多囊卵巢綜合征與生物鐘的研究進(jìn)展

鄒怡欣，時雨杰 綜 述，劉 煜，劉 暢 審 校

（1.中國藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南京211198；2.南京醫(yī)科大學(xué)附屬逸夫醫(yī)院，南京211166）

多囊卵巢綜合征（polycystic ovarian syndrome,PCOS）是一種常見的內(nèi)分泌異常導(dǎo)致的排卵功能障礙性疾病。據(jù)估計，約1/5 的育齡婦女受其影響[1-2]。該病癥在臨床上的表現(xiàn)為：(1)在生殖方面，常表現(xiàn)為稀發(fā)排卵或無排卵、不孕、雄激素過多和多毛；(2)在代謝方面，顯示出胰島素抵抗（insulin resistance,IR）、葡萄糖耐量降低、2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus, T2DM） 以及心血管疾病（cardiovascular diseases,CVDs）多發(fā)等癥狀；(3)在心理上則表現(xiàn)為焦慮、抑郁[3]。因持續(xù)無排卵，在嚴(yán)重情況下PCOS 還會使子宮內(nèi)膜過度增生，增加子宮內(nèi)膜癌的風(fēng)險[4-5]。此外，PCOS 對其他系統(tǒng)也有影響，如還能引發(fā)口腔病癥[6]。

一般認(rèn)為，由PCOS 導(dǎo)致的激素失調(diào)主要表現(xiàn)為胰島素和雄激素水平升高。同時，遺傳、環(huán)境與其他因素相結(jié)合導(dǎo)致內(nèi)分泌紊亂[7]。生殖神經(jīng)內(nèi)分泌功能障礙使促性腺激素釋放激素（gonadotropin releasing hormone, GnRH）、促黃體激素（luteinizing hormone, LH）的分泌頻率和幅度增加，是PCOS 的病理生理機(jī)制之一[8]。有研究證明，肥胖、卵巢功能不全和下丘腦垂體軸各水平的功能紊亂也是促成PCOS 的原因。PCOS 患者易發(fā)肥胖；反之，肥胖同樣可導(dǎo)致PCOS 的發(fā)生[9]。肥胖誘發(fā)的代謝紊亂不僅可增加罹患高雄激素血癥（hyperandrogenemia,HA）、多毛癥、不育癥和妊娠期并發(fā)癥的風(fēng)險，還能協(xié)同IR 進(jìn)一步加劇T2DM 和心血管疾病的發(fā)生。此外，PCOS 伴隨肥胖癥還可以使IR 惡化，增加CVDs 的患病率[10]。

1 生物鐘和女性生殖功能的關(guān)系

在自然界中，從單細(xì)胞到高等生物，乃至人類的幾乎所有生命活動均存在著按照一定規(guī)律進(jìn)行的周期性現(xiàn)象，這種生命活動現(xiàn)象稱為生物鐘[11]。以哺乳動物為例，生物鐘控制著各種生理進(jìn)程，如睡眠周期、血壓、血液激素水平及能量代謝等，使之呈現(xiàn)出大約以24 h 為周期的節(jié)律性變化。由于生物鐘的存在，從細(xì)胞到器官乃至個體在不同時期，對外界環(huán)境的各種理化因子表現(xiàn)出反應(yīng)性和敏感性的差異。

生物鐘基因在細(xì)胞和分子水平上與哺乳動物的生殖生理和生殖內(nèi)分泌密切相關(guān)，流行病學(xué)研究表明生物鐘失調(diào)的女性更易表現(xiàn)出生殖力低下和不良妊娠的特征。目前人們對生物鐘如何影響生殖的機(jī)制尚不清楚，鐘基因的表達(dá)與PCOS 臨床病理學(xué)特征之間的分子機(jī)制也未完全闡明。因此，深入研究生物鐘紊亂與PCOS 發(fā)病機(jī)制的關(guān)聯(lián)，可以在臨床中更好地運(yùn)用時間生物學(xué)原理為治療PCOS 服務(wù)[12-13]，實(shí)現(xiàn)個性化精準(zhǔn)醫(yī)療。

1.1 生物鐘及其分子機(jī)制 晝夜節(jié)律由一系列鐘基因的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控產(chǎn)生的分子振蕩引起，機(jī)體內(nèi)不同水平的生命活動均表現(xiàn)出一定的時間順序性及周期節(jié)律性[14]。生物鐘以位于下丘腦視交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN）的中樞振蕩器為主起搏點(diǎn)，其他外周組織為次起搏點(diǎn)。中樞和外周生物鐘共同構(gòu)成一個完整的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，產(chǎn)生并維持以24 h 為一個循環(huán)周期的晝夜波動[15-16]。生物鐘依賴于鐘基因“轉(zhuǎn)錄-翻譯-加工”的自我調(diào)節(jié)反饋環(huán)路，對其表達(dá)和各種生理活動進(jìn)行調(diào)控。核心反饋調(diào)節(jié)環(huán)路如下：核心轉(zhuǎn)錄因子BMAL1 (aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator-like, Arntl)與CLOCK (circadian locomotor output kaput)相互結(jié)合形成異源二聚體，隨后在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控其他鐘基因的表達(dá)，例如PER 1/2/3（Period 1/2/3）和CRY 1/2（cryptochrome 1/2）。轉(zhuǎn)錄結(jié)束后，PER 和CRY 在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)入翻譯階段，當(dāng)胞質(zhì)內(nèi)二者蛋白水平達(dá)到一定濃度閾值時，則重新轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核，抑制CLOCK/BMAL1 二聚體的轉(zhuǎn)錄活性，同時PER 和CRY 的轉(zhuǎn)錄活性也被抑制，由此形成反饋調(diào)節(jié)[17]。除核心反饋調(diào)節(jié)環(huán)路以外，CLOCK/BMAL1 異源二聚體還可以誘導(dǎo)核受體（nuclear hormone receptors,NHRs）的調(diào)節(jié)，如RORs（retinoic-acid-receptorrelated orphan receptors, RORɑ/β）和NR1D1/REVERBs (nuclear receptor subfamily 1, group D,member)，二者分別激活和抑制BMAL1 的轉(zhuǎn)錄[18-19]。

1.2 卵巢生物鐘的調(diào)控作用 研究表明，約43%的基因在外周組織中呈現(xiàn)出節(jié)律性表達(dá)，包括肝臟、心臟、骨骼肌和卵巢[20]。由此可見，除了由SCN 調(diào)控的主生物鐘外，各外周器官也存在相應(yīng)的外周生物鐘。外周時鐘節(jié)律與能量穩(wěn)態(tài)之間存在直接關(guān)系，且時鐘基因的表達(dá)與代謝基因的轉(zhuǎn)錄活性是可調(diào)控的[21]。例如，Kobayashi 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，胃動脈中雌二醇（17β-estradiol,E2）水平表現(xiàn)出明顯的晝夜節(jié)律，且與胃門靜脈E2 水平呈現(xiàn)正相關(guān)，與肝臟中Esr1(estrogen receptor ɑ, ERɑ mRNA)的基因表達(dá)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。由此可以得出結(jié)論，血液E2 水平的晝夜節(jié)律受控于胃門靜脈E2 的量和肝臟中ESR1 的表達(dá)。

卵巢生物鐘在中樞生物鐘的調(diào)控下影響排卵并控制類固醇激素的釋放。PER1、PER2 和BMAL1等時鐘基因在大鼠卵巢中的表達(dá)具有晝夜節(jié)律性，進(jìn)而調(diào)節(jié)卵泡和黃體內(nèi)顆粒細(xì)胞和卵泡膜細(xì)胞的生理活動。Fahrenkrug 等[23]利用RT-PCR 和免疫組學(xué)等技術(shù)發(fā)現(xiàn)，雌鼠卵巢細(xì)胞內(nèi)生物鐘基因Per1 和Per2 表達(dá)具有明顯的晝夜周期性，該研究證明了卵巢生物鐘的存在。同樣，Karman 等[24]通過RT-PCR技術(shù)發(fā)現(xiàn)核心振蕩器元件（Clock、Bmal1、Cry1、Per1、Per2 等核心生物鐘基因）在卵巢中節(jié)律性表達(dá)，為發(fā)現(xiàn)卵巢中晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)錄翻譯反饋環(huán)路奠定了基礎(chǔ)。

另外，在下丘腦-垂體-卵巢（hypothalamuspituitary-ovary,HPO）軸的各個水平上均存在生物鐘，而生物鐘的失調(diào)，正是導(dǎo)致各種生殖疾病的原因。由此可以認(rèn)為，PCOS 是由于中樞時鐘和HPO軸上各時鐘不同步導(dǎo)致的。張芹等[25]選取了雌性Rev-erb-α 敲除型（Rev-erb-α-/-）和野生型（Reverb-α+/+）小鼠，分別與雄性野生型C57BL/6J 小鼠交配觀察雌鼠的生理周期，發(fā)現(xiàn)敲除型小鼠生理周期延長導(dǎo)致其生殖能力下降，表明生物節(jié)律在維持生理周期穩(wěn)態(tài)上扮演著重要角色。馬廣軍等[26]的研究表明，持續(xù)光照會降低卵巢雌激素的合成與分泌，并且卵巢顆粒細(xì)胞內(nèi)瘦素受體（leptin receptor,Lepr）的表達(dá)受BMAL1 的正向調(diào)控，光照周期紊亂會破壞生物鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定，抑制Lepr 的mRNA 表達(dá)從而阻斷瘦素對E2 合成的調(diào)控作用。Shimizu 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，晝夜節(jié)律基因還與雌性動物的發(fā)情周期有關(guān)，Per2 和Clock 時鐘基因均能調(diào)節(jié)卵巢顆粒細(xì)胞的功能，PER2 能夠通過刺激E2 的產(chǎn)生和P450的表達(dá)增加顆粒細(xì)胞黃體酮的生成，而CLOCK 則與PER2 有著相反的調(diào)控作用。

主生物鐘主要受光暗周期的調(diào)節(jié)。SCN 對光線高度敏感，可以接收由視網(wǎng)膜傳入的明暗光線的神經(jīng)沖動，將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)信號，從而調(diào)節(jié)褪黑素（melatonin,MT）的分泌。MT 隨著光暗的變化呈現(xiàn)晝低夜高的節(jié)律，與MT 受體結(jié)合引起以24 h 為周期的近日節(jié)律的變化。值得注意的是，MT 受體在子宮肌層、卵巢顆粒細(xì)胞和黃體細(xì)胞[28-29]中均有分布，由此可見，MT 對HPO 軸具有重要的調(diào)節(jié)作用，主要體現(xiàn)在MT 能促進(jìn)黃體期卵巢顆粒細(xì)胞和黃體細(xì)胞中孕酮的合成分泌[30-31]。諸多研究表明，MT 濃度可以影響排卵：經(jīng)?？诜茉兴幍呐匀后w中，MT 水平在黃體中期和中卵泡期相較于正常群體均明顯偏高，證明在無排卵月經(jīng)周期內(nèi)MT 水平是上升的[32]。下丘腦性閉經(jīng)患者M(jìn)T 的晝夜水平均明顯高于正常人群，且夜間水平約為正常水平的3 倍[33]?？傊镧姷奈蓙y，會引發(fā)MT 合成分泌異常，進(jìn)而影響性激素的合成，直接導(dǎo)致月經(jīng)周期異常及生殖系統(tǒng)疾病的發(fā)生。

1.3 生物鐘紊亂與生殖系統(tǒng)疾病 生物鐘對機(jī)體的影響人的生理功能正常與否和生物鐘密切相關(guān)，主要表現(xiàn)在體溫、行為模式上。內(nèi)源性晝夜節(jié)律主要調(diào)節(jié)以24 h 為周期的生理機(jī)能，如體溫、脈搏、呼吸、血壓、激素、酶、血液和組織細(xì)胞內(nèi)的生化反應(yīng)等，基因功能活動也同樣呈節(jié)律性。不同的組織振蕩器對激素都具有調(diào)節(jié)作用，晝夜節(jié)律的變化影響內(nèi)分泌信號的產(chǎn)生和下游反應(yīng)的應(yīng)答，而內(nèi)分泌信號存在反饋干擾生理和代謝穩(wěn)態(tài)的機(jī)制[34]。研究表明，生物鐘基因多態(tài)性和環(huán)境因素導(dǎo)致的HPO 軸上各水平生物鐘失同步，是一些復(fù)雜生殖系統(tǒng)疾病的病因之一。

生物鐘參與控制生殖過程中的排卵、類固醇激素釋放、卵泡發(fā)育等生殖生理進(jìn)程。Alvarez 等[35]的研究指出，Bmal1 基因敲除可導(dǎo)致小鼠不孕不育，且小鼠體內(nèi)的類固醇合成急性調(diào)節(jié)蛋白（steroidogenic acute regulatory protein, StAR）功能障礙，類固醇激素合成水平降低，最終導(dǎo)致小鼠的生殖能力下降。Hickok 等[36]發(fā)現(xiàn)，生物鐘基因在人GnRH 神經(jīng)元中存在節(jié)律性表達(dá)。Smarr 等[37]的研究表明，雌鼠下丘腦前腹側(cè)室旁核中Per1、Bmal1 表達(dá)呈現(xiàn)出節(jié)律性振蕩，從而調(diào)控LH 的周期性合成及分泌?？梢姡镧娛д{(diào)與生殖系統(tǒng)疾病密切相關(guān)，研究鐘基因與生殖疾病間的作用機(jī)制，將有助于為相關(guān)疾病的治療提供更廣闊的思路。王朝霞等[38]通過在裸鼠移植瘤腫瘤組織中導(dǎo)入Per2 基因，證明PER2 可以下調(diào)凋亡抑制基因Bcl-2，促進(jìn)凋亡基因Bax 表達(dá)，進(jìn)而誘發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡，通過抑制卵巢癌的生長轉(zhuǎn)移發(fā)揮其抑瘤效果。Hideki 等[39]發(fā)現(xiàn)Cry1 和Bmal1 與上皮性卵巢癌的臨床病理指標(biāo)（發(fā)病年齡、臨床分期、病理類型和分級）存在相關(guān)性，這兩個基因的表達(dá)豐度可以代表腫瘤分期和病理分型。另外，子宮內(nèi)膜癌的發(fā)病進(jìn)程可能與Cry1、Per1、Per2 的CpG 島甲基化引起的生物鐘紊亂有關(guān)。

2 生物鐘與PCOS 的關(guān)系

時鐘基因變異或被人為敲除則會導(dǎo)致晝夜節(jié)律變化、HPO 軸上各水平生物鐘失同步、激素分泌模式改變等多種生理功能的紊亂，會進(jìn)一步導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生。流行病學(xué)調(diào)查表明，女性由于長期熬夜、倒班工作、跨時區(qū)飛行等不健康的生活工作方式，正常的晝夜節(jié)律受到光暗和時間的影響，致使生殖能力低下和不良妊娠的概率更高[40]。同時，基于卵巢生物鐘在調(diào)節(jié)女性內(nèi)分泌代謝中發(fā)揮關(guān)鍵性作用這一觀點(diǎn)，越來越多的證據(jù)顯示晝夜節(jié)律紊亂導(dǎo)致女性群體患PCOS 的風(fēng)險增加。

2.1 PCOS 的發(fā)作時辰節(jié)律性 PER2 在海馬體突觸可塑性和記憶中發(fā)揮重要作用，與神經(jīng)性疾病阿爾茨海默病密切相關(guān)[41-42]。Clock 突變小鼠表現(xiàn)出低胰島素及高血糖血癥[43-44]，與T2DM 及心肌疾病相關(guān)[45]。這些研究揭示了生物鐘在行為、代謝及認(rèn)知等相關(guān)疾病方面的重要性。心血管疾病、腦血管疾病，心源性猝死多發(fā)生在清晨醒后數(shù)小時，這些疾病的發(fā)作都可能與夜間較低水平的血壓在清晨覺醒后迅速上升有關(guān)聯(lián)[46]。因此，了解生物鐘對于疾病發(fā)生與發(fā)作時間的了解具有重大意義。

光照或生物鐘的紊亂通過影響MT 的合成分泌，導(dǎo)致月經(jīng)周期紊亂。而PCOS 患者通常在月經(jīng)時限性、節(jié)律周期性和功能狀態(tài)性上表現(xiàn)異常：（1）時限異常：有研究發(fā)現(xiàn)PCOS 在青春期啟動提前[47]并表現(xiàn)為發(fā)育亢進(jìn)，另外還表現(xiàn)為絕經(jīng)延遲。（2）狀態(tài)異常：PCOS 是原發(fā)卵巢的疾病，卵泡功能異常是PCOS 病變的核心[48]，卵泡數(shù)量多，E2 濃度高，易發(fā)卵巢過度刺激綜合征（ovarianhyperstimulation syndrome, OHSS），即卵巢對促性腺激素的過度應(yīng)答。（3）節(jié)律異常：激素調(diào)節(jié)下節(jié)律性的破壞，如年節(jié)律，月節(jié)律等[49]。PCOS 患者主要表現(xiàn)為月節(jié)律性延長或者消失，月經(jīng)后期稀發(fā)、閉經(jīng)。PCOS 患者在月經(jīng)周期的不同時期臨床表現(xiàn)均有所不同：在經(jīng)后期即卵泡期，卵泡發(fā)育過程中數(shù)目過多，且卵泡僅能發(fā)育至2～9 mm，在卵泡發(fā)育的早期即停止生長；在經(jīng)間期臨床表現(xiàn)為排卵障礙[50]。在月經(jīng)周期節(jié)律中，各種生理水平不停發(fā)生節(jié)律性變化，生物鐘對于卵泡的發(fā)育成熟、排卵起著不可替代的作用。而生物鐘的紊亂，會導(dǎo)致一些女性內(nèi)分泌疾病的發(fā)病率顯著升高。

2.2 PCOS 的藥物時辰治療 PCOS 是一種以持續(xù)性無排卵、HA 或IR 為特征的內(nèi)分泌紊亂綜合征，是無排卵性不孕的重要原因，而促排卵是現(xiàn)今治療PCOS 的主要措施。在此基礎(chǔ)上可以結(jié)合生物鐘的晝夜節(jié)律進(jìn)行給藥，遵循人類疾病發(fā)生和人體對藥物代謝調(diào)節(jié)的時間特異性分子機(jī)制，進(jìn)而為不同患者提供最佳的用藥時間以及精準(zhǔn)化的治療手段。

關(guān)于時辰藥理學(xué)[51-52]的諸多研究已經(jīng)證實(shí)，藥物作用與人體生物鐘有著極其密切的內(nèi)在聯(lián)系。在不同的作用時辰上，相同劑量的同種藥物給藥可呈現(xiàn)出差異很大的治療效果。因此，根據(jù)機(jī)體對藥物的反應(yīng)節(jié)律決定最佳的給藥劑量和時間，考慮藥物的血藥濃度與生物鐘的配合不僅可以提高療效和節(jié)省藥物，還能將藥物的不良反應(yīng)降到最低限度。李偉等[53]在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者C 反應(yīng)蛋白（Creactive protein,CRP）的濃度隨時間變化且零點(diǎn)前達(dá)到峰值的事實(shí)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步證實(shí)了晚間給藥的用藥效果優(yōu)于傳統(tǒng)的晨間給藥。胡潔等[54]基于肺癌患者在6 點(diǎn)到12 點(diǎn)時間段內(nèi)DNA 合成達(dá)到高峰的現(xiàn)象而建立小鼠時辰給藥系統(tǒng)，篩選出ZT15（Zeitgebertime 15）是紫杉醇抗腫瘤效果最佳的給藥時間。目前已有證據(jù)表明，高分子量制劑治療癌癥的給藥時間受到晝夜血壓波動的影響[55]。對于PCOS而言，相關(guān)激素在發(fā)情周期存在明顯的晝夜節(jié)律：血漿皮質(zhì)醇值早上比下午高2～3 倍，其最大值出現(xiàn)在凌晨4～8 點(diǎn)之間，最小值出現(xiàn)在下午4～8 點(diǎn)之間；LH 高峰值多數(shù)發(fā)生在上午8 點(diǎn)，而在排卵前最高峰出現(xiàn)于凌晨4 點(diǎn)[56]；MT 濃度在夜間達(dá)到高峰，且受到光照的影響。由此可見，POCS 患者的生理特征及激素水平是呈現(xiàn)周期性變化的，不同的給藥時間會影響藥物的干預(yù)效果，依據(jù)PCOS 患者相關(guān)激素的周期節(jié)律確定給藥時間，將是時辰治療學(xué)在PCOS 治療中更深層次的應(yīng)用。

目前，相關(guān)治療藥物（例如達(dá)英-35、來曲唑、二甲雙胍等）的給藥時間對PCOS 療效差異還沒有進(jìn)一步的研究?，F(xiàn)有結(jié)果指出，在月經(jīng)周期的不同時期給藥會對治療效果有影響。張新平等[57]通過觀察克羅米芬結(jié)合人絨毛膜促性腺激素（Human chorionic gonadotropin,HCG）治療PCOS 的研究，分析患者血清胰島素、胰島素抵抗指數(shù)的變化證明該藥在一定時期或藥物誘發(fā)排卵期間，若能合理得當(dāng)?shù)卣莆諘r間和藥量，可起到類似黃體生成激素的療效誘發(fā)排卵。蘇靜等[58]通過比較在不同時間應(yīng)用Gn RH 拮抗劑的方案表明，對于基礎(chǔ)LH 較高的PCOS患者，為降低OHSS 的發(fā)病率，可以提前使用拮抗劑從而降低血清E2 水平達(dá)到減少獲卵數(shù)的目的；而采取靈活的拮抗劑方案則能夠獲得較多的卵子。

3 展望

目前的研究還遠(yuǎn)未揭示PCOS 的病因?qū)W基礎(chǔ)，對PCOS 發(fā)病機(jī)制的研究主要集中在肥胖、IR、激素失調(diào)等方面。越來越多的證據(jù)表明生物鐘紊亂是多數(shù)生殖疾病的病因之一，但對基于生物鐘的PCOS發(fā)病進(jìn)程的研究卻鮮有報導(dǎo)。通過創(chuàng)新性地提出了生物鐘與PCOS 的關(guān)系，擬分析生物鐘紊亂導(dǎo)致PCOS 的潛在發(fā)病機(jī)制并對PCOS 的時辰治療提出了新的見解與思路。相信隨著研究的深入，可以填補(bǔ)這一領(lǐng)域的空缺，從時辰治療學(xué)的角度出發(fā)，為PCOS 發(fā)病機(jī)制及其治療提供更系統(tǒng)、更完善的理論支持，也有助于在臨床中更好地運(yùn)用生物鐘，以期在精準(zhǔn)醫(yī)療中發(fā)揮重要作用。