促性腺激素釋放激素(GnRH)類似物在輔助生殖治療領(lǐng)域中的研究進(jìn)展

周郁恬,孟 艷,刁飛揚(yáng),劉金勇

(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心,江蘇 南京 210036)

促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasing hormone,GnRH)是下丘腦分泌的神經(jīng)激素,刺激垂體前葉細(xì)胞周期性分泌產(chǎn)生糖蛋白激素:黃體生成激素(luteinizing hormone,LH)和促卵泡激素(follicle-stimulating hormone,FSH),進(jìn)而刺激卵巢分泌甾體激素. GnRH 類似物是一種人工合成的促性腺激素釋放激素,分為GnRH 激動(dòng)劑(gonadotropin-releasing hormone agonist,GnRH-a)和 GnRH 拮抗劑(gonadotropin-releasing hormone antagonist,GnRH-A). 從20世紀(jì)80年代到90年代,GnRH-a和GnRH-A 先后登上輔助生殖技術(shù)的舞臺(tái),并在今天被廣泛應(yīng)用[1-2].

1 GnRH及其受體的作用機(jī)制

完整的下丘腦-垂體-性腺軸對(duì)人類生殖的調(diào)控起著重要作用. 受不同神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽輸入的調(diào)節(jié)作用,GnRH在下丘腦神經(jīng)元中合成并以脈沖式釋放進(jìn)入垂體門靜脈系統(tǒng),通過(guò)該系統(tǒng)被運(yùn)送至垂體前葉,與具有高親和力的促性腺釋放激素受體(gonadotrophin-releasing hormone receptors,GnRHRs)結(jié)合并刺激促卵泡激素和黃體生成素的分泌. 這些促性腺激素(gonadotropin,Gn)依次作用于性腺下游,協(xié)調(diào)兩性性腺的發(fā)育、類固醇激素的產(chǎn)生和女性的排卵過(guò)程. 作為下丘腦-垂體-性腺軸的關(guān)鍵一環(huán),GnRH是一種十肽激素,其經(jīng)典結(jié)構(gòu)為焦谷酰胺-組-色-絲-酪-甘-亮-精-脯-甘氨基(pGlu-His-Trp-Ser-Tyr-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly-NH2). 自1971年由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Andrew V. Schally發(fā)現(xiàn)其經(jīng)典結(jié)構(gòu)后[3],后續(xù)學(xué)者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多種GnRH亞型. 值得一提的是,除了經(jīng)典形式GnRH(GnRH-I),第二種形式的GnRH簡(jiǎn)稱GnRH-II,已在包括人類在內(nèi)的大多數(shù)脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn),其在氨基酸水平上與經(jīng)典GnRH有70%的相似性,結(jié)構(gòu)差異僅存在于His5,Trp7,Tyr8[4]. GnRH-II在女性生殖系統(tǒng)如子宮內(nèi)膜、卵巢和胎盤以及來(lái)自這些組織的腫瘤中亦有表達(dá),并參與人類生殖的調(diào)控過(guò)程. 目前研究認(rèn)為,人類存在兩種GnRH受體,即I型GnRHR和II型GnRHR. I型GnRHR屬于視紫紅質(zhì)樣G蛋白偶聯(lián)受體家族,包含7個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域和1個(gè)胞外氨基末端結(jié)構(gòu)域(35個(gè)氨基酸),作為目前已知唯一缺乏胞內(nèi)C末端結(jié)構(gòu)域的G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor,GPCR),已證明其羧基末端細(xì)胞質(zhì)尾部在影響受體內(nèi)化和脫敏中發(fā)揮重要作用,導(dǎo)致垂體GnRHR內(nèi)化相對(duì)較慢,不會(huì)經(jīng)歷快速脫敏[5]. 而關(guān)于II型GnRHR,目前普遍認(rèn)為功能性II型GnRHR在人類中不表達(dá).

2 促性腺激素釋放激素類似物的作用機(jī)制

受第6位和第7位氨基酸之間的甘氨酸-亮氨酸鍵降解的影響,天然的GnRH半衰期僅為2～4 min. 人工合成的GnRH類似物可根據(jù)功能不同分為GnRH激動(dòng)劑和GnRH拮抗劑兩類. GnRH及其類似物氨基酸序列見(jiàn)表1.

表1 天然促性腺激素釋放激素及其常見(jiàn)類似物的氨基酸序列

GnRH-a由GnRH改變第6、10位氨基酸而來(lái). D-氨基酸取代天然GnRH的Gly6改變了原有的甘氨酸-亮氨酸鍵結(jié)構(gòu),使其在體內(nèi)不易被肽鏈內(nèi)切酶裂解,穩(wěn)定性增強(qiáng),半衰期延長(zhǎng). 此外,部分合成激動(dòng)劑在Pro9后添加了乙胺殘基,增強(qiáng)其與GnRH受體親和力,使GnRH-a的生物學(xué)效應(yīng)增加50～200 倍[6]. 外源性GnRH-a與體內(nèi)的GnRH競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合垂體的GnRH 受體,導(dǎo)致受體數(shù)量減少,垂體對(duì)內(nèi)源性 GnRH反應(yīng)減弱,下丘腦-垂體-性腺軸被阻斷. 在用藥初期,會(huì)出現(xiàn)所謂的“點(diǎn)火效應(yīng)(flare up)”,又稱為“升調(diào)節(jié)”,對(duì)垂體產(chǎn)生了一定的刺激效果,引起LH、FSH一過(guò)性分泌增加,隨著持續(xù)給藥,大部分GnRH受體被占據(jù)并移至細(xì)胞內(nèi),有效的受體數(shù)量下降或完全失活,降低或阻斷受體對(duì)GnRH刺激的反應(yīng),這個(gè)過(guò)程常常被稱為“脫敏”,Gn釋放減少,產(chǎn)生對(duì)FSH、LH、E2的“降調(diào)節(jié)”效應(yīng),持續(xù)28～30 d,最長(zhǎng)可達(dá)42 d. GnRH-a對(duì)LH的抑制作用強(qiáng)于FSH. 常用藥物包括亮丙瑞林,戈舍瑞林等,短效制劑規(guī)格為0.1 mg/支針劑,長(zhǎng)效則為3.75 mg/支針劑.

GnRH-A由GnRH改變第1、2、3、5、6、8、10位點(diǎn)的多個(gè)氨基酸而來(lái),與內(nèi)源性GnRH競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合受體,直接抑制垂體分泌FSH及LH,而沒(méi)有激活GnRH受體的升調(diào)節(jié)過(guò)程. GnRH-A在給藥后4～8 h內(nèi)發(fā)揮作用,降低垂體分泌Gn的水平,可以在月經(jīng)周期的任何階段使用,抑制效果呈劑量依賴性,在停藥后 2～4 d 垂體功能即可恢復(fù)[7]. 常用藥物包括西曲瑞克和加尼瑞克,制劑規(guī)格分為3 mg/支和0.25 mg/支針劑.

3 促性腺激素釋放激素類似物在輔助生殖技術(shù)中的具體應(yīng)用及原理

3.1 體外受精/卵胞漿內(nèi)精子注射及胚胎移植(in vitro fertilization/intracytoplasmic sperm injection and embryo transfer,IVF/ICSI-ET)中控制性卵巢刺激(controlled ovarian stimulation,COS)

3.1.1 基于GnRH-a的控制性超促排卵方案

在GnRH-a被應(yīng)用于COS之前,臨床上主要使用枸櫞酸氯米芬(clomiphene citrate,CC)和尿促性腺激素(human menopausal gonadotrophin,hMG)誘導(dǎo)多卵泡發(fā)育,由于卵泡發(fā)育中期高雌激素的正反饋效應(yīng),20%～25%的周期提前出現(xiàn)LH峰,導(dǎo)致未成熟卵泡黃素化,發(fā)育的卵泡閉鎖,影響卵子質(zhì)量和妊娠結(jié)局[8-9]. 19世紀(jì)80年代,Poter等[1]第一次提出利用GnRH-a進(jìn)行垂體抑制達(dá)到降調(diào)節(jié)作用,再使用外源性Gn誘導(dǎo)多卵泡同步化生長(zhǎng)獲得較好的臨床結(jié)局,標(biāo)志著COS進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代. 降調(diào)節(jié)的主要目的是抑制LH的合成和分泌,防止LH峰過(guò)早出現(xiàn),避免卵泡的黃素化和自發(fā)排卵,以獲得更多的成熟卵母細(xì)胞. 降調(diào)節(jié)后FSH被抑制40%～60%,LH被抑制90%以上,早發(fā)LH峰出現(xiàn)率從14%～20%降至1%～2%,適宜的降調(diào)節(jié)可以促進(jìn)同一卵泡周期中的更多卵泡直徑趨向一致,即“同步化”[10].

常見(jiàn)的GnRH-a制劑分為短效(0.1 mg)和長(zhǎng)效(3.75 mg)兩種. 短效制劑用藥?kù)`活,能夠根據(jù)降調(diào)節(jié)程度調(diào)整用量,垂體功能恢復(fù)快,但是作用時(shí)間短,需每日注射維持有效濃度,給藥后生物有效性可持續(xù)24 h. 短效制劑對(duì)于垂體的抑制程度較淺,促排卵中LH的水平不會(huì)過(guò)低,注射后仍會(huì)發(fā)生“點(diǎn)火效應(yīng)”,但引起的內(nèi)源性Gn短暫性的升高低于卵泡生長(zhǎng)的閾值,僅促進(jìn)小卵泡的發(fā)育,有助于卵泡發(fā)育的同步性.

根據(jù)GnRH-a的不同給藥時(shí)間和劑量,臨床上現(xiàn)存多種卵巢刺激方案. 黃體中期短效長(zhǎng)方案目前被認(rèn)為是最經(jīng)典的激動(dòng)劑長(zhǎng)方案. 在排卵后一周開(kāi)始每日注射短效(0.05～0.1 mg)GnRH-a,14～21 d達(dá)到降調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)后Gn啟動(dòng). 憑借較理想的獲卵數(shù)、良好的妊娠結(jié)果,多年來(lái)被視為標(biāo)準(zhǔn)方案. 部分研究結(jié)果認(rèn)為,黃體中期給藥垂體抑制的速度更快,程度更深[11-12]. Urbancsek研究認(rèn)為與早卵泡期給藥相比,在黃體期給藥的患者在Gn使用量上無(wú)差異的同時(shí),可以獲得更高的妊娠率和活產(chǎn)率[13].

1991年Edwards等[14]發(fā)現(xiàn)閉經(jīng)女性在接受第三方供卵的胚胎后表現(xiàn)出比常人更優(yōu)秀的生育能力,提出了子宮內(nèi)環(huán)境可能在規(guī)律月經(jīng)周期中疲勞或受損的假說(shuō),短暫的閉經(jīng)或垂體抑制可能會(huì)達(dá)到喚醒的效果,繼而改善子宮內(nèi)膜容受性. 早卵泡期長(zhǎng)效長(zhǎng)方案通過(guò)月經(jīng)1～3 d注射長(zhǎng)效(3.75 mg)GnRH-a,31～38 d達(dá)到降調(diào)標(biāo)準(zhǔn)后Gn啟動(dòng),逐漸開(kāi)始受到臨床醫(yī)生的關(guān)注. 近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)比經(jīng)典黃體期短效長(zhǎng)方案,認(rèn)為在正常卵巢反應(yīng)人群中,早卵泡期長(zhǎng)效長(zhǎng)方案延長(zhǎng)降調(diào)時(shí)間并不增加Gn消耗的同時(shí),可帶來(lái)更高的活產(chǎn)率和臨床妊娠率[15-16],這種臨床妊娠結(jié)局的改善被認(rèn)為與GnRH-a通過(guò)影響基因表達(dá)、蛋白組學(xué),改善子宮內(nèi)膜胞飲突的發(fā)育和內(nèi)膜下血液循環(huán)等方式,提高子宮內(nèi)膜容受性有關(guān). 因此,早卵泡期長(zhǎng)效長(zhǎng)方案逐步在臨床得以廣泛應(yīng)用[17].

3.1.2 基于GnRH-A的控制性超促排卵方案

GnRH-A競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合垂體前葉的GnRH受體,給藥后4～8 h內(nèi)發(fā)揮作用,阻止內(nèi)源性LH峰的出現(xiàn),無(wú)“flare up”效應(yīng),且不影響垂體自身的分泌功能,停藥后48 h其功能完全恢復(fù),患者無(wú)低雌激素癥狀[18]. 同激動(dòng)劑方案相比,拮抗劑方案刺激周期短,Gn的使用劑量和時(shí)間少、卵巢過(guò)度刺激綜合征(ovarian hyperstimulation syndrome,OHSS)發(fā)生率低,但卵泡發(fā)育的均一性低于激動(dòng)劑方案[19-20]. 有學(xué)者認(rèn)為這與用GnRH-A治療的女性顆粒黃體細(xì)胞的芳香化酶活性顯著降低,芳香化酶表達(dá)降低,FSH受體表達(dá)升高有關(guān)[21]. Winkler等[22]學(xué)者觀察到GnRH-A導(dǎo)致顆粒細(xì)胞培養(yǎng)模型中顆粒細(xì)胞芳香化酶呈劑量依賴性降低;相反,GnRH激動(dòng)劑以劑量依賴性方式刺激芳香化酶. 這些作用可能與GnRH拮抗劑減少獲卵數(shù)的能力相結(jié)合,可能解釋拮抗劑方案減少OHSS發(fā)生率的原因. 目前拮抗劑方案已經(jīng)成為國(guó)際主流的卵巢刺激方案,但鮮胚周期胚胎植入率和臨床妊娠率較低. 子宮內(nèi)膜容受性降低可能是主要原因,其中機(jī)制尚無(wú)定論,有學(xué)者認(rèn)為或與GnRH-A影響子宮內(nèi)膜細(xì)胞中的GnRH信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、誘導(dǎo)上皮細(xì)胞凋亡力等有關(guān)[23-24]. 值得一提的是,由于相對(duì)較低的卵巢刺激風(fēng)險(xiǎn),拮抗劑方案常聯(lián)合GnRH-a扳機(jī),作為一種成熟的保存生育能力的手段用于成年女性癌癥患者[25].

3.2 GnRH-a在卵巢刺激周期扳機(jī)方案中的應(yīng)用及原理

傳統(tǒng)的扳機(jī)藥物為人絨毛促性腺激素(human chorionic gonadotropin,hCG),即應(yīng)用其模擬生理性LH峰的形成,促進(jìn)卵母細(xì)胞最終成熟及黃體形成. GnRH-a誘導(dǎo)排卵的原理為GnRH-A同受體的結(jié)合是可逆的,垂體的反應(yīng)性得以保持,GnRH-a扳機(jī)時(shí),GnRH-A同受體分離,GnRH-a 激發(fā)垂體釋放內(nèi)源性LH峰,從而誘導(dǎo)卵母細(xì)胞恢復(fù)減數(shù)分裂,同時(shí)也誘導(dǎo)出相似的FSH峰,促進(jìn)顆粒細(xì)胞中LH受體形成和卵子細(xì)胞核成熟、卵丘細(xì)胞松散,有效促進(jìn)排卵和卵子最后成熟. 雖然這種方法并不適用于GnRH-a降調(diào)節(jié)的患者,但在GnRH-A卵巢刺激方案中,使用GnRH-a代替hCG作為扳機(jī)藥物可憑借更加生理性的LH峰和FSH峰改善卵母細(xì)胞質(zhì)量,通過(guò)快速誘導(dǎo)黃體溶解避免或顯著降低卵巢過(guò)度刺激綜合征發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn),且不影響IVF結(jié)局[26-28].

Thorne等[29]在使用GnRH-a扳機(jī)和使用hCG扳機(jī)人群中觀察到了相似的胚胎整倍體率,同時(shí)指出其黃體支持效果較差,需要外源性補(bǔ)充以維持持續(xù)妊娠觀點(diǎn). 與自然周期的LH峰相比,GnRH-a誘發(fā)的LH峰的上升支從14 h縮短為4 h,而且無(wú)14 h的平臺(tái)期,下降支均為20 h,GnRH-a誘導(dǎo)的LH峰比自然峰持續(xù)時(shí)間短,GnRH-a會(huì)引起不可逆的黃體溶解及顆粒細(xì)胞黃素化不全,導(dǎo)致黃體功能不足,GnRH-a扳機(jī)后LH升高時(shí)間短,作用內(nèi)膜時(shí)間不足影響子宮內(nèi)膜容受性,鑒于以上原因,對(duì)新鮮周期而言,GnRH-a扳機(jī)比hCG扳機(jī)更需要個(gè)體化、加強(qiáng)的黃體支持方案,部分專家建議全部胚胎冷凍策略[30]. 2008年Shapiro等[31]提出GnRH-a和hCG聯(lián)合作為扳機(jī)藥物的新嘗試. 近年來(lái)研究表明,在正常卵巢反應(yīng)患者中GnRH-a+hCG聯(lián)合與單獨(dú)hCG扳機(jī)相比,聯(lián)合扳機(jī)可以提高成熟卵母細(xì)胞數(shù)、囊胚形成率、優(yōu)質(zhì)囊胚率、著床率、持續(xù)妊娠率和活產(chǎn)率,這可能與GnRH-a扳機(jī)誘導(dǎo)的內(nèi)源性FSH增加及LH和hCG對(duì)LH受體的協(xié)同作用有關(guān)[32-35].

3.3 GnRH-a在卵巢刺激周期中黃體支持方案的應(yīng)用及原理

控制性卵巢刺激易導(dǎo)致黃體期功能不全,在黃體期添加黃體支持(luteal phase support,LPS)是必要的. 臨床上常用的黃體期支持藥物包括孕激素(Progestin)、雌激素(Estrogen)、Gn等. 研究顯示GnRH-a應(yīng)用在黃體支持上可以更好地改善妊娠結(jié)局[36]. 2004年Tesarik等[37]在其首篇胚胎移植后黃體期使用GnRH-a對(duì)輔助生殖結(jié)果影響的前瞻性對(duì)照研究發(fā)現(xiàn),與安慰組相比,GnRH-a可以提高患者的胚胎著床率、妊娠率、活產(chǎn)率等. Tesarik等認(rèn)為這種改善主要與對(duì)胚胎的直接作用有關(guān),GnRH-a刺激早期著床胚胎分泌hCG,從而增強(qiáng)胚胎著床潛力. GnRH-a可直接刺激垂體分泌LH改善黃體功能和子宮內(nèi)膜容受性,包括刺激與著床有關(guān)的子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞血管生長(zhǎng)因子及與胚胎種植相關(guān)的細(xì)胞因子的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)胚胎的著床及發(fā)育. GnRH-a作為黃體支持的機(jī)制還可能與子宮內(nèi)膜細(xì)胞表面以及胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞外胚層存在GnRH-a受體相關(guān),GnRH-a結(jié)合后可通過(guò)抗炎、改善免疫微環(huán)境等提高子宮內(nèi)膜容受性,促進(jìn)胚胎與子宮內(nèi)膜的同步發(fā)育以利于胚胎種植,同時(shí)促進(jìn)胎盤分泌hCG以維持早期妊娠. 2019年的一項(xiàng)前瞻性研究,通過(guò)比較黃體期支持在常規(guī)使用黃體酮的基礎(chǔ)上,輔以多次隔日注射0.1 mg或單次注射0.2 mg GnRH-a,發(fā)現(xiàn)兩者都能提升臨床妊娠率、分娩率,且兩者之間并無(wú)差異[38]. 但亦有學(xué)者提出黃體中期添加GnRH-a作為額外黃體支持并不能使所有人群獲益,在FSH基礎(chǔ)水平較高或成熟卵母細(xì)胞數(shù)較少的人群中有著更突出的效果,但不建議將GnRH-a作為L(zhǎng)PS常規(guī)使用[39]. 黃體支持添加GnRH-a的指征、用量及添加時(shí)機(jī),由于缺乏高質(zhì)量的臨床證據(jù)[40],目前尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn).

總之,促性腺激素釋放激素類似物在人類輔助生殖技術(shù)中的使用已歷經(jīng)40余年的不斷創(chuàng)新和完善,激動(dòng)劑和拮抗劑在控制性超促排卵方案中的使用時(shí)機(jī)和劑量目前已被人們熟悉掌握,并逐步衍生出不同適用人群的多種方案,大幅度提升了輔助生殖治療的成功率. 激動(dòng)劑在扳機(jī)方案和黃體支持方案中的使用近年來(lái)也有深入的研究,未來(lái)在臨床治療中使用的規(guī)范、拓展和創(chuàng)新仍有待進(jìn)一步探索.