交换中起重要作用,对药物跨胎盘转运也有非常大的影响,如增加或减少药物的胎儿暴露,具体取决于转运体在胎盘中的表达定位及转运方向。为了最佳健康状态,孕妇不可避免地会使用一些药物,但希望尽可能减少药物对胎儿产生的不良影响。因此,了解药物跨胎盘转运以及转运体在该过程中的作用可以帮助合理用药,如合用转运体抑制剂,以减少药物转运进入胎儿侧,或者避免使用起摄取作用的转运体的底物,从而减少胎儿的药物暴露。同时, 妊娠期使用的药物是否会与转运体的生理底物竞争,或抑制转运体对生理底物的转运,从而影响胎儿的营养供应与生长发育,也需要更多研究。此外,胎盘转运体是否在环境毒物的跨胎盘转运中起作用,以及如何避免环境毒物的胎儿暴露,也是一个值得关注的问题。

总体来说,目前人们对表达在胎盘中的转运体种类、功能、定位、底物及抑制剂,了解还比较少,值得更多的研究,而且很多转运体的表达可能会随着胎儿的发育产生变化,或受某些生理、病理因素及药物的调控,从而影响生理底物、药物或环境毒物的跨胎盘转运,但具体的调控机制还不是很明确,有待进一步研究。了解胎盘中转运体的种类和功能、调控及机制,将在产科学中发挥积极作用,对妊娠期安全用药具有重要的临床意义,对研究开发妊娠期安全使用的药物也有重要价值。