多囊卵巢綜合征轉(zhuǎn)基因動物模型的研究進展

許 婷，李 昕，馮 異*

(復旦大學1.上海醫(yī)學院中西醫(yī)結(jié)合系，上海200032;2.附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院，上海200011)

多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是育齡期婦女常見的生殖內(nèi)分泌及代謝紊亂性疾病。典型的臨床表現(xiàn)為卵巢的多囊性改變、排卵過少或不排卵、高雄激素血癥、不同程度的月經(jīng)異常，甚至不孕等［1］。

由于PCOS的病因非常復雜，且臨床癥狀極具異質(zhì)性，到目前為止，仍然沒有一個廣泛公認的動物模型。轉(zhuǎn)基因動物模型較傳統(tǒng)動物模型能更為準確地探討該基因的生物學功能，從而靶向性地根據(jù)所研究的PCOS病理通路，建立起較為合適的動物模型奠定基礎(chǔ)。

本綜述將近年來國內(nèi)外研究的熱點進行了總結(jié)，主要從基因不表達或表達過量的動物模型表現(xiàn)與PCOS相類似的癥狀，進一步探討該基因的生物學功能及表達調(diào)控機制，為臨床實施人類遺傳疾病的基因治療提供參考。

1 基因不表達引起的類PCOS模型

1.1 雄激素受體基因敲除鼠

雄激素受體(androgen receptor，AR)在很多生殖系統(tǒng)相關(guān)的組織中都有表達，包括卵泡中顆粒細胞和卵泡膜細胞。PCOS患者卵巢局部組織的AR表達與PCOS的發(fā)生有一定的相關(guān)性［2］。AR發(fā)生異常，往往會影響卵泡的發(fā)育而導致生育率低下，甚至不孕。

AR基因敲除 (ARKO)的雌性小鼠模型［3］，在性成熟后，動情周期開始延長，產(chǎn)仔數(shù)量也隨之降低;黃體數(shù)目逐漸減少，使得排卵率下降，并進一步影響黃體細胞的形成;卵泡的成熟率顯著下降，卵巢多囊性改變。該模型存在的問題是，整體上AR的敲除會引起雄激素不敏感綜合癥，這對進一步研究雄激素在生殖內(nèi)分泌方面的作用帶來了很多障礙。從卵巢顆粒細胞 (granular cell，GC)和卵母細胞 (oocyte)特異性ARKO雌性小鼠模型上發(fā)現(xiàn)，整體ARKO雌性小鼠的生殖系統(tǒng)表型，幾乎都可以解釋為是由于GC上AR表達的缺乏。這些GC特異性AR能夠促進竇前卵泡的生長并阻止卵泡閉鎖，因而對正常卵泡的生長和生殖功能的發(fā)揮至關(guān)重要［4］。

1.2 雌激素受體基因敲除鼠

PCOS的各級卵泡顆粒細胞上缺乏雌激素受體(estrogen receptor，ER)。ER包括 α 和 β 兩個亞型。報道有 ERαKO，ERβKO 和 ERαβKO 3 種雌激素受體基因敲除的雌性小鼠模型［5］。ERαKO 和ERαβKO雌性小鼠(14周或6個月)表現(xiàn)出多囊卵巢的表型且不能生育，ERαKO小鼠顯示血清雄烯二酮和雌二醇增高。ERβKO雌性小鼠則表現(xiàn)為卵泡加速閉鎖、排卵急劇減少，生育力低下。這些結(jié)果及相關(guān)研究提示ERα對卵巢功能起主導作用。雌激素復雜的作用機制和雌激素受體表達廣泛，導致很難確定是否是卵巢內(nèi)的雌激素發(fā)揮的作用。卵泡內(nèi)膜細胞特異性ERα基因敲除雌性小鼠(theca-specific estrogen receptor-alpha knockout mice，thEsr1KO)模型［6］，表現(xiàn)為動情周期異常、排卵能力下降、卵泡囊腫、睪酮水平升高、竇狀卵泡多、黃體細胞少甚至不孕。卵泡內(nèi)膜ERα基因不僅調(diào)節(jié)17-羥化酶基因的表達，使雄激素水平升高，而且控制卵巢中內(nèi)膜細胞的增殖，對女性生殖系統(tǒng)起著關(guān)鍵性的作用。然而這種ERαKO小鼠并沒有臨床PCOS患者卵巢表現(xiàn)的典型纖維外膜的增厚，提示可能有其他基因或環(huán)境因素造成卵巢的這種病理性改變。

1.3 卵泡刺激素受體基因敲除鼠

卵泡刺激素(follicle stimulating hormone，F(xiàn)SH)作用于卵子生成和卵泡發(fā)育。FSH水平的升高促使卵泡發(fā)育成熟和顆粒細胞的增殖［7］。FSHRKO的雌性小鼠模型［8］，表現(xiàn)為FSHR缺失，垂體中FSH水平過高，LH無變化，從而打破了垂體性腺的動態(tài)平衡;血清中FSH和LH水平升高，驗證了卵巢負反饋調(diào)節(jié)的失效;萎縮的子宮和閉鎖的陰道表明，F(xiàn)SHRKO雌性小鼠上具有生物活性的雌激素并沒有顯著增多;卵巢小于正常雌性小鼠;無規(guī)律動情周期;竇前卵泡期后卵泡不能正常發(fā)育，導致不孕。對于PCOS，其中顯著的一個特點就是雄激素過多。雖然雄激素與FSH共同促進卵泡的生長，他們的受體在卵泡中明顯共存，但在FSHRKO的小鼠上還未能確定垂體和血中的雄激素水平的變化。

2 基因過量表達(over expression)形成的類PCOS模型

2.1 黃體生成素轉(zhuǎn)基因鼠

一些臨床研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)高分泌的黃體生成素(luteinizing hormone，LH)與PCOS的相關(guān)性，證實慢性升高的LH會降低生育能力［9］。LH轉(zhuǎn)基因小鼠模型［10］表現(xiàn)為LH過表達，卵巢的顯著增大，卵巢形成囊腫卵泡和顆粒細胞瘤;排卵稀發(fā)，維持著較長的黃體期;睪酮和雌二醇水平增加。這些病理研究證明LH的持續(xù)緩慢高分泌與多囊卵巢的形成，卵巢腫瘤的發(fā)生以及不孕之間的相關(guān)性。但是在LH水平持續(xù)升高的同時也產(chǎn)生了與PCOS無關(guān)的其他表型，像卵巢腫瘤以及黃體細胞過多而擴張的卵巢，提示盡管LH可能與PCOS發(fā)病原因相關(guān)，但LH水平單純性升高不至于引起PCOS的發(fā)生［11］。

2.2 人絨毛膜促性腺激素αβ轉(zhuǎn)基因鼠

人絨毛膜促性腺激素 (human chorionic gonado-tropin，hCG)是異二聚體 (非共價結(jié)合的α亞基和β亞基)糖蛋白激素超家族中的一員，hCGβ亞基在多個組織中廣泛表達［12］。金屬硫蛋白 (metallothionein，MT)-hCGβ 轉(zhuǎn)基因雌性小鼠模型［13］，表現(xiàn)為多囊卵巢、卵泡生成功能障礙、無生育能力。MT-hCGβ雌性小鼠的卵巢中，卵泡生成出現(xiàn)障礙，并且沒有竇狀卵泡或黃體細胞，表明這種轉(zhuǎn)基因雌性小鼠沒有正常的卵泡生長周期。血清分析顯示，雌激素水平在不斷升高。組織學分析提示，卵巢中含有大量出血型和囊腫型卵泡，并伴隨有卵泡內(nèi)膜層的擴大，基質(zhì)細胞增殖。然而，MT-hCGβ雌性小鼠出現(xiàn)這些表型的原因，也有可能是周圍因素的改變或者是hCGβ亞基直接作用在卵巢上產(chǎn)生的結(jié)果。

2.3 卵巢神經(jīng)生長因子轉(zhuǎn)基因鼠

卵巢神經(jīng)生長因子(nerve growth factor，NGF)能夠促進卵泡的生長發(fā)育并排卵。NGF轉(zhuǎn)基因雌性小鼠［14］，NGF過量表達，卵巢排卵能力下降，伴隨著血中LH水平持續(xù)而緩慢的升高，進一步導致多囊性前體卵泡的形成;血漿中17-羥孕酮，雌酮和睪酮水平顯著升高;青春期延遲和生育率低下。與野生型卵巢相比，轉(zhuǎn)基因雌性小鼠卵巢中攜帶的通過17α-羥化酶基因啟動子針對膜間質(zhì)細胞產(chǎn)生的NGF更多，并受交感神經(jīng)的高度支配;竇狀卵泡生長捕獲使得中等大小的卵泡聚集，其中很多是凋亡細胞。提示，卵巢中NGF的過量表達是多囊卵巢形成的重要因素之一。但是這種轉(zhuǎn)基因小鼠只有伴隨著LH水平持續(xù)而緩慢的升高時，卵巢才會發(fā)生多囊性的改變。

2.4 纖溶酶原激活物抑制劑(plasminogen Activator Inhibitor，PAI)-1 轉(zhuǎn)基因鼠

纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1)是卵泡生長發(fā)育以及卵泡閉鎖的關(guān)鍵物質(zhì)。一些研究顯示:PCOS患者 PAI-1的水平和活性均明顯升高［15］，PAI-1 4G/5G多態(tài)性將增加形成PCOS的風險［16］。

PAI-1轉(zhuǎn)基因雌性小鼠模型［17］，表現(xiàn)為 PAI-1持續(xù)高表達;血清睪酮水平是野生型小鼠的兩倍左右;大部分的PAI-1產(chǎn)生于纖溶酶原激活物特異性表達顆粒細胞的間質(zhì)中。異常升高的PAI-1使得纖溶酶原系統(tǒng)的平衡被打破，將會加劇早期囊泡的過多出現(xiàn)，破壞了囊泡的發(fā)育以及優(yōu)勢囊泡的選擇和排卵，這一變化導致了卵巢動態(tài)結(jié)構(gòu)的缺失及卵泡的退化或閉鎖。這種轉(zhuǎn)基因小鼠能夠表現(xiàn)出卵巢多囊的特點和持續(xù)的睪酮升高，但沒有代謝方面的障礙。因此，這種模型可能應用于研究PCOS患者代謝方面的機制。

3 總結(jié)與展望

上述通過基因手段所建立的轉(zhuǎn)基因雌性小鼠模型，雖取得了一些重要的進展，但仍未能涵蓋PCOS的生殖和代謝的所有特點。這說明PCOS并不是單基因相關(guān)的疾病，可能在microRNA、表觀遺傳和蛋白組學等方面有更復雜的機制。但這些轉(zhuǎn)基因動物模型，或多或少地反映了PCOS的部分特點，如遺傳、內(nèi)分泌、代謝、形態(tài)學變化等，為不同方向的研究提供了線索和思路。

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