多囊卵巢綜合征卵泡液代謝組學(xué)的研究進(jìn)展

周娟，于琴，嚴(yán)驊

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心，上海 200120)

多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是基因、表觀遺傳和內(nèi)外環(huán)境等多因素相互交叉作用共同影響而成[1]。典型PCOS患者的機(jī)體代謝紊亂，進(jìn)而抑制優(yōu)勢(shì)卵泡生長(zhǎng)，對(duì)子宮內(nèi)膜容受性產(chǎn)生交錯(cuò)繁雜的影響，導(dǎo)致胚胎著床率低，甚至不孕[2]。雖然PCOS患者通過(guò)輔助生殖技術(shù)可以獲取形態(tài)正常的MⅡ卵母細(xì)胞，但在體外受精-胚胎移植(in vitro fertilization-embryo transfer，IVF-ET)過(guò)程中存在卵母細(xì)胞發(fā)育潛能差、胚胎質(zhì)量低等問(wèn)題[3]。卵母細(xì)胞發(fā)育的微環(huán)境由卵泡液、卵丘細(xì)胞和卵母細(xì)胞組成[4]。卵泡液中含有誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟的重要調(diào)節(jié)因子，為卵母細(xì)胞發(fā)育和促進(jìn)優(yōu)勢(shì)卵泡成熟提供獨(dú)特條件[5]。卵泡液能夠反映整個(gè)卵泡的代謝變化，若卵泡液中間產(chǎn)物代謝失衡會(huì)影響卵母細(xì)胞的質(zhì)量及后續(xù)胚胎的發(fā)育潛能。近年來(lái)，代謝組學(xué)已成為系統(tǒng)生物學(xué)領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，并得到了廣泛的研究和應(yīng)用。通過(guò)分析PCOS患者卵泡液的環(huán)境及營(yíng)養(yǎng)變化等，可以為研究PCOS卵母細(xì)胞發(fā)育潛能低下的發(fā)病機(jī)制以及卵泡液中的代謝物影響卵母細(xì)胞質(zhì)量的機(jī)制提供有效證據(jù)?，F(xiàn)就PCOS卵泡液代謝組學(xué)的最新研究進(jìn)展予以綜述。

1 PCOS卵泡液概述

PCOS是一種復(fù)雜而多發(fā)的疾病，臨床表現(xiàn)亦復(fù)雜多變。PCOS患者常出現(xiàn)代謝紊亂，如胰島素抵抗、肥胖、2型糖尿病等，這些異常的代謝指標(biāo)會(huì)反映在血清中。卵泡液可以反映卵泡在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中生化狀態(tài)的信息，它積累了卵母細(xì)胞在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中所需的代謝產(chǎn)物，為顆粒細(xì)胞和卵細(xì)胞提供了特殊的微環(huán)境，對(duì)卵母細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育、獲得優(yōu)質(zhì)卵子以及后續(xù)高質(zhì)量胚胎的形成均有重要影響[6]。卵泡液作為人體組織液中的一種，是血漿的滲出物，循環(huán)生化中的總體代謝環(huán)境變化可以反映在卵泡液成分中[7]。PCOS患者血清中異常的代謝指標(biāo)往往會(huì)反映在卵泡液中，并直接影響PCOS患者卵母細(xì)胞的質(zhì)量。因此，PCOS患者卵泡液在女性生殖功能中是一種不可忽視的生物液體，起著至關(guān)重要的作用。

2 PCOS代謝組學(xué)概述

人體的新陳代謝至關(guān)重要，可以影響所有細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程[8]。代謝組學(xué)是對(duì)生物體內(nèi)代謝中介物及終產(chǎn)物真實(shí)功能狀態(tài)進(jìn)行研究的一門學(xué)科。許多學(xué)者將代謝組學(xué)技術(shù)應(yīng)用于對(duì)PCOS的研究中，目前研究主要集中于觀察血清尿液代謝變化、評(píng)估卵泡液內(nèi)代謝變化以及反映代謝的總體影響等[9-10]。代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，肥胖、胰島素抵抗和代謝綜合征中的葡萄糖代謝、脂肪酸氧化及支鏈氨基酸(branched chain amino acid，BCAA)分解代謝發(fā)生了顯著變化[11]，而肥胖、胰島素抵抗、代謝紊亂亦是典型PCOS患者的主要臨床特征。PCOS患者代謝靈活性受損可導(dǎo)致器官功能障礙，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生、發(fā)展。代謝組學(xué)通過(guò)分析PCOS患者血清、卵泡液、尿液中主要參與代謝的碳水化合物、脂質(zhì)、葡萄糖、氨基酸及類固醇激素等分子，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)PCOS潛在的生物標(biāo)志物，提高PCOS患者的臨床妊娠率。

3 PCOS卵泡液代謝物

3.1葡萄糖與PCOS卵泡液 人體卵泡液中含有的葡萄糖在卵母細(xì)胞發(fā)育成熟中扮演重要角色。隨著卵母細(xì)胞逐漸成熟，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體開始發(fā)揮功能，參與糖代謝，有效地調(diào)節(jié)和利用葡萄糖，其代謝產(chǎn)物可為其他代謝途徑中卵母細(xì)胞核質(zhì)和胞質(zhì)的成熟提供必要底物[12]。葡萄糖能量代謝與卵母細(xì)胞成熟度及潛在的胚胎活力有關(guān)，典型PCOS患者常伴有糖代謝異常。動(dòng)物研究表明，不同的葡萄糖濃度對(duì)卵母細(xì)胞核成熟有不同程度的影響，過(guò)高或過(guò)低的葡萄糖濃度均會(huì)損害卵母細(xì)胞后續(xù)的發(fā)育潛能[13]。這可能是PCOS患者卵泡發(fā)育受阻無(wú)法形成優(yōu)勢(shì)卵泡的原因之一。糖耐量異常等代謝紊亂對(duì)卵泡發(fā)育的影響可能較卵泡發(fā)育缺陷對(duì)機(jī)體自身代謝的影響更大[14]。Zhang等[6]研究發(fā)現(xiàn)，PCOS患者體內(nèi)葡萄糖與受精率及卵裂率均呈顯著負(fù)相關(guān)。肥胖可以改變卵巢葡萄糖穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致排卵障礙和炎癥[15]。因此，糖代謝、卵母細(xì)胞發(fā)育、排卵、胚胎發(fā)育及妊娠之間存在密切關(guān)系。PCOS患者代謝紊亂可能會(huì)誘發(fā)葡萄糖運(yùn)輸缺陷，導(dǎo)致卵母細(xì)胞和卵泡細(xì)胞中葡萄糖的可用性降低，影響卵母細(xì)胞和胚胎發(fā)育潛能，進(jìn)而影響妊娠結(jié)局。

3.1.1糖有氧氧化 糖的有氧氧化是葡萄糖代謝的主要途徑，參與多種代謝過(guò)程，分解供給機(jī)體能量。研究表明，與對(duì)照者相比，典型PCOS患者的琥珀酸、蘋果酸、草酰乙酸水平顯著升高，順式烏頭酸酶水平較低，而檸檬酸鹽、α-酮戊二酸及富馬酸鹽水平的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；且典型PCOS肥胖女性卵泡液中的α-酮戊二酸水平較典型PCOS非肥胖女性顯著升高；而典型PCOS患者琥珀酸水平的升高可能與有絲分裂協(xié)同作用有關(guān)，導(dǎo)致卵丘細(xì)胞中線粒體生物生成減少，從而影響卵泡發(fā)育潛能[4]。亦有學(xué)者認(rèn)為，高濃度的琥珀酸可能是通過(guò)其炎癥信號(hào)作用而影響PCOS患者卵泡液中卵母細(xì)胞的發(fā)育潛能[16]。PCOS患者卵泡膜細(xì)胞中BCAA分解代謝、脂肪酸β-氧化和脂肪生成增強(qiáng)，導(dǎo)致乙酰輔酶A、琥珀酸等代謝發(fā)生異常，致卵母細(xì)胞發(fā)育障礙，從而影響PCOS患者的妊娠結(jié)局[17]。

3.1.2糖酵解 糖酵解在卵母細(xì)胞發(fā)育中發(fā)揮重要作用。乳酸和丙酮酸是糖酵解途徑中重要的代謝產(chǎn)物。乳酸是由丙酮酸轉(zhuǎn)化而成，在轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基因表達(dá)中起作用，具有重要的表觀遺傳修飾功能[4]。既往研究表明，與正?；蛴信怕训腜COS患者相比，無(wú)排卵的PCOS患者顆粒細(xì)胞的乳酸生成能力顯著減弱[18]。不同于PCOS血清中的發(fā)現(xiàn)，PCOS患者卵泡液中隨著乙酸鹽濃度的不斷上升，丙酮酸和乳酸濃度顯著降低[7]。Zhao等[4]也發(fā)現(xiàn)，典型PCOS患者卵泡液中的乳酸水平較對(duì)照組顯著降低。典型PCOS 患者卵泡液中乳酸的產(chǎn)生、分解和利用發(fā)生改變可能導(dǎo)致糖酵解途徑代謝發(fā)生異常，進(jìn)而誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟發(fā)生異常[19]。

3.1.3磷酸戊糖途徑 磷酸戊糖途徑是一條參與機(jī)體多種代謝反應(yīng)、多種物質(zhì)信息傳遞的代謝途徑。磷酸戊糖途徑除了受葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase，G6PDH)和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶制約外，還受細(xì)胞內(nèi)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)的調(diào)節(jié)[20]。生長(zhǎng)期卵母細(xì)胞具有高活性G6PDH，而成熟期卵母細(xì)胞具有低活性G6PDH，G6PDH活性可作為影響卵母細(xì)胞發(fā)育潛能的一個(gè)重要指標(biāo)，提高體外成熟/受精后的囊胚率[21]。

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP)+是NADPH的氧化形式，當(dāng)NADP+/NADPH比值過(guò)高時(shí)，磷酸戊糖途徑會(huì)明顯受到抑制，進(jìn)而影響多種合成代謝反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，典型PCOS患者卵丘細(xì)胞NADP+/NADPH比值顯著高于對(duì)照者[4]。PCOS患者在卵母細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中磷酸戊糖途徑被抑制進(jìn)而影響中間代謝，導(dǎo)致代謝功能紊亂，進(jìn)而形成惡性循環(huán)。

脫氫表雄酮升高是高雄激素血癥的血清學(xué)指標(biāo)之一。脫氫表雄酮是G6PDH的抑制劑，是磷酸戊糖途徑中的限速酶，脫氫表雄酮與卵泡液中卵母細(xì)胞的發(fā)育潛能呈負(fù)相關(guān)[22]。典型PCOS患者出現(xiàn)的高雄激素特征可能導(dǎo)致PCOS患者卵泡液中脫氫表雄酮升高，進(jìn)而卵丘細(xì)胞中磷酸戊糖途徑被抑制，致使卵泡液中多種合成代謝反應(yīng)受影響，最終卵母細(xì)胞發(fā)育受到抑制，無(wú)優(yōu)勢(shì)卵泡發(fā)育[23]。

3.2脂肪與PCOS卵泡液

3.2.1膽固醇 典型PCOS女性表現(xiàn)出脂質(zhì)脂蛋白改變。卵泡液中的主要脂蛋白是高密度脂蛋白(high-density lipoprotein，HDL)，因?yàn)槠渌鞍滋箅y以通過(guò)血液-卵泡屏障[24]。卵泡液HDL是類固醇生成的主要膽固醇提供者，卵泡液HDL代謝與卵母細(xì)胞發(fā)育之間存在復(fù)雜的相互作用，卵泡液HDL與胚胎碎裂程度呈負(fù)相關(guān)[25]。研究表明，與對(duì)照者相比，PCOS合并代謝綜合征患者卵泡液內(nèi)的膽固醇水平顯著升高，可能與炎癥因子腫瘤壞死因子-α相關(guān)[26]。張艷[27]研究也發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照者相比，PCOS患者卵泡液中的膽固醇水平顯著升高。研究發(fā)現(xiàn)，與正常體重對(duì)照組相比，正常體重PCOS組卵泡液中的低密度脂蛋白水平有顯著升高趨勢(shì)，而HDL水平有顯著降低趨勢(shì)；超重PCOS組患者卵泡液中的低密度脂蛋白水平較超重對(duì)照組顯著升高，HDL水平則顯著降低[28]。PCOS患者脂肪組織失衡可導(dǎo)致由膽固醇代謝轉(zhuǎn)化而成的類固醇激素(如雌二醇、睪酮)的水平升高，所有的這些變化將導(dǎo)致PCOS患者卵巢皮質(zhì)10～12 mm的卵泡堆積，無(wú)法形成優(yōu)勢(shì)卵泡[2]，進(jìn)而影響妊娠結(jié)局。

3.2.2非酯化脂肪酸(free fatty acids，F(xiàn)FAs) 作為脂質(zhì)代謝過(guò)程中的重要生物學(xué)指標(biāo)，F(xiàn)FAs與優(yōu)勢(shì)卵泡成熟及高質(zhì)量胚胎發(fā)育存在相關(guān)性，卵泡液中不同成分的FFAs隨著所處微環(huán)境的變化對(duì)卵母細(xì)胞的發(fā)育亦產(chǎn)生不同程度的影響[29]。油酸、棕櫚酸、硬脂酸、十一烷酸以及亞油酸是血清和卵泡液中主要的FFAs，Niu等[30]研究發(fā)現(xiàn)，PCOS組患者卵泡液中的FFAs(棕櫚酸、油酸等)水平與對(duì)照組相比顯著升高；與非肥胖PCOS組相比，肥胖PCOS組卵泡液中的亞油酸水平顯著升高。PCOS患者卵泡液中的各種產(chǎn)物以不同的速率代謝特定的FFAs，可能對(duì)顆粒細(xì)胞和卵丘細(xì)胞產(chǎn)生間接影響，或?qū)β涯讣?xì)胞產(chǎn)生直接影響，進(jìn)而導(dǎo)致PCOS患者妊娠結(jié)局不佳、自發(fā)性流產(chǎn)率高。

3.2.3磷脂 作為生物膜的重要組成部分，磷脂分為甘油磷脂和鞘磷脂，在酶調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄過(guò)程、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)運(yùn)中不可或缺[31]。PCOS卵泡液中一系列甘油酯類、鞘脂類、甘油磷脂類、羧酸類均發(fā)生顯著變化[3]。提示PCOS卵泡液中甘油酯、甘油磷脂、鞘脂代謝和鞘脂可以作為前瞻性脂質(zhì)生物標(biāo)志物。

甘油磷脂種類眾多，磷脂酰甘油通過(guò)甘油磷脂中二磷酸胞苷-二酰甘油途徑，由磷脂酰甘油磷酸酯去磷酸化反應(yīng)合成。研究發(fā)現(xiàn)，PCOS卵泡液中一系列甘油酯、甘油磷脂、鞘脂及羧酸豐度的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)[4]。其中，磷脂酰甘油磷酸酯的降低與PCOS患者低受精率密切相關(guān)，部分代謝物(鞘脂質(zhì)降低、甘油磷脂降低、脂?；▌?dòng)等)與臨床結(jié)局密切相關(guān)[32]。同時(shí)，有研究表明，PCOS患者卵泡液中甘油酯、甘油磷脂、鞘脂的代謝功能障礙與雙原核(2PN)呈正相關(guān)[3]。推測(cè)磷脂酰甘油可能與卵泡微環(huán)境動(dòng)態(tài)平衡有關(guān)，在誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟和胚胎發(fā)育中起著不可或缺的作用。

鞘脂在類固醇激素的合成中起關(guān)鍵作用，可能參與促性腺激素的分泌，影響顆粒細(xì)胞數(shù)量[3]。Gomes等[33]發(fā)現(xiàn)，在高雄烯二酮水平奶牛的卵泡液中，磷脂酰乙醇胺和鞘磷脂水平均降低。因此，鞘脂可能是PCOS卵泡液潛在的生物標(biāo)志物之一。PCOS患者鞘脂濃度改變，可能影響促性腺激素分泌，對(duì)卵泡刺激素刺激的反應(yīng)能力受損，導(dǎo)致顆粒細(xì)胞數(shù)量減少，降低PCOS患者卵子的發(fā)育潛力[3]。

3.2.4酮體 酮體來(lái)自上調(diào)的脂肪酸降解。Zhao等[4]在PCOS患者的卵泡液中檢測(cè)到酮體(β-羥基丁酸酯、乙酰乙酸酯)，且與對(duì)照組相比，典型PCOS組患者的卵泡液中β-羥丁酸水平顯著升高，而PCOS組患者與對(duì)照組乙酰乙酸水平的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Zhang等[6]發(fā)現(xiàn)，在PCOS患者卵泡液中觀察到乙酰乙酸和3-羥基丁酸水平略微升高，且乙酰乙酸和β-羥基丁酸水平也與PCOS患者的受精率呈正相關(guān)。這些結(jié)果表明，作為中間代謝產(chǎn)物β-羥丁酸可能在PCOS患者的竇卵泡形成中發(fā)揮作用。典型PCOS 患者卵泡液中的酮體水平作為能量代謝途徑底物可能在早期胚胎發(fā)育中或在PC0S發(fā)病機(jī)制中起重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用[34]。

3.3氨基酸與PCOS卵泡液 PCOS患者卵泡液中不同的氨基酸代謝紊亂會(huì)導(dǎo)致卵母細(xì)胞受精及后期卵裂不良。卵泡液中特異性氨基酸的破壞可能是PCOS患者妊娠結(jié)局差、流產(chǎn)率高的原因。與非胰島素抵抗型PCOS組及對(duì)照組相比，胰島素抵抗型PCOS組患者的亮氨酸、纈氨酸和谷氨酸水平更高[35]。胚胎優(yōu)質(zhì)率與肌酸、亮氨酸、異亮氨酸、酪氨酸等多種氨基酸呈顯著負(fù)相關(guān)，同時(shí)谷氨酰胺僅在PCOS中與胚胎優(yōu)質(zhì)率呈正相關(guān)[6]。因此，氨基酸可能與卵母細(xì)胞發(fā)育及成熟度相關(guān)，是描述卵泡成熟狀態(tài)的生物標(biāo)志物之一。

卵泡液中BCAA的升高可能會(huì)誘導(dǎo)卵巢局部的胰島素抵抗，進(jìn)而影響妊娠結(jié)局。Zhang等[35]發(fā)現(xiàn)，PCOS患者卵泡液中BCAA、谷氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸和精氨酸水平隨體質(zhì)指數(shù)升高而升高。天冬氨酸和絲氨酸水平與妊娠率呈正相關(guān)，天冬氨酸與IVF中卵母細(xì)胞的質(zhì)量和受精率呈正相關(guān)[36]，故高濃度的天冬氨酸可能對(duì)PCOS妊娠結(jié)局起到積極作用。甘氨酸對(duì)卵子受精后的發(fā)育狀態(tài)及形態(tài)學(xué)評(píng)分低下的卵丘復(fù)合物有很好的預(yù)測(cè)價(jià)值[37]。

此外，同型半胱氨酸與卵母細(xì)胞成熟度密切相關(guān)。黃娟娟等[38]研究發(fā)現(xiàn)，接受IVF助孕的PCOS組患者血清及卵泡液中的同型半胱氨酸水平均顯著高于對(duì)照組，且與對(duì)照組相比，成熟卵率、受精率和優(yōu)胚率的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。隨著同型半胱氨酸水平的升高，卵母細(xì)胞的質(zhì)量和發(fā)育能力均受到影響，主要表現(xiàn)為卵母細(xì)胞生存率降低以及極體排出率和卵裂率的顯著降低[39]。同型半胱氨酸的研究可能為提高PCOS患者不良卵母細(xì)胞質(zhì)量靶點(diǎn)識(shí)別提供了新視角。

3.4能量代謝與PCOS卵泡液 PCOS患者卵泡液中存在多種能量代謝途徑，能量代謝通路中的不同中間代謝底物存在著復(fù)雜的相互作用，彼此間密不可分。目前研究發(fā)現(xiàn)，PCOS患者如果不能適應(yīng)能量需求和底物通量的變化則會(huì)干擾BCAA分解代謝、脂肪酸β-氧化和氨基酸加工等能量代謝途徑[4]。PCOS患者胰島素水平異常表達(dá)使葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4缺陷，致卵泡液中卵母細(xì)胞葡萄糖利用率及相關(guān)代謝降低，這可能激發(fā)其他替代能量途徑補(bǔ)償丙酮酸代謝和糖酵解對(duì)能量需求的損害，從而導(dǎo)致卵泡液中各種生物分子(酮體、脂類、氨基酸、乳酸、丙酮酸鹽等)的濃度發(fā)生變化，影響卵母細(xì)胞和卵泡膜細(xì)胞的有效能量供應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致卵子發(fā)育缺陷，胚胎著床率降低[34]。能量代謝通路中間代謝底物變化會(huì)直接使與生理功能相關(guān)的代謝通路產(chǎn)生波動(dòng)，因此，對(duì)PCOS卵泡液中生物分子能量代謝模式進(jìn)行多變量分析，可能有助于提高對(duì)PCOS患者優(yōu)質(zhì)胚胎的預(yù)測(cè)，提高臨床妊娠結(jié)局。

4 小 結(jié)

PCOS本身是一個(gè)復(fù)雜的疾病，且與PCOS相關(guān)的代謝因子眾多。PCOS患者在IVF-ET過(guò)程中不理想的妊娠結(jié)局可能與卵泡液微環(huán)境代謝產(chǎn)物變化誘導(dǎo)卵母細(xì)胞發(fā)生改變有關(guān)。卵泡液與卵母細(xì)胞緊密相連雙向?qū)υ挘渲猩婕捌咸烟?、氨基酸、脂質(zhì)等代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物在卵母細(xì)胞發(fā)育成熟、受精及后續(xù)良好胚胎的準(zhǔn)備方面具有重要作用。然而，卵泡液微環(huán)境中的代謝物與卵子及胚胎發(fā)育潛能之間的確定關(guān)聯(lián)及具體機(jī)制尚不明確。因此，通過(guò)代謝組學(xué)對(duì)PCOS卵泡液的不斷研究，可以從小分子水平揭示PCOS患者卵母細(xì)胞在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的代謝機(jī)制，探討PCOS的發(fā)病機(jī)制，進(jìn)而有效、精確地預(yù)測(cè)PCOS患者在IVF-ET中的妊娠結(jié)局。