miRNA在多囊卵巢綜合征發(fā)病中的作用機制研究進展

張攀，孫艷美,張萍萍，張寧，苗繪，李亞麗

(河北省人民醫(yī)院，石家莊 050071)

多囊卵巢綜合征(PCOS)是青春期、育齡期及絕經(jīng)過渡期女性最常見的一種生殖功能障礙與代謝異常并存的內(nèi)分泌紊亂綜合征，是引起無排卵性不孕的主要原因，其主要臨床特點是無排卵、高雄激素血癥、胰島素抵抗(IR)，在女性人群中患病率為5%～22%，在育齡期女性中發(fā)病率可達15%，約占無排卵性不孕癥的75%。PCOS不僅可以引起女性生殖功能障礙和內(nèi)分泌代謝紊亂，還可增加2型糖尿病、心血管疾病的患病風(fēng)險[1]，引起肥胖、代謝綜合癥、妊娠期糖尿病、子宮內(nèi)膜癌等合并癥，這些合并癥將進一步損害生育能力并影響患病女性的心理健康。由于PCOS的臨床表現(xiàn)的復(fù)雜性和高度異質(zhì)性，其確切病因及發(fā)病機制目前并不清楚，許多病因?qū)W因素被假定，包括基因突變、遺傳因素、內(nèi)分泌失衡、環(huán)境及營養(yǎng)因素等。微小RNA(miRNAs)是內(nèi)源性非編碼小分子RNA，作為轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的關(guān)鍵，在正?；虿±項l件下的細胞和組織中起著最基本的作用，可以調(diào)控多種生物過程，包括細胞增殖、發(fā)育、分化、死亡，DNA修復(fù)、免疫功能等，參與了多種疾病的發(fā)生發(fā)展過程。研究表明，有一半以上的miRNAs位于癌相關(guān)基因組區(qū)域，提示miRNAs的異常表達在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中可能起重要作用，包括肝癌、肺癌、食管癌等[2]。此外研究發(fā)現(xiàn)一些miRNAs的異常表達還與心血管疾病、子宮內(nèi)膜異位癥、PCOS等相關(guān)。現(xiàn)將與PCOS有關(guān)的miRNAs及其作用機制做一綜述。

1 與PCOS相關(guān)的miRNAs

miRNAs是由19～25個核苷酸組成，高度保守的內(nèi)源性非編碼小分子RNA，其表達具有時空特異性，通過對靶基因mRNA的3′非編碼區(qū)(3′UTR)的堿基配對，使mRNA降解或翻譯抑制，從而對基因表達進行調(diào)控。miRNAs大量存在于血清、卵泡液等組織中并可自由傳播，在卵巢激素的生成、卵泡發(fā)育及閉鎖過程中發(fā)揮重要作用[1]，而激素水平及卵泡發(fā)育的異常是PCOS的主要臨床特征[2]。Yang等[3]研究發(fā)現(xiàn)一些miRNAs通過靶向作用于TGF-β受體2，及對TGF-β/Smad信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的作用參與并啟動了始基卵泡的生成；Maalouf等[4]研究發(fā)現(xiàn)一些miRNAs對原始卵泡的形成和維持起重要作用。miRNAs可能通過調(diào)節(jié)顆粒細胞的增殖、凋亡對卵泡發(fā)育產(chǎn)生影響。此外研究表明miRNAs的異常表達也參與了胰島素抵抗(IR)，PCOS患者的IR率達到50%～70%，且IR又被認為是PCOS發(fā)病機理的核心。miRNAs可能通過對胰島素信號通路中的關(guān)鍵性蛋白絲裂原活化蛋白激酶、胰島素樣生長因子1、胰島素受體底物、蛋白激酶B和促性腺激素釋放激素進行調(diào)控，從而使通路異常，導(dǎo)致IR[5]，進而促進PCOS的發(fā)生和發(fā)展。目前研究發(fā)現(xiàn)，miR-320a、miR-145、miR-483、miR-93在PCOS 女性中表達異常，推測這些miRNAs可能與PCOS的發(fā)病機制相關(guān)。

2 miRNAs在PCOS發(fā)病中的作用機制

2.1 miR-320a miR-320a是多種腫瘤的抑制基因，其異常性表達多與惡性腫瘤相關(guān)[6]。在女性生殖系統(tǒng)中miR-320a表達水平與卵母細胞發(fā)育情況緊密相關(guān)，其表達水平的正常維持是卵母細胞發(fā)育的必要條件，具有較多成熟卵母細胞患者的卵泡液中miR-320a水平更高[7]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)PCOS患者血清中miR-320a表達下調(diào)，卵丘細胞(CCs)中miR-320a表達明顯下調(diào)，顆粒細胞中miR-320a的表達呈上調(diào)趨勢，而miR-320a在卵泡液中的表達存在爭議，一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)miR-320a在PCOS卵泡液中表達上調(diào)，而Sang等[8]發(fā)現(xiàn)miR-320a在PCOS卵泡液中表達下調(diào)。CCs和卵泡液是雌激素合成的主要場所，miR-320a在CCs中富集。Zhang等[9]檢測了幾種類固醇激素合成酶的表達，發(fā)現(xiàn)miR-320a抑制僅僅損害CYP11A1和CYP19A1表達，其直接針對Runx2的3′UTR通過調(diào)節(jié)Runx2/CYP11A1(CYP19A1)級聯(lián)反應(yīng)來增強CCS的類固醇激素生成，推測miR-320a/Runx2/CYP11A1(CYP19A1)的級聯(lián)反應(yīng)缺陷是PCOS患者CCs中雌激素合成缺乏的可能機制。此外miR-320a可靶向作用于轉(zhuǎn)錄因子E2F1和SF-1抑制雌激素的合成及顆粒細胞的增殖，促進睪酮和孕酮的產(chǎn)生。miR-320a不僅可以影響PCOS相關(guān)激素分泌和顆粒細胞增殖，還可以影響胰島素敏感性[10]。有研究推測miR-320a可能通過胰島素PI3K信號通路降低胰島素敏感性[11]。此外，miR-320a的表達還受到其他因素的影響。卵泡刺激素使miR-320a表達下調(diào)；miR-383具有增強miR-320a表達并增強其抑制顆粒細胞增殖的作用[10]。

2.2 miR-145 miR-145作為一種腫瘤抑制基因，可以下調(diào)各種腫瘤如肝癌、胃癌、乳腺癌等發(fā)生[12]，然而miR-145在人類卵母細胞的周圍顆粒細胞(GCs)中的具體作用仍沒有報道。GCs是局部合成雌激素的主要場所，可以刺激卵泡生長，并提供內(nèi)分泌信號到其他組織。最近研究發(fā)現(xiàn)PCOS女性存在GCs功能障礙[13]。Cai等[14]發(fā)現(xiàn)患有PCOS女性卵泡液分離GCs中miR-145的表達降低，且GCs中miR-145表達抑制細胞存活率和DNA合成水平，促進GCS細胞凋亡。

miR-145抑制細胞增殖的潛在機制與靶向抑制胰島素受體底物(IRS1)表達有關(guān)，IRS1是IRS家族的主要成員，在癌癥中介導(dǎo)細胞增殖和胰島素代謝的過程[15]。在PCOS患者，GCs細胞 IRS1基因是miR-145的靶基因，miR-145抑制IRS1蛋白表達。miR-145及其靶基因IRS1共同調(diào)節(jié)PCOS患者GCs細胞增殖。最近的研究表明，PCOS患者IRS1可以通過PI3K/AKT和MAPK/ERK兩條信號通路，調(diào)節(jié)細胞代謝及調(diào)亡，前者主要參與細胞代謝過程中的胰島素調(diào)節(jié)，后者主要是與細胞的生長、分化凋亡有關(guān)[16]。miR-145通過靶向抑制IRS1的表達抑制細胞增殖，從而抑制PCOS患者GCS的MAPK/ERK信號通路。然而高濃度的胰島素下調(diào)miR-145表達，上調(diào)IRS1表達，并促進細胞增殖。有趣的是，MAPK/ERK信號通路對PI3K信號通路的具有負反饋效應(yīng)，導(dǎo)致PCOS患者IR的形成。這些研究表明miR-145表達不僅抑制GC增殖，也可能改善PCOS患者的IR。

2.3 miR-483 miR-483是一種在多種真核生物中存在的mi RNAs，多用于肝癌、軟骨癌、缺血性心臟病的診斷[17]。miR-483-5p是人卵泡液中含量最多的一種miRNA，可以調(diào)節(jié)孕酮水平、影響卵巢的功能。研究發(fā)現(xiàn)miR-483-5p在PCOS患者卵丘顆粒細胞、卵泡液中均表現(xiàn)為高表達，其通過Notch信號和MAPK通路靶向調(diào)控Notch3和MAPK3，在PCOS疾病發(fā)展中存在抑制作用[18]。此外研究發(fā)現(xiàn)miR-483-5p可以促進PCOS患者的GCs細胞的增殖，且在降低IR方面發(fā)揮重要作用[19]。miR-483-3p位于胰島素樣生長因子2基因的第二內(nèi)含子內(nèi)，研究表明，miR-483-3p與人類多種腫瘤相關(guān)[20]。最近研究發(fā)現(xiàn)PCOS患者卵丘細胞miR-483-3p表達與正常對照組相比是下降的。Xiang等[21]報道m(xù)iR-483-3p可能通過靶向作用IGF1抑制人卵巢顆粒細胞(KGN細胞)增殖從而阻滯細胞周期。IGF1是胰島素相關(guān)肽，參與IR的發(fā)生發(fā)展[22]。雙熒光素酶報告基因分析表明IGF1是miR-483直接靶基因，推測IGF1是miR-483抑制 KGN細胞增殖的關(guān)鍵，其可以促進KGN細胞增殖，并通過miR-483反向抑制細胞活力。IGF1及miR-483都可被胰島素調(diào)控，對KGN細胞進行胰島素治療可以抑制miR-483表達，提高IGF-1，誘導(dǎo)細胞增殖。此外，CCNB1、CCND1和CDK2是3個與細胞周期阻滯相關(guān)的重要的調(diào)控因子，miR-483可以對這些因子的表達進行調(diào)控，誘導(dǎo)細胞周期阻滯，從而進一步抑制KGN細胞增殖[21]。

2.4 miR-93 miR-93是miRNAs的內(nèi)含子，它的轉(zhuǎn)錄是集中在高度保守的微小染色體MCM7的第13區(qū)內(nèi)含子[23]。研究發(fā)現(xiàn)miR-93表達在PCOS患者脂肪組織中存在異常，同時發(fā)現(xiàn)IR的脂肪細胞含有差異性表達的miRNA譜[24]。Wu等[25]的一項研究發(fā)現(xiàn)miR-93在PCOS和IR非PCOS女性的脂肪組織中的表達增高，但其宿主基因MCM7在PCOS患者中的表達變化卻和miR-93不一致，MCM7在這些個體脂肪組織表達均下調(diào)，且在PCOS并IR的女性中表達更低。miR-93過度表達直接抑制葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4表達，降低葡萄糖代謝和胰島素敏感性，從而加重PCOS患者的IR[24]。類似于miR-93的表達，其它MCM7內(nèi)含子區(qū)域內(nèi)miR家族成員的表達(miR-25和miR-106b)與MCM7表達也不平行。miR-25、miR-106b只在IR女性脂肪組織中過度表達，無論是否是PCOS狀態(tài)。但是miR-25在PCOS合并 IR的女性脂肪組織中表達更高。miR-25/93/106b與宿主基因MCM7的差異性表達的可能機制包括不同轉(zhuǎn)錄的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)錄后miRNA的調(diào)控，或miRNA內(nèi)含子宿主基因的獨立表達[26]。之前報道小鼠成骨細胞miR-93單個啟動子區(qū)是在miR-93轉(zhuǎn)錄起始位點上游(TSS)的特異性鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子7，是骨礦化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[27]。這些miRNAs每一個都具有自己的啟動子，Monteys等[28]研究發(fā)現(xiàn)一個獨立的TSS及TSS附近的miR-25、miR-93、miR-106b有不同的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點，進一步支持了這一假設(shè)。此外MCM7蛋白的表達與體內(nèi)空腹血糖呈負相關(guān)，因此細胞外循環(huán)血糖對脂肪組織中miR-25/93/106b及MCM7的不一致表達起到了重要作用。這就進一步說明這些miRNAs可能有自己獨特的管理機制，在PCOS和/或IR女性表現(xiàn)為功能失調(diào)或異常。

RNA結(jié)合蛋白(RBPs)可以控制miRNA的生物合成、定位、活性和降解，因此對miRNA的表達有影響[26]。RBPs通常針對單個miRNA家族，起到具體的、合理的、尚未確定的作用，RBPs在miR-25/93/106b及MCM7不一致的表達中可能發(fā)揮作用，具體機制還需進一步研究。

綜上所述，PCOS是一個多因子高度異質(zhì)性的綜合征。miRNAs在卵泡發(fā)育和維持生育能力方面扮演著重要角色。使用高通量分析研究PCOS患者的miRNAs發(fā)現(xiàn)似乎miRNAs表達沒有重疊。這種不一致再一次強調(diào)，PCOS是一個多因子和異質(zhì)性的綜合征，因此識別不同的miRNAs并研究它們對PCOS疾病發(fā)生發(fā)展的作用機制對于了解PCOS的復(fù)雜表觀遺傳調(diào)控機制是非常必要的。血清及卵泡液中miR-320的差異表達使miR-320可能作為新的生物標(biāo)記物，為PCOS的診治提供新的思路。然而miR-320在PCOS患者卵泡液、顆粒細胞中的差異性表達仍存在爭議，這些存在矛盾的結(jié)果可能是因為研究個體及實驗方法的不同，因此對miR-320在PCOS中的表達及具體作用機制有待進一步研究。研究認為miR-145是改善PCOS患者GCS功能障礙的一個新的有前途的分子靶點，然而miR-145調(diào)節(jié)IR的精確機制值得進一步研究。研究表明miRNA-483-5p在PCOS疾病發(fā)展中存在抑制作用，miR-483-3p被證明可能通過抑制胰島素樣生長因子1抑制KGN細胞增殖和阻滯細胞周期，這意味著miR-483可以作為新的診斷PCOS的潛在生物標(biāo)志物，并為PCOS的治療提供新思路。此外，miR-25/93/106b在IR和/或PCOS發(fā)展中扮演著一個重要角色，但需要進一步的研究確定miR-25/93/106b對PCOS疾病的發(fā)展是否有促進作用及RBPs在這個過程中是否參加。通過對這些miRNAs的目標(biāo)基因及作用通路的研究，將有助于更好地了解miRNAs在PCOS發(fā)病機制中的作用。

[1] Pinola P, Puukka K, Piltonen TT, et al. Normo- and hyperandrogenic women with polycystic ovary syndrome exhibit an adverse metabolic profile through life[J]. Fertil Steril, 2017,107(3):788-795.

[2] Munker R, Calin GA. MicroRNA profiling in cancer[J]. Clin Sci (Lond), 2011,121(4):141-158.

[3] Yang S, Wang S, Luo A, et al. Expression patterns and regulatory functions of microRNAs during the initiation of primordial follicle development in the neonatal mouse ovary[J]. Biol Reprod, 2013,89(5):126.

[4] Maalouf SW, Liu WS, Pate JL. MicroRNA in ovarian function[J]. Cell Tissue Res, 2016,363(1):7-18.

[5] Chakraborty C, Doss CG, Bandyopadhyay S, et al. Influence of miRNA in insulin signaling pathway and insulin resistance: micro-molecules with a major role in type-2 diabetes[J]. Wiley Interdiscip Rev RNA, 2014,5(5):697-712.

[6] Chen C, Zhao Z, Liu Y, et al. microRNA-99a is downregulated and promotes proliferation,migration and invasion in non-small cell lung cancer A549 and H1299 cells[J]. Oncol Lett, 2015,9(3):1128-1134.

[7] Scalici E, Traver S, Mullet T, et al. Circulating microRNAs in follicular fluid, powerful tools to explore in vitro fertilization process[J]. Sci Rep, 2016,22(6):24976.

[8] Sang Q, Yao Z, Wang H, et al. Identification of microRNAs in human follicular fluid: characterization of microRNAs that govern steroidogenesis in vitro and are associated with polycystic ovary syndrome in vivo[J]. J Clin Endocrinol Metab, 2013,98(7):3068-3079.

[9] Zhang CL, Wang H, Yan CY, et al. Deregulation of RUNX2 by miR-320a deficiency impairs steroidogenesis in cumulus granulosa cells from polycystic ovary syndrome (PCOS) patients[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2017,482(4):1469-1476.

[10] Surrey ES. Endometriosis-Related Infertility:The Role of the Assisted Reproductive Technologies[J]. Biomed Res Int, 2015,2015:482959.

[11] Hamdan M, Dunselman G, Li TC, et al. The impact of endometrioma on IVF/ICSI outcomes:a systematic review and meta-analysis[J]. Hum Reprod Update, 2015,21(6):809-825.

[12] Ding W, Tan HB, Zhao C, et al. MiR-145 suppresses cell proliferation and motility by inhibiting ROCK1 in hepatocellular carcinoma [J] . Tumour Biol, 2016，37(5):6255-6260.

[13] Artimani T, Saidijam M, Aflatoonian R, et al. Estrogen and progesterone receptor subtype expression in granulosa cells from women with polycystic ovary syndrome [J]. Gynecol Endocrinol, 2015,31(5):379-383.

[14] Cai G, Ma X, Chen B, et al. MicroRNA-145 Negatively Regulates Cell Proliferation Through Targeting IRS1 in Isolated Ovarian Granulosa Cells From Patients With Polycystic Ovary Syndrome[J]. Reprod Sci, 2017,24(6):902-910.

[15] Aleem E, Nehrbass D, Klimek F, et al. Upregulation of the insulin receptor and type I insulin-like growth factor receptor are early events in hepatocarcinogenesis[J]. Toxicol Pathol, 2011,39(3):524-543.

[16] Ma WC, Liu JX, Chen DS. Research progress of molecular mechanisms of two main signaling pathways for insulin resistance in polycystic ovary syndrome[J]. Acta Acad Emedicinae Qingdao Uniwersitatis, 2015,51(6):745-747.

[17] Li F, Ma N, Zhao R, et al. Overexpression of miR-483-5p/3p cooperate to inhibit mouse liver fibrosis by suppressing the TGF-b stimulated HSCs in transgenic mice[J]. J Cell Mol Med, 2014,18(6):966-974.

[18] Xu B, Zhang YW, Tong XH, et al. Characterization of microRNA profile in human cumulus granulosa cells:Identification of microRNAs that regulate Notch signaling and are associated with PCOS[J]. Mol Cell Endocrinol, 2015,15(404):26-36.

[19]Shi L, Liu S, Zhao W, et al. miR-483-5p and miR-486-5p are down-regulated in cumulus cells of metaphase II oocytes from women with polycystic ovary syndrome[J]. Reprod Biomed Online, 2015，31(4):565-572.

[20] Yi C, Wang Q, Wang L, et al. MiR-663, a microRNA targeting p21 (WAF1/CIP1),promotes the proliferation and tumorigenesis of nasopharyngeal carcinoma[J]. Oncogene, 2012,31(41):4421-4433.

[21] Xiang Y, Song Y, Li Y, et al. miR-483 is Down-Regulated in Polycystic Ovarian Syndrome and Inhibits KGN Cell Proliferation via Targeting Insulin-Like Growth Factor 1 (IGF1)[J]. Med Sci Monit, 2016,23(22):3383-3393.

[22] Djiogue S, Nwabo-Kamdje AH, Vecchio L, et al. Insulin resistance and cancer: The role of insulin and IGFs[J]. Endocr Relat Cancer, 2013,20(1):1-17.

[23] Long J, Wang Y, Wang W, et al. Identification of microRNA-93 as a novel regulator of vascular endothelial growth factor in hyperglycemic conditions[J]. J Biol Chem, 2010,285(30):23457-23465.

[24] Chen YH, Heneidi S, Lee JM, et al. miRNA-93 inhibits GLUT4 and is overexpressed in adipose tissue of polycystic ovary syndrome patients and women with insulin resistance[J]. Diabetes, 2013,62(7):2278-2286.

[25] Wu HL, Heneidi S, Chuang TY, et al. The Expression of the miR-25/93/106b Family of MicroRNAs in the Adipose Tissue of Women With Polycystic Ovary Syndrome[J]. J Clin Endocrinlo Metab, 2014,99(12):2754-2761.

[26] van Kouwenhove M, Kedde M, Agami R. MicroRNA regulation by RNA-binding proteins and its implications for cancer[J]. Nat Rev Cancer, 2011,11(4):644-656.

[27] Li Y, Deng C, Chao C, et al. miR-93/Sp7 function loop mediates osteoblast mineralization[J]. J Bone Miner Res, 2012,27(5):1598-1606.

[28] Monteys AM, Spengler RM, Wan J, et al. Structure and activity of putative intronic miRNA promoters[J]. RNA, 2010,16(7):495-505.