骨形态发生蛋白7在女性生殖系统中的作用及其中医药干预研究进展

袁苑

（中国中医科学院西苑医院，北京 100091）

骨形态发生蛋白7（BMP-7）是一种属于转化生长因子β（transforming growth factor β，TGF-β）超家族的分子量为35 kDa的同源二聚糖蛋白，人类BMP-7基因位于第20号染色体上[1]。它最早被发现作用于骨生成和软骨形成[2，3]，而后又发现BMP-7参与了多种器官发育的细胞过程，如肾脏、眼[4]、棕色脂肪形成[5]和骨骼转移[6]。近年一系列动物实验也证明了BMP-7在包括慢性肾病、肥胖、转移性疾病等多种疾病中有潜在的治疗效果[7，8]。目前越来越多的研究表明BMP-7参与到包括卵泡发育、卵巢甾体激素生成、卵巢细胞因子调控、子宫内膜蜕膜化及容受性改变、胚胎及胎盘发育等有关女性生殖的生物学过程中，以下对BMP-7在女性生殖过程中发挥的作用及中医药干预BMP-7的研究进展进行综述。

1 BMP-7的受体和信号通路

BMPs有两类跨细胞膜的受体亚型，即高亲和性的Ⅰ型受体及低亲和性的Ⅱ型受体，这两类受体亚型在结构上相似，且都具有丝∕苏氨酸激酶活性。至今，有7种Ⅰ型受体（ALK1-7，也叫激活素受体样激酶）和5种Ⅱ型受体（BMPR2，ACVR2A，ACVR2B，TβR2和AMHR2ALK）在哺乳动物中被发现。在人类卵巢中，BMP-7主要与Ⅰ型受体中的ALK2、ALK3、ALK6及Ⅱ型受体中的BMPR2、ACVR2A亲和力较高。

1.1 BMP-7及其受体在卵巢中的表达 BMP-7主要通过在卵巢基质细胞和膜细胞中表达，再进一步调控颗粒细胞的功能。Abir R等[9]采用免疫组化和原位杂交的方法研究人类成人和胎儿卵巢，结果发现：BMP-7的mRNA在胎儿卵母细胞及颗粒细胞、成人和胎儿膜细胞中有表达；Ⅰ型受体BMPR-IA的mRNA在成人及胎儿的卵母细胞和膜细胞中及胎儿颗粒细胞中有表达；BMPR-IB的mRNA在胎儿卵母细胞中有表达。相对地，BMP-7和BMPR2的mRNA在成人卵母细胞中表达缺失，BMP-7的其他受体的mRNA在成人颗粒细胞中表达亦缺失。就蛋白水平而言，BMP-7及其Ⅰ、Ⅱ型受体的蛋白在卵母细胞、膜细胞和颗粒细胞中均有表达。这可能是因为这些蛋白的初始合成是在其他类型的细胞中完成，而后转移到相应位置，也有可能是因为实验中DNA探针对低含量DNA的转录灵敏度较低所导致的。Erickson G F等[10]在大鼠实验中利用原位杂交技术测得：与主要分布在外膜细胞和内膜细胞外层的BMP-4相比，BMP-7的表达主要分布在内膜细胞内层及靠近基底层位置。这样的分布形式说明BMP-7主要在局部调控颗粒细胞功能方面发挥作用，而BMP-4更多的是通过自分泌∕旁分泌的形式调控膜细胞功能。

1.2 BMP-7的信号通路 Ⅰ型和Ⅱ型受体分别可以与BMP配体结合，但是他们之间的信号转导需要通过与Ⅰ、Ⅱ型受体间形成异源二聚体复合物来实现。一般而言，BMP先与Ⅰ型受体结合，结合后的复合体再与Ⅱ型受体结合。在与BMP配体结合的基础上，有激酶活性的Ⅱ型受体磷酸化并激活Ⅰ型受体，再激发下游的BMP信号通路[11]。在人卵巢中，BMP-7配体与受体结合后，主要激活经典的 SMAD1∕5∕8蛋白群，再结合 SMAD4，随后这一复合体迁移到核中发挥基因调控的作用。除了经典的SMAD通路外，许多研究表明BMP还可激活其他独立于SMAD外的信号通路，包括PI3K、ERK、PKA、PKC、PKD（PKCμ）等。例如在1项对于牛卵巢颗粒细胞的研究中发现，BMP-7可通过激活PI3K∕PDK-1∕PKC信号通路来抑制颗粒细胞凋亡[12]。根据配体—受体结合和相互作用，BMP激活后，其下游通路过程依靠其他细胞作用、细胞外环境和与其他信号通路的对话而实现[13]。

2 BMP-7在女性生殖系统中的作用

2.1 BMP-7对卵泡发育的影响 Lee W S等[14]将重组BMP-7注射进大鼠卵巢囊中，结果发现原始卵泡数量减少，而初级卵泡、窦前卵泡和窦状卵泡数量增多，因此认为BMP-7可以促进原始卵泡向发育期卵泡的转变，也可以增加窦卵泡中颗粒细胞的DNA合成和增殖；另一方面，BMP-7表现出显著的通过下调血清孕酮含量而对排卵率的抑制性。同一团队的另1项研究[15]表明，膜细胞分泌的BMP-7可以在不影响c-Kit表达的情况下抑制颗粒细胞中Kit配体（KL）的表达，从而引起负反馈性的BMP-15表达增加，BMP-15又和BMP-7共同刺激颗粒细胞有丝分裂和增殖，从而促进原始卵泡向初级卵泡转变。以上结果均表明BMP-7可能是卵泡生长启动的影响因子之一。对于山羊卵泡[16]和牛卵泡[17]的研究显示，若在卵泡发育时期膜细胞大量表达BMP-2、BMP-4、BMP-6、BMP-7，此卵泡最终会发育成排卵卵泡，若卵泡中无以上表达，则最终会走向卵泡闭锁的结局。Kayamori T等[17]对牛卵泡的研究证明，BMP-7有较强的抑制颗粒细胞凋亡的能力，其抑制凋亡的机制是通过提高Survivin和XIAP表达来抑制caspase活性，进而阻止胱天蛋白酶激活的脱氧核糖核酸酶及其抑制剂的复合物的分裂而实现的，此途径独立于线粒体凋亡途径。Onagbesan O M等[18]对鸡卵巢的研究结果显示，BMP-7可以单独诱导细胞增殖，也会在添加胰岛素样生长因子-1（IGF-1）和∕或促性腺激素的情况下增加诱导细胞增殖的能力，且BMP-7和BMP-4共同干预也可促进细胞的分化，这说明BMP-7具有促进卵泡生成的作用。

2.2 BMP-7对卵巢甾体激素的影响 Shi J等[19]发现在人类黄素化颗粒细胞（LGCs）中，BMP-7一方面显著地增加了促卵泡激素受体（FSHR）的mRNA表达，另一方面又显著地抑制了黄体生成素受体（LHR）的mRNA表达，且这种FSHR的表达增加与激活素（activin）无关；BMP-7预处理LGCs对环磷酸腺苷（cAMP）生成并没有影响。但是BMP-7的预处理使得促卵泡激素（FSH）诱导的cAMP水平显著升高，这证明BMP-7的干预可增加功能性FSHR表达，进而说明BMP-7可能通过增加颗粒细胞对FSH的敏感度来促进卵泡生成。同一团队利用体外受精—胚胎移植（IVF）患者的颗粒细胞进行体外研究[20]发现，BMP-7在人类黄素化颗粒细胞中增加了FSHR的基因表达，降低了LHR的基因表达。BMP-7同时增加了颗粒细胞中FSH诱导的cAMP的生成，预示着上调了细胞对FSH的反应。虽然BMP-7增加了activin-βA和βB的基因表达，但activin功能的抑制并没有影响到BMP-7诱导FSHR基因表达。

Zhang H等[21]首次证明了在人类颗粒细胞中BMP-7可以抑制激素合成急性调节蛋白（StAR）的表达，也会抑制孕酮的累积，且这种下调作用是通过ALK3和SMAD1∕5∕8-SAMD4信号通路来实现的。而有关大鼠[14]、绵羊[22]和奶牛[23]颗粒细胞的实验也证实了BMP-7对孕酮生成的抑制作用。以上结果都证明BMP-7可能在排卵前后扮演了颗粒细胞黄素化抑制者的角色，可阻止卵泡过早黄素化的发生。

2.3 BMP-7对其他细胞因子的影响 激活素（activin）、抑制素（inhibin）、连接素（connexin）和穿透素（pentraxin）在调节卵巢功能方面如卵泡生成、甾体激素生成、促性腺激素反应机制、卵母细胞成熟和黄体功能中扮演了重要的角色。Chang H M等[24]的研究发现外源性的BMP-7可以通过下调connexin 43来抑制人颗粒细胞的细胞间隙对话。这提示了膜细胞可通过其分泌的BMPs的旁分泌机制颗粒调控颗粒细胞的功能。此团队的第2个研究[25]发现在人类颗粒细胞中，重组BMP-7可以通过同时上调inhibin βA的产生和蛋白水解过程来制造更多的具有生物活性的成熟activin A。inhibin βA的增多，也通过上调SMAD蛋白转换酶furin而对SMAD通路的激活有贡献。这些发现为卵巢内膜细胞调控相邻的颗粒细胞功能提供了可能的机制。同一团队的第3个研究[26]则发现BMP-7的干预可降低穿透素3（PTX3）的mRNA和蛋白表达水平。另外，还发现BMP-7可以通过激活整合素β2、Akt、AFK而直接上调人类真核细胞的黏附和迁移[27]。

血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）被证明在哺乳动物中与卵泡发育和卵巢血管分布有关[28]。Shimizu T等[12]的另1项研究证明BMP-7可以通过SMAD5信号通路显著升高VEGF mRNA和蛋白的表达，进而再与BMP-4、VEGF通过串扰，影响旁分泌∕自分泌，从而决定颗粒细胞凋亡的结局，以及促进卵泡发育。

2.4 BMP-7对蜕膜化、子宫内膜容受性和胎盘发育的影响 成功的胚胎植入需要有发育能力的孕囊和有容受性的子宫内膜的相互协调作用。在母体与发育的胚胎第一次接触时，子宫内膜容受性对于后续生殖过程的成功至关重要。Paria B C等[29]的研究证明了BMP-2、BMP-5、BMP-7在妊娠早期的子宫内膜中有表达。Kodama A等[30]的研究表明，BMP-7在月经周期的分泌中、后期于内膜组织中的表达很低。在体外培养的子宫内膜基质细胞（endometrial stromal cells，ESC）中，BMP-7几乎可以完全抑制ESC的蜕膜化。BMP-7抑制了ESC中BrdU的吸收，说明BMP-7对ESC有抗增殖的作用。Monsivais D等[31]的研究发现，BMP-7在大鼠蜕膜化和着床期子宫及人类女性增殖期的子宫内膜中呈高表达，且其表达会随着蜕膜化的进程而减少，这些数据提示了BMP-7参与了妊娠的子宫内膜转化为有容受性的内膜及胎盘发育过程。对雌性大鼠进行条件性BMP-7敲除会引起蜕膜化缺陷和胎盘发育异常，导致生育力下降，包括腔壁滋养层巨细胞的异常扩张、胎盘成熟层的消失和胚胎吸收。相似的胎盘损害也发生在条件性灭活BMPR-Ⅱ的雌性大鼠中，这说明BMP-7可能是通过BMPR-Ⅱ在妊娠中期发挥作用[31]。

2.5 BMP-7对卵巢外生殖调控的影响 BMP-7主要由卵巢中卵泡膜细胞分泌来影响颗粒细胞功能及卵泡发育。另外，BMP-7在其他组织中亦有表达。Takeda M等[32]对小鼠垂体促性腺激素细胞LβT2的研究发现，BMP-7能够提高促性腺激素释放激素（GnRH）诱导的FSHβ的mRNA表达量，也可与BMP-6共同提高FSHβ促进者（FSHβpromoter）的活性，且呈量效关系，而以上功能的发挥是通过ERK信号通路得以实现的。也有报道[33]指出，在下丘脑中，BMP-7和BMP-6可以通过控制雌二醇-ERK信号通路来增加GnRH分泌。这说明BMP-7乃至BMPs体系不仅可以通过自分泌∕旁分泌的方式局部调控卵巢功能和卵泡发育，还可以调控整个下丘脑—垂体—卵巢（HPO）轴的功能。

3 中医药干预BMP-7的研究进展

近年越来越多的基础和临床研究证实了中医药以BMP-7为治疗靶点，对多种疾病都有显著的治疗效果，可抑制疾病病理过程的发生发展。目前来看，这些研究多集中在对肾脏疾病和骨病的治疗中。

3.1 中医药治疗肾脏疾病中对BMP-7的干预作用

3.1.1 基础研究 杨鲁莹等[34]进行自发性高血压大鼠造模，再用主要由川黄连、生大黄、制水蛭加四妙散等中药组成的连黄降浊颗粒（具有祛湿降浊、健脾补肾、活血通络之效）干预，以观察其对肾组织转化生长因子（TGF）-β1∕SMADs信号传导通路的影响。结果发现，经过连黄降浊颗粒干预后，大鼠肾脏组织的BMP-7、SMAD7表达上调，其通过干预BMP-7∕TGF-β1∕SMADs信号转导通路抑制了TGF-β1在肾组织的表达，从而对肾间质纤维化起到了治疗作用。大黄在传统中医中具有泻热毒，破积滞，行瘀血的功效，而现代药理研究发现其可抗肾纤维化，对肾脏细胞的增殖及凋亡均能产生影响。孙禄等[35]为探讨中药大黄的主要有效单体大黄素对肾间质纤维化模型中BMP-7表达的影响，以大黄素干预行输尿管结扎术的大鼠，发现大黄素可显著上调大鼠肾小管间质中BMP-7的表达，进而抑制肾纤维化进程。扶肾降浊方是由山茱萸、生黄芪、白花蛇舌草、鬼箭羽、丹参、益母草组成的配方颗粒，全方可扶肾固本，泻瘀化浊，可延缓肾功能衰竭的病理进程。李春雨等[36]为了探讨该方对肾小管间质损害的疗效机制，采用了系膜增生性肾小球肾炎大鼠模型，并予以扶肾降浊方干预。结果表明，与对照组相比，扶肾降浊方可显著改善BMP-7的mRNA和蛋白低表达，干预TGF-β1∕SMADs∕ILK 信号转导通路，从而发挥其保护肾小管间质的作用机制。

3.1.2 临床研究 血府逐瘀汤的基本组方为红花、桃仁、赤芍、川芎、柴胡、枳壳、怀牛膝、桔梗、甘草，该方是中医经典的理血剂，有活血化瘀行气之功。康洁[37]在血府逐瘀汤对人肾小管上皮细胞的BMP-7表达影响的临床研究中发现，相较于单用常规降糖西药的对照组，血府逐瘀汤联合常规降糖西药对糖尿病肾病患者肾小管上皮细胞中BMP-7的表达水平有显著提高，进而减少炎症因子的表达和分泌。在对血清BMP-7的干预方面，张兴坤等[38]观察了益元软坚法对糖尿病肾病患者血清TGF-β1、BMP-7表达的影响，结果发现，与对照组相比，有益元扶正、软坚散结、利湿祛邪功效的益元软坚方（汤剂药物组成：生黄芪、川芎、车前子、车前草、半枝莲、大黄炭、浙贝母、煅牡蛎）治疗糖尿病肾病可显著提高血清BMP-7的表达，从而拮抗TGF-β1所致的致纤维化，保护肾脏。朱斐斐等[39]采用氯沙坦联合泄浊化瘀饮治疗早中期慢性肾衰竭，并利用酶联免疫吸附法测定BMP-7水平。结果发现，试验组患者治疗后BMP-7水平显著高于治疗前及对照组。BMP-7水平上升可激活BMP-7∕SMAD-6信号转导通路，促进纤维化肾脏细胞转化，从而抑制肾纤维化进程。泄浊化瘀饮主要由熟大黄、黄芪、葫芦巴、王不留行、莪术等组成，全方泄浊、补气、化瘀药同用，攻补兼施以治疗早中期慢性肾衰竭。

3.2 中医药治疗骨病中对BMP-7的干预作用

3.2.1 基础研究 中药三角草主要分布于岭南地区，有清热解毒、消肿止痛之功效。刘琳娜等[40]观察三角草对肾性骨病的治疗作用及机制，采用三角草浸膏干预肾性骨病模型大鼠，发现三角草可显著增加椎骨组织中的BMP-7表达水平，增加骨密度值、骨小梁数量和平均厚度，高剂量组药效优于低剂量组。这证实了三角草可升高大鼠椎骨中的BMP-7表达，从而诱导间充质细胞向软骨、成骨细胞分化，增加Ⅰ型胶原和骨钙素合成，进而修复重建软骨和骨的缺损。由淫羊藿、黄芪、丹参、牛膝等药物组成的健腰密骨片具有补肾健脾、益气化瘀功效，可达“锁住骨丢失，逆转骨松防骨折，前期研究证实此方可显著增加椎体和前臂尺骨的骨量。唐德志等[41]用不同浓度的健腰密骨片干预昆明小鼠，发现试验组的高剂量组与生理盐水对照组相比，可明显上调BMP-7的基因表达，增加腰椎BMP-7蛋白阳性染色数，并增加椎体骨量、改善椎体三维结构。

3.2.2 临床研究 杨君等[42]观察中医手法松解联合壮骨活血中药（组方：黄芪、当归、熟地黄、山药、杜仲、川续断、川牛膝、骨碎补、川芎、丹参、红花）促进下肢骨折术后康复的疗效，结果发现，与单纯采用西医对症干预的对照组相比，中医手法松解联合壮骨活血中药的实验组的BMP-7水平显著升高。BMP-7通过上调骨髓间充质干细胞转录因子的基因表达，促进成骨细胞分化成熟，这可能是中药内服联合手法松解具有良好临床疗效重要机制之一。加味八珍汤由熟地黄、白芍、当归、茯苓、白术、川芎、鸡血藤、人参、黄芪、黄精、炙甘草组成，有补益气血、濡养筋骨的作用。高嵩等[43]采用加味八珍汤治疗气血不足型的骨折不愈合患者，结果发现，与对照组比较，试验组患者血清的BMP-7水平显著升高，各项症状体征评分显著下降，提示加味八珍汤干预可以提高BMP-7在血清中的表达，进而发挥其成骨作用，在促进骨折断端愈合和修复中有明显优势。

4 总结

多项实验证明了BMP-7参与了卵泡发育、卵巢甾体激素生成、卵巢细胞因子调控、子宫内膜蜕膜化及容受性改变、胚胎及胎盘发育等一系列有关女性生殖的生物学过程，这些研究结果有助于理解女性生殖系统异常及女性不孕不育的机制。中医药干预BMP-7目前还只局限于肾脏疾病和骨病的研究中，尚未见报道中医药通过干预BMP-7来研究中医药治疗女性生殖系统疾病的疗效机制。中医认为，女性生殖系统疾病与肾密切相关，因此在未来的研究中，从中医药干预BMP-7来探讨女性生殖系统疾病中医药疗效机制，这将对拓展中医妇科疾病发病机制的认识及开发治疗思路有不可忽视的意义。