基于氧化應激探討POI對生殖的影響

楊 珍 董曉英

早發性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency，POI)是對卵巢早衰、原發性卵巢功能不全等一類疾病的全新命名，最新的診斷建議是年齡低于40歲的女性連續4 個月的月經稀發或閉經，并連續2 次以上超過4 周間隔的血清促卵泡生成素(follicle-stimulating hormone，FSH)>25 U/L[1,2]。相關研究表明，POI的人群發生率為1%，且有日趨增高之勢，嚴重地影響了女性的生殖能力及身心健康，受到了越來越多學者的關注。新近研究發現，氧化應激可能是導致POI發生的潛在原因，氧化應激是指細胞暴露于高濃度氧分子或氧的化學衍生物而引起的細胞損傷，以活性氧、氮和抗氧化防御為特征的抗氧化分子失衡狀態，被認為是細胞再生系統中凋亡的決定因素[3]。作用于生物大分子的活性氧自由基(reactive oxygen free radicals,ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen free radicals,RNS)可破壞細胞結構，引起細胞和組織的生理和病理反應。在男性和女性生育能力低下的發病機制中發揮著關鍵作用。增加的ROS水平可以阻斷囊狀卵泡中卵子的發育。抗氧化物和抗氧化劑之間的這種不平衡會導致許多生殖疾病，如子宮內膜異位癥、多囊卵巢綜合征和早發性卵巢功能不全等不明原因的不孕；妊娠并發癥，如自然流產、習慣性流產和先兆子癇，也可發展為對氧化應激的反應。研究表明，極端的體重和生活方式因素，如吸煙、飲酒和吸毒，都會促進自由基的過量產生，從而影響生育能力。對環境污染物的接觸越來越令人擔憂，因為它們也被發現會引發氧化狀態，可能是導致女性不孕的原因之一。因此，本文將探討氧化應激與POI的關系及POI對生殖的影響。

一、氧化應激概述

氧化應激在內分泌干擾物介導的生殖功能障礙中起著重要作用，人們認為ROS可以作為細胞毒性評價的早期指標。在人類和動物模型中，ROS和抗氧化劑參與了卵泡發育、卵母細胞成熟的調控。一些研究表明，氧化應激是正常細胞增殖和凋亡中斷的重要因素之一，氧化應激可誘導顆粒細胞凋亡，進而導致卵泡閉鎖，從而損害卵母細胞質量。

二、POI與氧化應激相關的3條信號通路

POI發生主要是由于卵巢衰退導致的嚴重排卵障礙，包括原始卵泡缺乏或不足、卵泡提前耗竭、卵泡生長發育異常等。始基卵泡是生殖細胞的基本單位，在女性生育中起到重要作用，紊亂的卵泡會導致一些生殖問題，氧化應激中增加的ROS水平會阻斷囊狀卵泡中卵子的發育。而抗氧化物可以恢復ROS水平，保護卵巢免受氧自由基調節的損傷[5]。ROS的產生，盡管對于生理過程很重要，也可能會誘導病理狀態。氧化系統失衡導致循環產生的ROS進行長期的累積，增加卵巢疾病發病的風險，如POI。

1.PI3K/Akt/mTOR信號通路：目前，氧化應激信號通路在發展成POI女性的病理過程中發揮的損傷作用，已成為熱門研究課題。許多因子在PI3K/Akt/mTOR信號通路中參與卵母細胞生長、始基卵泡發育和顆粒細胞的增殖與分化[6]。PI3K/Akt主要對細胞的生長增殖有很大影響。近幾年，研究者調查已被證實的，早發性卵巢功能不全的卵巢相關生理病理的大鼠模型實驗的機制，發現PI3K/Akt/mTOR通路不僅參與到調節卵母細胞生長和調節，也在原始卵泡的存活和發育、加速顆粒細胞增殖和分化、阻礙顆粒細胞的凋亡中發揮重要作用。PI3K-Akt通路在顆粒細胞受到氧化應激時，在調節FOXO 1的核/胞質穿梭中起著關鍵作用[7,8]。FOXO 1作為一種保守的轉錄調節劑，負責確定細胞的命運，在生長卵泡的顆粒細胞中有選擇性和高表達[9～12]。鼠卵巢組織免疫組織化學檢測顯示FOXO 1在卵泡閉鎖時集中在顆粒細胞內，呈強核染色[13]。早期的研究顯示FOXO 1在調節顆粒細胞功能方面具有潛在的作用。例如，強迫FOXO 1在顆粒細胞中激活，可阻止促性腺激素引起的對甾醇/類固醇和脂質生成所需基因的上調[14]。PI3K/Akt/mTOR信號通路在維持正常卵巢功能上有重要作用，PI3K信號通路的調節對POI的治療有著廣泛的前景。

2.SIRT1信號通路：SIRT1信號通路與卵巢的生理病理相關，是一種保護性的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴性脫乙酰基酶，在各種生理及疾病狀態下發揮生物學作用[15]。SIRT1與酵母沉默信息調節器2同源，是研究最廣泛的沉默調節蛋白分子，它是抑制熱量和抵抗氧化的關鍵分子。SIRT1介導的FOXO 3、P53和NF等分子的去乙酰化作用對線粒體功能、凋亡和炎癥有著深遠的影響[16]。相關實驗研究證明，SIRT1在感官和調節細胞氧化還原狀態發揮了重要作用，對于在體內外暴露于氧化應激下的細胞和組織，表現出保護性效果[17]。SIRT1的表達，位于細胞質和細胞核中，被觀察到在哺乳動物顆粒細胞、卵母細胞、胚胎和人的卵巢細胞株中。SIRT1隨著衰老下調，而它信號通路的上調能保護小鼠卵母細胞對抗氧化應激。

3.MAPKs信號通路：MAPKs信號通路是響應氧化應激基因轉錄的主要調控因子，轉錄因子NF-E2相關因子2(Nrf2)是細胞抗氧化應激反應中的關鍵因子，兩者協同調控細胞的氧化應激。它們的信號級聯由絲氨酸和(或)蘇氨酸殘基的磷酸化和去磷酸化控制。這一過程促進了受體酪氨酸激酶、蛋白酪氨酸激酶、細胞因子受體和生長因子的作用[18]。過量的活性氧會破壞這些級聯信號通路的正常作用。MAPKs主要存在3個亞族：ERK1/2MAPK 家族、JNK/SAPKMAPK 家族和P38MAPK 家族，在氧化應激狀態下，MAPKs 3 個亞族發揮不同作用。ERK 信號轉導途徑是最早發現的經典Ras-Raf-MAPK 信號通路，ERK 活化后促進細胞進入G1期; 應激可通過Ras 或非Ras 兩條途徑激活JNK，JNK通路由于受到GST酶的抑制而阻止磷酸化。在這個級聯中加入H2O2可以破壞復合物，促進磷酸化，JNK 的活化可誘導細胞凋亡; P38 上游激活物為MKK3、MKK4 及MKK6、MKK4， 它們與JNK 通路共用，其余兩個特異性激活P38 信號通路，P38 通路被應激激活后，同樣可以促進細胞凋亡[19,20]。胞內多種應激狀態如氧化應激、熱休克和炎性反應都能激活JNK 與P38 信號通路。氧化應激會改變細胞信號轉導機制，從而破壞細胞生長和增殖所需的生理過程。

由此可見，PI3K/Akt/mTOR信號通路中參與卵母細胞生長、始基卵泡發育和顆粒細胞的增殖與分化；SIRT1的表達被觀察到在哺乳動物顆粒細胞、卵母細胞、胚胎和人的卵巢細胞株中，它的信號通路的上調能保護小鼠卵母細胞對抗氧化應激；MAPKs信號通路和轉錄因子NF-E2相關因子2(Nrf2)協同調控卵母細胞的氧化應激。因此上述3條通路成為通過氧化應激影響卵泡發育的重要通路。

三、POI的孕育及妊娠結果

25%的POI患者具有間歇性和不可預見性，自發受孕的可能性估計為4%～10%[21,22]。這些女性的卵巢儲備是通過超聲計數的竇卵泡和抗繆勒試管激素，卵泡刺激素，雌二醇(E2)和抑制素B的檢測。Naredi等[22]對358例特發性POI患者進行了近6年的隨訪，48個月累計妊娠時間為4.3%。21例自然妊娠導致16例活產，1例雙胎，4例流產，1例選擇性流產。2例妊娠合并妊娠糖尿病，1例甲狀腺功能減退，1例單胎妊娠導致早產。但目前在改善患者自身配子的生殖方面進展甚微，已有一些研究評價雌激素、促性腺激素釋放激素類似物、糖皮質激素與促性腺激素刺激卵巢的效果，大約20%的POI患者排卵。卵母細胞捐贈是已被證明并推薦的治療婦女POI導致妊娠困難的方法。卵子捐獻周期后的妊娠率約為40%，且累積妊娠率很高，4個周期后達到70%～80%[23]。Ameratunga等[23]報道了36例POI患者卵子捐獻后發生的并發癥：早產3例，妊娠高血壓5例，妊娠期糖尿病2例，宮內生長遲緩1例。兩胎移植后有兩例雙胎妊娠[24]。

隨著癌癥患病率總體上升，受影響患者的長期生存率也隨之上升。因此應高度關注對化學治療、放射治療或外科手術引起的醫源性POI的保護。在接受癌癥治療的年輕女性中，在放療和保留生育的手術中應考慮屏蔽或卵巢移位。化療期間給予促性腺激素釋放激素類似物可顯著降低年輕癌癥患者發生POI的風險，但對生育能力無保護作用[25,26]。胚胎和成熟卵母細胞的冷凍保存是臨床公認的方法，妊娠率和活產率高達25%。其他選擇，如取回未成熟的卵母細胞，使其在體外成熟，冷凍性腺組織或使用卵巢干細胞的新方法，都有希望指導治療POI造成的生殖問題，但仍被認為停留在實驗階段。

四、展 望

POI嚴重影響女性的身心健康，極大降低了女性的生殖能力。氧化應激在生殖過程中具有雙刃劍的作用，一些研究已經把氧化應激作為一些生殖問題的病理因素，盡管大部分POI患者被認為是特發性的，有研究表明，大約70%細胞遺傳正常的特發性POI患者有ROS水平的升高，氧化/抗氧化是一種平衡狀態，兩方面相互制約相互影響女性生殖功能及妊娠結局。卵泡的發育和成熟在女性生育中至關重要，低ROS水平可以促進卵泡發生、卵母細胞成熟、卵巢類固醇生成和受精。當ROS水平超過細胞抗氧化防御能力就導致氧化應激，因此，在POI患者中觀察衡量ROS水平對卵泡發生的損傷或始基卵泡凋亡的加速有重要作用。外源性抗氧化酶及內源性抗氧化體系對提高機體抗氧化能力具有重要作用。而對機體氧化應激狀態的調控，最終還是應通過改善內源性抗氧化能力，對氧化/抗氧化平衡狀態進行動態調控，保證機體正常功能的發揮。例如，抗氧化劑補充在預防早孕損失方面進行了研究，其想法是替換耗盡的抗氧化劑儲備，以對抗絕大多數氧化環境。所以進一步研究內源性抗氧化應激信號通路，如SIRT信號通路的轉導機制，對改善女性生殖功能，提高卵母細胞質量具有重要意義。

綜上所述，通過從氧化應激角度來討論POI對生殖帶來的影響，可以發現，氧化應激對POI的產生有非常重要的作用，POI的發展會對生殖系統造成不可逆的損傷，因此，早期對氧化應激的檢測和促進抗氧化的管理可能會延遲或預防氧化應激引起的POI，將對解決POI產生的生殖問題帶來巨大的優勢。