多囊卵巢綜合征卵泡內(nèi)信號轉(zhuǎn)導通路與高雄激素血癥的關(guān)系

顏孟晗，孫振高，曹靖先，侯金偉，姜文晶，王丹丹

(1.山東中醫(yī)藥大學中醫(yī)學院，濟南 250014；2.山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，濟南 250014；3.山東中醫(yī)藥大學第一臨床學院，濟南 250014)

多囊卵巢綜合征(PCOS)是最常見的生殖內(nèi)分泌和代謝疾病之一，在排除其他可能引起高雄激素的疾病和引起排卵異常的疾病后，滿足月經(jīng)稀發(fā)或閉經(jīng)或不規(guī)則子宮出血的必需條件，再符合高雄激素臨床表現(xiàn)或高雄激素血癥(HA)、超聲下表現(xiàn)為多囊卵巢兩個條件其中之一，則可診斷為PCOS[1]。部分患者還伴有胰島素抵抗和肥胖，使患有PCOS的女性患糖尿病和心血管疾病的風險更高，生活質(zhì)量顯著下降。此外PCOS是導致無排卵性不孕癥的常見原因之一，卵泡生長在腔前階段被抑制，最終形成充滿液體的囊腫導致這些婦女無排卵性不孕。盡管研究發(fā)現(xiàn)各種細胞內(nèi)信號通路與PCOS的類固醇生成和雄激素的作用有關(guān)，但其病因至今尚未闡明。

高雄激素血癥是PCOS的顯著特征之一，也可能是導致PCOS的病因之一，臨床常表現(xiàn)為多毛、痤瘡、男性型脫發(fā)、皮脂分泌增多等癥狀[1-2]，實驗室檢查血清中雄激素水平升高，如：總睪酮(TT)、游離睪酮(FT)、脫氫表雄酮(DHEA)、雙氫睪酮(DHT)、雄烯二酮(A)等[3]。在PCOS患者的血清中檢測到生物利用睪酮水平提高，性激素結(jié)合球蛋白水平降低，此外，黃體生成素(LH)水平也升高[2-4]。PCOS雄激素和雌激素的異常合成主要來源于卵泡膜細胞和顆粒細胞，部分來自腎上腺皮質(zhì)。

雄激素的生成與多個信號轉(zhuǎn)導通路的作用有關(guān)，多種參與信號轉(zhuǎn)導通路的蛋白、脂質(zhì)、mRNA及其他相關(guān)因子在PCOS患者卵泡膜細胞、顆粒細胞和卵泡液內(nèi)被發(fā)現(xiàn)存在表達差異[5-6]，使雄激素向雌激素的轉(zhuǎn)化受到抑制，最終導致雄激素水平升高。高雄激素水平又會影響卵泡的生成、發(fā)育及排出。現(xiàn)從PCOS中雄激素合成和雄激素升高影響PCOS兩個方面對高雄激素型PCOS卵泡內(nèi)信號轉(zhuǎn)導通路的異常改變進行綜述。

一、PCOS雄激素合成相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導通路

睪酮可以通過芳香化酶轉(zhuǎn)化為雌二醇。睪酮和雌二醇協(xié)同維持女性生殖內(nèi)分泌系統(tǒng)的平衡。卵巢分泌過多的雄激素被認為是PCOS最重要的誘發(fā)因素。細胞色素P450 17α-羥化酶(CYP17)基因是卵泡膜細胞表達的多種編碼類固醇生成成分基因的一種，具有17α-羥化酶活性，使孕烯醇酮和孕酮發(fā)生17-羥化；同時具有C17，20-裂解酶活性，可使17-羥孕烯醇酮轉(zhuǎn)化為DHEA、17-羥孕酮轉(zhuǎn)化為A[7]。PCOS患者卵泡膜細胞中CYP17A1表達上調(diào)，導致雄激素積累過多，內(nèi)源性類固醇生成失調(diào)。同時，在卵巢顆粒細胞中，也有一種可將雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素的酶——CYP19A1[8]，在PCOS中被發(fā)現(xiàn)表達下調(diào)，從而抑制了雄激素向雌激素的轉(zhuǎn)化。PCOS中雄激素的異常合成和積累可能是導致PCOS高雄激素血癥的原因。PCOS雄激素合成與多個信號轉(zhuǎn)導通路的作用有關(guān)(圖1)[5]

1.IRS-PI3K通路：胰島素對卵泡膜雄激素生物合成的影響是由胰島素受體介導的，胰島素受體激活后，通過使細胞內(nèi)底物磷酸化，尤其是胰島素受體底物(IRS)，啟動細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導，從而發(fā)揮作用。磷酸化IRS將激活的胰島素受體與包括磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)在內(nèi)的下游信號傳導介質(zhì)聯(lián)系起來[9-10]。PI3K是胰島素增強卵泡膜17α-羥化酶活性的重要介質(zhì)。Yen等[9]發(fā)現(xiàn)PCOS卵泡膜細胞胰島素受體底物IRS-1、IRS-2升高，IRS-4降低。卵泡膜細胞IRS-1和IRS-2含量的增加可能導致PI3K活性的增加，與cAMP/PKA信號通路相互作用，通過增強卵泡膜17α-羥化酶的活性導致雄激素分泌增加。但Wang等[10]發(fā)現(xiàn)IRS-2和PI3K在顆粒細胞中表達降低，同時證實了其下游蛋白磷脂酰肌醇依賴激酶-1(PDK-1)和雷帕霉素的哺乳動物靶點(mTOR)的表達也顯著降低。mTOR參與顆粒細胞的凋亡[11]，這可能與無排卵和胰島素抵抗有關(guān)[12]。

2.LKB1-IGF軸：肝激酶b1(LKB1)作為一種多功能激酶，參與腫瘤抑制的調(diào)節(jié)、細胞能量的內(nèi)穩(wěn)態(tài)、極性的構(gòu)建和血管的生成。LKB1在卵泡膜細胞中下調(diào)CYP17A1，在顆粒細胞中上調(diào)CYP19A1，從而抑制雄激素的產(chǎn)生并促進雌激素的產(chǎn)生可在體內(nèi)抵抗HA。研究發(fā)現(xiàn)HA-PCOS卵巢中過量的雄激素通過雄激素受體(AR)抑制LKB1的轉(zhuǎn)錄和翻譯[13]。此外，胰島素樣生長因子受體(IGFR)的缺乏減弱了LKB1觸發(fā)的CYP17A1的下調(diào)和CYP19A1的上調(diào)[13]，表明IGF通路參與了LKB1對雌激素和雄激素產(chǎn)生的影響。在HA-PCOS中LKB1被抑制，減弱了雄激素產(chǎn)生的負調(diào)控，雄激素生成被促進，最終導致HA。

圖1 PCOS雄激素合成相關(guān)的信號通路圖[5]

3.MAPK/ERK信號通路：絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)是從胞漿到細胞核的信號轉(zhuǎn)導介質(zhì)，MAPKs是脯氨酸導向的絲氨酸-蘇氨酸激酶，它在蘇氨酸和酪氨酸上被磷酸化(即被激活)，從而響應多種刺激，包括細胞因子、生長因子、激素、細胞應激和細胞粘附等[14]。最近有研究證明，MAPK信號通路與LH、FSH誘導的類固醇生物合成有關(guān)。Liu等[15]表明，MAPK信號通路可能參與了卵泡液內(nèi)成纖維細胞生長因子13對總睪酮水平的調(diào)節(jié)。另外，通過細胞外信號相關(guān)激酶(ERK)和環(huán)磷酸腺苷反應元件結(jié)合蛋白(ERK-CREB)途徑與調(diào)節(jié)雄激素生物合成有關(guān)[16]。有研究發(fā)現(xiàn)，與正常膜細胞相比，PCOS膜細胞中MAPK激酶(MEK1/2)磷酸化降低70%，細胞外調(diào)節(jié)激酶(ERK1/2)磷酸化降低50%，這提示MEK/ERK磷酸化的降低與PCOS患者雄激素分泌過多有關(guān)[16-17]。

有研究表明，MEK1/2和ERK1/2的激活直接抑制了卵泡膜細胞CYP17 mRNA的積累和雄激素的生物合成，促進CYP19A1(將雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素的酶)的產(chǎn)生[18]。此外，Zhang等[19]還發(fā)現(xiàn)，在HA-PCOS患者血清miR-125b-5p表達明顯降低，并證實miR-125b-5p通過PAK3介導ERK1/2信號通路，在HA-PCOS類固醇生成缺陷的發(fā)生中起著關(guān)鍵作用。這證明了在高水平LH作用下，PCOS患者膜細胞MEK和ERK信號的改變可促進CYP17基因的表達，抑制CYP19A1基因的表達，從而使雄激素分泌增多，雌激素分泌減少。

4.AKAP95-cAMP/PKA信號通路：CYP19A1在顆粒細胞中在FSH的誘導下將T轉(zhuǎn)化為E2。A激酶錨定蛋白95(AKAP95)可在顆粒細胞細胞核內(nèi)錨定PKA，F(xiàn)SH與FSH受體結(jié)合后，PKA與cAMP結(jié)合后啟動cAMP/PKA信號通路，參與cAMP反應元件結(jié)合蛋白(CREB)的磷酸化，隨后磷酸化的CREB與CYP19A1基因啟動子中的cAMP反應元件結(jié)合，導致人卵巢顆粒細胞中CYP19A1的轉(zhuǎn)錄激活，促進的生成E2[20]。從PCOS患者獲得的人黃體顆粒細胞中觀察到AKAP95水平顯著降低，減少了PKA錨定在細胞核中的數(shù)量，并減弱CREB的磷酸化，從而抑制PCOS顆粒細胞中CYP19A1表達，使雄激素向E2的轉(zhuǎn)化減少，抑制E2合成[20]。這表明，PCOS患者AKAP95水平降低可能是導致其高雄激素血癥的原因之一。

5.褪黑素-ERK途徑：褪黑素是松果體分泌的一種神經(jīng)內(nèi)分泌激素，可影響卵巢的類固醇生成、卵泡生成和卵母細胞成熟。褪黑素可保護卵母細胞免受自由基的傷害，在卵母細胞發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。Yu等[21]發(fā)現(xiàn)，褪黑激素通過ERK途徑促進CYP19A1的上調(diào)，促進顆粒細胞內(nèi)E2的合成。但在PCOS患者卵泡液內(nèi)，褪黑素水平降低，抑制CYP19A1表達，雄激素向雌激素的轉(zhuǎn)化受到干擾，導致雄激素異常積累，可能是導致高雄激素血癥的誘因之一。

6.miR-130b-3p-DENND1A.V2/CYP17A1調(diào)控：miR-130b-3p是在PCOS卵泡膜細胞發(fā)現(xiàn)的差異表達的mRNA之一，在PCOS卵泡膜細胞中的表達降低[22]。miR-130b-3p被證實參與了與雄激素合成有關(guān)的復雜的調(diào)控網(wǎng)絡，與MAPK1、PI3K和cAMP/PKA信號通路有關(guān)，從而使雄激素分泌增多；DENND1A變異體2(DENND1A.V2)是DENND1A的一種截短亞型，在PCOS膜細胞中被發(fā)現(xiàn)上調(diào)，并通過介導PCOS膜細胞CYP17A1mRNA和CYP11A1mRNA的表達，刺激雄激素生物合成的增強；同時，miR-130b-3p被發(fā)現(xiàn)與DENND1A.V2 mRNA、CYP17A1 mRNA的表達和DHEA的積累之間存在顯著的負相關(guān)；在卵泡膜細胞中miR-130b-3p的表達降低與DENND1A.V2、CYP17A1表達上調(diào)有關(guān)，使雄激素合成增加[22]。

7.NF-κB信號通路：越來越多的人認為慢性炎癥是PCOS發(fā)病機制的一個重要因素，腫瘤壞死因子-α(TNF-α)是一種眾所周知的炎癥因子，被證明是PCOS相關(guān)生理過程的潛在介導者。TNF-α可激活NF-κB信號通路誘導炎癥反應，也促進CYP17A1的表達，并在mRNA和蛋白質(zhì)水平顯著抑制CYP19A1的表達；同時發(fā)現(xiàn)TNF-α抑制劑能有效緩解PCOS的臨床癥狀，在臨床治療PCOS方面抗TNF-α治療有望與常規(guī)治療相結(jié)合[23]。攜帶S100鈣結(jié)合蛋白A9(S100-A9)的外顯子也能夠激活NF-κB通路，增加炎癥反應，并通過NF-κB途徑依賴的方式顯著增加了CYP17 mRNA的表達，而略微抑制了CYP19A1的表達，破壞類固醇生成[24]。

8.BMP4-Smad信號通路：卵泡內(nèi)骨形態(tài)發(fā)生蛋白信號通路對卵泡膜雄激素產(chǎn)生的負調(diào)節(jié)[25]。骨形態(tài)發(fā)生蛋白4(BMP4)是一種分泌性蛋白，可以結(jié)合兩種不同的Ⅰ型和Ⅱ型絲氨酸/蘇氨酸激酶受體，受體被激活后，反過來通過BMP4傳遞細胞內(nèi)信號，激活Smad和MAPK途徑，可下調(diào)CYP17A1蛋白水平，而上調(diào)CYP19A1蛋白水平，從而抑制卵巢卵泡膜細胞中雄激素的合成，促進顆粒細胞中雌激素的產(chǎn)生。在雄激素水平過高的小鼠PCOS模型中，雄激素受體在睪酮作用下可與BMP4啟動子結(jié)合，抑制BMP4的表達；高雄激素血癥時卵巢BMP4水平顯著降低，BMP4介導的雄激素合成的負調(diào)節(jié)Smad信號通路被抑制，從而使雄激素水平進一步升高[26]。這提示卵巢高雄激素性功能障礙可能是卵泡膜骨形態(tài)發(fā)生蛋白信號通路自身調(diào)節(jié)缺陷的結(jié)果。

二、PCOS雄激素升高相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導通路

雄激素在哺乳動物卵泡生長、成熟和黃體化中作為自分泌或旁分泌劑發(fā)揮重要作用，可在卵泡發(fā)育的不同階段，促進或抑制卵泡生長[27]。雄激素刺激顆粒細胞增殖，促進腔前卵泡生長，后又通過誘導顆粒細胞凋亡，使卵泡發(fā)育至某種特定的狀態(tài)后停止發(fā)育，導致卵泡閉鎖，影響優(yōu)勢卵泡的生成及排卵過程，從而使卵巢發(fā)生多囊樣改變[28-29]。

1.AMPK/ERK1/2信號通路：在高雄激素水平下，抑制ERK1/2磷酸化可能影響卵泡發(fā)育。Kayampilly等[30]發(fā)現(xiàn)，DHT以時間和劑量依賴的方式激活AMPK(一種能量敏感機制)，抑制卵泡刺激素介導的ERK1/2磷酸化，同時導致細胞周期抑制劑分子p27 kip的表達增加，導致顆粒細胞的增殖被抑制。Ji等[31]研究結(jié)果表明，一種維持GCs處于非黃體化和高度增殖狀態(tài)的卵泡發(fā)育調(diào)節(jié)因子——YAP1，被LH通過ERK1/2級聯(lián)導致失活，在完全發(fā)育的卵泡中啟動排卵程序，但HA可能通過激活YAP1阻斷LH的作用并導致排卵不足。

2.雄激素受體多泛素化：雄激素通過刺激卵母細胞衍生因子生長分化因子9(GDF9)，促進顆粒細胞增殖和腔前卵泡生長[32]。PCOS患者顆粒細胞中高雄激素水平常導致無排卵。雄激素通過與雄激素受體(AR)的結(jié)合和激活來發(fā)揮基因組效應。AR信號轉(zhuǎn)導受多種翻譯后修飾的調(diào)控，如泛素化。泛素包含7個賴氨酸殘基K-6、11、27、29、33、48和63，泛素化鏈(多泛素化)通過這些殘基延伸，與底物結(jié)合[32]。環(huán)指蛋白6(RNF6)可介導K48位點特異性AR多泛素化、增加AR蛋白酶體降解，從而下調(diào)竇卵泡中AR的含量，抑制GDF9的表達，導致竇性卵泡生長停滯[32]。這提示PCOS患者長期高雄激素水平可能會使顆粒細胞中RNF6上調(diào)，介導AR下調(diào)，從而抑制GDF9表達，導致竇性卵泡生長停滯。

3.DHT-PI3K途徑-AQP-9：水通道蛋白(AQP)家族是存在于某些膜中的水特異性通道蛋白。有腔卵泡的發(fā)育，在促性腺激素的刺激下，需要快速大量的水轉(zhuǎn)運以增大竇腔的大小，因此AQP-9可能在其中起作用。研究結(jié)果表明，PCOS患者卵泡液中高DHT可使GCs中AQP-9 mRNA表達降低，PI3K通路可能參與該過程[33]。這些發(fā)現(xiàn)表明PCOS患者的高雄激素血癥可導致AQP-9表達減少，使顆粒細胞功能受損，從而阻礙卵泡發(fā)育。

4.FBP1信號通路：果糖-1，6-二磷酸酶1(FBP1)是糖異生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶，催化果糖-1，6-二磷酸水解為果糖-6-磷酸和無機磷酸。在卵巢中，F(xiàn)BP1主要在卵母細胞、顆粒細胞和卵泡膜間質(zhì)細胞中表達。FBP1、葡萄糖-6-磷酸酶催化亞基(G6PC)和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶1(PCK1)可在PGC-1(肝臟糖異生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑和肝臟胰島素cAMP軸的中心靶點)的誘導下，使葡萄糖輸出增加。研究表明，在高濃度睪酮抑制卵泡發(fā)育的同時，在顆粒細胞中檢測到高濃度睪酮可使FBP1和PCK1的mRNA表達水平增加[34]。胰島素介導的Akt途徑參與卵泡的生長發(fā)育，該途徑抑制了G6PC和PCK1基因表達。這些結(jié)果表明，F(xiàn)BP1信號通路可能參與高雄激素血癥誘導的卵泡異常發(fā)育，但機制尚不明確，可能與高濃度睪酮誘導的胰島素代謝異常和糖代謝異常有關(guān)。

5.MAPK/ERK信號通路-線粒體：卵泡閉鎖是維持卵泡發(fā)育正常的重要因素。線粒體可通過調(diào)節(jié)活性氧的產(chǎn)生在細胞凋亡和細胞存活中發(fā)揮重要的作用，從而影響卵母細胞質(zhì)量、卵泡生長發(fā)育和顆粒細胞增殖。MAPK/ERK信號通路可啟動線粒體生物合成，降低細胞凋亡率。在高雄激素血癥環(huán)境下，小鼠PCOS模型卵巢中卵泡閉鎖數(shù)量增加，同時顆粒細胞中的MAPK/ERK信號通路的活性降低，線粒體生物發(fā)生基因，包括過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α(PGC1α)和核呼吸因子1(NRF 1)也被發(fā)現(xiàn)下調(diào)[35]。因此，PCOS卵泡閉鎖可能與線粒體生物合成有關(guān)。Safaei等[35]同時發(fā)現(xiàn)，維生素D3可通過磷酸化和活化MAPK/ERK途徑，減輕顆粒細胞的凋亡。

6.PTEN-PI3K/Akt途徑：胰島素樣生長因子-I(IGF-I)的生物學功能主要是通過I型胰島素樣生長因子受體(IGF-IR)介導的，通過誘導Akt磷酸化，激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/Akt途徑，刺激顆粒細胞的增殖。PI3K產(chǎn)生磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸(PIP3)，通過磷酸化磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸，激活包括Akt在內(nèi)的多個下游效應器。同源性磷酸酶-張力蛋白(PTEN)通過將PIP3去磷酸化為磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸來拮抗PI3K的活性，間接抑制Akt的磷酸化，提示PTEN通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt途徑參與調(diào)節(jié)卵巢顆粒細胞的增殖和分化。胰島素誘導的PTEN表達可能參與了PCOS患者卵泡發(fā)育和黃體化的紊亂以及顆粒細胞功能的調(diào)節(jié)[36]。He等[37]發(fā)現(xiàn)在KGN(人顆粒樣腫瘤細胞系)細胞中，PTEN是miR-200b和miR-200c的直接靶點，在PCOS中miR-200b和miR-200c的表達增強，提示miR-200b和miR-200c可能通過靶向PTEN抑制顆粒細胞的增殖，從而影響卵泡的發(fā)育。

綜上所述，與PCOS高雄激素血癥相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導通路眾多，且它們之間可能形成復雜的調(diào)控網(wǎng)絡。還有許多分子在PCOS中被發(fā)現(xiàn)上調(diào)或下調(diào)，但它們的作用機制仍不明確，有待于進一步研究。探討高雄激素型PCOS患者卵泡中相關(guān)信號轉(zhuǎn)導通路的改變及介質(zhì)的表達差異，雖然PCOS的病因仍未明確，但這有助于揭示PCOS高雄激素血癥的病理生理學，可以更準確地定位PCOS高雄激素血癥的治療靶點，并啟發(fā)新的策略來預防該綜合征以及治療其癥狀和減輕長期并發(fā)癥的風險，降低PCOS患者的不孕率。