胰島素樣生長因子與卵泡發育關系的研究進展

馬小紅 ，何盛昱，徐　仙，李曉榮

(1.寧夏醫科大學總醫院生殖醫學中心/寧夏生殖與遺傳重點實驗室/生育力保持教育部重點實驗室，寧夏 銀川 750004；2.寧夏回族自治區第五人民醫院石嘴山中心醫院婦產科，寧夏 石嘴山 753200 )

?

【生殖健康研究】

胰島素樣生長因子與卵泡發育關系的研究進展

馬小紅1，何盛昱2，徐仙1，李曉榮1

(1.寧夏醫科大學總醫院生殖醫學中心/寧夏生殖與遺傳重點實驗室/生育力保持教育部重點實驗室，寧夏 銀川 750004；2.寧夏回族自治區第五人民醫院石嘴山中心醫院婦產科，寧夏 石嘴山 753200 )

體外受精-胚胎移植(IVF-ET)技術的不斷創新為越來越多的不孕癥患者解決了生育問題，其中卵的質量是一個關鍵的技術參數。卵泡的生長發育不僅受中樞神經系統和下丘腦的調控，同時也存在卵巢局部的調節機制。IVF-ET中胚胎質量與卵泡發育密切相關，卵泡液作為卵子發育的微環境包含了對卵母細胞生長發育有重要影響的細胞因子。近年來研究表明，胰島素樣生長因子(IGF)與卵泡生長、成熟或閉鎖、優勢卵泡選擇、卵子成熟、甾體激素形成和黃體功能密切相關。目前研究認為IGF主要來自血液循環，但有關卵泡中IGF與卵泡發育的關系的研究報道甚少。該文就胰島素樣生長因子與卵泡發育關系的進展作一綜述。

胰島素樣生長因子；卵泡發育；不孕癥；體外受精-胚胎移植

[Abstract]Increasing innovation of in vitro fertilization-embryo transfer (IVF-ET) technology has solved problems for more and more infertility patients, in which the quality of egg is one of the key technical parameters. Follicle’s growth not only is regulated by central nervous system and hypothalamus, but also partially regulated by ovary. In IVF-ET embryo quality is closely related to follicle development, and follicular fluid, as the micro environment of egg development, contains cytokines which are important to oocyte growth and development. In recent years, studies have shown that insulin-like growth factor (IGF) is closely correlated with follicle growth, maturity or atresia, dominant follicle selection, eggs mature, formation of steroid hormones and corpus luteum function. Current studies suggest that IGF mainly comes from blood circulation, but the relationship between IGF and follicular development in follicle is rarely reported. This article made a summary on progress of the relationship between IGF and follicular development.

[Key words]insulin-like growth factor (IGF); follicular development; infertility; in vitro fertilization-embryo transfer (IVF-ET)

隨著人類生存環境的演變，不孕不育已成為危害健康的第3大類疾病。它不僅損害夫婦雙方的心理與健康，且可造成家庭婚姻關系的破裂并嚴重影響社會的安定，是一個尤為重要的社會問題，因此對其進行積極的治療和深入的研究，幫助他們實現生育的美好愿望有著及其重要的社會意義，同時與優生優育密切關聯的不孕治療也是我國計劃生育基本國策的重要組成部分。寧夏地處西北偏遠，經濟發展相對落后，基礎醫療條件較差及人口教育水平較低，因此，寧夏回族自治區不孕不育的發生率也日趨增高。體外受精-胚胎移植(in vitro fertilization-embryo tansfer, IVF-ET)技術的不斷創新為越來越多的不孕癥患者解決了生育問題，其中卵的質量是一個關鍵的技術參數。卵泡的生長發育不僅受中樞神經系統和下丘腦的調控，同時也存在卵巢局部的調節機制。IVF-ET中胚胎質量與卵泡發育密切相關，卵泡液作為卵子發育的微環境包含了對卵母細胞生長發育有重要影響的細胞因子。不同細胞因子間形成復雜的網絡體系，協同發揮生物學功能, 影響著卵母細胞的發育、成熟、排出、受精、著床以及胚胎的發育, 因而加強這方面的研究將有助于提高IVF-ET的臨床妊娠率和足月出生率。近年來研究表明，胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor, IGF) 與卵泡生長、成熟或閉鎖、優勢卵泡選擇、卵子成熟、甾體激素形成和黃體功能密切相關[1]。目前研究認為IGF主要來自血液循環，但有關卵泡中IGF與卵泡發育的關系的研究報道甚少。本文就胰島素樣生長因子與卵泡發育關系的進展作進一步研究。

1胰島素樣生長因子系統概述

自從1978年Rinderknekt和Humbel首先純化IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ后，人們發現卵巢可以產生IGF，因其結構與胰島素相似而得名。此外，人類肝臟、肌肉、骨骼等多種組織亦可合成IGF，其中大部分在肝臟合成。IGF系統是一組多功能細胞增殖調控因子，包括IGF、IGF受體(IGFR)、IGF結合蛋白(IGF binding protein, IGFBP)和IGFBP水解酶。在正常生理和疾病狀態下IGF信號系統都起重要作用[2]。

1.1胰島素樣生長因子

與胰島素相比，IGF無細胞內儲存形式，但有多種合成形式在局部以自分泌和旁分泌的方式發揮重要的調節作用，具有促進細胞增殖、分化、生長、代謝等多種生物學效應，還具有胰島素樣的生物學活性。IGF可分為IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ兩種。IGF-Ⅰ是一個單鏈堿性多肽類生長因子，其編碼基因位于12號染色體長臂上，由70個氨基酸組成，分子量為7 649ku，對生長激素依賴性較強，故又叫生長介素。IGF-Ⅰ和胰島素原有50%的相同序列，和IGF-Ⅱ有70%的相同序列。IGF-Ⅰ卵巢上合成主要局限于卵泡膜細胞層。IGF-Ⅱ的編碼基因位于11號染色體短臂上，是由167個氨基酸組成的中性肽，胰島素樣作用較強，促分裂作用較弱。IGF-Ⅱ卵巢上合成主要在顆粒細胞上。IGF的生物學功能是通過與特異性的靶細胞表面受體結合而實現的，而其活性主要受6種IGFBP調節[3]。

1.2胰島素樣生長因子受體

IGFR是一種糖蛋白，按結構和特異性可將其分成IGF-ⅠR和IGF-ⅡR。IGF-ⅠR由2個α亞單位和2個β亞單位組成，激活后有酪氨酸激酶活性，使其自身磷酸化，通過酶促反應促使細胞分裂[4]。IGF-ⅠR和IGF具有高度親和力，和胰島素的親和力相對較低，IGF-Ⅰ主要與IGF-ⅠR結合而發揮其生物作用。IGF-ⅡR為單體受體，與甘露糖-6-磷酸受體相同，又稱甘露糖-6-磷酸受體，但IGF-ⅡR和甘露糖-6-磷酸與各自受體結合部位不同。IGF-ⅡR在結構上與IGF-ⅠR完全不同，它與IGF-Ⅱ具有高度親和力，和IGF-Ⅰ親和力較弱，并和胰島素無親和力。IGF-ⅡR可以協助溶酶體酶轉運，并可以調節IGF-Ⅱ功能的降解。IGF-ⅡR可能為IGF-Ⅱ控制細胞增殖分化提供信號傳導途徑。IGF-ⅡR基因缺失會引起血清中IGF-Ⅱ水平升高，過度激活IGF-ⅠR，導致胚胎過度生長最終死亡[5]。

1.3胰島素樣生長因子結合蛋白

IGF受一組高親和力可溶性同源結合蛋白來進行調節。體內大多數IGF與IGFBP結合，只有極少部分是游離的。IGFBP與IGF結合后，則能抑制IGF與受體結合，降低代謝速度，抑制其生理作用[6]。已發現6種IGFBP，它們的結構約50%相似，均為低分子肽類。人類IGFBP-1與IGFBP-3基因位于7號染色體上，IGFBP-2、IGFBP-5基因位于2號染色體上，IGFBP-4位于17號染色體上，IGFBP-6位于12號染色體上。IGFBP-1、-3、-4和IGF具有相同的親和力，而IGFBP-2、-5、-6與IGF-Ⅱ親和力較高。IGFBP與胰島素無親和力。IGFBP-1和IGFBP-2含有三肽模式，能夠和整體素結合，與碳代謝及代謝的穩態相關。IGFBP-1、-3和IGF結合后，起加強或抑制IGF的作用。IGFBP-4對IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ親和力相近，無論在體內或體外條件下這種結合幾乎都是起了抑制作用。IGFBP可由機體許多組織產生，但大部分在肝臟合成，這些高親和力的IGFBP可競爭IGFR。不同的IGFBP的氨基端和羧基端序列高度同源和保守，而中間序列的同源性較小且可變。IGFBP作用主要包括：①轉運IGF；②利于IGF在細胞外基質的儲存；③延長IGF的半衰期和調節其代謝清除；④調節IGF與受體的相互作用；⑤提供一種組織和細胞特異性的定位方式。

2胰島素樣生長因子系統在卵泡發育中的表達

卵泡發育是一個以形態變化為特征的生長過程，同時伴隨著卵泡功能的分化。原始卵泡一旦啟動生長，便是一個連續不斷的發育和分化過程，要么變成優勢卵泡，成熟與排放，要么中途細胞凋亡形成閉鎖卵泡[7]。通常以為卵泡是由垂體促卵泡生長激素(follicle stimulating hormone, FSH)調控的，因為卵泡顆粒細胞中存在 FSH受體，而且臨床上也發現女性基礎FSH水平與卵巢儲備功能有關，但研究亦證實卵巢局部細胞因子也參與了卵泡的發育及分化過程，因此細胞因子也成為近年來卵巢生殖生理研究的熱點問題。這些細胞因子包括白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor,LIF)、白細胞介素(interleukin,IL)-1、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)、抑制素(inhibin)B及IGF等。

有證據表明卵巢及卵泡液中的IGF系統并不影響卵泡的募集，它們與卵泡的生長、成熟或閉鎖、優勢卵泡選擇、卵子的成熟度、甾體激素形成和黃體功能密切相關[8-9]。人類卵泡的顆粒細胞和卵泡膜細胞均可合成IGF并釋放入卵泡液中。卵泡液中的IGF-Ⅰ濃度與血液濃度呈正相關，但明顯低于同期血液含量，因此認為IGF主要來自血液循環。循環中IGF濃度由生長激素(growth hormone,GH)調節。對絕經期尿促性腺激素(human menopausal gonadotropin, HMG)不敏感的患者加用GH可以增強卵巢對HMG的反應性。因此在超排卵中，HMG和IGF-Ⅰ協同促進卵泡發育和成熟。

IGF-Ⅰ表達局限于健康有腔卵泡的顆粒細胞中，閉鎖或黃素化卵泡的顆粒細胞不表達IGF-Ⅰ。IGF-Ⅰ與受體結合后可以促進顆粒細胞增殖并維持芳香化酶功能，從而提高雌激素合成并促進卵泡進一步發育。IGF-Ⅰ可加強促性腺激素促進卵泡發育的作用，刺激雌孕激素合成增加及氨基酸的積蓄，還能誘使未成熟的人類卵母細胞自發成熟，并能良好的分裂。已有研究證明，在卵巢的顆粒細胞區，IGF-Ⅰ與FSH相互促進對方受體的表達，進而增強相互的生物效應。IGF-Ⅰ能與LH協同，誘導卵泡內膜細胞LH受體表達，同時促進卵泡內膜細胞增殖。動物實驗證明IGF-Ⅰ的滅活將使卵泡生長和發育停滯，即使使用促性腺激素也不能改善[10]。IGF-Ⅱ mRNA在小卵泡上的細胞膜上少量表達，而在優勢卵泡大量表達，表明其表達位點在優勢卵泡上。隨著卵泡生長，IGF-Ⅱ在表達從卵泡膜細胞轉移至顆粒細胞。刺激顆粒細胞增生的藥物如FSH、絨毛膜促性腺激素(HCG)可誘導IGF-ⅡmRNA有表達。IGF-Ⅱ水平與雌二醇、孕酮正相關。顆粒細胞可局部合成IGF-Ⅱ，對卵泡發育起一定作用。Martinez-Chequer早在2003年的研究顯示，IGF能促進排卵前卵泡顆粒細胞分泌血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)，從而促進排卵。

排卵前IGFBP-1在卵泡液的濃度高于血清濃度，推測卵巢可局部合成IGFBP-1，其功能可降低IGF-Ⅰ在排卵前的作用。IGFBP-1mRNA在優勢卵泡顆粒細胞中表達，未被黃素化顆粒細胞中不出現IGFBP-1，提示其與卵泡黃素化有關。IGFBP-2mRNA在多囊卵巢和正常卵巢的卵泡顆粒細胞上有表達，hCG與cAMP可抑制IGFBP-2的合成。優勢卵泡中有大量IGFBP-2的降解片段，閉鎖卵泡中IGFBP-2濃度增高，提示其與卵泡閉鎖有關。IGFBP-3含量最豐富，作為IGF的載體攜帶了血清中大于75%的IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ， IGFBP-3mRNA表達在所有卵泡膜細胞上及優勢卵泡顆粒細胞上。免疫組化法測定發現IGFBP-3在雌激素為主的卵泡中表達高。排卵后，IGFBP-3mRNA在黃體內皮細胞中表達，到黃體中晚期下降。提示IGFBP-3可能調控黃體功能。IGFBP-4是分子量最小的IGFBP，它以糖基化和非糖基化兩種形式存在于所有生物體內。體外實驗證實，IGFBP-4抑制了IGF-Ⅰ和純化的IGF-ⅠR結合；在體內IGFBP-4也是IGF的抑制物。作為IGF的高效抑制劑，IGFBP-4對卵巢的生理尤為重要。雄激素優勢卵泡和生長停滯卵泡的卵泡液中含有高水平的IGFBP-4。在人體內IGFBP-4抑制卵巢類固醇生成，有人指出IGFBP-4是通過抑制卵巢IGF的功能來抑制卵泡發育的[11]。IGFBP-5是最保守的IGFBP，能以IGF依賴性和IGF非依賴性兩種形式調控細胞增殖、分化和凋亡，并與腫瘤發生密切相關。IGFBP-5對IGF活性的抑制或增強主要取決于其在細胞中的定位。與細胞外基質結合的IGFBP-5顯示增強效應，而可溶性的IGFBP-5則起抑制作用。許多研究證實，IGFBP-5通過不依賴性于IGF的作用機制可能有促進細胞增殖、運動和抗凋亡等作用。在6個IGFBP中，只有IGFBP-6對IGF-Ⅱ的親和力是IGF-Ⅰ的20～100倍，所以，IGFBP-6是IGF-II活性的主要抑制因子。細胞學實驗顯示IGFBP-6可抑制IGF-Ⅱ誘導的細胞增殖、分化、粘附等效應。

盡管有大量研究證明IGFBP可增強或抑制IGF的活性，但目前仍無統一的機制來解釋這兩種截然相反的作用。不僅如此，IGF還可調節IGFBP和IGFBP特異性蛋白水解酶的生成及蛋白酶的活性，使得IGF與IGFBP間的相互作用變得更加復雜[12]。

綜上所述，IGF具有廣泛的生物學功能，IGF系統失調常伴隨著多種慢性疾病或腫瘤的發生[13]。卵泡液作為卵母細胞賴以生長成熟的微環境，其含有的IGF影響著卵母細胞的發育、成熟、排出及受精后胚胎的形成。因此，對IVF-ET患者卵泡液中IGF變化的研究可作為預測卵巢反應性、胚胎發育以及妊娠結局的參考指標之一。由于卵泡液中細胞因子種類眾多，究竟哪一/幾種細胞因子對IVF-ET妊娠結局起決定性作用尚不清楚。細胞因子間相互作用復雜， 當達到某種平衡時，卵母細胞才能正常發育、成功受精、形成優質胚胎，進而提高IVF-ET臨床妊娠率以及足月出生率。

[1]Shiomi-Sugaya N,Komatsu K,Wang J,etal.Regulation of secondary follicle growth by theca cells and insulin-like growth factor 1[J].J Reprod Dev,2015,61(3):161-168.

[2]Hakuno F, Fukushima T, Yoneyama Y,etal.The novel functions of high-molecular-mass complexes containing insulin receptor substrates in mediation and modulation of insulin-like activities: emerging concept of diverse functions by IRS-associated proteins[J].Front Endocrinol (Lausanne),2015,6:73.

[3]Ogo Y, Taniuchi S,Ojima F,etal.IGF-1 gene expression is differentially regulated by estrogen receptors α and β in mouse endometrial stromal cells and ovarian granulosa cells[J].J Reprod Dev,2014,60(3):216-223.

[4]Fuhrmeister I P, Branchini G, Pimentel A M,etal.Human granulosa cells: insulin and insulin-like growth factor-1 receptors and aromatase expression modulation by metformin[J].Gynecol Obstet Invest, 2014,77(3):156-162.

[5]Alvino C L,Ong S C,McNeil K A,etal.Understanding the mechanism of insulin and insulin-like growth factor(IGF) receptor activation by IGF-II[J]. PLoS One,2011,6(11):e27488.

[6]Kim M S, Lee D Y.Insulin-like growth factor (IGF)-I and IGF binding proteins axis in diabetes mellitus[J].Ann Pediatr Endocrinol Metab,2015,20(2):69-73.

[7]Grive K J,Freiman R N.The developmental origins of the mammalian ovarian reserve[J].Development,2015, 142(15):2554-2563.

[8]Forbes K, Shah V K, Siddals K,etal.Statins inhibit insulin-like growth factor action in first trimester placenta by altering insulin-like growth factor 1 receptor glycosylation[J].Mol Hum Reprod,2015,21(1):105-114.

[9]LaVoie H A, Kordus R J, Nguyen J B,etal.GATA depletion impacts insulin-like growth factor 1 mRNA and protein levels in luteinizing porcine granulosa cells[J].Biol Reprod,2010,83(6):1015-1026.

[10]Skarra D, Thackray V. Insulin-like growth factor I regulation of FOXO1 in gonadotropes[J].FASEB J,2014,28(1 Suppl): 1012.7.

[11]Zhong G,Chen B.Serum and follicular fluid levels of IGF-Ⅱ, IGF-binding protein-4 and pregnancy-associated plasma protein-A in controlled ovarian hyperstimulation cycle between polycystic ovary syndrome(PCOS) and non-PCOS women[J].Gynecol Endocrinol, 2011,27(2):86-90.

[12]Hjortebjerg R,Frystyk J.Determination of IGFs and their binding proteins [J].Best Pract Res Clin Endocrinol Metab,2013,27(6):771-781.

[13]Jones R L, Kim E S, Nava-Parada P,etal.Phase I study of intermittent oral dosing of the insulin-like growth factor-1 and insulin receptors inhibitor OSI-906 in patients with advanced solid tumors[J]. Clin Cancer Res,2015,21(4):693-700.

[專業責任編輯：呂淑蘭]

Research progress of the relationship between insulin-like growth factor and follicular development

MA Xiao-hong1, HE Sheng-yu2, XU Xian1, LI Xiao-rong1

(1. Reproductive Medical Center, The General Hospital of Ningxia Medical University, Ningxia Yinchuan 750004, China;2.Department of Obstetrics and Gynecology, Shizuishan Center Hospital of the Fifth People’s Hospital in Ningxia Hui Autonomous Region, Ningxia Shizuishan 753200, China)

2015-06-25

寧夏醫科大學青年基金資助項目(項目編號：XQ201320)

馬小紅(1978-)，女，回族，副主任醫師，碩士研究生，主要從事生殖醫學的基礎及臨床研究。

10.3969/j.issn.1673-5293.2016.03.044

R711.5

A

1673-5293(2016)03-0409-03