氧化應(yīng)激與生殖相關(guān)疾病研究進展

江楠，馬瑞紅，趙曉麗，夏天

正常情況下，人體內(nèi)存在一定量的活性氧（reactive oxygen species，ROS），在正常的生理活動中發(fā)揮重要作用。當機體接受到各種內(nèi)外因素刺激，體內(nèi)產(chǎn)生過量ROS，超出了人體代謝的能力，導致氧化還原失衡，引發(fā)氧化應(yīng)激（oxidative stress，OS）。研究表明，氧化應(yīng)激與不孕相關(guān)的疾病也有著密切的關(guān)系。

1 多囊卵巢綜合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）

PCOS是一種常見的內(nèi)分泌疾病，以慢性無排卵、胰島素抵抗及高雄激素血癥為特征，臨床常表現(xiàn)為肥胖、多毛、月經(jīng)紊亂及不孕等。目前PCOS的發(fā)病機制尚不明確，除了激素紊亂、胰島素缺陷和脂肪功能障礙外，氧化應(yīng)激也與PCOS有密切的聯(lián)系。Papalou等[1]分析了氧化應(yīng)激在PCOS中的作用，以及氧化應(yīng)激與其他病因參數(shù)的相互關(guān)系，認為氧化應(yīng)激在PCOS的發(fā)病機制中占有相當一部分的比例，PCOS可以被認為是一種純粹的氧化狀態(tài)，致使體內(nèi)產(chǎn)生的抗氧化劑無法超過過度產(chǎn)生的自由基。PCOS女性往往表現(xiàn)出抗氧化狀態(tài)降低和氧化應(yīng)激狀態(tài)增加[2]。Uyanikoglu等[3]在研究PCOS人群的氧化-抗氧化狀態(tài)時發(fā)現(xiàn)，相比正常人群，PCOS患者的總氧化狀態(tài)（total oxidant state，TOS）、總抗氧化狀態(tài)（total antioxidant status，TAS）和氧化應(yīng)激指數(shù)（oxidative stress index，OSI）均較高，說明PCOS患者體內(nèi)的確存在氧化應(yīng)激狀態(tài)。

胰島素抵抗和高雄激素血癥是PCOS患者的兩大關(guān)鍵特征，已有證據(jù)表明這兩種特征都有ROS的參與[4]。谷胱甘肽是一種常見的抗氧化物酶，也是大腦中最重要的抗氧化成分之一，但該成分往往在胰島素抵抗時在大腦中水平較低，導致氧化-抗氧化的不平衡，因此谷胱甘肽的代謝紊亂可能導致胰島素抵抗[5]，而提高谷胱甘肽的水平可以增加對胰島素的敏感性[6]。El-Hafidi等[7]研究甘氨酸對蔗糖誘導胰島素抵抗大鼠的實驗顯示，添加蔗糖飼料降低了谷胱甘肽的濃度，導致氧化應(yīng)激和胰島素抵抗，在飼料中添加甘氨酸可增加蔗糖喂養(yǎng)（sucrose-fed，SF）大鼠肝臟谷胱甘肽生物合成，降低氧化應(yīng)激，改善胰島素敏感性和胰島素細胞信號轉(zhuǎn)導；另一方面，胰島素抵抗加重了氧化應(yīng)激，胰島素受體β/胰島素受體底 物（insulin receptor -beta/ insulin receptor substrate，IR-β/IRS）參與的胰島素信號通路介導了胰島素對谷胱甘肽生物合成的調(diào)節(jié)，造成胰島素抵抗和谷胱甘肽生成之間的惡性循環(huán)。

血漿睪酮和雄烯二酮與ROS的生成相關(guān)，因此氧化應(yīng)激可直接刺激高雄激素血癥的發(fā)生，正常情況下負責產(chǎn)生雄激素的卵巢類固醇生成酶受到氧化應(yīng)激的刺激時可被抗氧化劑抑制，但一些體外實驗表明在腫瘤壞死因子α（tumour necrosis factor-α，TNF-α）存在的情況下，產(chǎn)生雄激素的卵泡膜細胞可在體外增殖，這說明氧化應(yīng)激能誘導局部炎癥反應(yīng)，并刺激PCOS婦女的卵巢產(chǎn)生過多的雄激素[8]，循環(huán)中過度的雄激素增加了白細胞ROS的生成、p47phox基因表達和血漿硫代巴比妥反應(yīng)物（thiobarbituric acid-reactive substances，TBARS），從而加重氧化應(yīng)激[9]。

2 子宮內(nèi)膜異位癥（endometriosis，EMs）

EMs是育齡期婦女常見的婦科病之一，臨床上常表現(xiàn)為痛經(jīng)、慢性盆腔痛、性交痛和不孕，其發(fā)生機制尚有爭議，目前有三種主要理論：月經(jīng)逆行、體腔上皮化生、血管和淋巴轉(zhuǎn)移擴散。EMs常伴隨炎癥，ROS作為一種高度促炎因子，其濃度過高時可損傷腹膜間皮細胞，促進異位子宮內(nèi)膜植入，并且一些高度促氧化因素可隨著逆行的月經(jīng)進入腹腔，如血紅素、鐵以及凋亡的子宮內(nèi)膜細胞，這些逆行種植的高促氧化因素又可引起氧化應(yīng)激[10]。這種惡性循環(huán)的形成離不開巨噬細胞，其在腹腔中被激活后促進ROS和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）、細胞因子、生長因子和前列腺素的增加，由此產(chǎn)生的氧化應(yīng)激導致脂質(zhì)過氧化，進而被降解或與低密度脂蛋白相互作用，生成的產(chǎn)物如丙二醛被識別為異物，從而引發(fā)抗原反應(yīng)，產(chǎn)生抗體。這一過程最終導致紅細胞和腹膜子宮內(nèi)膜細胞氧化損傷，進一步刺激單核吞噬細胞的招募和活化，使盆腔的氧化損傷持續(xù)存在。這種持續(xù)的損傷可能損傷間皮細胞，誘導子宮內(nèi)膜細胞黏附部位的出現(xiàn)促進EMs的發(fā)生發(fā)展[11]。

人體中的線粒體產(chǎn)生ROS和能量，有實驗顯示EMs患者的異位子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞（endometrium stromal cells，ESCs）中的線粒體比對照組產(chǎn)生了更多的ROS 和能量。線粒體超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2）作為一種抗氧化酶，在異位子宮內(nèi)膜中相比正常子宮內(nèi)膜有更高表達，由于其抗氧化作用，SOD2通過維持功能線粒體支持異位ESCs的高能量代謝，促進EMs的發(fā)生。此外SOD2在卵巢EMs中促進細胞增殖和遷移，抑制SOD2表達可降低異位ESCs的增殖和遷移[12]，這種抗氧化酶的改變以及ROS的升高證明了氧化應(yīng)激是EMs的主要原因之一。氧化應(yīng)激通過絲裂原活化蛋白激酶/細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（MAPK/ERK）途徑上調(diào)c-Fos和c-Jun的表達，促進子宮內(nèi)膜異位病變的生存和增殖，ERK信號通路通過影響內(nèi)源性ROS參與了增殖反應(yīng)[13]。

氧化應(yīng)激不僅是造成EMs的重要因素之一，同時還參與了該疾病的惡性轉(zhuǎn)化。富含AT的相互作用域1A（AT-rich interactive domain 1A，ARID1A）作為一種抑癌基因，在EMs中常表現(xiàn)為下調(diào)和失活，氧化應(yīng)激增加了ARID1A基因啟動子的甲基化水平，ROS通過調(diào)節(jié)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）誘導DNA超甲基化，并且不改變其表達水平，導致ARID1A基因低表達[14]，該基因的破壞是EMs向癌癥轉(zhuǎn)化的前兆，ARID1A功能缺失突變伴隨著ARID1A蛋白表達缺失，被認為是子宮內(nèi)膜相關(guān)卵巢癌中最重要的原因之一[15]。

3 復(fù)發(fā)性流產(chǎn)（recurrent spontaneous abortion，RSA）

RSA是育齡期夫婦的常見問題之一，其定義為妊娠20周以內(nèi)連續(xù)流產(chǎn)3次及3次以上，發(fā)病機制尚不明晰，常見因素如父母的染色體異常、子宮改變、感染、內(nèi)分泌紊亂和自身免疫性疾病等，但仍有50%的RSA發(fā)病原因不明[16]。研究表明，RSA與炎癥和ROS升高相關(guān)，抗氧化水平和ROS生成之間的不平衡，關(guān)系著RSA病理過程的發(fā)生和發(fā)展[17]。

正常妊娠過程中，炎癥因子和抗炎因子處在一個微妙的平衡中，而氧化應(yīng)激導致的炎癥因子和抗炎因子之間的失衡是導致RSA的因素之一。實驗表明，雙酚A（bisphenol A，BPA）誘導生成的ROS提高了炎癥因子在人胎盤組織、ESCs及外周血單個核細胞中的表達，BPA作為一種著名的雌激素樣化合物，還可作用于雌激素受體，誘導ROS生成和炎性細胞因子的釋放[18]。這種由氧化應(yīng)激引起的炎癥改變在胚胎移植成功的不同階段，如滋養(yǎng)層浸潤、血管生成和胎盤生長過程中都產(chǎn)生了影響[19]，過量的ROS破壞了胎盤的正常功能，導致胎盤功能障礙[20]，誘導脂質(zhì)過氧化損傷、蛋白質(zhì)氧化以及不同程度的DNA損傷[21]。ROS的過量產(chǎn)生抑制了豬滋養(yǎng)外胚層細胞的增殖，增加細胞凋亡和自噬，激活MAPK和蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（Akt/mTOR）通路并改變細胞分化基因的表達，導致胚胎發(fā)育不良[22]。此外，正常的妊娠過程中需要充足的血管分布和胎盤循環(huán)，血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在植入過程中刺激內(nèi)皮細胞增殖并增強血管通透性，前列腺素過氧化物合酶2（prostaglandin-endoperoxide synthase 2，PTGS2）作為產(chǎn)生前列腺素的誘導酶，在胚胎植入的炎癥過程中扮演重要介質(zhì)，這種酶的缺失往往伴隨著植入和胚胎的缺陷，胎盤氧化應(yīng)激可通過影響相關(guān)因子和酶導致自然流產(chǎn)[23]。對氧磷酶（paraoxonase，PON）作為一種氧化解毒酶，可降解具有氧化能力的脂質(zhì)過氧化物，在抗炎和抗氧化方面發(fā)揮作用[24]。PON2作為其中一種具有抗氧化活性的酶，其表達受ROS調(diào)控，實驗結(jié)果顯示RSA患者流產(chǎn)標本中的PON2 mRNA表達水平明顯低于健康的妊娠前期婦女，氧化應(yīng)激調(diào)控通路下PON2的缺失可能導致反復(fù)的妊娠失敗[25]。

4 男性相關(guān)不孕

不孕癥困擾著許多夫婦，大部分的治療重點往往集中于女性，但隨著研究愈加全面廣泛，男性因素也逐漸引起重視。男性因素導致的不孕癥約占總體不孕癥的一半，ROS介導的精子損傷是30%～80%男性不育的主要原因，ROS的主要來源包括精漿中活化的白細胞和精子中的線粒體[26]。其中線粒體氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）對三磷酸腺苷（ATP）的產(chǎn)生至關(guān)重要，其維持精子從子宮到輸卵管的線性運動，但ROS是OXPHOS的副產(chǎn)品，可造成應(yīng)激并損害精子質(zhì)量[27]。

一些外源性和內(nèi)源性因素可以誘導細胞產(chǎn)生超出其抗氧化能力的過量ROS，從而引起氧化應(yīng)激，氧化應(yīng)激對男性生殖功能產(chǎn)生負面影響，并通過影響下丘腦-垂體-性腺（HPG）軸和（或）干擾其與其他激素軸的交互作用而直接或間接地導致不育[28]。少量的ROS可維護精子的獲能、超激活和頂體反應(yīng)等生理功能，但由于精液中缺乏抗氧化劑[29]，ROS水平升高會影響精子的發(fā)育、功能和受精能力，過多的ROS誘導脂質(zhì)過氧化，進而破壞對維持精子功能至關(guān)重要的膜特性，包括使卵子受精的能力。脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生的脂醛與線粒體電子傳遞鏈中的蛋白質(zhì)結(jié)合，觸發(fā)更多的ROS生成。這種高水平的氧化應(yīng)激最終會損害精子核中的DNA[30]，有研究證實若降低氧化應(yīng)激的傷害，抑制脂質(zhì)過氧化的發(fā)生，受精率也隨之提高[31]。氧化應(yīng)激誘導的精子DNA損傷可能導致精子基因組發(fā)生突變，導致快速分裂的生殖細胞或胚胎發(fā)生突變[32]，由于精子的低質(zhì)量，常導致胚胎質(zhì)量差以及植入率低下[33]。大量研究證明異常的精子結(jié)構(gòu)與反復(fù)妊娠失敗（recurrent pregnancy loss，PRL）緊密相關(guān)[34-35]。

氧化應(yīng)激常伴隨炎癥發(fā)生，在慢性前列腺炎患者中，前列腺組織長期暴露于炎癥中產(chǎn)生大量ROS、炎癥因子及白細胞，這些白細胞及炎癥因子又繼續(xù)釋放ROS，這種氧化應(yīng)激使精子細胞膜上的多不飽和脂肪酸減少、抑制精子的頂體反應(yīng)[36]。精液中基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）參與精液的液化、影響精子分化和形態(tài)改變，并可以清除組織中的炎癥細胞，但在精子DNA碎片率較高的男性精漿中MMP-2的表達水平降低，MMP的表達受過量ROS的影響[37]，因此MMP-2的降低可能也是ROS伴隨的炎癥所導致的。

綜上，內(nèi)外因素導致的ROS失衡所引起的氧化應(yīng)激與PCOS、EMs、RSA和男性不育均有緊密聯(lián)系。針對不同的疾病，其影響途徑也不盡相同，并且氧化應(yīng)激在其他疾病的發(fā)生發(fā)展中也發(fā)揮了作用，后續(xù)仍需要進一步的深入研究，以期從預(yù)防及臨床治療上提供更多思路。