線粒體功能受損與多囊卵巢綜合征發(fā)生胰島素抵抗相關(guān)性的研究進(jìn)展

王 婧 馬舒婷 張躍輝

1.河北省廊坊市人民醫(yī)院婦科，河北廊坊 065000；2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院婦科一科，黑龍江哈爾濱 150000

多囊卵巢綜合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）對生殖、代謝等生理機(jī)能的影響可貫穿女性一生，有學(xué)者提出其病理生理在胎兒時期就已開始發(fā)生改變，多于青春期開始發(fā)病[1]，對育齡期女性的影響最大，故探尋本病的發(fā)病機(jī)制對臨床診療具有重要意義。PCOS 的臨床表現(xiàn)隨著女性所處生理時期的不同而不同[2]，臨床多以月經(jīng)稀發(fā)為主，嚴(yán)重者可致閉經(jīng)，少數(shù)表現(xiàn)為月經(jīng)過多；高雄激素的臨床表現(xiàn)，如肥胖、痤瘡、多毛等；育齡期可引發(fā)不孕癥；受孕后易發(fā)生流產(chǎn)，甚至導(dǎo)致復(fù)發(fā)性流產(chǎn)、早產(chǎn)等不良妊娠結(jié)局；長期增厚的子宮內(nèi)膜還增加了癌變的風(fēng)險，故本病對女性的健康和生活產(chǎn)生著持續(xù)的影響。然而PCOS 的病因多樣，病因間的作用關(guān)系復(fù)雜，胰島素抵抗（insulin resistance，IR）和高雄激素血癥被視為其特征性內(nèi)分泌變化[3]。研究發(fā)現(xiàn)，PCOS-IR 患者占PCOS 患者的50%～70%[4-5]，PCOS 合并肥胖者約占PCOS 患者的42%，而PCOS合并肥胖者中兼具IR 患者的占比過半，同時非肥胖患者中也有約22%的患者存在IR[6]。無論脂肪代謝障礙還是脂肪缺乏，即肥胖或消瘦，在機(jī)體缺少功能正常的脂肪細(xì)胞時，都會導(dǎo)致肝臟或肌肉中積累過量的三酰甘油，誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生IR[7-8]。故IR 的發(fā)病率之高決定其在PCOS 發(fā)病中占據(jù)了重要地位。

1 IR 對PCOS 的影響

IR 是肥胖PCOS 患者的獨(dú)立誘因[9]，也是誘發(fā)心血管疾病、血脂代謝異常、代償性高胰島素血癥、2 型糖尿?。═2DM）等遠(yuǎn)期并發(fā)癥的高危因素[10]。并且IR對PCOS 患者低排卵率、低妊娠率、妊娠并發(fā)癥的產(chǎn)生及不良妊娠結(jié)局均有直接影響[11]。此外，IR 患者胰島素水平可代償性升高，過多的胰島素刺激垂體、卵巢及卵泡膜細(xì)胞，分泌更多雄激素[12]；腎上腺在過量的胰島素強(qiáng)刺激下，增強(qiáng)腎上腺皮質(zhì)激素的敏感性，雄激素分泌增多[13]；并且，肝臟在胰島素的影響下，性激素結(jié)合蛋白合成減少，反應(yīng)性增加血清中游離雄激素的含量[12]，故IR 可通過多種途徑進(jìn)一步加劇高雄激素。IR 對PCOS 的發(fā)生發(fā)展全程均有重要的影響，故探究IR 在PCOS 疾病中的作用機(jī)制是了解PCOS 病因不可或缺的環(huán)節(jié)。

2 PCOS-IR 與線粒體

線粒體在細(xì)胞代謝功能中起重要作用，并影響著IR 的發(fā)生，近年來有研究發(fā)現(xiàn)線粒體功能障礙可能是PCOS-IR 發(fā)病機(jī)制中的一個重要因素[14]。

2.1 線粒體DNA（mtDNA）拷貝數(shù)

mtDNA 損傷會降低細(xì)胞代謝活性，故可作為引發(fā)線粒體功能障礙的原因之一。通過測量mtDNA 拷貝數(shù)評估線粒體細(xì)胞的相對數(shù)量，評估線粒體功能水平。Saeed 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，無論是否患有糖尿病，PCOS組mtDNA 拷貝數(shù)都相對較少。Zhang 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，PCOS 患者的mtDNA 拷貝數(shù)較正常女性低，并且其拷貝數(shù)與IR、腰圍和三酰甘油水平呈負(fù)相關(guān)，即PCOS患者IR 程度越重，則mtDNA 拷貝數(shù)越低，線粒體功能損傷程度越重。

然而，功能受損的線粒體亦可通過提高mtDNA 拷貝數(shù)，代償性提升受損線粒體功能。Shokolenko 等[17]從PCOS 患者和非PCOS 患者的體細(xì)胞中建立誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSC）模型，結(jié)果顯示PCOS 患者iPSC 中mtDNA 含量明顯高于非PCOS 患者。PCOS 患者iPSC中線粒體轉(zhuǎn)錄因子A、γ 共激活因子-1α、核呼吸因子-1 等過氧化物酶體增殖物激活受體表達(dá)均呈高水平[17]。而以上三種因子，是參與調(diào)節(jié)線粒體mtDNA 復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的重要受體[18]，這與PCOS 患者iPSC 中mtDNA拷貝數(shù)的上調(diào)結(jié)果相符。另外，PCOS 患者iPSC 線粒體中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1 和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白3 的表達(dá)呈下調(diào)改變[17]。葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白體的作用是協(xié)助完成葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白體的表達(dá)水平影響著線粒體對糖的攝取，進(jìn)一步影響糖代謝。故PCOS-IR 的產(chǎn)生，可能與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白體低表達(dá)導(dǎo)致線粒體功能障礙有關(guān)。

mtDNA 拷貝數(shù)的上調(diào)和下調(diào)，可能是疾病在不同階段所展現(xiàn)出的不同變化[16]。代償期表現(xiàn)為mtDNA 拷貝數(shù)增加；當(dāng)線粒體不能維持正常功能，進(jìn)入失代償期，則表現(xiàn)為mtDNA 拷貝數(shù)減少。兩種截然相反的實(shí)驗結(jié)果，可能是由于樣本處于不同疾病時期造成的。

2.2 線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（mt-tRNA）基因突變

與PCOS-IR 相關(guān)的tRNA 基因突變，影響了線粒體相應(yīng)蛋白的合成，使線粒體功能受損。Ding 等發(fā)現(xiàn)[19]，攜帶突變mt-tRNA 的PCOS-IR 實(shí)驗組，線粒體拷貝數(shù)明顯低于對照組，說明線粒體基因突變使線粒體相對數(shù)量顯著減少，進(jìn)而影響了線粒體功能。此研究團(tuán)隊認(rèn)為mt-tRNA Leu（UUR）A3302G 和C3275A、mttRNA Gln T4363C 和T4395C、mt-tRNA Ser（UCN）C7492T、mt-tRNA Asp A7543G、mt-tRNA Lys A8343G、mt-tRNA Arg T10454C、mt-tRNA Glu A14693G 和tRNA Cys G5821A 等十種基因突變，可能與PCOS-IR相關(guān)[19-20]。這些突變改變了mt-tRNA 的二級結(jié)構(gòu)和相應(yīng)基因的功能，進(jìn)而影響了線粒體功能。

對患有IR 的中國家族單獨(dú)研究結(jié)果顯示[21]，該家族第一代和第二代成員表現(xiàn)出具有IR 的T2DM，而第三代成員表現(xiàn)出了PCOS。PCOS 是一種具有遺傳傾向的疾病[22]，提示IR 的遺傳傾向也對PCOS 有著一定影響：即使沒有PCOS 家族史，IR 和T2DM 家族史也可能是導(dǎo)致PCOS 的危險因素。實(shí)驗對此家族成員的線粒體基因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)mt-tRNA Leu（UUR）A3302G 突變，是該家庭與IR 相關(guān)的致病性突變，進(jìn)一步突出了此種突變對我國PCOS 疾病的研究意義。A3302G 突變對線粒體拷貝數(shù)和tRNA 的穩(wěn)態(tài)均有不良影響，張飛祥等認(rèn)為[23]，此突變可作為危險因素，評估PCOS-IR 的患病概率，為未來分子診斷的發(fā)展提供幫助。

2.3 線粒體活性氧（ROS）

ROS 是線粒體呼吸鏈中的副產(chǎn)物，線粒體功能受損，氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）產(chǎn)生過量的ROS 會異常誘導(dǎo)激活蘇氨酸和絲氨酸激酶的信號通路，并增加胰島素受體及其底物蛋白的磷酸化。胰島素行使正常功能，離不開線粒體呼吸鏈的支持，故線粒體功能障礙、細(xì)胞內(nèi)ROS 增加，會使胰島素效力降低，增加PCOS-IR 發(fā)生的可能性。PCOSIR 患者的線粒體ROS 和髓過氧化物酶（MPO）的水平升高，其程度甚至較單純的PCOS 患者更重[24]。MPO可在炎癥部位催化氧化反應(yīng)，參與氧化應(yīng)激（OS），產(chǎn)生過量的ROS[25]。并且，PCOS-IR 患者體內(nèi)過量的葡萄糖，也會刺激煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶作用產(chǎn)生ROS[26]，而不同種氧化酶之間仍存在相互作用，也影響著ROS 的生成。因此，線粒體功能障礙生成過量的ROS，影響了胰島素效力，同時高水平的葡萄糖又加劇了ROS 的產(chǎn)生，而進(jìn)一步損傷線粒體。

2.4 線粒體OS

當(dāng)細(xì)胞抗氧化能力降低，氧化相對過剩；或細(xì)胞中超量的ROS 無法被抗氧化系統(tǒng)代謝，氧化絕對過剩，皆可使細(xì)胞氧化和抗氧化平衡被打破，此時大量無法被代謝的ROS 會誘導(dǎo)OS，引起細(xì)胞和線粒體損傷[27]。當(dāng)胰島β 細(xì)胞內(nèi)某些信號通路，被過量的ROS 激活引發(fā)OS，可導(dǎo)致胰島β 細(xì)胞損傷凋亡，使胰島素分泌減少。

線粒體活性異常；OXPHOS 增強(qiáng)；當(dāng)ROS 水平超過一定閾值，導(dǎo)致主要參加OXPHOS 的線粒體氧磷復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ受損；以上途徑可進(jìn)一步刺激ROS 產(chǎn)生，引起OS[28]。胰島素受體在OS 的作用下，其與胰島素受體底物-1 的結(jié)合力變差，使IR/IRS-1/PI3-K 信號通路傳導(dǎo)障礙，而加重IR；并且，胰島素也是OXPHOS的主要調(diào)節(jié)劑，在PCOS-IR 的情況下，機(jī)體內(nèi)大量無法正常代謝的糖脂類物質(zhì)自身氧化，產(chǎn)生大量的自由基也會引發(fā)OS。

線粒體內(nèi)膜、脂質(zhì)發(fā)生OS 產(chǎn)生的丙二醛（MDA）可作為評估OS 程度的標(biāo)志物。有研究表明[29]，高水平MDA 可損傷線粒體酶；降低氧磷復(fù)合物Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ的活性；抑制線粒體琥珀酸呼吸鏈和NADH 氧化呼吸鏈；使自由基釋放量增加，而加劇線粒體功能的損傷。

3 線粒體功能修復(fù)

當(dāng)線粒體功能受損時，線粒體質(zhì)量控制系統(tǒng)啟動，以維持線粒體及細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。線粒體首先通過分子層面進(jìn)行調(diào)控：抗氧化劑、DNA 修復(fù)、蛋白質(zhì)折疊和降解來試圖維持線粒體及細(xì)胞功能。維生素C、E，谷胱甘肽，谷胱甘肽過氧化物酶，過氧化氫酶，超氧化物歧化酶以及微量元素鋅、硒等抗氧化物質(zhì)通過恢復(fù)細(xì)胞的抗氧化水平，提高抗氧化負(fù)荷，清除代謝過程的中間產(chǎn)物，如ROS，可降低有害物質(zhì)對線粒體結(jié)構(gòu)造成的損害，間接保護(hù)線粒體功能[30]。故臨床抗氧化劑的應(yīng)用研究，可為PCOS-IR 提供一個新的治療思路。線粒體DNA 聚合酶γ，可切除錯配的堿基。線粒體基質(zhì)中的分子伴侶蛋白，可將錯誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊，恢復(fù)其正常結(jié)構(gòu)和功能。若功能異常的蛋白過量累積，將激活降解機(jī)制，清除失效的蛋白。當(dāng)線粒體不能通過內(nèi)在調(diào)節(jié)維持穩(wěn)態(tài)時，線粒體將通過合成、融合、裂變，來維持細(xì)胞的正常代謝[31]。由此，線粒體通過細(xì)胞內(nèi)在修復(fù)系統(tǒng)，在分子和細(xì)胞水平上恢復(fù)受損的功能。

然而若線粒體無法通過“妥協(xié)”維持基本功能，細(xì)胞將引發(fā)線粒體自噬。自噬體特異性包裹受損的線粒體，并與溶酶體融合完成降解[32]。此過程還可同時清除過多的有害代謝產(chǎn)物，如ROS。mtDNA 無蛋白外殼保護(hù)，可直接接觸ROS，誘導(dǎo)mtDNA 突變，增加線粒體功能損害的概率[33]；同時ROS 與OS 為正反饋關(guān)系，故線粒體自噬，一方面直接從根源減少異常線粒體的數(shù)量；另一方面，清除ROS 等代謝副產(chǎn)物，也減輕了相對健康的線粒體受OS 和ROS 的不利影響；此外，線粒體自噬后降解的產(chǎn)物，又將以原料的形式參與正常機(jī)體代謝[33]。線粒體自噬有效降低了線粒體功能障礙對IR 的影響，故對減輕IR 具有一定作用。因此，有望通過藥物引發(fā)適度的線粒體自噬，改善線粒體外環(huán)境，對PCOS-IR 予以干預(yù)治療。

4 小結(jié)

綜上，由以上途徑導(dǎo)致線粒體功能受損，加重了PCOS-IR 的程度；而機(jī)體PCOS-IR 狀態(tài)又會通過多種機(jī)制，加重線粒體功能損傷。線粒體功能對PCOSIR 有著不可否認(rèn)的意義，二者相互作用，一方出現(xiàn)問題則會牽連另一方，形成惡性循環(huán)。故想打開閉環(huán)，就需通過改善其中一方或雙方，將惡性循環(huán)變?yōu)榱夹詭?，才有可能上升為新的動態(tài)平衡。探索PCOS-IR 中線粒體作用機(jī)制，和線粒體自身恢復(fù)機(jī)制，研制針對性的藥物，將為PCOS-IR 線粒體功能異常的預(yù)防和治療提供一個更有效的途徑。