PI3K/Akt信號通路在多囊卵巢綜合征發(fā)病中的作用研究進展

高玥，丁錦麗，楊菁

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心 湖北省輔助生殖與胚胎發(fā)育醫(yī)學(xué)臨床研究中心，武漢 430060)

多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是一種育齡婦女發(fā)病率較高的內(nèi)分泌疾病。PCOS通常合并女性不育、月經(jīng)不調(diào)、排卵障礙和妊娠并發(fā)癥等，以及胰島素抵抗、代謝綜合征等代謝紊亂，且患者的心理特征和生活質(zhì)量也容易受到影響[1-3]。PCOS的主要癥狀包括月經(jīng)不規(guī)律、閉經(jīng)、痤瘡和體毛增多，許多患者表現(xiàn)出肥胖和腰圍增加。在育齡婦女中，PCOS是一種普遍且多樣化的內(nèi)分泌疾病，總患病率為8%～15%[4-5]。但其病因?qū)W和發(fā)病機制尚不清楚。磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信號通路參與細胞增殖、分化、凋亡和葡萄糖轉(zhuǎn)運等功能的調(diào)節(jié)，在腫瘤和炎癥反應(yīng)的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。近年來，學(xué)者們研究了PI3K/Akt信號通路與PCOS的關(guān)系[6-9]，認為PI3K/Akt信號通路在PCOS的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用?，F(xiàn)就PI3K/Akt信號通路的改變對PCOS患者顆粒細胞功能、卵母細胞成熟以及胰島素抵抗發(fā)生的影響及其在PCOS治療中的重要作用進行綜述，為PCOS的診斷和治療提供理論依據(jù)。

1 PCOS發(fā)病機制

卵泡中的顆粒細胞為卵母細胞的發(fā)育提供了營養(yǎng)物質(zhì)和生長調(diào)節(jié)劑，這對卵泡的發(fā)育和排卵至關(guān)重要[10-11]。因此，顆粒細胞的增殖與凋亡異?？捎绊懧雅莅l(fā)育，可能在PCOS發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。研究顯示，長鏈非編碼RNA lnc-MAP3K13-7:1可抑制DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNA methyltransferase 1，DNMT1)的表達，從而增加細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1A的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致卵巢顆粒細胞增殖減少，促進PCOS的發(fā)病[12]。lnc-CCNL1-3:1可促進顆粒細胞凋亡，抑制葡萄糖攝取，導(dǎo)致PCOS患者發(fā)生卵泡閉鎖和胰島素抵抗[13]。心房肽可通過利鈉肽受體A/孕酮受體膜成分1/表皮生長因子受體復(fù)合物促進顆粒細胞增殖，抑制卵巢顆粒細胞凋亡，從而改善PCOS大鼠的卵巢功能[14]。此外，PCOS患者也可出現(xiàn)內(nèi)分泌紊亂和排卵功能障礙。有研究表明，miR-125b-5p通過調(diào)控小鼠竇前卵泡中的P21活化激酶3/胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2信號通路，破壞卵泡類固醇的生成[15]。磷酸甘油酸激酶1可增加S期激酶相關(guān)蛋白2依賴性雄激素受體的穩(wěn)定性，導(dǎo)致排卵功能障礙[16]。多項關(guān)于PCOS人群和小鼠模型的研究表明，PCOS存在一定的遺傳傾向性[17-18]，且相關(guān)癥狀也可傳遞[19]。另有研究表明，卵巢表觀基因組的持續(xù)變化導(dǎo)致基因表達的改變，從而影響卵巢顆粒細胞的排卵、類固醇激素的合成和脂質(zhì)代謝。Mimouni等[20]采用轉(zhuǎn)錄組和全基因組甲基化DNA免疫共沉淀技術(shù)對PCOS小鼠模型的子代卵巢組織進行分析發(fā)現(xiàn)，PCOS關(guān)鍵分子表達譜的改變由DNA去甲基化造成。Pan等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照者相比，PCOS患者的整體DNA甲基化程度降低。

慢性低度炎癥已成為PCOS發(fā)生的一個關(guān)鍵因素。關(guān)于PCOS患者體內(nèi)的輕度炎癥環(huán)境，有研究顯示，某些炎癥標(biāo)志物[腫瘤壞死因子-α、C反應(yīng)蛋白和白細胞介素(interleukin，IL)-6]在PCOS患者脂肪組織和血清中增加[22-23]，但與肥胖無關(guān)。同時，高糖飲食能夠激發(fā)PCOS患者外周血單核細胞的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，且這種現(xiàn)象也與肥胖無關(guān)[23]。高雄激素能夠在空腹?fàn)顟B(tài)下激活單核細胞，從而增加單核細胞對葡萄糖的敏感性，這可能是飲食促進PCOS炎癥反應(yīng)的潛在機制。另有研究表明，PCOS患者攝入飽和脂肪酸后，會促進活性氧類生成并增加細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子-3在外周血單核細胞中的表達；此外，外周血單核細胞中的核因子κB抑制劑激酶β、核因子κB激活，而核因子κB抑制劑α表達減少，從而促進PCOS患者體內(nèi)的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[24]。高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)是一種擴大炎癥反應(yīng)的蛋白，機械損傷和壞死的細胞可將核內(nèi)HMGB1釋放至細胞外誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)[14]。在高濃度胰島素作用下，大鼠原代卵巢顆粒細胞中HMBG1表達增加，導(dǎo)致細胞凋亡增多，PCOS加重[25]。

有學(xué)者對可影響系統(tǒng)代謝的腸道微生物群進行了研究，由于代謝的改變與PCOS表型的發(fā)展密切相關(guān)，在PCOS患者腸道中觀察到了微生物群的改變[26]。該研究表明，改變的腸道微生物群產(chǎn)生的抗原可能與PCOS患者的代謝功能紊亂有關(guān)。Qi等[27]發(fā)現(xiàn)，在PCOS患者的腸道微生物群中，硫化細菌明顯增加，同時伴有糖醛酸和牛磺酸去氧膽酸水平的降低；他們將來自PCOS患者的糞便微生物群或普通擬桿菌移植到正常小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)其可導(dǎo)致小鼠卵巢功能紊亂、胰島素抵抗、膽汁酸代謝改變、IL-22分泌減少和不孕。

2 PI3K/Akt信號通路概述

根據(jù)PI3K的功能和結(jié)構(gòu)可分為3種類型，其中研究最廣泛的為Ⅰ型PI3K，它是由1個催化亞單位和1個調(diào)節(jié)亞單位組成的異質(zhì)體。其中，調(diào)節(jié)亞基含有SH2和SH3結(jié)構(gòu)域，可與具有適當(dāng)位點的靶蛋白結(jié)合。亞單位通常被稱為p85，目前已知存在6個調(diào)節(jié)亞單位，分子量為50 000～110 000；存在4類催化亞單位，即p110α、β、δ和γ，其中p110δ只存在于白細胞中，其他的催化亞單位則廣泛分布在不同的細胞中。

Akt是一種原癌基因，其功能為調(diào)節(jié)不同的細胞活動，包括增殖、生長、生存、凋亡、代謝、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成。受體酪氨酸激酶、整合素、B細胞和T細胞受體、細胞因子受體、G蛋白偶聯(lián)受體等均能激活A(yù)kt信號通路。

PI3K/Akt信號通路能調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化和遷移，以及血管生成和代謝。當(dāng)接受來自酪氨酸激酶和G蛋白偶聯(lián)受體等信號后，PI3K的p85調(diào)節(jié)亞基即被募集到鄰近質(zhì)膜的部位，p110亞基通過與p85亞基結(jié)合將底物磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸(phosphatidylinositol-3，4，5-triphosphate，PIP3)。PIP3可以與Akt結(jié)合，在3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1的輔助下，將Akt蛋白上的蘇氨酸磷酸化位點(Thr308)和絲氨酸磷酸化位點(Ser473)磷酸化，從而激活A(yù)kt[28]。腫瘤抑制基因人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN)是PI3K/Akt信號通路的一個重要上游分子，它可以抑制細胞增殖，增強細胞對凋亡的敏感性。PTEN的主要底物為PIP3，它可以在D3位點使PIP3去磷酸化，生成磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸，對PI3K/Akt信號通路進行負向調(diào)節(jié)[29-30]。PI3K/Akt與各種下游分子結(jié)合，在細胞運動中發(fā)揮作用。如Akt可通過作用于結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合體(tuberous sclerosis complex，TSC)1/TSC2和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號通路調(diào)控細胞生長；作用于細胞周期蛋白依賴性激酶的抑制分子p21和p27，并間接影響細胞周期蛋白D1和p53的表達水平來調(diào)控細胞周期和細胞增殖。此外，B細胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2)家族成員(如Bcl-2相關(guān)死亡啟動子)負責(zé)調(diào)節(jié)細胞凋亡。Akt下調(diào)Bcl-2相關(guān)死亡啟動子以抑制細胞凋亡并促進細胞存活。同時，Akt還可以直接在Ser196位點磷酸化和滅活胱天蛋白酶9，抑制胱天蛋白酶9介導(dǎo)的細胞凋亡。

3 PI3K/Akt信號通路在PCOS中的作用

PCOS的發(fā)病機制至今尚未明確。卵母細胞通過分泌細胞因子，調(diào)節(jié)顆粒細胞、卵泡膜細胞增殖分化，促進卵母細胞的生長，與雄激素、胰島素等因素協(xié)同或拮抗作用，反饋調(diào)節(jié)促性腺激素的產(chǎn)生，對卵泡成熟發(fā)育至關(guān)重要，可能參與PCOS的發(fā)病。另外，PCOS患者無論是否肥胖，均可能伴有胰島素抵抗，因此胰島素抵抗在PCOS發(fā)病早期也可能起關(guān)鍵作用。

3.1對顆粒細胞增殖與凋亡的影響 PI3K/Akt信號通路在卵巢顆粒細胞增殖和凋亡中的作用已被廣泛報道。有研究表明，PCOS患者顆粒細胞中的增殖細胞核抗原水平明顯下降，而p27蛋白水平顯著增加，表明PCOS患者的顆粒細胞增殖異常低下[31-32]。另外，PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)能夠激活細胞周期蛋白依賴性激酶，從而促進顆粒細胞G1期的發(fā)展。有學(xué)者利用PCOS大鼠模型進行實驗，結(jié)果表明高脂肪飲食誘導(dǎo)的肥胖大鼠重組細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1A表達增多，使顆粒細胞生長停滯，從而導(dǎo)致卵泡的異常發(fā)育[33]。叉頭框轉(zhuǎn)錄因子(forkhead box，F(xiàn)ox)O1是PI3K/Akt的下游靶點，在上調(diào)下游促凋亡基因的表達中起關(guān)鍵作用。Zhu等[34]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)oxO1可通過線粒體通路導(dǎo)致胱天蛋白酶家族的改變，從而引起顆粒細胞的凋亡。作為 PI3K-Akt信號通路的下游因子，促凋亡基因Bcl-2相關(guān)X蛋白和抗凋亡基因Bcl-2在顆粒細胞凋亡的調(diào)控中也具有重要作用[6]。此外，Ding等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在卵巢顆粒細胞中，PI3K催化亞基p110δ是卵泡刺激素和雌二醇刺激卵泡發(fā)育的重要組成部分。

3.2對卵母細胞成熟的影響 在嚙齒動物和人類中，卵細胞減數(shù)分裂的恢復(fù)需要環(huán)腺苷酸和環(huán)鳥苷酸水平的急劇下降。環(huán)腺苷酸是在人體內(nèi)廣泛存在的一種具有生理活性的重要物質(zhì)。內(nèi)源性環(huán)腺苷酸是由于某些激素或其他分子激活腺苷酸環(huán)化酶Ⅲ，腺苷酸環(huán)化酶Ⅲ催化ATP環(huán)化而形成，可被細胞內(nèi)磷酸二酯酶(phosphodiesterases，PDEs)降解。而環(huán)鳥苷酸在卵母細胞中可抑制卵母細胞中PDE3A的激活，從而提高卵母細胞內(nèi)環(huán)腺苷酸的水平。此外，Akt的激活有助于提高卵母細胞內(nèi)磷酸化PDE3A的水平，這一過程對卵母細胞的成熟至關(guān)重要。在排卵期，黃體生成素水平急劇升高，激活PI3K/Akt信號通路，導(dǎo)致小鼠卵母細胞中Akt活性升高，Akt激活PDE3A或下游的mTOR途徑，促進卵母細胞的成熟。有研究表明，PI3K/Akt信號通路也可以被卵母細胞衍生的IL-7所刺激，IL-7刺激顆粒細胞中Akt、糖原合成酶激酶3和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子5蛋白的磷酸化，從而發(fā)揮抗凋亡作用，促進排卵前卵母細胞的成熟[36]。

PI3K/Akt信號通路在原始卵泡進入生長期的初始募集中起主要作用[37]，在GⅤ期的卵母細胞中就已經(jīng)檢測到Akt1和磷酸化形式的信使RNA表達。FoxO3是PI3K/Akt信號通路中的一個關(guān)鍵下游基因，活化的FoxO3可被PI3K通路抑制[38]。有研究表明，缺少FoxO3小鼠的原始卵泡過早被激活，而成熟卵泡則被進一步耗竭[39]。另有研究表明，在小鼠中TSC1或TSC2的缺失可激活mTOR復(fù)合物1，從而激活休眠的原始卵泡[40]。

3.3對胰島素抵抗的影響 胰島素抵抗是PCOS女性的常見并發(fā)癥，44%～70%的PCOS婦女伴有胰島素抵抗；與單純肥胖女性相比，肥胖PCOS患者胰島素抵抗的發(fā)生率升高[41]。肥胖和PCOS均會影響胰島素敏感性，它們的同時存在會增加胰島素抵抗的患病率。胰島素是一種內(nèi)分泌激素，可通過激活胰島素受體(insulin receptor，INSR)、INSR底物、PI3K和Akt的細胞內(nèi)信號通路參與調(diào)節(jié)葡萄糖和脂質(zhì)代謝。胰島素與INSR結(jié)合，引起下游激酶的磷酸化，從而激活PI3K/Akt信號通路。Belani等[42]研究發(fā)現(xiàn)，與對照者相比，PCOS伴胰島素抵抗的患者顆粒細胞中PI3K的表達水平顯著下降。另外，Zhu等[43]研究顯示，PCOS伴胰島素抵抗組患者卵巢顆粒細胞中的磷酸化Akt Ser473水平較對照組和不伴胰島素抵抗PCOS組明顯下降。

胰島素可以通過兩種INSR變構(gòu)體來激活其在脂肪組織中的反應(yīng)。其中，INSR-A主要在間質(zhì)細胞和分化程度較低的細胞中表達，與細胞增殖有關(guān)；INSR-B則更多地在終末分化的細胞中表達，并與代謝作用相聯(lián)系。近年研究顯示，INSR的不同分布和INSR-A、INSR-B比例的改變可能與胰島素抵抗和2型糖尿病的代謝異常有關(guān)[44]。有研究表明，PCOS患者的胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受損，這種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)缺陷是由于細胞內(nèi)INSR-B和胰島素受體底物1被磷酸化，引起胰島素介導(dǎo)的PI3K激活減少和對胰島素作用的抵抗所致[41]。另有研究表明，脫氫表雄酮誘導(dǎo)的PCOS大鼠卵巢INSR甲基化水平升高[45]。此外，胰島素還可通過增加胰島素反應(yīng)性葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4從細胞內(nèi)囊泡到細胞表面的易位來刺激葡萄糖的攝取，該途徑通過PI3K的激活介導(dǎo)[46]。Ezeh等[47]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組女性相比，PCOS組患者脂肪細胞中的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4表達水平降低，這種降低與全身胰島素敏感性降低有關(guān)。

4 PI3K/Akt信號通路與PCOS的治療

由于PCOS病因不明確、臨床表現(xiàn)多樣化，目前尚無有效的治愈方案，主要治療方式包括調(diào)整生活方式和藥物治療。由于PI3K/Akt信號通路在PCOS發(fā)病機制中的重要作用，已發(fā)現(xiàn)許多藥物可通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt通路來緩解PCOS的癥狀，可能成為今后 PCOS治療的靶點。有研究表明，PI3K/Akt信號通路的激活可導(dǎo)致DNMT1的磷酸化，從而增加DNMT1的核轉(zhuǎn)位和活性，導(dǎo)致下游基因的甲基化[12]。Wang等[48]研究表明，西他列汀聯(lián)合二甲雙胍可通過抑制PI3K/Akt-DNMT1途徑誘導(dǎo)長鏈非編碼RNA H19的表達，從而改善PCOS大鼠的內(nèi)分泌紊亂、卵巢多囊性改變和胰島素抵抗的癥狀。此外，褪黑素可通過激活PI3K/Akt信號通路來抑制顆粒細胞的自噬和細胞凋亡，改善卵巢功能[7]。木犀草素可通過促進PI3K/Akt信號通路抑制PCOS大鼠胰島素抵抗的癥狀，并通過恢復(fù)核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2通路增強抗氧化應(yīng)激，從而減輕PCOS大鼠的癥狀[49]。桂枝茯苓丸可通過PI3K/Akt信號通路來抑制卵巢顆粒細胞自噬，并促進卵泡發(fā)育以減輕PCOS伴胰島素抵抗大鼠的排卵障礙[50]。蒼復(fù)道痰湯可通過胰島素樣生長因子1-PI3K/Akt-Bcl-2相關(guān)X蛋白/Bcl-2通路減輕PCOS大鼠的胰島素抵抗，并改善卵泡發(fā)育[51]。六味地黃丸通過作用于PI3K/Akt信號通路顯著逆轉(zhuǎn)了PCOS伴胰島素抵抗大鼠的胰島素抵抗癥狀，降低了血清黃體生成素和睪酮的水平，減少了閉鎖卵泡數(shù)量[52]。綜上所述，PI3K/Akt信號通路在PCOS的治療中具有重要作用。

5 小 結(jié)

目前PCOS的發(fā)病機制尚不明確，且尚無有效治療方案。而PI3K/Akt信號通路為探索PCOS的發(fā)病機制和治療方法提供了重要線索。PI3K/Akt信號通路可影響PCOS患者顆粒細胞功能、卵母細胞成熟以及胰島素抵抗，且在PCOS治療中也有重要作用。目前對PI3K/Akt信號通路的探索雖已取得一定進展，但關(guān)于PI3K/Akt信號通路在PCOS中作用的研究尚處于初步階段，還需更多科學(xué)研究驗證，找到影響PCOS發(fā)病的直接靶蛋白，以便于深入了解PCOS的發(fā)病機制，從而為今后PCOS的診斷與治療提供更充分的理論依據(jù)。