卵泡液代謝組學(xué)與相關(guān)疾病的研究進(jìn)展

于陽洋，孫振高

(1.山東中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，濟(jì)南 250011； 2.山東中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，濟(jì)南 250000)

卵泡液為卵母細(xì)胞的發(fā)育提供了微環(huán)境，在卵泡生長、卵母細(xì)胞成熟和排卵的生理過程中起重要作用。卵母細(xì)胞周圍卵泡液的某些生化特性可能對卵母細(xì)胞質(zhì)量及受精和胚胎發(fā)育具有重要作用。卵泡液由周圍顆粒細(xì)胞產(chǎn)生的分泌物以及局部毛細(xì)血管擴(kuò)散的血清組成，同時還包含跨越血濾泡屏障的血漿成分以及顆粒細(xì)胞和膜細(xì)胞分泌的活性產(chǎn)物[1]。顆粒細(xì)胞和膜細(xì)胞分泌的活性產(chǎn)物含有大量的蛋白質(zhì)、代謝物、離子化合物和調(diào)節(jié)因子。卵泡液蛋白質(zhì)(腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-6、波形蛋白、酶類-1和促黃體生成素)和代謝物組成與卵母細(xì)胞受精、胚胎發(fā)育以及妊娠能力相關(guān)[2-3]。卵母細(xì)胞質(zhì)量或發(fā)育能力是活胚發(fā)育的內(nèi)在要求，目前常規(guī)體外受精對卵母細(xì)胞的評估有限，受精后胚胎的發(fā)育潛力主要取決于胚胎的細(xì)胞發(fā)育階段和形態(tài)，此種評價方式存在很大的不足[4]。卵泡液代謝組學(xué)研究對評價及預(yù)測卵母細(xì)胞體外受精和胚胎發(fā)育的潛能、育齡女性的妊娠能力、活產(chǎn)率以及指導(dǎo)孕期用藥具有重大意義[4-6]。但目前關(guān)于婦科疾病的卵泡液代謝組學(xué)研究相對較少，現(xiàn)就近年來常見的影響女性生殖能力及生活質(zhì)量的婦科疾病的卵泡液代謝組學(xué)研究進(jìn)展予以綜述，以期為相關(guān)婦科疾病的早期診斷和鑒別提供幫助。

1 代謝組學(xué)概述

代謝組是某種狀態(tài)下細(xì)胞、組織、器官或生物體的所有內(nèi)源性小分子代謝物的集合。代謝組學(xué)是通過分析代謝產(chǎn)物理解生物系統(tǒng)和預(yù)測生物行為結(jié)果的學(xué)科，可反映外界刺激或遺傳修飾的細(xì)胞或組織代謝應(yīng)答變化，常利用磁共振成像和質(zhì)譜檢測技術(shù)分析生物的體液代謝物，但此方法對生物樣品代謝物的鑒定仍存在重大缺陷[7]。代謝組學(xué)通過鑒定不同樣本以及不同階段生物代謝物的含量對生物系統(tǒng)的變化規(guī)律以及相關(guān)行為結(jié)局進(jìn)行深入研究。

2 多囊卵巢綜合征的卵泡液代謝組學(xué)研究

2.1多囊卵巢綜合征(polycystic ovarian syndrome，PCOS)卵泡液代謝組學(xué)鑒定 PCOS是常見的由多種原因?qū)е碌纳澈蛢?nèi)分泌代謝疾病，影響全世界約10%的育齡女性[8]。PCOS的臨床表現(xiàn)多樣，主要包括高雄激素血癥、月經(jīng)不規(guī)律或稀發(fā)以及卵巢多囊形態(tài)。PCOS患者常表現(xiàn)為肥胖、多毛癥、胰島素抵抗和血脂異常等。此外，PCOS患者患子宮內(nèi)膜癌和心血管疾病的風(fēng)險也增加[5]。有研究通過比較非PCOS女性與PCOS患者的卵泡液蛋白庫，鑒定出PCOS 患者卵泡液中有770個具有不同調(diào)節(jié)作用的蛋白，且PCOS患者較非PCOS女性存在186個差異表達(dá)蛋白，其中99個蛋白表達(dá)上調(diào)、87個蛋白表達(dá)下調(diào)[9]。參與卵泡發(fā)育的蛋白主要包括雙調(diào)蛋白、硫酸肝素蛋白多糖2、腫瘤壞死因子、阿爾法誘導(dǎo)蛋白、纖溶酶原和淋巴管內(nèi)皮透明質(zhì)酸受體、金屬蛋白酶組織抑制劑1、胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白-2、胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白-3、胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白-4、胰島素樣生長因子2、凝血因子Ⅱ、超氧化物歧化酶3和纖溶酶原[9]。PCOS患者卵泡液中載脂蛋白前體和多克隆抗體的蛋白表達(dá)水平較健康人群高，存在胸苷激酶原、細(xì)胞角蛋白、抗凝血酶、人纖維蛋白原α鏈前體1亞型、轉(zhuǎn)鐵蛋白、膜聯(lián)蛋白6種過度表達(dá)蛋白[8]。

2.2PCOS與非PCOS卵泡液能量代謝差異 PCOS 患者與非PCOS患者的卵泡液能量代謝存在差異，PCOS患者卵泡液的乳酸水平較低，血脂和葡萄糖水平較高。通過磁共振成像分析PCOS患者卵泡液的研究發(fā)現(xiàn)，不同能量代謝中間體水平與PCOS存在相關(guān)性，PCOS患者的代謝差異可能由卵泡的雄激素化引起，其胰島素敏感性可能調(diào)節(jié)顆粒細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)，并可能通過降低卵母細(xì)胞對葡萄糖的攝取來控制卵母細(xì)胞的能力，從而控制能量代謝[10]。代償機(jī)制產(chǎn)生的過多雌激素可能作用于PCOS卵母細(xì)胞，改變卵泡液的成分，并對生理卵母細(xì)胞的成熟和質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

2.3PCOS與控制性卵巢刺激的共同卵泡液代謝組學(xué) 控制性卵巢刺激超反應(yīng)是PCOS患者體外受精過程的重要特征之一，但非PCOS不孕患者的體外受精過程也可能表現(xiàn)為控制性卵巢刺激超反應(yīng)。對卵泡液代謝特征與控制性卵巢刺激超反應(yīng)關(guān)系以及對體外受精患者卵泡液的分析發(fā)現(xiàn)，控制性卵巢刺激超反應(yīng)者和控制性卵巢刺激正常反應(yīng)者的卵泡產(chǎn)生、卵母細(xì)胞和胚胎質(zhì)量以及多種物質(zhì)代謝均存在差異[11]?？刂菩月殉泊碳ふ７磻?yīng)者有14個生物標(biāo)志物表達(dá)上調(diào)，分別為脂肪酸、二酰甘油、三酰甘油、神經(jīng)酰胺、鞘氨醇-1-磷酸、磷脂酰膽堿和鞘磷脂、a1-抗胰蛋白酶、載脂蛋白A～I(xiàn)和轉(zhuǎn)鐵蛋白、絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶、LCB2、蘇氨酸蛋白激酶、DNA損傷自噬調(diào)整蛋白、白細(xì)胞介素[11]。

3 卵泡液代謝組學(xué)與子宮內(nèi)膜異位癥的相關(guān)研究

3.1子宮內(nèi)膜異位癥(endometriosis，EMT)的卵泡液代謝組學(xué) EMT是一種慢性婦科疾病，影響10%～32%的育齡婦女，可能導(dǎo)致不孕[12]。對卵泡液蛋白質(zhì)譜的研究有助于闡明與EMT相關(guān)的生物標(biāo)志物。對能夠受孕或不能受孕EMT患者與無EMT成功受孕女性蛋白譜的分析顯示，各組間有29個差異表達(dá)點(diǎn)，并鑒定出21種蛋白，表明EMT患者蛋白質(zhì)組存在一定的功能富集，并發(fā)現(xiàn)了與異位子宮內(nèi)膜損害有關(guān)的蛋白質(zhì)(如載脂蛋白AIV、轉(zhuǎn)抑素、補(bǔ)體因子等)[12]。研究表明，EMT可導(dǎo)致卵泡液中不同的蛋白表達(dá)，從而影響妊娠結(jié)局，可見對相關(guān)蛋白表達(dá)差異的研究有助于診斷EMT，并可發(fā)現(xiàn)治療EMT的潛在靶點(diǎn)，有助于進(jìn)一步了解EMT的生理病理機(jī)制[13]。

3.2EMT的潛在生物代謝組學(xué)標(biāo)志物 EMT存在明顯的潛在生物代謝組學(xué)標(biāo)志物。研究發(fā)現(xiàn)，EMT患者卵泡液中葡萄糖、乳酸、乙酸不飽和脂質(zhì)的水平較高，β羥丁酸、檸檬酸、纈氨酸、琥珀酰輔酶(重要的支鏈氨基酸)的水平較低[14]。EMT患者葡萄糖水平的升高主要?dú)w因于糖酵解，而顆粒細(xì)胞的糖酵解增加可導(dǎo)致乳酸水平升高，可見EMT的發(fā)生可能與促炎細(xì)胞因子(腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-1β等)的過度表達(dá)相關(guān)[15]。EMT患者卵泡液的乳酸及部分促炎細(xì)胞因子水平升高，PCOS與EMT患者卵泡液的部分代謝產(chǎn)物相同，相同代謝產(chǎn)物亦有相同趨勢(即葡萄糖水平升高以及醋酸和β羥丁酸水平降低)，且EMT患者的炎癥過程與乳酸水平升高和纈氨酸水平降低有關(guān)[16]。對EMT患者卵泡液體磷脂含量的分析表明，EMT患者卵泡液中乳酸、胰島素、人重組穿透素-3、CXC趨化因子配體8、CXC趨化因子配體10、CC趨化因子配體11和血管內(nèi)皮生長因子的含量較高，而脂肪酸、賴氨酸、膽堿、葡萄糖、天冬氨酸、丙氨酸、亮氨酸、纈氨酸、脯氨酸、膽堿磷酸、總?cè)樗崦摎涿讣叭樗崦摎涿?3同種型的含量均較非EMT患者低[17]。應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)檢測EMT患者卵母細(xì)胞周圍卵丘細(xì)胞的人乳酸脫氫酶B、人重組穿透素-3和胰島素受體水平的研究發(fā)現(xiàn)，EMT患者卵母細(xì)胞質(zhì)量降低與以上分子水平有關(guān)[16]。由此可見，應(yīng)用不同的試驗(yàn)方法可能有助于理解復(fù)雜疾病的潛在機(jī)制，并更好地對EMT患者進(jìn)行臨床管理。

3.3EMT的卵泡液氧化應(yīng)激相關(guān)代謝物 與非EMT患者相比，EMT患者卵泡液的氧化應(yīng)激反應(yīng)水平較高。研究發(fā)現(xiàn)，EMT患者血清谷胱甘肽和超氧化物歧化酶以及卵泡液中8-羥基-2′-脫氧鳥苷和維生素E的水平較高，而血清總抗氧化物的水平較低，并首次證實(shí)了氧化性DNA損傷的存在，表明EMT患者體內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)，可能與EMT患者卵母細(xì)胞質(zhì)量受損及EMT相關(guān)不孕的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[18]。

3.4EMT的卵泡液脂質(zhì)代謝組學(xué) EMT可影響卵巢的早期卵泡發(fā)育，導(dǎo)致卵巢原始卵泡儲備缺乏，進(jìn)一步導(dǎo)致不孕的發(fā)生。比較經(jīng)體外受精成功妊娠輸卵管因素不孕患者與EMT患者卵泡液中磷脂酰甘油磷酸酯、磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸和磷脂酰諾西醇二磷酸水平的研究顯示，EMT患者的鞘磷脂和磷脂酰膽堿含量較高，表明EMT患者與非EMT患者的脂質(zhì)表達(dá)存在差異，且脂質(zhì)表達(dá)在卵巢EMT的疾病進(jìn)展中起重要作用[17,19]。因此，脂類代謝組學(xué)的研究可能有助于發(fā)現(xiàn)潛在生物標(biāo)志物。

3.5EMT早期無創(chuàng)評估的潛在工具 差異代謝物譜可能是早期無創(chuàng)評估EMT患者卵母細(xì)胞發(fā)育潛能的新工具。比較EMT患者與非EMT患者卵泡液代謝物差異的病例對照研究發(fā)現(xiàn)，植物紅素、溶血蛋白(18∶2)、溶血蛋白(18∶0)3種代謝物與EMT相關(guān)不孕癥密切相關(guān)；EMT患者溶血卵磷脂(18∶2)和溶血卵磷脂(18∶0)上調(diào)，而鞘氨醇下調(diào)；首次采用SWATHTM數(shù)據(jù)采集模式對EMT患者卵泡液進(jìn)行代謝組學(xué)研究，對卵泡液的代謝產(chǎn)物進(jìn)行了鑒別和圖譜分析；此外，還發(fā)現(xiàn)以上差異代謝物參與細(xì)胞增殖和凋亡、能量代謝、炎癥反應(yīng)和血管生成[20-21]。

4 卵泡液代謝組學(xué)與復(fù)發(fā)性流產(chǎn)的鑒定

懷孕20～28周前至少發(fā)生3次連續(xù)妊娠損失稱為復(fù)發(fā)性流產(chǎn)。免疫學(xué)、解剖學(xué)、內(nèi)分泌學(xué)、遺傳、感染、染色體異常以及環(huán)境因素均可導(dǎo)致習(xí)慣性流產(chǎn)。對正常人群和復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者血樣標(biāo)本蛋白質(zhì)組學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，正常人群與復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者的21種血樣標(biāo)本蛋白質(zhì)存在差異表達(dá)，其中復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者的間α胰蛋白酶、α胰蛋白酶H4重鏈高表達(dá)，因此可將α胰蛋白酶H4重鏈作為診斷復(fù)發(fā)性流產(chǎn)的生物標(biāo)志物[22]。

5 子癇與PCOS的共同代謝組學(xué)

子癇指妊娠期高血壓疾病基礎(chǔ)上發(fā)生的不明原因的抽搐，可發(fā)生在產(chǎn)前、產(chǎn)時、產(chǎn)后，也可發(fā)生于子癇前期或血壓升高不顯著、蛋白尿升高不明顯的病例。子癇病因不明，可能涉及母體、胎盤和胎兒等多種因素，包括滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲異常、免疫調(diào)節(jié)功能異常、內(nèi)皮細(xì)胞損傷、遺傳因素和營養(yǎng)因素等。用于診斷子癇的192種蛋白質(zhì)組學(xué)標(biāo)志物與PCOS標(biāo)志物數(shù)據(jù)庫的蛋白質(zhì)存在交叉，對子癇和PCOS患者蛋白質(zhì)組學(xué)標(biāo)志物的研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)鐵蛋白、纖維蛋白原α/β/γ鏈變體、激肽原1、膜聯(lián)蛋白2和過氧化物酶2 五種蛋白質(zhì)組學(xué)標(biāo)志物可在子癇和PCOS患者表達(dá)，且子癇和PCOS患者的轉(zhuǎn)鐵蛋白纖維蛋白原b和 g鏈變體以及激肽原1的表達(dá)均增加，膜聯(lián)蛋白2和過氧化物酶2的表達(dá)降低[23]。

6 卵泡液代謝組學(xué)與卵巢低反應(yīng)

6.1卵巢低反應(yīng)(poor ovarian responders，POR)的卵泡液代謝組學(xué)生物標(biāo)志物 在體外受精/胚胎移植周期中，卵巢控制刺激中的POR較為重要。假設(shè)體外受精的不良反應(yīng)與炎癥反應(yīng)有關(guān)，通過相關(guān)研究鑒定出許多不同表達(dá)的炎癥調(diào)節(jié)蛋白，其中卵透明帶蛋白、跨膜糖蛋白、人源全長重組蛋白、性激素結(jié)合球蛋白是體外受精POR的候選生物標(biāo)志物，而卵透明帶蛋白、跨膜糖蛋白、人源全長重組蛋白對鑒定POR具有重要意義[23]。另有研究發(fā)現(xiàn)，POR患者卵泡液的血管內(nèi)皮生長因子表達(dá)增加[24-25]。

6.2POR和卵巢高反應(yīng)的代謝組學(xué)差異標(biāo)志物 隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，體外受精/顯微受精(卵胞漿內(nèi)單精子顯微注射)等輔助生殖技術(shù)廣泛應(yīng)用于臨床[26-27]。對PCOS患者的單因素代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，POR與卵巢高反應(yīng)體外受精/顯微受精PCOS患者的血清和卵泡液鳶尾素水平不同，而接受體外受精/顯微受精PCOS患者的血清和卵泡液鳶尾素水平差異無統(tǒng)計學(xué)意義；POR患者血清鳶尾素水平明顯高于卵泡液鳶尾素水平，且PCOS患者卵泡液鳶尾素水平與血清鳶尾素水平呈顯著正相關(guān)(r=0.81，P<0.01)；血清鳶尾素與血清總睪酮水平呈正相關(guān)，但與PCOS患者總體胰島素敏感指數(shù)呈負(fù)相關(guān)；卵泡液鳶尾素水平與胰島素抵抗呈負(fù)相關(guān)；血清鳶尾素水平與抗繆勒管激素水平無相關(guān)性，但卵泡液鳶尾素水平與PCOS患者血清抗繆勒氏管激素水平呈負(fù)相關(guān)；而POR患者抗繆勒氏管激素水平與卵泡液中鳶尾素水平無顯著相關(guān)性(r=0.21，P<0.05)[28]。

7 小 結(jié)

卵泡液代謝組學(xué)為婦科疾病的診斷提供了新的途徑，為相關(guān)疾病潛在靶點(diǎn)的分子治療提供了可能，但目前卵泡液代謝組學(xué)相關(guān)研究仍不充分，尚不能應(yīng)用于臨床實(shí)踐[29]。相關(guān)蛋白對疾病發(fā)生的影響機(jī)制尚不清楚，代謝組學(xué)技術(shù)尚未在生殖研究中廣泛應(yīng)用，對卵泡液蛋白質(zhì)代謝物的深入研究有望顯著改善未來相關(guān)婦科疾病的臨床鑒別診斷，此外，對卵泡液代謝組學(xué)的深入研究將對評價體外受精卵母細(xì)胞質(zhì)量和胚胎發(fā)育潛能以及提高妊娠率具有重要意義[30]。