雌性生育力很大程度上依赖于输卵管和子宫的健康。这些器官均由衬有上皮细胞的肌性管道构成。本综述讨论了表达于这些器官上皮细胞和平滑肌细胞中的TMEM16A氯离子通道的作用，重点聚焦于其功能与功能障碍。在输卵管中，感染和子宫内膜异位症是不孕症的主要原因，而TMEM16A在其中发挥重要作用。输卵管上皮的TMEM16A对于卵子和精子的健康以及发生在输卵管中的受精过程也至关重要。TMEM16A在子宫功能中的作用研究主要集中于平滑肌成分。TMEM16A在决定人子宫肌层动作电位的持续平台期成分中起主要作用。该平台期位于氯离子平衡电位（-25至-30 mV），在此电位下，钙通道被激活，允许钙内流和收缩。TMEM16A在人分娩时的表达增加一倍，这与平台期显著延长以及收缩持续时间增加相关。这种钙内流的延长使得收缩幅度和持续时间得以增加，并且似乎是成功分娩的重要因素。
引言
哺乳动物子宫的功能是支持下一代的早期发育（妊娠）并及时将新个体娩出（分娩）。输卵管和子宫壁由衬有上皮细胞的平滑肌管道构成。输卵管是受精部位，该器官的组织功能障碍和感染可导致不孕。输卵管损伤易导致异位妊娠，其难以诊断并导致胎儿丢失，且常常需切除输卵管，从而对生育力产生严重后果。子宫是胚胎植入、胎儿生长和发育的场所，在整个孕期子宫平滑肌（子宫肌层）必须保持相对静止以利于此过程。当胎儿足够成熟且对氧气和营养的需求超过母体供应能力时，子宫收缩力必须迅速增强并将胎儿娩出以独立生存，这是对尚未完全阐明的激素和机械（牵张）信号的响应。分娩是一个相对短暂但复杂的过程。在活跃产程中，收缩强烈但必须有规律地间隔以分钟计的放松期，这允许含氧血液输送到胎盘，从而为胎儿供氧。频繁的强烈时相性子宫收缩和胎儿先露部的直接压力有助于宫颈消退，并可能增加局部炎症介质。在宫口开全（第二产程）时，强烈的收缩被更短暂的放松间隔，随后胎儿娩出。分娩后通常会立即发生强直性子宫收缩，排出胎盘并夹闭供应胎盘的子宫螺旋动脉和静脉，从而最大程度减少失血和产后出血。这些过程涉及由胎儿和母体共同启动的激素和炎症变化。不幸的是，功能失调的子宫肌层收缩在产科实践中经常发生。当分娩过早发生时，脆弱的早产儿出生（约占妊娠的10%），这与33%的新生儿死亡率和70%的围产期发病率相关。此外，后代长期死亡率持续增加（直至所研究的36岁年龄）。另一方面，目前约有36%的妇女经历剖宫产。对于那些在分娩时需要剖宫产的产妇，有70%是由于宫缩不良（难产）所致。在活跃产程中，对催产素增强无效的持续无效宫缩（产程停滞）导致剖宫产。剖宫产增加了多种重要问题的比值比：后续妊娠的早产、子宫切除术、产后出血和产后抑郁症。显然，我们对妊娠和分娩期间子宫收缩机制的理解需要进一步研究。
兴奋-收缩偶联
胞质钙升高对所有肌肉收缩都至关重要。子宫肌层中胞质钙的增加主要发生在动作电位期间，这是由长效（L型）电压门控钙通道开放的结果。内质网储存的钙释放也可促进收缩。由于L型电压门控钙通道是电压依赖性的，动作电位（以及收缩）的启动取决于静息膜电位的水平：过于负值时不会产生动作电位，而如果膜去极化达到阈值，则将引发动作电位和收缩。去极化达到阈值可通过起搏器样活动发生。L型电压门控钙通道抑制剂硝苯地平在临床上用于暂时停止早产宫缩。在研究最多的子宫肌层（大鼠子宫外层纵肌）中，多个快速峰电位动作电位超射0 mV。然而，在啮齿类动物内层环状肌、人类子宫肌层以及羊和小鼠的输卵管平滑肌中，峰电位之后伴随着从-20到-35 mV的更长时间去极化期。这导致通过L型电压门控钙通道的钙内流延长，从而增强收缩。在人分娩时，平台期持续时间增加，导致收缩更持久，有助于产程的及时进展和分娩。
平台期对于顺利分娩的重要性引出了其潜在机制的问题。研究表明，妊娠期大鼠子宫肌层细胞内的胞质氯浓度并非被动分布，而是升高了。这种升高的胞质氯被发现是由于氯/碳酸氢盐和钠/钾/2氯交换体的活性所致。静息膜电位的测量确定了氯离子平衡电位为-20至-35 mV。因此，氯通道的开放将导致氯外流、膜从静息电位去极化、L型电压门控钙通道激活和收缩。这一机制已在平滑肌细胞中使用相关交换体抑制剂得到证实。这种氯电导的增加可以解释大鼠和人类子宫肌层和输卵管的峰电位后长时间去极化。
上皮细胞衬覆雌性生殖道，对维持输卵管中卵子、精子和受精卵的健康至关重要，同时在子宫中滋养胎盘建立前的早期胎儿。平滑肌细胞和上皮细胞都表达一种钙激活氯通道蛋白。2008年，三个实验室鉴定出“孤儿”跨膜16基因的一种蛋白质产物，该产物满足先前在多种组织中描述的钙激活氯通道的大部分特征。这种被称为TMEM16A的钙激活氯通道蛋白因其在平滑肌和上皮细胞功能中的作用，以及与心血管、呼吸系统、肠道、神经元疾病和多种癌症的关联而受到广泛关注。原则上，激活TMEM16A的钙来源可能包括L型电压门控钙通道、内质网储存释放、线粒体，以及通过钙渗透性阳离子通道的钙内流。除了L型电压门控钙通道的重要贡献外，其他各种钙源对激活子宫肌层TMEM16A的相对重要性仍有待阐明。然而，阻断TMEM16A会导致妊娠人子宫肌层的静息膜电位去极化而非预期的超极化，这可能反映了钙源与其他离子通道之间复杂的相互作用。由于TMEM16A通道的激活可导致氯外流和长时间去极化，其激活具有重要的功能后果，包括L型电压门控钙通道的持续激活和平滑肌收缩。TMEM16A的活性解释了已发表的关于平滑肌（包括子宫肌层）中钙激活氯通道的观察结果。
输卵管
纤毛上皮细胞
输卵管游离端的伞部收集排卵后的卵子，这主要通过纤毛输卵管上皮细胞实现。随后，这些细胞有力地支持卵子从伞部向子宫方向移动。受精发生在壶腹部（大约输卵管中部），纤毛上皮细胞协助受精卵沿壶腹部和峡部向子宫移动。与衬覆气道的上皮细胞类似，输卵管上皮细胞表达TMEM16A。
分泌上皮细胞
在输卵管中，这些细胞释放肽、生长因子、葡萄糖、免疫因子、碳酸氢盐和氯，支持卵子和精子的存活，并且对受精也至关重要。输卵管液中的氯是精子活力和获能所必需的。在猕猴中的研究表明，TMEM16A在输卵管分泌上皮细胞中强烈表达，在排卵前几天达到峰值水平，而在患有子宫内膜异位症的动物中，这种表达升高并未发生。氯通过TMEM16A外流与水分泌（通过水通道蛋白）相关，这降低了上皮分泌物的粘度，促进卵子/精子/受精卵的运动。人气道上皮细胞的炎症与TMEM16A的过度表达相关。TMEM16A与肌醇三磷酸受体相互作用，促进钙从内质网储存释放。这种胞质钙的增加导致上皮细胞黏蛋白释放增强，从而增加输卵管内容物粘度，降低纤毛活动并导致输卵管阻塞。虽然从健康女性和输卵管妊娠女性获得的组织上皮细胞中，壶腹部TMEM16A mRNA表达无差异，但在输卵管妊娠组织的上皮细胞中TMEM16A蛋白表达增加了一倍。这减慢了胚胎沿输卵管的转运，到达子宫的胚胎更少。因此，上皮细胞过度表达或表达不足的TMEM16A都可能对生育力/不孕产生重大影响。因此，调节TMEM16A活性的药物，选择性激活剂和阻断剂，具有改善生育力的潜力。此外，microRNA在调节TMEM16A蛋白合成中的可能作用已被综述。microRNA调节蛋白质表达，而TMEM16A表达受miRNA-9下调，miRNA-9在炎症感染期间增强，因此可能对输卵管功能和生育力产生影响。
精子
人类精子的首次直接膜片钳离子通道记录由Orta等人完成。他们鉴定出一种可被T16Ainh-A01以及选择性较差的TMEM16A抑制剂（尼氟酸和DIDS）阻断的钙激活氯通道电流。TMEM16A阻断剂抑制精子活力、获能和顶体反应。尼氟酸、DIDS和T16Ainh-A01在体外阻止了受精。最近，阻断TMEM16A活性的药物如尼氟酸和DIDS，或其他激活TMEM16A活性的药物已在较小程度上用于治疗。然而，新的努力已经启动，新开发的TMEM16A激活剂正在研究中。
平滑肌
平滑肌构成输卵管的主要部分，由大量内层环状排列的平滑肌纤维和薄的外层纵向排列纤维组成。肌肉质量随着输卵管接近子宫（子宫输卵管连接处）而增厚。首次记录的输卵管环状平滑肌活动显示了豚鼠、小鼠和狒狒输卵管的膜电位节律性振荡。我们后来在豚鼠峡部环状平滑肌中证明，每次收缩伴随着约1.5分钟的40 mV膜电位振荡，从约-65 mV的静息膜电位到-25至-30 mV的平台期。这些膜电位振荡的基础是钙敏感的氯电导增加，即钙激活氯通道。这种电活动在L型电压门控钙通道阻断剂维拉帕米存在下持续存在，类似于豚鼠胃中已充分研究的起搏电位。我们发现，在排卵后第4天，峡部区域的膜电位振荡和收缩的幅度和频率增加。所有这些实验都是在发现孤儿TMEM16A和B蛋白是许多组织中先前已确定的钙激活氯通道的原因之前进行的。然而，这些细胞的电特性与肠道肌肉壁中表达TMEM16A的间质起搏细胞中发现的特性相似。先前的研究提供了令人信服的证据，尽管纤毛对于卵子捕获和沿壶腹部的转运很重要，但受精卵沿末端壶腹部和峡部向子宫的转运涉及平滑肌收缩，其中TMEM16A起主要作用。
功能意义
子宫内膜异位症可影响多达10%的女性，并可能产生破坏性的长期影响，包括但不限于不孕。子宫内膜异位症是由于宫内膜样上皮细胞迁移到不适当位置引起的，最常见于腹膜和卵巢浆膜。此外，高达72%的盆腔子宫内膜异位症患者有输卵管内膜异位症的描述。它导致输卵管瘢痕形成和/或阻塞。它仅在人类和旧大陆猴中有描述，限制了对直接功能和可能减轻后果的药物的详细测试。在患有子宫内膜异位症的恒河猴中，壶腹部子宫内膜TMEM16A的排卵前升高未能发生。此外，来自子宫内膜异位症患者的腹膜液在对照组中诱发了疾病。结论是腹膜液中存在一种成分抑制了子宫内膜异位症中的TMEM16A蛋白表达。这些发现与子宫内膜异位症中生育力低一致。在人类中，1-2%的妊娠是异位的，主要是输卵管妊娠。在因异位组织切除手术的女性壶腹部组织样本中，TMEM16A表达显著升高，纤毛搏动和肌肉收缩减少。这些样本中的纤毛搏动和肌肉收缩对TMEM16A激活剂Eact和阻断剂CaCCinh-A01有反应，支持TMEM16A在输卵管功能/功能障碍中的作用。为了研究功能后果，该团队使用小鼠测试了Eact和CaCCinh-A01对输卵管和子宫中胚胎转运的影响。这两种药物各自使留在输卵管中从未到达子宫的卵子数量减半，仅有12%（Eact）和8%（CaCCinh-A01）的早期胚胎成功植入子宫。因此，TMEM16A功能似乎处于过度表达或表达不足的微妙平衡中，因为任一极端都会对生育力产生显著的有害影响。
子宫
上皮衬里
子宫的内膜由上皮细胞构成，为早期囊胚提供至关重要的支持直至植入（人类约第9天，小鼠第4天），并在随后的胎盘形成完全建立之前。在小鼠早期妊娠中，子宫内膜TMEM16A表达强劲。在小鼠妊娠第4-7天皮下注射TMEM16A抑制剂T16Ainh-AO1，使蜕膜化率减半。在Dodds等人的研究中，未在处女小鼠子宫肌层中观察到TMEM16A表达，但氯通道辅助蛋白CLCA4在上皮细胞中表达。CLCA4与调节TMEM16B功能有关，对TMEM16A无影响。在猪中，CLCA4表达增加与更大的窝产仔数相关，支持子宫内膜功能的改善。显然，需要进一步研究以增强对相关机制的理解，包括控制子宫内膜中TMEM16A、TMEM16B和CLCA4表达的因素。
平滑肌
子宫壁为发育中的胎儿提供充足的容纳空间，肌肉成分（即子宫肌层）收缩活动的适当调节对于胎儿的健康发育和分娩过程都至关重要。在整个孕期，子宫收缩必须保持适度。然后，当母体/胎盘系统无法再满足呈指数增长的胎儿对营养和氧气的需求时，协调的收缩活动必须迅速发生，使母亲进入产程。成功分娩所需的收缩在活跃期必须强烈，将胎头向前推压以使宫颈变薄（消退）和扩张。然而，由于通往胎盘的子宫螺旋动脉被厚厚的收缩子宫肌层包围，每次收缩都会压迫螺旋胎盘动脉闭合。这剥夺了胎儿的氧气，胎儿脑氧含量下降。由于宫颈扩张和胎儿下降需要数小时，每次收缩之间规律、充足的放松期对于恢复和维持胎儿脑氧合至关重要。然而，如果收缩之间的休息期不足，则需要进行剖宫产，因为存在胎儿脑缺氧的风险。另一方面，如果驱动收缩微弱且母体静脉输注催产素未能增强宫缩（产程停滞），则需进行剖宫产。如引言所述，剖宫产与一系列对母亲和后代的长期不良后果相关。因此，如果我们要降低剖宫产率，就必须改进对分娩期间子宫肌层收缩性的理解，包括收缩和放松两个方面。
螺旋动脉将血液输送到胎盘血窦，其直径非常大，并且在人类妊娠第10-12周后大部分平滑肌缺失。这种结构对于最佳胎盘灌注至关重要，有证据表明螺旋动脉平滑肌的持续存在会导致先兆子痫，这是由于胎盘缺氧和功能障碍导致胎盘血管生成蛋白产生失衡，这是先兆子痫的关键病因学介质。因此，健康的螺旋动脉在胎盘娩出时（分娩后10-30分钟发生）收缩能力极弱，无法防止大量失血，因此，分娩期间和分娩后立即的强烈持续子宫肌层收缩至关重要。分娩后立即子宫肌层收缩无力的后果是产后出血。尽管预防性使用目前可用的宫缩剂，产后出血仍然是孕产妇死亡的主要原因，其发病率在全球范围内不断增加。分娩后立即治疗性增强子宫收缩可能是减少产后出血的一种机制。
治疗性增加TMEM16A活性可能是一种在宫缩微弱（难产）和/或产后出血威胁时增强子宫收缩的方法。TMEM16A作为药物靶点的潜力因其来自26个外显子的多种亚型而增强。在人类子宫肌层中，蛋白质印迹显示三条分子量分别为90、97和114 kDa的条带，均低于全长TMEM16A的预期120 kDa。不同亚型的存在为选择性靶向特定组织（如子宫肌层）的TMEM16A亚型提供了可能性。
妊娠和分娩期间的子宫肌层收缩性
在所有研究的物种中，在妊娠所有阶段获得的离体子宫肌层条带中都会自发发生子宫肌层动作电位和收缩。我们记录了正常功能清醒母羊在妊娠后半期直至分娩期间子宫肌层的电活动。在妊娠第60-100天（孕期143-148天）在子宫内植入肌电图电极。在整个孕期，肌电图活动虽然相对较小，但以低频率发生。在这方面有趣的是，女性可能意识到低水平的Braxton Hicks收缩，甚至从妊娠早期（约12周）开始。在我们的母羊中，分娩期间肌电图频率和幅度显著增加，正如预期的那样。在羊中开发的方法正在扩展我们对人类分娩的理解。
如图1C和D所示，由TMEM16A通道活动引起的去极化平台期在分娩时增强，这与人类正常分娩期间子宫肌层TMEM16A蛋白表达增加一倍相关。蛋白质印迹和免疫组织化学确定，在进展良好的分娩女性的组织中，子宫肌层TMEM16A蛋白表达增加两倍。这种增强的分娩表达在患有产程停滞的女性组织中未观察到。阻断这些女性子宫肌层条带中的TMEM16A不影响小的起搏电位或峰电位动作电位，但显著降低了动作电位的平台期成分，尤其是在分娩期间。Arnaudeau等人报告，催产素增强了妊娠大鼠子宫肌层中的钙激活氯通道电流。我们发现催产素显著增强了人类子宫肌层动作电位的平台期成分，而这完全被TMEM16A的阻断所消除。此外，催产素诱导的平台期动作电位之间增强的超极化现在未能发生，因为这可能是由于长时间平台期引发的钙和/或电压激活钾通道活动显著增强所致。然而，在TMEM16A阻断剂存在下，短暂的峰电位动作电位和伴随的短暂收缩持续存在。
分娩收缩与子宫平滑肌细胞内酸度增加相关，这是由于分娩收缩引起的血流闭塞和由此产生的缺氧导致的乳酸产生所致。这种pH值降低可能导致这些细胞中TMEM16A活性增加，因为这种机制发生在血管平滑肌中。这倾向于增加去极化平台期的持续时间，从而增强分娩收缩。其他离子通道也受低pH值影响，包括一些钾通道、L型电压门控钙通道和低选择性阳离子通道。低pH值还可降低平滑肌中Rho激酶活性，从而降低收缩装置对钙的敏感性，因此倾向于减弱分娩收缩。总的来说，低pH值对分娩收缩的影响取决于多种离子通道和信号过程之间复杂的相互作用。
平滑肌起搏器
子宫肌层动作电位和收缩之前自发缓慢去极化的机制是什么？Marshall首次报告子宫肌层动作电位和收缩之前是缓慢的自发去极化。在所有研究的物种的妊娠人类和大鼠子宫肌层中，自发去极化引发动作电位和收缩是明显的。这引出了关于支持这些去极化的生物物理和生化机制以及细胞类型的问题。过去50年来，对平滑肌组织中自发收缩的机制进行了深入研究。平滑肌细胞负责收缩并表达平滑肌肌动蛋白、重链肌球蛋白、钙调理蛋白和SM22α。然而，已在平滑肌组织中鉴定出一系列成纤维细胞样干细胞。其中，表达受体酪氨酸激酶c-Kit和/或波形蛋白的细胞被称为Cajal间质细胞。还鉴定了表达血小板衍生生长因子受体α的细胞，表达c-Kit和CD34的细胞被称为端细胞。这些间充质干细胞都具备以下特征：具有适度的核区；具有长而分支的突起，位于平滑肌细胞之间；产生自发去极化；接受支配组织的神经元输入；并与平滑肌细胞形成缝隙连接，允许Cajal间质细胞去极化“侵入”平滑肌细胞，从而将其膜电位带到L型电压门控钙通道开放和收缩的阈值：起搏。c-Kit突变导致动物模型器官功能障碍和/或死亡，并导致人类疾病，如先天性巨结肠。这证明了Cajal间质细胞在啮齿类动物模型和人类结肠中至少是必不可少的。对从肠道平滑肌组织分离的单个Cajal间质细胞的早期电压钳研究表明，起搏去极化的基础是氯电导，钙依赖性，可被尼氟酸阻断，对硝苯地平不敏感。当小鼠基因突变导致胃肠道起搏功能丧失和早期死亡时，证明了TMEM16A的作用。
子宫肌层起搏
体内和离体研究清楚地表明妊娠子宫中规律的自发收缩性发生。正如上文所讨论的，整个孕期收缩适度，分娩时强烈。那么，哪些细胞负责启动收缩，它们位于何处，以及TMEM16A是否参与起搏？具有平滑肌组织Cajal间质细胞起搏器特征的细胞已在人类、非人灵长类动物、啮齿类动物和羊的子宫肌层中鉴定。然而，关于神经元对起搏的贡献，胎盘形成期间的滋养层侵入导致供应子宫体的自主神经消失。
在啮齿类动物中，已证明处女小鼠的卵巢、输卵管和子宫中存在表达上述一种或多种Cajal间质细胞特性的细胞。这些Cajal间质细胞分布广泛且丰富，行走于平滑肌束之间，散布在束内的平滑肌细胞之间，位于子宫内膜衬里和子宫外浆膜边缘。它们的功能后果尚不清楚。在处女小鼠中，Bernstein等人通过免疫组织化学在外层和内层子宫肌层中鉴定出TMEM16A表达，但Dodds等人的研究未在任何一层中观察到表达。在平滑肌细胞特异性TMEM16A缺失的妊娠小鼠中，子宫肌层收缩性正常，暗示是间质细胞而非平滑肌细胞介导的TMEM16A机制，类似于胃肠道中的事件。对妊娠大鼠和豚鼠子宫肌层的研究确定了钙激活氯通道电流的存在。该电流仅存在于约30%的细胞中，但其起源（即子宫肌层细胞或Cajal间质细胞）未作研究。单个细胞中的钙激活氯通道电流和肌肉条带中的自发收缩可被尼氟酸和A9降低。高钾诱导的收缩对这些阻断剂不敏感。随后对离体妊娠人类和大鼠子宫肌层的研究考虑了分离细胞的形状：纺锤形平滑肌细胞或具有刺和/或长分支突起的Cajal间质样细胞。Cajal间质样细胞不产生自发去极化，例如在胃肠道平滑肌细胞中经常记录到的那些。此外，它们对去极化没有表现出内向电流，尽管它们确实具有外向钾电流。这不支持钙激活氯通道的存在。平滑肌细胞在去极化时发放动作电位并收缩。Cajal间质样细胞波形蛋白染色阳性，但c-Kit染色阴性。未测定TMEM16A表达或更选择性阻断剂的影响，因为可靠的钙激活氯通道阻断剂尚未开发。
在灵长类动物中，免疫组织化学在非妊娠食蟹猴的卵巢、输卵管和子宫中鉴定出c-Kit、波形蛋白和PDGFRα。Cajal间质样细胞，包括端细胞，存在于妊娠女性的子宫壁中。在人类子宫肌层培养后的电生理实验中发现，端细胞中存在钙激活氯通道电流，但无L型电压门控钙通道电流。Duquette等人从大鼠子宫分离的单个细胞波形蛋白染色阳性但c-Kit染色阴性。使用单细胞电生理学，他们未发现任何可支持自发起搏活动的内向电流，并得出结论Cajal间质细胞不参与起搏过程。然而，波形蛋白也标记成纤维细胞。Ciontea等人分离的Cajal间质细胞c-Kit染色阳性。这些细胞具有自发去极化，但这发生在长期培养后，对培养平滑肌组织的观察需要谨慎解释。我们研究了人类子宫肌层条带和急性分离的细胞，在组织获取后数小时内，在Cajal间质细胞/端细胞样细胞中未观察到硝苯地平抵抗的去极化电流，这与Hutchings等人的观察结果相似。
功能意义
阐述TMEM16A对子宫功能的影响远非简单。首先，表达TMEM16A的细胞类型尚未解决：平滑肌细胞还是间质细胞？精妙的研究提供了令人信服的证据，表明子宫的子宫肌层收缩活动起始于大鼠胎盘部位附近的细胞。所涉及细胞的性质尚不清楚，需要进一步工作来解决这个问题。与此相关的是，在小鼠肛门内括约肌中，TMEM16A在平滑肌细胞而非Cajal间质细胞中表达。实验上，研究了平滑肌特异性TMEM16A基因敲除小鼠，结果如下：子宫肌层收缩性；对催产素和前列腺素的敏感性；以及窝
