二甲雙胍調(diào)控子宮內(nèi)膜容受性的機制研究進展

付平芳，楊一華，符曉倩

(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心，南寧 530021)

成功的妊娠需要優(yōu)質(zhì)的胚胎、處于接受狀態(tài)的子宮內(nèi)膜及二者之間同步發(fā)育、協(xié)同對話。目前臨床上輔助生殖技術(shù)(ART)在獲取和篩選高質(zhì)量胚胎方面已取得了較大的進步，但體外受精-胚胎移植(IVF-ET)種植率及活產(chǎn)率在世界范圍內(nèi)仍然較低，這表明妊娠失敗的原因中子宮內(nèi)膜容受性缺陷是關(guān)鍵。有研究認(rèn)為，失敗的妊娠中，胚胎因素僅占1/3，約2/3是子宮內(nèi)膜容受性不良或不佳的母胎互作對話導(dǎo)致的[1]。子宮內(nèi)膜容受性指子宮內(nèi)膜允許胚泡定位、粘附、侵入并最終著床發(fā)育的能力，有嚴(yán)格的時間和空間限制。一般認(rèn)為，對于標(biāo)準(zhǔn)月經(jīng)周期為28 d的女性，子宮內(nèi)膜處于容受狀態(tài)的時間為自然周期的20～24 d，也稱“植入窗”[2]。然而，目前評價和改善子宮內(nèi)膜容受性的措施尚缺乏。二甲雙胍作為一種胰島素增敏劑，在改善胰島素抵抗(IR)患者能量代謝及其并發(fā)癥方面有著明顯的作用，其適應(yīng)癥也越來越廣，目前也應(yīng)用于不孕癥的治療，成為提高胰島素抵抗相關(guān)疾病患者生育能力的有效藥，特別是在恢復(fù)多囊卵巢綜合征(PCOS)女性排卵和改善子宮內(nèi)膜容受性方面取得了不錯的成效。然而，二甲雙胍調(diào)控子宮內(nèi)膜容受性的機制仍然了解甚少。本文將以能量代謝為主軸，分析能量代謝與子宮內(nèi)膜容受性之間的關(guān)系，以及二甲雙胍在調(diào)節(jié)能量代謝、氧化應(yīng)激及炎癥方面的機制，對二甲雙胍改善子宮內(nèi)膜容受性的可能機制進行綜述。

一、子宮內(nèi)膜容受性與能量代謝

成功的胚胎植入需要容受態(tài)的子宮內(nèi)膜，而適當(dāng)?shù)钠咸烟谴x是子宮內(nèi)膜進入容受狀態(tài)的關(guān)鍵。在胰島素的影響下，葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白(GLUTs)負(fù)責(zé)許多組織的葡萄糖攝取，包括人類子宮內(nèi)膜。早期胚泡定位、黏附、侵襲、發(fā)育，以及子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞骨架重塑、功能層到蛻膜的正確分化、細(xì)胞凋亡和自噬，都依賴于葡萄糖代謝來提供能量。因此，糖代謝障礙導(dǎo)致的能量儲備不足會影響子宮內(nèi)膜容受性建立，從而阻礙著床[3-4]。

1.糖原代謝與子宮內(nèi)膜容受性：子宮內(nèi)膜的葡萄糖代謝具有組織特異性，其特點是缺乏糖異生和以糖原形式儲存多余的葡萄糖[5-6]。在植入的短時間內(nèi)，子宮內(nèi)膜的血管重構(gòu)尚未發(fā)生[7]，循環(huán)母血中的葡萄糖供應(yīng)很難滿足如此大的能量需求，因此，子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞(EECs)糖原的合成儲存和分解利用在著床過程中起重要作用[8-9]。Ma等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在“植入窗”期，2型糖尿病(T2DM)小鼠子宮內(nèi)膜組織中的葡萄糖濃度顯著增加，而糖原濃度較對照組明顯降低，糖原合成酶表達(dá)明顯減少，子宮內(nèi)膜容受性標(biāo)志物如胞飲突的數(shù)量、白血病抑制因子的表達(dá)也低于對照組。考慮因胰島素抵抗，子宮內(nèi)膜GLUT4表達(dá)下降，葡萄糖轉(zhuǎn)運及利用障礙，導(dǎo)致糖原合成受損，能量失代償，最終阻礙子宮內(nèi)膜容受性建立[10]。

2.腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)與子宮內(nèi)膜容受性：AMPK是一種主要的能量感受器，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)能量需求增加時被激活，調(diào)節(jié)糖脂代謝，以維持細(xì)胞內(nèi)的能量平衡。AMPK也被發(fā)現(xiàn)因EECs的能量不足或糖原減少而被激活，進而調(diào)節(jié)EECs中糖原磷酸化酶的表達(dá)，促進糖原分解。同時，糖原分解對AMPK有負(fù)反饋作用，這種雙向調(diào)節(jié)確?！爸踩氪啊逼谧訉m內(nèi)膜在短時間內(nèi)獲得大量能量供應(yīng)，從而確保子宮內(nèi)膜容受性的建立和胚胎植入的成功[6，9]。有研究發(fā)現(xiàn)，抑制EECs中AMPK活性或糖原分解，會干擾“植入窗”子宮內(nèi)膜容受性的建立，最終抑制胚胎著床[9]。Ma等[3]發(fā)現(xiàn)，T2DM小鼠子宮內(nèi)膜中AMPK并沒有過度磷酸化；究其原因，可能與胰島素抵抗有關(guān)，胰島素受體信號被阻斷，增加了糖原合成酶激酶(GSK)的活性，進而抑制子宮中AMPK的磷酸化[11-12]。提示胰島素抵抗患者由于葡萄糖利用障礙，導(dǎo)致了糖原代謝紊亂與AMPK調(diào)節(jié)失衡的惡性循環(huán)，進而導(dǎo)致子宮內(nèi)膜能量耗竭，阻礙子宮內(nèi)膜容受性建立，引起胚胎著床障礙和著床失敗。

二、二甲雙胍作用機制及臨床應(yīng)用

二甲雙胍于1957年首次應(yīng)用于糖尿病的臨床治療。值得注意的是，二甲雙胍是一種多作用位點、多分子機制的復(fù)雜藥物，既有依賴AMPK的機制，也有非依賴AMPK的機制，目前仍未完全闡明。它是一種在生理pH條件下帶正電荷的親水性化合物，主要通過有機陽離子轉(zhuǎn)運體1(OCT1)進出細(xì)胞，在機體內(nèi)發(fā)揮3種作用：調(diào)控能量代謝；預(yù)防氧化應(yīng)激；下調(diào)炎癥反應(yīng)。

1.調(diào)控能量代謝：二甲雙胍通過抑制線粒體復(fù)合體I和ATP合成酶的活性，抑制線粒體的呼吸，阻止線粒體ATP的產(chǎn)生，導(dǎo)致AMP：ATP比值升高，直接激活A(yù)MPK[13]。或通過抑制線粒體甘油磷酸脫氫酶以及涉及溶酶體的機制激活A(yù)MPK[13-14]。AMPK激活后可產(chǎn)生以下4種效應(yīng)：(1)啟動產(chǎn)能分解代謝途徑：包括刺激GLUTs的表達(dá)，促進葡萄糖的攝取和利用，促進脂肪酸β氧化，增強胰島素敏感性[15-16]；(2)介導(dǎo)環(huán)磷酸腺苷(cAMP)特異性3’，5’-環(huán)核苷酸磷酸二酯酶4B(PDE4B)的直接磷酸化，觸發(fā)cAMP衰竭，抑制糖異生[17]；(3)抑制雷帕霉素靶標(biāo)復(fù)合體I(mTORC1)，抵消雷帕霉素靶標(biāo)(mTOR)作用，抑制脂肪生成及激活DNA損傷樣反應(yīng)，從而改善營養(yǎng)感應(yīng)和增強自噬，下調(diào)炎癥反應(yīng)[18]；(4)通過DNA/組蛋白修飾和miRNA進行轉(zhuǎn)錄調(diào)控[13]。

2.預(yù)防氧化應(yīng)激：AMPK依賴途徑：二甲雙胍通過激活A(yù)MPK，抑制晚期糖基化終產(chǎn)物受體/核轉(zhuǎn)錄因子(RAGE/NF-κB)信號的影響和驗證相關(guān)基因的表達(dá)，抑制晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGE)生成，抑制活性氧(ROS)的生成[19]。AMPK非依賴途徑：二甲雙胍可通過解除高糖對ATP合成、線粒體DNA質(zhì)量和線粒體轉(zhuǎn)錄活性的抑制作用，導(dǎo)致AMPK非依賴性效應(yīng)，清除高糖誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS[20]。

3.下調(diào)炎癥反應(yīng)：(1)AMPK依賴途徑：二甲雙胍通過激活A(yù)MPK抑制NF-κB信號通路和單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化，減少來自這些巨噬細(xì)胞的促炎細(xì)胞因子的生成，下調(diào)炎癥反應(yīng)[17，19]。(2)AMPK非依賴途徑：二甲雙胍通過多種途徑，如直接激活去乙?；?(SIRT1)，通過抑制鳥苷三磷酸酶(Rag-GTPases)蛋白復(fù)合物直接抑制mTORC1，以及激活核因子紅系相關(guān)因子2(Nrf2)，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的下調(diào)[13，21-22]。

4.二甲雙胍目前臨床應(yīng)用：二甲雙胍具有經(jīng)濟、實惠、安全的特點，并有減肥的作用，有很好的應(yīng)用前景。研究表明，二甲雙胍可通過降低高糖誘導(dǎo)的ROS含量，調(diào)節(jié)高糖抑制的ROS-AKT/PKB(蛋白激酶B) -mTOR軸，促進骨形成[20]。還有數(shù)據(jù)顯示，二甲雙胍可通過增強自噬、調(diào)節(jié)病理性α-突觸核蛋白的降解和線粒體功能，治療神經(jīng)退行性疾病[23]。也有報道稱，二甲雙胍通過干擾自身免疫系統(tǒng)性疾病的關(guān)鍵免疫病理機制，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄和線粒體功能、降低端粒的磨損和衰老、抑制細(xì)胞凋亡，應(yīng)用于自身免疫性疾病及抗腫瘤和抗衰老治療[13，24-25]。近年來，二甲雙胍在生殖方面的應(yīng)用也非常廣泛。如二甲雙胍已被用于改善PCOS患者的排卵和代謝功能，并降低雄激素水平。二甲雙胍影響子宮內(nèi)膜容受性的研究也在探索階段，我們曾經(jīng)對二甲雙胍改善PCOS患者內(nèi)膜容受性的作用進行綜述[26]。

三、二甲雙胍對子宮內(nèi)膜容受性的調(diào)控機制

近年來，子宮內(nèi)膜容受性障礙導(dǎo)致反復(fù)移植失敗越來越受到關(guān)注。然而，具體機制仍不清楚。PCOS、T2DM、肥胖伴胰島素抵抗患者子宮內(nèi)膜GLUT4表達(dá)下降，葡萄糖轉(zhuǎn)運和利用障礙，導(dǎo)致子宮內(nèi)膜能量代謝紊亂，阻礙子宮內(nèi)膜容受性的建立[10]。目前二甲雙胍對子宮內(nèi)膜容受性的影響機制尚不清楚，可能通過AMPK依賴和非依賴機制，參與如下六方面的調(diào)控：

1.增加子宮內(nèi)膜GLUT4的表達(dá)：二甲雙胍通過激活A(yù)MPK，促進GLUT4或GLUT1的表達(dá)，改善胰島素抵抗，提高葡萄糖的轉(zhuǎn)運和利用，為子宮內(nèi)膜增厚提供足夠的能量和血供來促進子宮內(nèi)膜蛻膜化，并為胚胎著床提供有力的氧環(huán)境[26-27]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍雖改善了胰島素抵抗孕鼠的血糖濃度，卻也異常激活了AMPK，促進了EECs糖原分解，因而并沒有改善子宮內(nèi)膜的葡萄糖代謝[3]。這仍需更多的實驗數(shù)據(jù)加以驗證。

2.抑制AGE的生成：AGE隨著胰島素抵抗和衰老而積累，損害卵泡生成，并可能降低子宮內(nèi)膜容受性[28]。二甲雙胍抑制線粒體呼吸鏈，導(dǎo)致AMPK激活，抑制NF-κB和促炎細(xì)胞因子，抑制AGE的生成，下調(diào)炎癥反應(yīng)，從而該善子宮內(nèi)膜容受性[29]。

3.下調(diào)容受性相關(guān)miRNAs的表達(dá)：二甲雙胍可以通過下調(diào)容受性相關(guān)miRNAs的表達(dá)(如下調(diào)miR1910-3p和miR-491-3p的表達(dá))，從而提高胰島素抵抗PCOS患者子宮內(nèi)膜中重要的子宮內(nèi)膜容受性標(biāo)志物(如HOXA10和ITGB3)的表達(dá)，改善子宮內(nèi)膜容受性；且二甲雙胍誘導(dǎo)HOXA10、ITGB3上調(diào)和miR1910-3p、miR-491-3p下調(diào)呈顯著劑量依賴性[30]。

4.上調(diào)自噬：自噬是一種高度調(diào)節(jié)的分解代謝過程，參與維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。對于雌性哺乳動物，自噬參與子宮內(nèi)膜功能調(diào)節(jié)，在正常子宮內(nèi)膜蛻膜化中起到積極作用。AMPK/mTOR下調(diào)自噬可導(dǎo)致早孕小鼠子宮內(nèi)膜蛻膜化異常，進而引起不良妊娠結(jié)局[31-32]。二甲雙胍作為一種常用的AMPK激活劑，可通過上調(diào)AMPK/mTOR軸，上調(diào)自噬，改善子宮內(nèi)膜容受性[33]。

5.預(yù)防氧化應(yīng)激：已報道在胰島素抵抗條件下，組織中氧化應(yīng)激反應(yīng)增加，氧化應(yīng)激可以引起炎癥，產(chǎn)生大量的氧自由基，激活補體系統(tǒng)。補體激活在代謝性疾病中起著重要作用，末端補體途徑被發(fā)現(xiàn)有助于促進高血糖相關(guān)的組織損傷[10，34]。二甲雙胍通過調(diào)節(jié)糖和脂代謝來預(yù)防氧化應(yīng)激，下調(diào)炎癥反應(yīng)，保護細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的影響，改善子宮內(nèi)膜容受性[33]。我們推測二甲雙胍還通過改善氧化應(yīng)激觸發(fā)的免疫反應(yīng)及補體激活，改善子宮內(nèi)膜容受性。這還需要進一步的實驗數(shù)據(jù)加以驗證。

6.通過調(diào)控孕激素受體(PGR)的表達(dá)影響子宮內(nèi)膜蛻膜化：在小鼠的自然生殖周期中，需要孕酮(P4)和雌二醇(E2)聯(lián)合作用來建立植入窗口期子宮內(nèi)膜容受性。P4通過PGR發(fā)揮其對生殖過程的調(diào)節(jié)作用[35]。排卵前E2和新形成的黃體分泌的P4分別刺激子宮上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞的增殖。研究發(fā)現(xiàn)，在過量P4處理的小鼠中，白血病抑制因子/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(LIF/STAT3)通路受損和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激失調(diào)，可能抑制胚胎著床和蛻膜形成[36]。有研究證明，胰島素抵抗小鼠P4濃度顯著升高，這可能是胰島素抵抗的保護機制，并可能影響子宮內(nèi)膜蛻膜形成[3，37]。二甲雙胍通過激活p38MAPK信號通路，調(diào)節(jié)多種細(xì)胞因子的分泌、抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)、基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)和PGR的表達(dá)，從而抑制過量的P4對子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞蛻膜形成造成的不良影響，改善子宮內(nèi)膜容受性[35，38]。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，在胰島素或二甲雙胍治療后，血清E2或P4濃度沒有明顯變化[3]。因此，對于二甲雙胍通過調(diào)控PGR的表達(dá)影響子宮內(nèi)膜蛻膜化仍有待更多可靠的觀察和研究來加以驗證。

四、二甲雙胍的母嬰安全性

目前，關(guān)于二甲雙胍對改善妊娠結(jié)局的有效性和母胎安全性仍存在爭議。在一些國家，二甲雙胍可用于備孕PCOS女性患者和妊娠期糖尿病婦女[15]。Brand等[39]研究發(fā)現(xiàn)，與胰島素相比，懷孕期間使用二甲雙胍(單獨或與胰島素聯(lián)合使用)沒有增加長期風(fēng)險，但會增加小于胎齡兒的風(fēng)險，這提示胎兒營養(yǎng)不良高風(fēng)險的孕婦使用二甲雙胍需更為謹(jǐn)慎。一項最新的系統(tǒng)性回顧和薈萃分析系統(tǒng)地研究了二甲雙胍治療對PCOS婦女及其后代的妊娠結(jié)局、代謝特征和生殖激素特征的影響，發(fā)現(xiàn)妊娠期應(yīng)用二甲雙胍可改善PCOS女性的胰島素抵抗，降低妊娠并發(fā)癥的風(fēng)險，包括妊娠期高血壓疾病、巨大兒和早產(chǎn)等；二甲雙胍還能影響子代性激素結(jié)合球蛋白水平及長期體重指數(shù)[40]。因此，二甲雙胍對母胎的安全性仍有待更多可靠的觀察和研究。

五、總結(jié)與展望

子宮內(nèi)膜容受性為胚胎提供了附著、侵入、著床和發(fā)育的機會。糖代謝對子宮內(nèi)膜容受狀態(tài)的建立和維持至關(guān)重要。二甲雙胍可以改善胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)，調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜能量代謝，保護細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的影響，下調(diào)炎癥反應(yīng)，改善子宮內(nèi)膜容受性。這一令人信服的證據(jù)擴大了我們對二甲雙胍改善胰島素抵抗患者子宮內(nèi)膜容受性的理解，但未來仍需要進一步的研究來闡述二甲雙胍對子宮內(nèi)膜容受性的影響。