多囊卵巢綜合征神經(jīng)內(nèi)分泌病因機(jī)制的研究進(jìn)展

錢紫薇，姚琦，周閣，任青玲，胡榮魁

多囊卵巢綜合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是女性常見的具有生殖、代謝及心理特征的內(nèi)分泌疾病，約影響了全球8%～18%的育齡婦女[1]。我國一項(xiàng)以社區(qū)為基礎(chǔ)的大型流行病學(xué)研究顯示，漢族育齡期女性（19～45歲）PCOS的患病率為5.6%[2]。PCOS以高雄激素血癥、排卵障礙和多囊卵巢為典型特征，表現(xiàn)為多毛、痤瘡、月經(jīng)失調(diào)和不孕等。此外，罹患Ⅱ型糖尿病、代謝綜合征、心血管疾病、子宮內(nèi)膜癌和抑郁癥等遠(yuǎn)期并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)增加[3]。PCOS的癥狀復(fù)雜多樣，病因、發(fā)病機(jī)制不明，目前尚無根治措施[4-5]。因此，探尋其起源，從病因出發(fā)進(jìn)行個(gè)性化的治療將十分重要。

雖然PCOS存在臨床高度異質(zhì)性，但多數(shù)患有PCOS 的女性呈現(xiàn)黃體生成激素（luteinizing hormone，LH） 脈沖頻率升高和LH與卵泡刺激素（follicle stimulating hormone，F(xiàn)SH）比值升高。這種異常模式的促性腺激素信號(hào)一方面驅(qū)動(dòng)了下游的卵巢特征，如雄激素合成增加，另一方面反映了上游促性腺激素釋放激素（GnRH）神經(jīng)元過度活躍，提示PCOS存在大腦GnRH神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能障礙。發(fā)育過程中過量雄激素或抗苗勒管激素暴露的PCOS臨床前動(dòng)物模型可以完整呈現(xiàn)高頻率GnRH/LH脈沖，這些臨床前動(dòng)物模型的建立為研究PCOS病理性LH波的中樞調(diào)控機(jī)制提供了很好的研究工具。綜述PCOS高頻率GnRH/LH脈沖相關(guān)的病理表現(xiàn)及其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制，探討PCOS的神經(jīng)內(nèi)分泌起源。

1 GnRH神經(jīng)元過度激活是PCOS發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵

下 丘 腦 - 垂 體 - 卵 巢 （hypothalamus -adenohypophysis-ovary，HPO）軸作為一個(gè)完整而協(xié)調(diào)的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)在調(diào)控女性生殖內(nèi)分泌方面發(fā)揮著重要作用。下丘腦促性腺激素釋放激素（gonadotropin releasing hormone，GnRH）神經(jīng)元分泌GnRH，調(diào)控腺垂體促性腺激素細(xì)胞分泌促性腺激素FSH和LH，促性腺激素作用于性腺，調(diào)節(jié)性激素的分泌與生殖功能。GnRH神經(jīng)元和GnRH 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)整合多樣的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和外部信號(hào)保證個(gè)體生育能力維持在恰當(dāng)水平。因此，GnRH神經(jīng)元是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)生殖的最終輸出神經(jīng)元。臨床研究顯示，PCOS患者常表現(xiàn)為血清LH值升高，F(xiàn)SH值相對偏低，LH/FSH比值升高。一方面高水平的LH作用于卵泡膜細(xì)胞，促進(jìn)雄性激素合成與釋放；另一方面FSH相對減少，卵泡發(fā)育成熟障礙，最終導(dǎo)致無排卵、卵巢多囊樣改變。促性腺激素檢測試驗(yàn)顯示血清LH值增高的PCOS患者LH波的頻率與峰值增加[6]；產(chǎn)前雄激素化（prenatal androgenization，PNA）或產(chǎn)前抗苗勒管激素化（prenatal anti-müllerian hormone，PAMH）構(gòu)建的高LH型PCOS模型動(dòng)物[7-8]，LH波的頻率與峰值增加，提示上游下丘腦GnRH神經(jīng)元釋放的GnRH波也可能發(fā)生類似改變，即GnRH神經(jīng)元過度激活。由于技術(shù)、倫理道德等相關(guān)問題的挑戰(zhàn)，目前臨床尚不能檢測PCOS患者外周循環(huán)血及垂體門脈血的GnRH，但動(dòng)物垂體門脈插管實(shí)驗(yàn)研究顯示垂體門脈血GnRH分泌的頻率與外周血LH脈沖頻率是完全同步的[9-10]。此外，臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示，與正常小鼠相比，PNA構(gòu)建的PCOS模型小鼠GnRH神經(jīng)元放電活性增加[11]。因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)生殖功能的GnRH神經(jīng)元過度激活是PCOS發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵。

2 調(diào)控GnRH神經(jīng)元活性的中間神經(jīng)元件的改變是GnRH神經(jīng)元過度激活的原因

健康女性GnRH/LH波頻率主要受性激素負(fù)反饋調(diào)控，臨床與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究均顯示GnRH神經(jīng)元過度激活與性激素負(fù)反饋回路受損密切相關(guān)。研究顯示外源性雌、孕激素對PCOS患者LH波頻率和峰值抑制的幅度明顯低于正常女性[12]。動(dòng)物研究也發(fā)現(xiàn)PNA小鼠在卵巢切除術(shù)后給予雌二醇處理出現(xiàn)LH鈍化反應(yīng)[13]。值得注意的是，GnRH神經(jīng)元僅表達(dá)雌激素受體β（estrogen receptor β，ER-β）[14]，而不表達(dá)經(jīng)典的ER-α[10]、孕激素受體（progesterone receptor，PR）[15]或雄激素受體（androgen receptor，AR）[9]。因此，表達(dá)性激素受體調(diào)控GnRH神經(jīng)元活性的中間神經(jīng)元件的改變可能是導(dǎo)致GnRH神經(jīng)元過度激活的原因。

2.1 下丘腦弓狀核（arcuate nucleus，ARC）區(qū)域表達(dá)性激素受體并調(diào)控GnRH神經(jīng)元活動(dòng)的中間神經(jīng)元件主要分布于第三腦室嘴緣室周帶（rostral periventricular of the third ventricle，RP3V） 的前腹室旁核（anteroventral periventricular nucleus，AVPV）、室周核（periventricular nucleus，PeN）和ARC區(qū)域[16-17]，其中ARC區(qū)在性激素負(fù)反饋回路中發(fā)揮著重要作用[18-19]。不同種屬的PNA動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示ARC區(qū)PR表達(dá)下調(diào)，對性激素敏感性降低，性激素負(fù)反饋回路受損，GnRH神經(jīng)元活性增強(qiáng)，LH波的頻率和峰值增加。Moore等[20]研究發(fā)現(xiàn)PNA小鼠下丘腦ARC區(qū)PR表達(dá)較正常對照組下調(diào)59%，外源性孕激素不能顯著降低PNA小鼠去勢后所引發(fā)的高水平LH。Cheng等[21]研究發(fā)現(xiàn)PNA羊下丘腦ARC區(qū)PR陽性細(xì)胞數(shù)減少。另有研究顯示PNA大鼠下丘腦PR mRNA表達(dá)降低[6]。

2.2 Kisspeptinergic神經(jīng)元/KNDy神經(jīng)元 Kisspeptins由kiss-1基因編碼，Kisspeptin通過其G蛋白耦聯(lián)受體54（protein-coupled receptor-54，GPR54）促進(jìn)GnRH神經(jīng)元釋放GnRH。臨床研究顯示PCOS患者血清Kisspeptin水平升高[22-24]，血清Kisspeptin水平與血清LH水平呈正相關(guān)，且Kisspeptin波的頻率與LH波的頻率呈正相關(guān)[25]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與月經(jīng)規(guī)律的PCOS患者（月經(jīng)周期小于45 d）相比，月經(jīng)稀發(fā)的PCOS患者（月經(jīng)周期大于45 d）血清Kisspeptin水平及Kisspeptin 頻率升高。月經(jīng)規(guī)律的PCOS 患者Kisspeptin脈沖與LH脈沖同時(shí)發(fā)生，沒有時(shí)間延遲，而月經(jīng)稀發(fā)的PCOS患者Kisspeptin脈沖與LH脈沖之間的時(shí)間耦合現(xiàn)象消失[25]。

另有研究顯示，下丘腦Kisspeptinergic 神經(jīng)元以突觸形式增強(qiáng)GnRH 神經(jīng)元的活性。下丘腦Kisspeptinergic神經(jīng)元末梢，與GnRH神經(jīng)元胞體和樹突相接觸形成突觸，將Kisspeptinergic神經(jīng)元合成釋放的Kisspeptin傳遞至GnRH神經(jīng)元，Kisspeptin 與GnRH神經(jīng)元表面的Kisspeptin受體GPR54結(jié)合，促進(jìn)GnRH神經(jīng)元合成釋放GnRH[9-10]。下丘腦Kisspeptinergic神經(jīng)元主要存在于ARC和AVPV區(qū)域，在參與性激素負(fù)反饋的ARC 區(qū)域，Kisspeptinergic神經(jīng)元高表達(dá)神經(jīng)多肽kisspeptin、強(qiáng)啡肽（dynorphin A，Dyn）和神經(jīng)激肽B（neurokinin B，NKB），通常被稱為KNDy 神經(jīng)元。KNDy神經(jīng)元也表達(dá)NKB 和Dyn的受體，NKB 正向調(diào)節(jié)KNDy神經(jīng)元活性，而Dyn 負(fù)向調(diào)節(jié)KNDy神經(jīng)元活性[26]。ARC 區(qū)的KNDy神經(jīng)元均表達(dá)ER-β、PR和AR，生理狀態(tài)下，雌、孕激素作用于ARC區(qū)KNDy神經(jīng)元，抑制KNDy神經(jīng)元分泌kisspeptin，進(jìn)而抑制GnRH神經(jīng)元的活性，負(fù)反饋調(diào)控GnRH/LH 分泌，形成GnRH/LH 波，促進(jìn)卵泡發(fā)育和卵巢雌、孕激素合成[27]。一項(xiàng)Ⅱ期臨床試驗(yàn)研究顯示應(yīng)用KNDy神經(jīng)元中NKB受體拮抗劑AZD4901治療PCOS可降低患者LH波的頻率及血清LH和睪酮水平[28]，提示Kisspeptin-NKB系統(tǒng)是降低PCOS患者血清LH和睪酮的潛在靶標(biāo)。

由于Kisspeptin激活GnRH神經(jīng)元的生物學(xué)特性，因此，在PCOS的PNA模型中觀察到下丘腦ARC區(qū)Kisspeptin/KNB細(xì)胞數(shù)量增加，Kiss1/Tac2（NKB的基因）mRNA表達(dá)增加或Dyn細(xì)胞數(shù)量減少，可能是GnRH神經(jīng)元活性及LH分泌增加的潛在原因。研究顯示PNA小鼠下丘腦ARC區(qū)Kisspeptin mRNA 及Kisspeptin 蛋白表達(dá)增加[7]。與正常對照組相比，免疫組織化學(xué)檢測顯示，PNA 大鼠下丘腦ARC 區(qū)Kisspeptin和NKB陽性細(xì)胞數(shù)量顯著增加[29]。另有研究顯示PNA大鼠下丘腦ARC區(qū)Kiss1和Tac2（NKB的基因）mRNA表達(dá)增加[6]；與正常對照組比較，PNA羊下丘腦ARC區(qū)KNDy神經(jīng)元數(shù)目無差異，但KNDy神經(jīng)元胞體增大[10]。Cheng等[21]進(jìn)一步研究顯示PNA羊下丘腦ARC區(qū)Dyn表達(dá)的神經(jīng)元數(shù)目減少，推測PNA羊孕激素負(fù)反饋受損，不是通過促進(jìn)ARC區(qū)KNDy神經(jīng)元Kisspeptin（Kisspeptin促進(jìn)GnRH/LH分泌）的表達(dá)，而是通過抑制KNDy神經(jīng)元Dyn（Dyn抑制GnRH/LH分泌）的表達(dá)來降低孕激素對KNDy神經(jīng)元的抑制效應(yīng)。

2.3 γ-氨基丁酸能（GABAergic）神經(jīng)元 在前腦和其他許多腦部區(qū)域，γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）主要是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。由于GnRH神經(jīng)元胞內(nèi)氯離子濃度高，GABA通過GABAA受體刺激GnRH神經(jīng)元，促進(jìn)GnRH神經(jīng)元合成釋放GnRH。臨床研究顯示LH波頻率增高的PCOS患者腦脊液GABA濃度上升[30]。另外，長時(shí)間使用GABA激動(dòng)劑丙戊酸治療癲癇的女性患者罹患PCOS的風(fēng)險(xiǎn)顯著增高[31]。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明下丘腦ARC區(qū)域GABAergic神經(jīng)元以突觸的形式驅(qū)動(dòng)GnRH神經(jīng)元活性。PCOS動(dòng)物模型中，下丘腦ARC區(qū)GABAergic神經(jīng)元驅(qū)動(dòng)GnRH神經(jīng)元增強(qiáng)，GnRH神經(jīng)元過度活躍推動(dòng)了PCOS模型中LH分泌的增加[6]。Silva等[32]采用化學(xué)遺傳手段慢性激活成年雌性小鼠下丘腦ARC 區(qū)GABAergic神經(jīng)元，小鼠性周期紊亂，卵巢組織黃體數(shù)目減少，血液循環(huán)中的睪酮水平升高，呈現(xiàn)PCOS的生殖表型。Sullivan等[33]研究顯示PNA小鼠GnRH神經(jīng)元的GABAergic突觸后電流的頻率和大小均增加，下丘腦ARC區(qū)GABAergic傳入GnRH神經(jīng)元的數(shù)量顯著增加，GABAergic神經(jīng)元PR受體表達(dá)下調(diào)，干擾孕激素對GnRH神經(jīng)元的負(fù)反饋。同樣，在PAMH小鼠中，GnRH神經(jīng)元放電活性增強(qiáng)，而且GnRH神經(jīng)元放電活性增強(qiáng)與下丘腦ARC區(qū)GABAergic傳入GnRH神經(jīng)元的數(shù)量增加有關(guān)[8]。

3 雄激素信號(hào)在腦中的作用

PCOS患者通常循環(huán)雄激素水平較高，其一種可能是PCOS患者體內(nèi)雄激素水平升高僅是卵巢對過度活躍的GnRH和LH分泌所表現(xiàn)的一種下游內(nèi)分泌反應(yīng)，另一種可能是雄激素自身也會(huì)在大腦中起重編程作用，重建并維持GnRH和LH的過度分泌。升高的雄激素介導(dǎo)神經(jīng)內(nèi)分泌軸變化的具體機(jī)制目前尚不清楚，破譯雄激素作用的神經(jīng)靶標(biāo)有望為開發(fā)PCOS治療策略與方法提供重要信息。在PCOS患者中，與對照組相比，AR拮抗劑氟他胺治療可降低雌二醇和孕激素給藥后LH的水平；而在未接受氟他胺治療的情況下，相同的雌二醇和孕激素給藥未能降低PCOS患者的LH水平[6]，這表明高雄激素血癥會(huì)導(dǎo)致PCOS患者性激素（雌二醇或孕激素）負(fù)反饋回路受損。值得注意的是，Blank等[34]研究顯示外源性孕激素降低LH波頻率的幅度與高雄激素血癥少女的空腹胰島素水平呈負(fù)相關(guān)，該研究認(rèn)為性激素負(fù)反饋回路受損，GnRH神經(jīng)元過度激活可能與胰島素抵抗有關(guān)。但是，胰島素增敏劑二甲雙胍治療并不能改善高雄激素血癥少女[35]或PCOS肥胖婦女[15]孕激素給藥后的LH水平，表明高胰島素水平與GnRH脈沖發(fā)生器對性激素敏感性降低之間的關(guān)聯(lián)可能是由胰島素對卵巢合成雄激素的刺激效應(yīng)所致[36]。因?yàn)橛枚纂p胍治療降低雄激素水平可能不足以引起GnRH脈沖發(fā)生器對性激素敏感性的改變，而氟他胺治療則可有效阻斷雄激素信號(hào)以恢復(fù)GnRH脈沖發(fā)生器對性激素的敏感性[33]。同樣，一項(xiàng)在PNA的PCOS動(dòng)物模型中進(jìn)行的研究表明，氟他胺可以逆轉(zhuǎn)PNA小鼠異常的GnRH神經(jīng)元形態(tài)，減少GABAergic傳入GnRH神經(jīng)元的數(shù)量，降低睪酮水平并恢復(fù)小鼠發(fā)情周期[37]，這表明高雄激素血癥直接或間接導(dǎo)致某些GnRH神經(jīng)元異常。由于這項(xiàng)研究是在外周給予氟他胺，尚不清楚雄激素信號(hào)阻滯恢復(fù)這些生殖參數(shù)的原因是直接發(fā)生在大腦，還是在其他組織中。此外，為了支持雄激素信號(hào)在大腦中的重要性，一項(xiàng)對出生后小鼠雄激素化的研究表明，大腦AR敲除可改善卵巢的形態(tài)和功能，并減輕小鼠肥胖[16]。該研究中，AR被假定為在所有神經(jīng)元中都被刪除，因此，雄激素信號(hào)確切的大腦區(qū)域和特定神經(jīng)元類型仍有待闡明。盡管如此，以上這些研究表明，雄激素誘導(dǎo)的GnRH神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變化可能在PCOS的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。

4 結(jié)語與展望

盡管PCOS在育齡女性中患病率很高，但目前尚無法治愈。由于技術(shù)、倫理道德等相關(guān)問題的挑戰(zhàn)，在確定PCOS根本原因方面，尤其是神經(jīng)內(nèi)分泌層面原因的進(jìn)展有限。臨床前動(dòng)物模型的建立有力地推進(jìn)了有關(guān)神經(jīng)內(nèi)分泌對PCOS貢獻(xiàn)的假設(shè)研究，PNA和PAMH模型動(dòng)物研究表明，在這些PCOS樣疾病模型中，存在活躍的GnRH系統(tǒng)，該系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)LH水平升高，卵泡膜細(xì)胞大量合成與釋放雄性激素，卵泡發(fā)育成熟障礙，最終導(dǎo)致排卵障礙、卵巢多囊樣改變。同時(shí)，PNA和PAMH動(dòng)物模型研究證實(shí)了Kisspeptinergic神經(jīng)元和GABAergic神經(jīng)元對GnRH神經(jīng)元過度活躍的可能貢獻(xiàn)。臨床研究顯示PCOS患者的腦脊液GABA和血Kisspeptin水平升高，以及PCOS患者NK3R拮抗劑治療后睪酮和LH水平改善，神經(jīng)內(nèi)分泌在PCOS發(fā)病機(jī)制中的作用更令人信服。但仍有許多重要的問題尚需解決，除Kisspeptinergic神經(jīng)元和GABAergic神經(jīng)元外，可能還存在其他直接或間接調(diào)節(jié)GnRH神經(jīng)元功能的潛在神經(jīng)元，它們可能在PCOS發(fā)生發(fā)展的過程中發(fā)揮一定作用。因此，未來需要進(jìn)一步研究其他神經(jīng)元群體及其釋放的神經(jīng)肽和神經(jīng)遞質(zhì)的貢獻(xiàn)，完整地繪制神經(jīng)內(nèi)分泌與PCOS表型的關(guān)系。