胰高糖素樣肽-1受體激動劑改善肥胖致雄性生殖功能下降的作用機制

賈卓雅，陳曉依，陳樹春

(1.河北醫(yī)科大學 研究生學院, 河北 石家莊 050017；2. 河北北方學院 研究生院，河北 張家口 075000；3. 河北省人民醫(yī)院 內分泌科，河北 石家莊 050051)

近年來，隨著生活水平的提高，人們的生活方式和飲食結構發(fā)生改變，導致超重和肥胖人群數量迅速增加，并呈現(xiàn)年輕化趨勢。最新發(fā)布的《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告(2020年)》顯示，成人(≥18歲)的超重率為34.3%，肥胖率為16.4%，超重和肥胖的成年人已過半[1]。研究發(fā)現(xiàn)，肥胖可對人和實驗鼠的生殖功能產生嚴重危害，可能是導致男性生育力低下的重要原因之一[2]。肥胖可以通過誘發(fā)瘦素抵抗、誘導炎癥和氧化應激等多種機制影響中央和外周的下丘腦-垂體-性腺軸，導致雄性生殖功能下降，包括精子發(fā)生改變、精子數量減少、精子DNA凋亡增加、性腺功能減退、睪酮合成和分泌減少、勃起功能障礙等。胰高糖素樣肽-1受體激動劑 (glucagon-like peptide-1 receptor agonists，GLP-1RA) 已明確可用于2型糖尿病和肥胖的治療，而2型糖尿病和肥胖通常與生殖功能下降有關[3]。隨著肥胖、糖尿病患病率的上升，需要相對安全的策略來管理共存的肥胖、糖尿病和性腺功能減退。研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1RA可能通過下丘腦Kisspeptin神經元回路、下丘腦NO和內源性大麻素逆行信號通路，減輕睪丸炎癥、恢復精子功能來改善肥胖所致雄性生殖功能下降[4]。本研究通過對GLP-1RA改善肥胖致雄性生殖功能下降的作用機制進行綜述，旨在為臨床診治提供理論依據。

1 肥胖致雄性生殖功能下降的機制

1.1肥胖導致激素失衡

1.1.1瘦素抵抗 促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasing hormone, GnRH)神經元沒有瘦素受體，所以瘦素對這些神經元的作用是間接的[5]。脂肪組織產生的瘦素作用于下丘腦，可調節(jié)吻素的分泌，吻素作用于其受體(GPR54)進而促進下丘腦GnRH的合成與分泌，以啟動生殖軸[6]。

國內外學者進行的大量實驗研究結果均顯示，吻素能夠通過Kiss1/GPR54系統(tǒng)促進下丘腦GnRH的合成與釋放，提示下丘腦Leptin-Kisspeptin-GnRH通路與機體生殖活動的調節(jié)密切相關[7]。Zhai等[8]通過對高脂飲食喂養(yǎng)19周的雄性小鼠進行研究發(fā)現(xiàn)，膳食誘導肥胖組(DIO組)和膳食誘導肥胖抵抗組(DIO-R組)瘦素水平、雌二醇水平均高于對照組(CON組)，睪酮水平、下丘腦GPR54、GnRH、Kisspeptin表達水平均明顯低于對照組(CON組)。該研究提示在肥胖狀態(tài)下，雄性肥胖小鼠血清瘦素水平顯著升高，發(fā)生瘦素抵抗導致瘦素不能發(fā)揮正常的生理功能。肥胖通過影響下丘腦Leptin-Kisspeptin-GnRH通路影響睪丸分泌睪酮，進而影響雄性生殖功能。

有文獻報道，Leptin/JAK2/STAT3通路在男性生殖功能中發(fā)揮重要的調節(jié)作用[7]。柳成蔭等[9]對高脂喂養(yǎng)19周的雄性小鼠進行研究發(fā)現(xiàn)：與對照組(CON組)相比，膳食誘導肥胖組(DIO組)小鼠的血清瘦素顯著增高，睪丸中STAT3、JAK2表達量顯著下降，與Yi等[10]實驗結果一致。肥胖引起瘦素水平升高、睪丸中JAK2/STAT3蛋白表達下降，可能是肥胖致雄性生殖功能降低的機制之一。因此，肥胖可能通過Leptin/JAK2/STAT3通路影響下丘腦-垂體-睪丸軸，進而影響雄性生殖功能，但其具體機制尚未明確。

上述研究表明，肥胖患者脂肪組織可以產生高水平的瘦素，瘦素可能通過作用于Leptin-Kisspeptin-GnRH及Leptin/JAK2/STAT3信號通路產生瘦素抵抗來影響雄性生殖功能。

1.1.2芳香化作用加強導致更多的雄激素轉化為雌激素 下丘腦-垂體-睪丸軸控制血清中睪酮的生物合成和分泌，下丘腦能夠釋放GnRH刺激垂體促性腺激素[黃體生成素(luteinizing hormone，LH)和卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH)]的釋放。在睪丸中，LH主要刺激睪丸間質細胞合成睪酮，而FSH刺激睪丸支持細胞促進精子的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，相比體重正常者，肥胖患者GnRH、性激素結合球蛋白、血清總睪酮、游離睪酮明顯降低，雌激素水平明顯升高[11]。肥胖患者脂肪細胞中編碼芳香化酶P450的CYP19基因轉錄增強，進而導致芳香化酶P450表達升高，而此種酶可以將睪酮轉換為雌二醇。隨著肥胖患者身體白色脂肪量的增加，體內的芳香化酶也會增加，進而會誘導更多的雄激素轉化為雌激素，引起睪酮水平的下降，雌激素水平的升高。此外雌二醇水平的增加會負反饋抑制下丘腦-垂體-睪丸軸，進一步減少睪酮的分泌[12]。

1.2炎癥反應增強 肥胖患者機體處于一種低度炎癥狀態(tài)，白色脂肪組織分泌的脂肪細胞因子大多數具有促炎作用[13]。Fan等[14]通過對高脂飲食誘導的肥胖小鼠模型及肥胖患者的觀察發(fā)現(xiàn)，肥胖小鼠睪丸和附睪內白細胞介素-6(interleukin 6, IL-6)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、炎癥小體3(inflammasome 3，NLRP3)，血清中免疫球蛋白G(immunoglobulin G，IgG)和皮質酮水平顯著上升。此外，受 TNF-α調節(jié)的信號因子，即p38、核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)、Jun N-末端激酶(Jun N-terminal kinase，JNK)、細胞外信號調節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)，在睪丸中的表達水平較高。對于超重和肥胖男性患者，在其精漿中也觀察到 TNF-α和IL-6水平升高[14]。而這些蛋白均會破壞血睪屏障結構的完整性，進而損傷睪丸生精功能，導致雄性生殖功能下降[15]。

1.3氧化應激失衡 在生物體內，氧化還原狀態(tài)通過氧化和抗氧化酶的表達和調控來精細地維持細胞內穩(wěn)態(tài)。一旦機體的氧化與還原失衡，多余的活性氧(reactive oxygen species, ROS)會對體內的蛋白質、DNA等重要物質造成氧化、破壞，從而影響其正常功能[16]。研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)高脂飲食致肥胖組小鼠睪丸組織中過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶活性和mRNA表達及總抗氧化能力顯著降低，氧化應激產物丙二醛、超氧化物歧化酶等均顯著增加，體內的氧化還原失調[15]。人體和動物實驗研究均表明，肥胖狀態(tài)時機體處于高氧化應激水平[16]。精液內高水平的ROS容易破環(huán)線粒體自身結構和功能，降低膜電位，從而導致線粒體ATP生成障礙，還可以造成DNA碎片化。ROS對線粒體自身結構的損害又將進一步促進ROS的生成，加重氧化損傷[17]。如此惡性循環(huán)，精子氧化損傷持續(xù)增加，最終影響雄性生殖功能。

1.4生精微環(huán)境破壞 肥胖是由脂肪組織大量堆積導致，脂肪組織包括白色脂肪組織和棕色脂肪組織兩種主要的類型。脂肪細胞通過合成和釋放脂肪因子如瘦素、脂聯(lián)素、抵抗素和簇集蛋白等與神經中樞及周圍器官進行信息傳遞[18]。在體內, 通過睪丸曲細精管顯微注射的方法將抵抗素和簇集蛋白注射到小鼠睪丸內，蘇木素-伊紅染色結果顯示睪丸曲細精管生精上皮細胞嚴重脫落；聚合酶鏈式反應和蛋白印跡結果顯示合成睪酮的關鍵基因和轉錄因子膽固醇側鏈裂解酶(cytochrome p450 cholesterol side chain lyase，P450scc)、17α-羥化酶(cytochrome p450 17α-hydroxylase，P450c17)、類固醇合成快速調節(jié)蛋白(steroidogenic acute regulatory protein，StAR)和 核受體Nur77 表達水平降低，睪酮分泌減少；酶聯(lián)免疫吸附測定(enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)結果顯示睪酮以及抗繆勒管激素(anti-Mullerian hormone，AMH)、膠質細胞源性神經營養(yǎng)因子(glialcellline-derived neurotrophic factor，GDNF)、抑制素(inhibin，INH)的分泌減少，證明高脂誘導的白色化脂肪組織分泌抵抗素和簇集蛋白抑制小鼠睪丸間質細胞分泌睪酮、支持細胞分泌AMH、GDNF、INH，從而破壞小鼠睪丸生精微環(huán)境，影響小鼠生殖功能[19]。

1.5精子質量下降及性欲降低 精液質量的評估需要精子活力、形態(tài)、密度等重要的參數。體質量指數(body mass index，BMI)可影響精液濃度和精子活力，從而降低精液質量[20]。隨著肥胖患者BMI的增加, 少精、精子形態(tài)異常率上升[11]。Maghsoumi-Norouzabad等[21]研究發(fā)現(xiàn)，低生育力夫婦的男性精子濃度和活動精子總數受到高BMI的不利影響，精子前向運動百分率及精漿α-葡葡糖苷酶活性會隨著BMI的增加而降低。相關研究發(fā)現(xiàn)，隨著BMI的增加，肥胖患者往往表現(xiàn)出較低的性欲，性交難度也明顯增加[22]。

2 GLP-1RA改善肥胖致雄性生殖功能下降的作用機制

胰高糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)是由胃腸道L細胞和胰島細胞分泌的一種含30個氨基酸的內源性多肽。但機體可在短時間內快速降解釋放入血的天然GLP-1，導致其活性喪失[23]。為延長其活性，GLP-1RA誕生。GLP-1RA類降糖藥物包括利拉魯肽、艾塞那肽、利司那肽、阿必魯肽等。GLP-1RA能刺激胰島素合成分泌、抑制胰高血糖素的分泌、延緩胃排空抑制食欲，從而起到降血糖、調血脂、減輕體質量等作用[24]。除此之外，一項納入30例男性為期16周的前瞻性隨機開放研究表明，皮下注射利拉魯肽會增加肥胖致性腺功能減退男性的睪酮水平[25]。并且越來越多的研究發(fā)現(xiàn)GLP-1RA對肥胖患者生殖過程的調節(jié)活性[26]。

2.1GLP-1RA作用于下丘腦 GLP-1可通過與GnRH系統(tǒng)的相互作用調控下丘腦-垂體-睪丸軸[27]。Vastagh等[28]使用整體免疫細胞化學和光遺傳學的方法在雄性小鼠中發(fā)現(xiàn)了GLP-1和GnRH系統(tǒng)的假定網絡，證明了GLP-1神經元與GnRH細胞之間存在聯(lián)系，而這種聯(lián)系對GnRH系統(tǒng)具有興奮性。這種興奮作用是通過以下機制完成的：

2.1.1下丘腦Kisspeptin神經元回路 產生GLP-1的纖維與下丘腦弓狀核的Kisspeptin神經元緊密相連，且下丘腦弓狀核的 Kisspeptin位于GnRH神經元上游，對 GnRH 神經元脈沖式釋放 GnRH 起關鍵調節(jié)作用[29]。Oride等[30]研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1給藥導致大鼠下丘腦樣本中Kiss1受體mRNA表達增加、Kiss1含量增加，從而導致 GnRH mRNA 的表達增加及GnRH的分泌增加。此外，一項電生理實驗表明，利拉魯肽增加了小鼠腦切片中下丘腦弓狀核(arcuate nucleus，ARC)Kiss1細胞膜動作電位激發(fā)并導致去極化[31]。GLP-1RA可直接調節(jié)下丘腦細胞系和胎鼠腦神經元細胞中Kiss1 mRNA 的表達，間接影響 GnRH神經元GnRH mRNA的表達。

2.1.2NO和內源性大麻素逆行信號通路 在Farkas等[32]的研究中，松散的膜片鉗記錄顯示GLP-1類似物Exendin-4通過激活GLP-1受體提高了雄性小鼠下丘腦GnRH神經元的放電率；全細胞膜片鉗測量表明Exendin-4給藥后興奮性γ-氨基丁酸能微型突觸后電流頻率增加，GLP-1受體拮抗劑可以消除這種頻率，表明GLP-1通過GLP-1受體對GnRH神經元發(fā)揮直接促進作用。對細胞內NO的清除作用可部分減弱 Exendin-4的興奮作用；阻斷內源性大麻素途徑同樣實現(xiàn)了類似的部分抑制；同時阻斷NO和內源性大麻素信號通路消除了Exendin-4的作用，表明NO和內源性大麻素信號通路都參與了這種逆行機制，證明GLP-1通過GLP-1受體對GnRH神經元發(fā)揮直接的促進作用，并通過調節(jié)NO和大麻素逆行信號機制控制GnRH神經元的突觸前興奮性γ-氨基丁酸神經遞質的釋放[33-34]。

2.2GLP-1RA作用于垂體 關于GLP-1RA 對下丘腦-垂體-性腺軸影響的最新臨床研究報告稱，患有性功能減退癥的中年肥胖男性在利拉魯肽干預16周后LH和總睪酮顯著增加，性功能改善[25]。與下丘腦水平相比，在發(fā)情前期和發(fā)情期間小鼠垂體中的GLP-1R mRNA表達下降；相反，GLP-1在下丘腦水平增加了Kiss1的含量及Kiss1受體的表達水平，表明 GLP-1在垂體水平上的作用較弱[30]。Han等[35]對Kisspeptin 受體缺失小鼠進行的實驗表明，Kisspeptin 是弓狀核Kisspeptin 神經元誘導垂體產生LH 的關鍵神經肽。有研究表明，GLP-1通過激活下丘腦Kiss1系統(tǒng)來調節(jié)下丘腦-垂體-睪丸軸，進而升高GnRH水平，作為刺激LH分泌和增加性腺類固醇循環(huán)水平的主要機制[36]。GLP-1對垂體的影響主要是通過刺激下丘腦 GnRH 釋放間接介導的，GLP-1對垂體釋放LH 無顯著的直接影響。

2.3GLP-1RA作用于靶腺 GLP-1RA治療肥胖2型糖尿病男性患者可能有額外改善精子功能和生育能力的益處。Zhang等[37]研究發(fā)現(xiàn)，艾塞那肽(24 nmol/kg·d，連續(xù)8周)能夠改善高脂飲食誘導肥胖小鼠的精子活力、線粒體膜電位和DNA完整性的損傷，降低睪丸TNF-a等炎癥基因的表達以減輕睪丸炎癥。通過將精子與不同濃度的艾塞那肽一起孵育，發(fā)現(xiàn)在300 pmol/L濃度時，精子活力顯著增加[26]。Martins等[38]在睪丸支持細胞中發(fā)現(xiàn)了GLP-1受體，證明 GLP-1對雄性生育能力產生影響。GLP-1受體也在睪丸間質細胞和生殖細胞中被發(fā)現(xiàn)[39-40]，推測GLP-1RA不僅通過觸發(fā)精子中GLP-1受體的表達直接影響精子質量和功能，而且可通過支持細胞中的GLP-1受體間接影響精子質量和功能[40]。此外，有學者認為哺乳動物雷帕霉素靶點激酶是GLP-1改善精子線粒體膜電位過程中的關鍵，GLP-1可以通過干擾哺乳動物雷帕霉素靶點來改善線粒體功能和葡萄糖代謝，使GLP-1在維持雄性生殖功能中發(fā)揮重要作用[41]。對30例肥胖中年男性應用16周利拉魯肽后發(fā)現(xiàn)利拉魯肽可顯著改善性功能，增加總睪酮濃度，有利于改善性健康和總體健康[25]。利拉魯肽還可通過調節(jié)氧化應激和RhoA/ROCK通路來改善糖尿病患者的勃起功能障礙[42]。綜上，鑒于糖尿病和肥胖對人類性功能的負面影響，GLP-1RA的使用可能在代謝失調患者的低睪酮血癥和不育癥的管理中發(fā)揮重要作用。

3 小結

綜上，肥胖是導致機體代謝異常的主要誘因之一，可從多方面損害雄性的生殖功能。而GLP-1RA不僅可以降血糖，調血脂，降低體質量，還可以改善肥胖患者的生殖功能。但現(xiàn)階段此類藥物主要用于2型糖尿病和肥胖癥的治療，相信未來會有更多關于GLP-1RA在改善肥胖誘導生殖功能損傷中應用的研究。