妊娠期严重负性事件对胎儿心肌细胞发育与重构影响研究进展

综述文章编号：1005-2224（2014）12-0951-05DOI ：10.7504/ek2014120618妊娠期严重负性事件对胎儿心肌细胞发育与重构影响研究进展李一飞1，2，华益民1，3，王川1，2，周开宇1，3中图分类号：Ｒ72文献标志码：A关键词：妊娠期负性事件；胎儿心脏发育；DOHaD ；功能整合Keywords ：negative events during pregnancy ；fetal cardiac development ；DOHaD ；functional integration基金项目：国家自然科学基金（81070136、81270226）及长江学者和创新团队发展计划（IRT0935）资助项目作者单位：1四川大学华西第二医院儿童心血管科，2四川大学华西临床医学院，3妇儿疾病与出生缺陷教育部重点实验室四川成都，610041通讯作者：周开宇，电子信箱：kaiyuzhou313@妊娠期严重负性事件是指一类在妊娠过程中母亲或者胎儿自身因素使得胎儿在宫内发生严重生长发育受限，导致早产、出生低体重，并且使其在新生儿期具有较高的死亡率及致残率的事件［1］。

大样本的流行病学调查及动物实验研究表明，妊娠期严重负性事件将导致胎儿宫内发育迟缓（intrauterine growth restriction ，IUGR ）［2-3］，伴随产时低体重或极低体重，这个群体的胎儿在成人期较正常人群将面临更大的罹患心血管疾病风险，目前研究认为，这是一种胎儿期疾病的程序化进程的改变，即“健康与疾病的发育起源（the devel ⁃opment origins of health and disease ，DOHaD ）”。

其特点主要是胚胎发育过程中，由于环境因素（特别是营养因素）的作用，在生命早期形成成年后患病的易感因素，并在日后启动程序化的疾病进程［4］。

胎儿宫内长时间处于低营养状态和生长发育受限对于心脏的部分影响将在30至50年后逐步出现临床症状，即程序化进展的心脏疾病。

然而心脏在子宫内的成熟过程将受到众多因素的精细调控，大部分心肌细胞在出生前分化成熟，并具有相应功能，极少部分的分化将持续到新生儿期，并在正常生理及病理生理过程中发挥至关重要的作用。

现有研究证实，在妊娠期，尤其是妊娠晚期，特定时间窗的严重负性事件将直接影响出生前及出生后心肌细胞的发育进程，功能状态欠佳及发育不平衡的心肌细胞将逐步影响成人期心脏功能，并进展为病理性心脏改变。

本文将对妊娠期严重负性事件对心肌细胞发育及重构的影响进行阐述。

1心肌细胞增殖与凋亡进程失衡心脏发生（cardiogenesis ）后，胎儿心脏结构的逐步形成及功能的逐步完善都依赖于单核心肌细胞的增殖以及出生后左右心室的不均衡凋亡及重构。

心脏中心肌细胞最终的功能整合是一个十分精密的过程，这一过程包含了孕早期心脏祖细胞的分化、整个孕期心肌细胞的增殖、不均衡的心肌细胞凋亡以及特定时间窗口下的分化终止［5-6］。

1.1心肌细胞增殖调控在心脏发育过程中，尤其是心肌细胞的快速增值进程中，压力负荷及生长因子起着主导性作用。

已证实早期心脏收缩期负荷增高以及一系列激素和生长因子分泌增多，包括血管紧张素Ⅱ（Ang Ⅱ）及类胰岛素生长因子1（IGF-1），可以刺激单核心肌细胞增殖。

Ang-Ⅱ通过的激活Ras /ERK 信号通路以调控心肌细胞增殖［7］，关于小鼠胚胎干细胞研究的的相关证据表明，Ang-Ⅱ也可激活PI3K /Akt 信号通路［8］，共同促进心肌细胞的增殖。

研究表明，新生儿期心肌细胞还将出现一个快速增殖期，由于出生后明显的血流动力学和循环阻力改变会导致左心室心肌细胞的数目快速增长，一般为右心室细胞数量的两倍。

在妊娠后期，心脏收缩负荷降低、甲状腺激素（T3）分泌过多和心房钠尿肽（ANP）过度表达均会抑制心肌细胞增殖的进程［9］。

具体而言，T3会上调CDK抑制剂（P21CIP）表达，并且同时降低细胞周期蛋白D1（cyclin D1）表达［9］。

ANP并不会直接抑制增殖的基础水平，但是当Ang-Ⅱ分泌增加促进的增殖活性时，ANP可以拮抗Ang-Ⅱ的增殖效应，并通过降低Akt和ERK活性以实现对增殖过程的抑制［10］。

1.2心肌细胞凋亡调控细胞凋亡是心肌重构的一种重要调控手段，通过左右心室不均衡凋亡可完善及整合心脏功能。

这对于心脏正常生理功能及心血管疾病的胎儿起源有重要意义，但心肌细胞凋亡的发生具有相对狭窄的时间窗［11］，影响相对有限，最主要作用是造成胎儿期及新生儿期心肌细胞数量减少，使心脏功能整合发生障碍并在出生后形成异常重构。

对啮齿类动物模型的研究表明，左右心室心肌细胞数目在出生时大致相等［12］。

生后第1d，啮齿动物心肌细胞凋亡活性最高，随后逐步下降。

在心肌细胞发生凋亡的狭窄时间窗内，凋亡作用对于右心室的影响显著强于左心室，并对出生后不久发生的心脏适应性重构起着重要调控作用［13］。

其中两种蛋白参与新生儿期凋亡进程，其中Nix蛋白在出生后早期过度表达会导致凋亡相关心肌病的发生，且Nix蛋白在成人心脏中以相同或更高水平表达会引起成人心肌细胞的过度凋亡，进而对心室腔大小和收缩功能产生影响；但在出生后特定时间窗口内，Nix有条件的过度表达是一种生理性调控，会引起产后早期心肌细胞凋亡，使左右心室之间的细胞数量发生差异性改变，完成相应的心脏重构［14］。

同时研究发现，有条件的Gαq蛋白过度表达与新生儿的偏心心肌肥厚和收缩功能障碍相关，Gαq蛋白在产后早期的过度表达由心脏特异性肌球蛋白重链（α-MHC）启动子进行调控，并且参与凋亡相关心肌病的进程［15］。

2胎儿代谢及内分泌改变——生长因子介导信号轴紊乱心肌细胞的增殖不仅受到来自于心外膜细胞、心内膜细胞以及成纤维细胞旁分泌的影响，还同样受到全身内分泌功能的调控。

多种的病理状态会在孕晚期引起胎儿生长受限，这不但会引起胎儿全身内分泌功能及代谢状态的改变，同时还会影响心脏的前负荷与后负荷。

2.1AngⅡAngⅡ是肾素-血管紧张素系统（RAS）的主要效应肽，其从妊娠早期就开始参与心脏的发育过程，且在产后新生儿心脏快速生长过程中起到促进作用，而心脏自身分泌的AngⅡ将介导心脏病理性的肥大过程。

在动物和人类中，围生期的RAS活性大幅度增加被认为是加速细胞增殖、分化及器官成熟的重要信号［16］。

通过在新生猪体内注入血管紧张素酶抑制剂（ACEI）发现出生后心脏左心室重构异常，即生理性快速肥厚受到抑制。

在IUGR中，RAS活性被上调。

因此异常的AngⅡ表达可能会在较长时间内影响新生儿的器官成熟度及可塑性［16］。

通过在产后早期（6～10周龄）预防性的使用ACEI治疗SHR（一种高血压及生长受限的基因相关大鼠模型）可以抑制高血压及心脏肥大的进程［17］。

这些研究表明，AngⅡ参与早期程序化高血压及心脏肥大的发生。

IUGR可引起胎儿心脏中AT1和AT2受体表达下调，抑制心肌细胞对AngⅡ的敏感性，从而影响心肌细胞的增殖及功能整合［18］。

2.2IGF-1小鼠IGF-1的过度表达会促进心肌细胞增生，导致心脏重量增加，而并不引起细胞肥大。

然而也有研究在这类转基因动物中发现了胚胎期心肌肥厚，并伴随细胞尺寸的增大［19］。

通过敲除IGF相关亚型分子及受体的动物模型模型均会导致IUGR，提示IGF类生长因子及IGF结合蛋白在胎儿心脏的生长发育中有着重要作用，其中IGF-1在调控心脏发育过程中作用突出。

IUGR引起胎儿血清及组织中IGF-1表达显著下调［20］，并伴随有心肌细胞数量的减少［21］。

在大鼠由于IUGR引起的产后“追赶”生长期，IGF-1表达水平显著增高。

有学者认为，在因IUGR引起全身重要器官细胞增殖不足的情况下，快速的追赶生长往往会对器官功能的完善产生不利影响。

针对IGF-1信号轴的研究表明，其在成人心脏正常生长过程中必不可少，同时宫内心脏生长受限胎儿的成人期可以观测到IGF-1表达明显升高。

因此，可以推测高度激活的IGF-1信号轴在因细胞数量不足而导致的功能障碍时，将有利于病理状态及IUGR产后的恢复［22］。

可以看出，胎儿发生IUGR后处于不同时期，其所对于IGF-1表达的影响具有差异性，对心肌细胞数量及形态的调控也随着IGF-1表达的水平而定。

3母体负性事件对胎儿心脏形态与功能的影响3.1母体营养限制（maternal nutrient restriction，MNR）在产前和产后早期的营养供给减少会干扰心脏细胞增殖。

对于孕鼠或孕羊，通过减少热量摄入的饮食（低于50％的正常摄入量）或低蛋白饮食（低于8%～10%的正常摄入量）最终会导致IUGR，但不同能量限制干预时间及喂养食物类型所引起的IUGR程度具有一定的变异性［23-24］。

母体能量摄入限制（maternal caloric restric⁃tion，MCR）对于心脏发育的影响研究较少，但已经取得了一定进展。

在大鼠模型中，当妊娠中晚期摄入能量减少至仅为对照组的40%时，胎鼠、新生鼠以及出生后4至7月龄的幼鼠均未表现出程序化的心肌肥厚及心功能失衡［25-26］。

在胎羊模型中，妊娠早期至妊娠中期母体摄入能量仅为正常对照组50%的时候，胎儿即出现了左右心室的心肌肥厚，但这是否也是成人心肌疾病的基础尚不得而知［27］。

母体蛋白质摄入限制（maternal protein restric⁃tion MPR）对胎儿/新生儿心肌发育的影响相较于MCR得到了更为深入的研究。

MPR与高血压、胰岛素抵抗程序化的发生相关，并且使大鼠在11月龄时的生存率显著降低［28］。

新生鼠会在生后的极短时间内出现心肌细胞数量的“追赶生长”［29］，并且在产后3～11个月时出现心脏长大，但在更小的年龄阶段出现心肌细胞增殖作用的抑制，并观察到心脏重量减轻。

当母体摄入蛋白质总量低于9％正常量时，胎鼠和新生鼠会表现出显著的凋亡数量增加及心肌细胞数量的减少。

MPR会显著抑制大鼠心脏射血分数，并且使左心室壁在生后第二周变的更加纤薄［29-30］。

但是这种早期心功能的降低会逐步恢复，在恢复正常的射血分数同时左心室壁发生肥厚［31］；直到40周龄时，这些实验动物会发生程序化的心功能不全，完成病理形态的重塑［31］。

3.2胎儿缺氧暴露与胎盘功能限制胎儿长时间暴露于缺氧环境时，心肌细胞凋亡在妊娠晚期会明显增高。

在大鼠研究中，胎儿期E15至E21以10.5%的氧浓度诱导母体慢性缺氧（maternal chron⁃ic hypoxia，MCH），最终会导致胎鼠心肌细胞凋亡率高于正常值3倍［32］。

这种细胞凋亡现象与促生存蛋白Bcl-2的表达降低及凋亡诱导蛋白Fas的表达上调相关。

胎盘限制、缺氧诱导的IUGR胎羊模型研究还揭示在这类胎儿中心脏体积的改变并不局限，2项研究发现心脏长大［33-34］，但1项研究发现心脏缩小［35］；必须明确的是这两种病理过程中都会伴有心肌细胞发育的迟滞，表现为心肌细胞的终末分化及多核细胞形成延迟。