黃泓淵醫師

   
一、緒論
       試管嬰兒之父RG Edward對於胚胎著床機轉曾以”black box”來形容其複雜度, Human Reproduction 之主編之一Dr. Hedon也曾以伊索預言中之”瞎子摸象”的故事來比喻胚胎著床機轉之多元性。雖然在人工生殖科技試管嬰兒治療近二十年的發展以來，傳統之精卵受精概念已被ICSI (intracytoplasmic sperm injection) 推翻，但是在試管嬰兒發展上，胚胎植入後的著床率(implantation rate)並無增加(5-15%)。因此除了為了突破此一試管嬰兒治療的瓶頸外，以及如謎樣般胚胎著床機轉研究之無窮趣味，我們進行了一些攸關於胚胎與母體子宮內膜間的互動關係與如何改善胚胎著床上課題之研究。

       一個胚胎成功著床與否與受動情激素與黃體激素控制之懷孕過程所誘導的一連串複雜分子與細胞間的生物作用有關。當胚胎發育至囊胚期(blastocyst)，亦即到排卵後的第七天後開始進行孵化，使得胚胎滋養層細胞(trophoblast)隨即自透明帶移行出來準備對子宮內膜上皮細胞附著，並進行著床的過程。就目前所知此一附著過程與integrin family有密切之關係。這其中特別的是trophoblastic cell 有部分之組織來自父系，以免疫學之觀點應視為半同種異抗原(semi-allograft)。母體之子宮內膜在辨認胚胎滋養層細胞後隨即進行一連串之免疫抗排斥反應而誘發著床之進行。因此一完整之胚胎著床過程應涵蓋下列四階段之過程:

1. 子宮內膜與胚胎滋養層細胞之對話
2. 滋養層細胞穿透子宮內膜基底膜
3. 子宮內膜基質層細胞與基母質之組織重整
4. 結合母體子宮血液循環並建立胎盤之形成才完成著床

二、子宮內膜與胚胎滋養層細胞之對話

雖然對囊胚著床過程的調節機轉仍未完全明瞭，但有相當多的證據顯示胚胎藉著分子生物訊息的分泌與傳遞與母體之子宮內膜進行交互作用與對話，由我們近來的研究更進一步確認一些生物因子，如細胞動力素(cytokine)藉由自體內分泌(autocrine)與旁體內分泌(paracrine)之作用直接參與胚胎著床的調節與進行。而在這當中又以介白質-1系統(interleukin-1, IL-1)為主。

子宮內膜是一產生細胞動力素和進行其調節作用之主要來源與場所，涵蓋在胚胎著床過程中的分子生物因子調節者中，IL-1是一相當重要的一環。IL-1直接參與了細胞的增生、分化和漸進細胞主動死。IL-1包含了三個主要成份：IL-1 類似體 (αandβ)、IL-1 接受器擷抗劑和IL-1 接受器。IL-1 類似體藉由與IL-1 接受器之結合，產生訊息傳導，而接受器擷抗劑則藉著與IL-1 類似體競爭IL-1 接受器之結合，而達到抑制的作用。根據我們的研究人類子宮內膜可以證實一完整的IL-1系統mRNA 與protein的存在，藉由免疫組織染色法也可以證實IL-1存在於人類與小鼠不同時期之胚胎。我們利用老鼠胚胎與綠猴腎上皮細胞株來進行共同培養模擬著床過程，證實此一”類子宮內膜”般之環境使胚胎與細胞間藉由IL-1進行互動的環境，而此一對話也使得共同培養具有促進胚胎發育之功能。

為了更進一步瞭解IL-1system在子宮內膜作用之機轉，我們利用不同濃度之IL-1刺激子宮內膜基質細胞，可以發現IL-1本身，無論是胚胎或子宮內膜所分泌的，對於子宮內膜之IL-1system具有autocrine之調節機轉。我們若進一步將經過IL-1刺激之子宮內膜基質細胞進行溶解反應(solubilization)再測定intracellular IL-1agonist 與receptor antagonist之比例，可以發現此一比例即使在一dynamic IL-1作用下仍維持恆定。由這些結果，我們可以證實IL-1在子宮內膜與胚胎之發育生理學上和著床過程均扮演著一重要的角色。

三、與滋養層細胞穿透子宮內膜基底膜有關之母質金屬蛋白鋂系統

當胚胎著床後，滋養層細胞穿透子宮內膜之基底膜，進入蛻膜化基質細胞進行組織重整，繼續著床的過程，此一穿透過程牽涉細胞外母質(extracellular matrix)的退化有密切關聯，我們利用體外子宮內膜基質細胞培養之模式可以證實此一組織重整之過程，是由母質金屬蛋白鋂(MMP, matrix metalloproteinase)與其抑制劑(TIMP, tissue inhibitor of metalloproteinase) 調節與控制，利用PCR可以證實IL-1對於子宮內膜基質細胞其MMP mRNA具正調節之作用，我們進一步利用Western blot也可以證實其protein 之表現。由這些結果我們可以假設IL-1，比如是embryonic IL-1，藉由調節子宮內膜之MMP/TIMP system來幫助滋養層細胞藉著proteinase穿透基底膜繼續進行子宮內膜基質細胞之組織重整，以利於著床之完成。瞭解此一機轉將有助於我們突破著床之瓶頸。

四、結合母體子宮血液循環並建立胎盤之形成才完成著床

胚胎著床之最終目的是為了能到達母體子宮之血液循環並進行血管生成(neoangiogenesis) 胎盤之形成，才算完成著床之過程。Wilcox曾經報告過25%之胚胎著床失敗肇因於此醫階段之異常導致胚胎死亡。而此一與血管生成之機轉有密切關聯為VEGF (vascular endothelial growth factor) family。VEGF family包含了VEGF agonists，兩種transmembrane receptor (Flt1, KDR)，與一類似擷抗劑之soluble receptor (sflt)。為了進一步了解VEGF與胚胎著床機轉之關係，我們假設VEGF在不同時期之月經週期應有不同之表現以配合著床之進行之前提下進行研究。我們可以發現子宮內膜Flt1 與 KDR這兩種receptor在整個月經週期之表現維持恆定。但是sflt此一擷抗劑在子宮內膜進入黃體期(luteal phase)時其表現受到抑制。這些證據可以間接證明在胚胎著床期(implantation window)子宮內膜之VEGF antagonist受到抑制後以增加子宮內膜VEGF receptor受到滋養層細胞之刺激而誘發血管生成之機轉。

五、結語

基礎醫學研究成果之累積最終必能實際應用於臨床以突破臨床之瓶頸。了解胚胎著床過程之機轉，雖然複雜與多樣，但是我們從中應可以啟發一些概念應用於臨床。未來是否能進一步將此一機轉應用於臨床試管嬰兒之治療來改善著床母體子宮內膜之免疫環境以減少對於胚胎之排斥性?這些都是我們從事人工生殖科技治療與研究者、年輕的醫師未來值得思考與努力的方向與模式。