微RNA在多囊卵巢綜合征發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

李憶昆，沈山梅

(東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院南京鼓樓醫(yī)院內(nèi)分泌科，南京 210008)

多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是育齡期女性常見的生殖內(nèi)分泌和代謝疾病，其發(fā)病率高達(dá)5%～10%[1]。PCOS主要以稀發(fā)排卵(無排卵)、卵巢多囊樣改變和雄激素過多為特征。許多患有PCOS的女性還患有胰島素抵抗，高胰島素血癥可促進(jìn)卵巢(和腎上腺)雄激素的產(chǎn)生，并通過降低性激素結(jié)合球蛋白水平來增加雄激素的生物利用度。PCOS的發(fā)病機(jī)制尚不明確，近年研究表明，遺傳和環(huán)境因素與PCOS密切相關(guān)，PCOS是一種多基因病，目前的候選基因研究涉及胰島素作用相關(guān)基因、高雄激素相關(guān)基因等[2]。微RNA(microRNA，miRNA)是一類長(zhǎng)約22個(gè)核苷酸的非編碼RNA，通過與靶基因的互補(bǔ)或非互補(bǔ)結(jié)合參與生物的合成、分化、增殖、凋亡及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。近年來研究發(fā)現(xiàn)，部分miRNA表達(dá)在多種疾病中發(fā)生了改變，并且通過上述各種途徑參與了疾病的病理生理過程，如癌癥、代謝疾病和生殖異常等[3-5]。迄今為止，許多學(xué)者已經(jīng)探索了PCOS的miRNA表達(dá)差異譜，發(fā)現(xiàn)部分miRNA與卵泡發(fā)育、雄激素異常和胰島素敏感性直接或間接相關(guān)[6]，這使得miRNA有望作為PCOS新的診斷生物標(biāo)志物及治療的靶點(diǎn)。現(xiàn)就miRNA在PCOS發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 miRNA概述

miRNA最早被發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)90年代初[7]，但直到21世紀(jì)初，科學(xué)家才開始意識(shí)到這些無處不在的小分子在真核基因表達(dá)調(diào)控中所起的廣泛作用[8]?；蚪M通過RNA聚合酶Ⅱ或Ⅲ，轉(zhuǎn)錄為包含成熟序列的發(fā)夾結(jié)構(gòu)的初級(jí)miRNA，由重組人核糖核酸酶3及其輔因子負(fù)責(zé)切除發(fā)夾，產(chǎn)生前體miRNA，通過輸出蛋白5從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)；另一種含有Dicer酶的蛋白質(zhì)復(fù)合物進(jìn)一步加工前體miRNA，產(chǎn)生含有成熟miRNA的雙鏈復(fù)合物[9]。miRNA主要參與生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，它對(duì)靶基因mRNA的作用主要取決于與mRNA 3′非翻譯區(qū)的堿基序列互補(bǔ)的程度，與之完全互補(bǔ)結(jié)合的miRNA能夠切斷靶基因的mRNA，而與之不完全互補(bǔ)結(jié)合的miRNA能夠抑制靶基因的翻譯[10]。研究顯示，預(yù)計(jì)超過60%的人類基因是miRNA的靶標(biāo)，并且許多miRNA能夠靶向多種mRNA[11]。miRNA水平的微小偏差可能擾亂許多靶基因的調(diào)節(jié)，因此，控制miRNA生物發(fā)生對(duì)于維持正常細(xì)胞生物學(xué)至關(guān)重要。對(duì)miRNA功能的干擾可導(dǎo)致許多人類疾病的發(fā)生。研究顯示，女性體內(nèi)有多種miRNA參與卵巢激素代謝、顆粒細(xì)胞增殖和凋亡、卵泡發(fā)育與閉鎖調(diào)控等，卵巢miRNA的表達(dá)異常或功能障礙會(huì)影響卵泡發(fā)育與閉鎖以及激素的合成和代謝，導(dǎo)致PCOS等卵巢源性疾病的發(fā)生[12]。

2 miRNA參與PCOS的病理生理過程

2.1miRNA與卵巢激素 異常的卵巢類固醇激素合成與代謝參與PCOS的發(fā)生[13]。miRNA的表達(dá)可能對(duì)類固醇合成代謝涉及的特定基因的表達(dá)具有直接的調(diào)節(jié)作用[14-15]。因此，了解miRNA影響卵巢類固醇激素的機(jī)制對(duì)于類固醇相關(guān)疾病(如PCOS)具有重要意義。

雄激素對(duì)女性的生殖功能有重要意義，具有生物活性的睪酮為游離睪酮，其水平僅為總睪酮的1%～2%，血液循環(huán)中的睪酮主要與性激素結(jié)合球蛋白或白蛋白結(jié)合[16]。過量的雄激素是PCOS的病理生理學(xué)特征之一。Murri等[17]發(fā)現(xiàn)，部分miRNA的血清表達(dá)水平在PCOS患者中與男性對(duì)照組相似，而與正常女性對(duì)照組有差異；此外，這些miRNA(miR-193a-5p、miR-199a-3p和miR-597-5p)水平與血清睪酮和雌二醇水平具有相關(guān)性。Xue等[18]的鑒定結(jié)果顯示，PCOS卵泡液中7種miRNA(miR-200a-3p、miR-10b-3p、miR-200b-3p、miR-29c-3p、miR-99a-3p、miR-125a-5p和miR-105-3p)與PCOS中的高雄激素血癥相關(guān)。另有研究報(bào)道，miR-93和miR-21在PCOS卵巢顆粒細(xì)胞中表達(dá)增加，并且與游離睪酮和雄激素指數(shù)呈正相關(guān)；進(jìn)一步分別用雙氫睪酮和比卡魯胺處理顆粒細(xì)胞后，雙氫睪酮誘導(dǎo)miR-93和miR-21上調(diào)，而用比卡魯胺預(yù)處理的顆粒細(xì)胞能阻斷雙氫睪酮對(duì)miR-93和miR-21表達(dá)的影響[19]。miR-93和miR-21可通過靶向受體基因Smad 7調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β信號(hào)通路，從而減少雄激素的生物合成，促進(jìn)卵泡發(fā)育[20-21]。

PCOS還與持續(xù)快速的促性腺激素釋放激素脈沖、過量的促黃體生成素(luteinizing hormone，LH)和不足的促卵泡生成素(follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH)分泌有關(guān)，可導(dǎo)致過多的卵巢雄激素生成和排卵功能障礙[22]。卵泡膜細(xì)胞在LH刺激下將膽固醇合成為雄激素，卵巢顆粒細(xì)胞在FSH刺激下將睪酮和雄烯二酮轉(zhuǎn)化為雌激素[23]。在雙氫睪酮處理的PCOS大鼠中，miR-132的下調(diào)與LH水平相關(guān)[24]。此外，Sang等[25]發(fā)現(xiàn)，卵泡液中下調(diào)的miR-132和miR-320通過靶向高遷移率族蛋白A2和Ras相關(guān)蛋白5B基因，抑制雌二醇的合成，從而參與PCOS高雄激素血癥的發(fā)生。雌雄激素的生物轉(zhuǎn)化主要依賴于芳香化酶p450基因(cytochrome p450 genes，Cyp19a1)編碼的芳香酶[26]。在PCOS模型鼠中，miR-27a-3p表達(dá)增加，其通過靶向環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白1(cAMP-response element binding protein 1，Creb1)激活下游基因Cyp19a1，導(dǎo)致雌二醇和雄激素失衡，而高水平的雄激素還可反向激活miR-27a-3p，進(jìn)一步促進(jìn)PCOS的雄激素代謝紊亂[27]。在以劑量依賴性上調(diào)miR-383水平后，通過抑制轉(zhuǎn)錄因子RBMS1(RNA binding motif single stranded interacting protein 1)基因，小鼠顆粒細(xì)胞Cyp19a1基因表達(dá)增加，釋放更多的雌二醇[28]。另外，目前已在PCOS卵泡液中檢測(cè)到上調(diào)的miR-383水平，其可能通過Cyp19a1介導(dǎo)PCOS異常升高的雌激素[29]。上述miRNA的差異表達(dá)可能解釋異常的雄激素，并有助于鑒定以高雄激素為表型的PCOS。

2.2miRNA與胰島素抵抗 患有PCOS的女性會(huì)增加糖代謝紊亂風(fēng)險(xiǎn)，據(jù)報(bào)道PCOS患者的胰島素抵抗發(fā)生率超過70%[30]。葡萄糖主要通過胰島素反應(yīng)性葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4(glucose transporter 4，GLUT4)穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞[31-32]。檢測(cè)GLUT4在4組女性(PCOS合并胰島素抵抗、單純PCOS、對(duì)照合并胰島素抵抗和單純對(duì)照)脂肪細(xì)胞中的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，miR-93、miR-133和miR-223在PCOS女性中過表達(dá)，miR-93主要通過抑制GLUT4，損害葡萄糖跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，從而參與PCOS胰島素抵抗的發(fā)生[33]。既往有研究提示，miR-133和miR-223靶向GLUT4表達(dá)并調(diào)節(jié)葡萄糖代謝[34-37]。此外，與正常胰島素敏感性的3T3-L1脂肪細(xì)胞相比，miR-320的表達(dá)水平在具有胰島素抵抗的3T3-L1脂肪細(xì)胞中增加50倍，在加入抗miR-320寡核苷酸后，胰島素敏感性得到恢復(fù)，GLUT4表達(dá)上調(diào)，胰島素介導(dǎo)的葡萄糖攝取增加[38]。

多個(gè)信號(hào)通路相互作用共同調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖及胰島素代謝，胰島素與磷酸化底物分子的受體結(jié)合后，底物磷酸化水平升高[39-40]。除了影響葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)外，部分miRNA還參與胰島素信號(hào)通路中重要基因的表達(dá)。miR-9、miR-18b、miR-32、miR-34c和miR-135a在PCOS女性中過表達(dá)，且通過靶向胰島素受體底物2、突觸結(jié)合蛋白1和白細(xì)胞介素-8，影響碳水化合物代謝和胰島β細(xì)胞的功能、細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及類固醇激素合成等[29]。而miR-145被發(fā)現(xiàn)能夠抑制顆粒細(xì)胞的增殖，并靶向胰島素受體底物1基因，調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號(hào)通路，改善PCOS的胰島素抵抗[41]。此外，在使用來曲唑建立的PCOS模型鼠中檢測(cè)到了miR-484、miR-375-3p、miR-324-5p、miR-223-3p、miR-201-5p、miR-34b-5p、miR-141-3p和miR-200a-3p的差異表達(dá)，這些miRNA參與胰島素分泌和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(如Wnt、腺苷酸活化蛋白激酶、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B和Ras)[42-43]。miRNA通過參與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)與胰島素信號(hào)通路影響PCOS女性胰島素抵抗的發(fā)生，為疾病提供了新的治療靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，合氣散作為一種中藥，可能通過介導(dǎo)miR-144-3p對(duì)胰島素抵抗的PCOS治療有益[44]。二甲雙胍是治療胰島素抵抗的PCOS患者使用最廣泛的藥物，二甲雙胍可降低肝葡萄糖產(chǎn)生，同時(shí)刺激胰島素敏感組織中的葡萄糖攝取并改善脂質(zhì)代謝，給予二甲雙胍可能改變幾種miRNA的表達(dá)模式。例如，miR-221和miR-222的表達(dá)水平在糖尿病患者中升高，而在二甲雙胍治療患者中的表達(dá)水平與非糖尿病患者相似[45]。此外，還有部分二甲雙胍對(duì)各種癌癥miRNA表達(dá)改變的研究[46-47]，但尚未有關(guān)于二甲雙胍治療PCOS后miRNA表達(dá)變化的研究。

2.3miRNA與卵泡發(fā)育 卵泡的發(fā)育是涉及多個(gè)細(xì)胞、多個(gè)階段的復(fù)雜過程。卵丘細(xì)胞是圍繞在卵母細(xì)胞外周并與之進(jìn)行代謝聯(lián)系的顆粒細(xì)胞群。卵丘細(xì)胞的主要功能是在排卵前將營(yíng)養(yǎng)和新陳代謝轉(zhuǎn)移到卵母細(xì)胞。因此，卵丘細(xì)胞的生物學(xué)變化影響卵母細(xì)胞的發(fā)育。在PCOS卵丘細(xì)胞中，Liu等[48]發(fā)現(xiàn)，miR-hsa-miR-513-3p、miR-508-3p、miR-513b和miR-144顯著過表達(dá)，而miR-hsa-miR-455-3p和miR-615-3p低表達(dá)。Shi等[49]發(fā)現(xiàn)，miR-483-5p和miR-486-5p表達(dá)降低，且它們的靶基因與胰島素抵抗、糖耐量異常及2型糖尿病密切相關(guān)。胰島素樣生長(zhǎng)因子2的高表達(dá)提示卵母細(xì)胞更好的成熟，作為miR-483-5p的共表達(dá)基因，胰島素樣生長(zhǎng)因子2基因在PCOS組的卵丘細(xì)胞中也低表達(dá)[50]。另外，降低人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因的水平可能促進(jìn)卵泡的發(fā)育，miR-486-5p下調(diào)可誘導(dǎo)卵丘細(xì)胞中人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因過表達(dá)，從而阻礙卵泡發(fā)育[51]。另外，PCOS女性卵丘細(xì)胞中miR-323-3p的水平顯著下調(diào)，miR-323-3p直接靶向胰島素樣生長(zhǎng)因子1，調(diào)節(jié)類固醇生成和卵丘細(xì)胞活性，從而參與PCOS的發(fā)病[52]。

顆粒細(xì)胞凋亡增加、增殖率降低以及功能紊亂與PCOS的異常卵泡之間存在密切聯(lián)系[53-54]。目前已有部分研究探索了miRNA如何通過影響顆粒細(xì)胞參與PCOS的異常卵泡發(fā)育。Xu等[55]發(fā)現(xiàn)，miR-483-5p可能參與Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶通路誘導(dǎo)的顆粒細(xì)胞發(fā)育、分化和增殖的調(diào)節(jié)以及PCOS卵泡中異常激素微環(huán)境的負(fù)反饋環(huán)節(jié)。Fu等[56]發(fā)現(xiàn)，miR-16的表達(dá)在PCOS患者的卵巢皮質(zhì)組織和血清中均下調(diào)，使得程序性細(xì)胞死亡蛋白4(programmed cell death protein 4，PDCD4)表達(dá)上調(diào)，顆粒細(xì)胞增殖率降低。此外，較高的PDCD4表達(dá)與PCOS中的肥胖、胰島素抵抗、脂質(zhì)代謝紊亂及顆粒細(xì)胞凋亡有關(guān)[57]。表明，PCOS患者下調(diào)的miR-16直接靶向PDCD4，增強(qiáng)顆粒細(xì)胞凋亡并阻斷其增殖。其他研究發(fā)現(xiàn)，miR-145可靶向顆粒細(xì)胞中的胰島素樣生長(zhǎng)因子1及激活素受體ⅠB，抑顆粒細(xì)胞增殖[41,58]。另外，還有幾項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，上調(diào)的miR-27a-3p在卵巢顆粒細(xì)胞中通過靶向抑制Smad5和Creb1基因，抑制顆粒細(xì)胞增殖，并促進(jìn)細(xì)胞凋亡及雌雄激素轉(zhuǎn)化，從而參與PCOS異常卵泡的發(fā)生[27,59]。Jiang等[60]發(fā)現(xiàn)，miR-324-3p轉(zhuǎn)染的PCOS大鼠顆粒細(xì)胞的增殖受到顯著抑制，細(xì)胞凋亡顯著增多，沉默其靶標(biāo)基因 Wnt2B(wingless integrated 2B)表達(dá)，可以逆轉(zhuǎn)miR-324-3p對(duì)顆粒細(xì)胞增殖和凋亡的影響。

總之，卵巢miRNA的表達(dá)改變可能在卵丘細(xì)胞及顆粒細(xì)胞增殖和分化與凋亡的過程中起作用，從而參與PCOS異常卵泡發(fā)育的過程。

3 miRNA與不孕癥

Dicer1是一種RNaseⅢ酶，能將pre-miRNA加工成較短的miRNA雙鏈體，對(duì)于miRNA生物合成有重要作用[61]。Dicer的條件性卵巢組織特異性剔除的小鼠模型呈現(xiàn)不育、低卵巢重量、低排卵率、異常發(fā)情周期以及發(fā)育相關(guān)基因失調(diào)[62]，提示miRNA可能與女性不孕癥有關(guān)。不孕癥是多囊女性的臨床表現(xiàn)之一。研究發(fā)現(xiàn)，與可育供體胚泡相比，來自多囊卵巢或男性因子不育患者的形態(tài)相似的胚泡表現(xiàn)出特異性異常的miRNA譜，hsa-let-7a和hsa-miR-24在來自多囊卵巢與男性因子的胚泡組均顯著下降，hsa-miR-92、hsa-miR-93、hsa-miR-19a和hsa-miR-19b僅在來自多囊卵巢的胚泡組顯著下降；對(duì)6種miRNA表達(dá)的熱圖分析表明，與可育供體相比，多囊卵巢女性囊胚的熱圖譜與男性因素不育夫婦的熱圖譜明顯不同，而后兩者彼此相似；此外，對(duì)細(xì)胞分化有重要意義的miR-19a靶基因ARIH2(ariadne homolog 2)的表達(dá)僅在PCOS組中表現(xiàn)出上調(diào)，miR-24的兩個(gè)靶標(biāo)[編碼信使RNA衰變促進(jìn)因子KHSRP(K-homology splicing regulatory protein)和轉(zhuǎn)錄因子NFAT5(nuclear factor of activated T cells 5)基因]在PCOS組和男性因子組均下調(diào)[63]。

4 miRNA作為PCOS的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)

在人血清中檢測(cè)到大量的miRNA，由于穩(wěn)定性和可及性，miRNA可用作PCOS的非侵入性生物標(biāo)志物[64]。研究發(fā)現(xiàn)，在PCOS患者中，miR-222、miR-146a和miR-30c的血清水平升高，而miR-320水平降低，并且3種上調(diào)的miRNA組合可以比單一的miRNA更有效地識(shí)別疾病，受試者工作特征曲線下面積達(dá)0.852[65]。miR-146a變異的女性發(fā)生PCOS的風(fēng)險(xiǎn)較高[66]，miR-146a的過表達(dá)增加了DNA損傷頻率并導(dǎo)致PCOS的發(fā)生[67]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，PCOS患者的血清miR-122、miR-193b和miR-194與胰島素敏感性明確相關(guān)，聯(lián)合體質(zhì)指數(shù)與miR-193b作為預(yù)測(cè)PCOS合并糖代謝受損概率的新指標(biāo)，其受試者工作特征曲線下面積達(dá)0.752[68]。與健康受試者相比，PCOS女性血清中miR-23a和miR-23b水平降低[69]，其中miR-23a不受體質(zhì)指數(shù)的影響，提示miR-23a比miR-23b更適合評(píng)估PCOS。Song等[70]發(fā)現(xiàn)，PCOS血清miR-6767-5p水平隨空腹血糖升高、月經(jīng)頻率減少而下降，其靶向細(xì)胞周期和免疫系統(tǒng)，可能是診斷PCOS的生物標(biāo)志物。在排卵治療期間，合并PCOS的女性患卵巢過度刺激綜合征的風(fēng)險(xiǎn)增加，血清miR-16可能比黃體生成素/卵泡刺激素對(duì)預(yù)測(cè)過度刺激綜合征更有效[71]，其產(chǎn)生差異性表達(dá)的機(jī)制可能是通過靶向血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。

5 小 結(jié)

近年來，關(guān)于PCOS女性miRNA表達(dá)的研究越來越多，但通過不同研究檢測(cè)到的miRNA的表達(dá)譜是不完整和重疊的，這可能與PCOS的復(fù)雜性和異質(zhì)性以及大多數(shù)研究中樣本量的限制有關(guān)。此外，一個(gè)miRNA可能具有多個(gè)靶標(biāo)，并且同一靶點(diǎn)的3′非翻譯區(qū)可能受多個(gè)miRNA的調(diào)控，這使得該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步復(fù)雜化。許多miRNA通過影響卵巢類固醇激素代謝紊亂、胰島素抵抗、卵泡異常發(fā)育參與PCOS的病理生理過程。鑒定女性體液或組織中的特定miRNA改變及相互作用有助于更好地闡明PCOS的發(fā)病機(jī)制。根據(jù)現(xiàn)有研究，miRNA還可以用作生物標(biāo)志物以鑒定PCOS中的亞表型。許多miRNA模擬物、抗miRNA寡核苷酸和小干擾RNA治療劑正在開發(fā)中。但目前尚無治療方案直接靶向PCOS中的miRNA，研究相關(guān)miRNA制劑可能為將來PCOS治療提供新思路。