PCOS卵巢局部胰島素信號通路異常對卵巢細胞生殖內分泌功能的影響

李 威 陳 靜 匡洪影 艾雯霞

多囊卵巢綜合征(PCOS)是育齡期女性常見的生殖機能異常疾病，除臨床表現出的月經稀發、無排卵等典型癥狀外，往往還伴有糖脂代謝異常、胰島素抵抗及高雄激素血癥等代謝及生殖機能異常的表現。相關研究表明，PCOS患者當中代謝異常及肥胖的發生率顯著高于正常人群，表現為體重指數(BMI)、腰臀比升高，高胰島素血癥，胰島素抵抗等臨床表征。大量的臨床研究結果也表明糖脂代謝異常及胰島素抵抗與PCOS病因學之間關系密切[1]。通過改善生活方式，部分PCOS患者在控制體重后生殖功能異常的狀況得到了改善和恢復[2]。依據這些證據，似乎代謝異常及全身性的胰島素抵抗導致了PCOS患者的生殖機能異常，但大部分具有全身性糖代謝異常及高胰島素血癥的2型糖尿病的女性并不具有在PCOS患者中所常見的月經稀發、排卵障礙及高雄激素血癥等典型的生殖機能異常的特征。這說明全身性的外周胰島素抵抗及高胰島素血癥可能并不是PCOS發病的必要因素。

PCOS患者除全身胰島素經典靶器官(肌肉組織、肝臟、脂肪組織)胰島素敏感度降低外，卵巢局部同樣具有胰島素抵抗的現象[3]。雖然卵巢不是主要的能量代謝器官，但卵巢局部的胰島素信號通路異常對卵巢的內分泌功能產生重要的影響。PCOS患者中高雄激素血癥的發生率約為70%，雖然發病原因尚不清楚，但作為在女性體內雄激素生成雄激素合成的主要場所之一，卵巢器官的功能變化必然與高雄激素血癥的發生有著密切的聯系[4]。PCOS患者在使用胰島素增敏藥物后，除表現出胰島素水平下降、血管疾病發生的危險性降低等現象外，月經周期也趨向于正常，同時血清游離睪酮水平也在用藥后發生明顯降低，這表明胰島素增敏劑在調控卵巢器官糖代謝的同時也影響了卵巢的內分泌功能[5]。而胰島素增敏劑對雄激素的調控作用還提示著卵巢局部糖代謝通路與卵巢的內分泌功能之間存在著某些聯系，卵巢細胞的胰島素敏感度的變化可能對卵巢內分泌功能產生直接影響。

一、卵巢局部胰島素敏感度異常與PCOS卵巢生殖功能異常密切相關

卵巢局部的胰島素敏感度可能與卵巢的內分泌功能關系密切，研究表明通過影響卵巢器官胰島素敏感度可能對卵巢的生殖內分泌功能起到明顯的調節作用。在使用胰島素增敏劑二甲雙胍3個月后，PCOS患者月經稀發表現恢復的同時血清游離睪酮的平均水平也顯著降低[6]。而另一項短期應用胰島素增敏劑的研究則表明，服用二甲雙胍48h后在PCOS患者體內就能夠檢測到血清游離睪酮指數(free androgen index，FAI)的顯著降低，并且這些患者在LH刺激后睪酮分泌水平也顯著降低[7]。女性月經周期的變化及LH水平升高所引起的雄激素分泌都與卵巢密切相關，胰島素增敏劑對PCOS患者內分泌機能的調節作用說明胰島素增敏劑不僅調節了全身的胰島素敏感度，同時也影響了PCOS患者的卵巢功能[8]。

通常認為，卵巢的卵泡膜細胞與顆粒細胞分別受到LH/FSH的調節，從而在一系列不同的合成酶的作用下合成睪酮、雄烯二酮及雌二醇，在不同細胞中所表達酶的種類的不同決定了兩種細胞分泌甾體激素的差異。卵泡膜細胞主要表達17a-羥化酶(CYP17)，而顆粒細胞則表達較高水平的芳香化酶細胞色素P450及3β-羥基脫氫酶(3β-HSD)，CYP17是卵巢組織合成睪酮的關鍵酶，通常在顆粒細胞當中幾乎檢測不到CYP17蛋白的表達[9]。但無論是卵泡膜細胞還是顆粒細胞，在使用信號通路抑制劑抑制磷脂酰肌醇-3-羥激酶(PI3K)途徑后，細胞的甾體激素合成能力都有增強的趨勢，尤其是雄激素合成能力上升，而在PI3K信號通路受到抑制的顆粒細胞中也能檢測到CYP17 基因表達水平的上調[10，11]。說明胰島素信號通路活性的改變與PCOS卵巢雄性化表型之間存在密切聯系。在模型動物的研究中也發現，胰島素受體下游PI3K信號通路的關鍵基因AKT敲除小鼠表現出血清雄激素水平上升的特征及卵巢多囊化表現，說明胰島素信號通路的異常對卵巢功能可能產生直接的影響，甚至可能與卵巢多囊化表現的病因直接相關[12]。

二、卵巢局部AKT/GSK3β通路功能的變化可能導致PCOS卵巢甾體激素合成方式的異化

雖然改變卵巢局部的胰島素信號通路會影響卵巢的甾體激素合成，但究竟是哪種類型細胞的胰島素通路變化對PCOS高雄激素血癥的臨床表征起主要的貢獻作用目前尚不清楚。在體外培養的卵巢顆粒細胞及卵泡膜細胞在胰島素信號通路PI3K阻斷后都檢測到雄激素合成量及相關甾體激素合成酶的表達上調，提示PCOS患者血液中高水平的雄激素不僅可能來自功能亢進的卵泡膜細胞，還有可能來源于胰島素信號通路受損而發生內分泌功能轉變的卵巢顆粒細胞[13，14]。研究表明，激動蛋白1家族(AP-1 family)分子C-FOS在PCOS患者卵巢顆粒細胞當中的表達量顯著降低，C-FOS能夠顯著抑制CYP17的活性并可能是卵巢顆粒細胞失去雄激素分泌功能的主要原因之一[9]。C-FOS分子在PCOS患者卵巢顆粒細胞當中的表達量顯著降低很可能造成卵巢顆粒細胞功能的異化，使顆粒細胞由雌激素分泌細胞轉化為雄激素分泌細胞[15]。而在這一過程中卵巢局部的AKT/GSK3β信號通路分子表達及活性的變化可能起到了決定性的作用。

糖原合成酶激酶β(GSK3β)是PI3K信號通路的關鍵分子，通過抑制下游糖原合成酶的活性調控細胞糖原合成過程。GSK3β本身的活性則受到同屬PI3K途徑上游分子AKT的磷酸化抑制。GSK3β絲氨酸磷酸化位點(Ser9)被AKT蛋白磷酸化后，活性就會受到抑制，降低對下游糖原合成酶(GS)的抑制作用從而啟動糖原合成過程；而酪氨酸磷酸化位點(Tyr216)被磷酸化后GSK3β的活性則被增強，隨著GSK3β活性的上調，糖原合成酶的活性受到抑制，細胞糖原合成能力降低[16]。

有研究表明，AKT/GSK3β信號通路的活性變化與PCOS疾病的發生關系密切。早在2002年Gonzales等[17]的研究就表明，在人HaCaT細胞中由紫外線所引起的細胞C-FOS表達水平的升高受到PI3K信號通路分子AKT及GSK3β調節。在胰腺癌細胞中AKT能夠通過調節C-JNK的磷酸化水平對C-FOS的表達水平產生調節作用[18]。而在破骨細胞中抑制GSK3β的表達也會對C-FOS基因的表達產生降調節作用[19]。盡管目前尚無明確的研究表明卵巢組織中AKT/GSK3β分子表達水平的變化對C-FOS基因表達水平的直接影響，但綜合AKT/GSK3β在其它類型細胞中對C-FOS表達水平的調控作用、PCOS卵巢顆粒細胞中C-FOS基因的異常表達以及PCOS患者表現出的異常的甾體激素合成模式，筆者推測卵巢組織中的PI3K/AKT/GSK3β信號通路功能的變化很可能改變卵巢細胞C-FOS基因的表達模式從而造成PCOS患者卵巢來源的雄激素水平異常。

三、AKT/GSK3β通路因子在PCOS患者及PCOS模型動物中的異常表達

在PCOS患者中發現卵巢中的主要雄激素合成細胞-卵泡膜細胞有增殖的現象，這可能與PCOS患者體內較高的胰島素水平有關。高濃度的血胰島素水平可能刺激卵泡膜細胞的增生從而使卵巢雄激素的合成量提高，但不具有高胰島素血癥及代謝綜合征的某些PCOS患者也表現出高雄激素血癥的特征。這就提示單純的卵泡膜細胞增生可能不是造成PCOS高雄激素血癥的成因，卵巢細胞甾體激素合成能力的變化可能才是導致PCOS卵巢內分泌異常的關鍵因素。AKT/GSK3β信號通路異常能導致卵巢的雄性化表現，那么PCOS患者所體現出的高雄化特征很可能也與這一信號通路的活性變化相關。

一項關于PCOS患者AKT基因與GSK3β基因多態性的研究發現，在這兩種基因發生點突變的人群中PCOS的發生率顯著提高,對這些患者脂肪組織GSK3β蛋白活性的研究中也發現，GSK3β蛋白酪氨酸磷酸化水平上升而絲氨酸磷酸化水平下降[20]。PCOS患者體內GSK3β絲氨酸磷酸化水平的下降，說明胰島素信號通路對糖原合成過程的調控作用受到了抑制，在PCOS患者體內GSK3β可能處于一種過度激活的狀態。在PCOS模型動物中同樣也發現AKT/GSK3β通路因子的異常表達，在脫氫表雄酮構建的PCOS大鼠模型的卵巢組織中以及出生前高雄化的綿羊PCOS模型的肌肉組織中都發現AKT基因表達量的降低及GSK3β表達水平的上升[21，22]。相似的情況也出現在AKT的亞型基因AKT2基因敲除的小鼠中，AKT2基因敲除的小鼠除表現為糖脂代謝異常、胰島素抵抗等代謝異常特征外，還具有發情周期延長、血清雄激素水平升高等典型的生殖功能障礙，在這些小鼠的卵巢組織中也發現GSK3β基因絲氨酸磷酸化水平的降低[12]。這些結果都提示GSK3β基因表達水平及活性的提高可能與模型動物雄激素水平的升高密切相關，而PCOS患者中AKT/GSK3β基因點突變的高發也預示著這一信號通路可能與PCOS疾病發生的病理機制有關，卵巢局部胰島素信號通路功能的異常很可能是導致卵巢組織雄激素異常分泌的主要原因。

四、胰島素增敏劑對PCOS高雄激素血癥的療效分析

既然卵巢局部的胰島素信號通路異常與PCOS高雄激素血癥之間關系密切，那么應用胰島素增敏劑則可能對PCOS高雄激素血癥的臨床表征起到治療和控制作用。事實上臨床應用胰島素增敏劑治療PCOS時已經發現其對血清雄激素的調節作用，如本研究之前提到的二甲雙胍對PCOS患者血清游離雄激素水平及短期使用二甲雙胍對PCOS患者FAI的調節作用[6，7]。除了二甲雙胍，其他胰島素增敏劑也對PCOS患者的雄激素水平起到調節作用。《多囊卵巢綜合征中國診療指南》中推薦的胰島素增敏劑吡格列酮及阿卡波糖都能夠降低PCOS患者的血清睪酮水平[23，24]。雖然胰島素增敏藥物對PCOS高雄激素血癥的療效作用已經臨床驗證，但藥物的作用機制仍未明確，相關的機制研究仍局限于動物模型當中。

在DHEA及DHT誘導的PCOS大鼠模型中，二甲雙胍能通過影響卵巢細胞內AMPK信號通路調節睪酮的合成，而吡格列酮的作用機制則可能與激活卵巢細胞內的PPARγ信號通路有關。而AMPK信號通路及PPARγ信號通路都能對AKT/GSK3β信號通路的活性產生影響，故上述胰島素增敏劑降低PCOS患者雄激素水平的藥理機制與改善胰島素信號通路關鍵分子的活性關系密切[25，26]。而阿卡波糖降低PCOS患者血清雄激素的機制目前尚無明確的研究結論。盡管二甲雙胍及吡格列酮能降低PCOS的血清雄激素水平，但并不是所有的胰島素增敏劑都有降低雄激素的作用。臨床廣泛使用的肌醇(myoinositol)使用3個月后，雖然能夠顯著提高PCOS患者的葡萄糖耐量、胰島素敏感度及降低空腹胰島素水平，但對患者的睪酮及游離睪酮水平沒有產生顯著的影響[6]。這一結果進一步表明胰島素水平的升高并不是造成PCOS患者高雄激素血癥的直接因素，而卵巢等雄激素合成器官中胰島素信號通路的異化才可能是造成PCOS高雄激素血癥的主要原因。

五、中國PCOS患者流行病學特征及胰島素增敏劑的臨床療效分析

多個國家和地區的流行病學研究報道表明，不同地域、種族及不同生活習慣人群中的PCOS發病情況和臨床表現各不相同，我國PCOS患者的發病特征與歐美人群相比有較大的差異。在我國PCOS的主要臨床表征以排卵障礙為主。美國PCOS患者中稀發排卵的發生率為23%，而國內報道在PCOS人群中稀發排卵的發生率可達60%[27]。同時中國PCOS人群中51.8%發生痤瘡，其中有38.8%為持續痤瘡，且部分患者在生育后或隨著年齡增長痤瘡逐漸消失[28]。這些流行病學的研究結果提示，與歐美人群比較，中國PCOS患者卵巢功能的異化對卵巢排卵及生殖機能的影響更為明顯。而PCOS患者痤瘡的發生與患者體內卵巢來源的雄激素水平的異常有關，隨著生育對卵巢功能的影響及年齡增長導致患者痤瘡癥狀的減弱或消失恰好與生育或衰老對卵巢功能的影響相呼應，這也從另一方面驗證了PCOS患者卵巢功能的異化可能是導致其體內內分泌水平異常的根本原因。

對中國PCOS患者應用胰島素增敏劑的臨床研究表明，胰島素增敏劑單獨使用或與炔雌醇環丙孕酮片(達英-35)聯合使用都能夠有效改善患者胰島素抵抗癥狀及內分泌紊亂狀態，尤其對PCOS患者體內異常的睪酮水平有顯著的調節作用[29,30]。盡管中國PCOS患者的流行病學特征與歐美人群存在差異，但二者都具有卵巢內分泌功能的異常及胰島素增敏劑治療的明確療效，有理由推測胰島素增敏劑對PCOS內分泌紊亂的療效很可能與其對卵巢局部胰島素敏感度的影響有關。對于卵巢局部胰島素敏感度與卵巢甾體激素合成能力相互影響的機制研究對開發針對卵巢器官胰島素增敏的藥物、拓展臨床PCOS的治療思路可能具有重要的參考價值。

六、展 望

高雄激素血癥是PCOS患者常見的臨床表現之一，雄激素水平的升高不僅對患者的生育功能產生不良影響，而且由雄激素過高所導致的多毛、痤瘡等并發癥也不利于患者生活質量的提高。卵巢是體內主要的雄激素合成器官之一，卵巢局部胰島素信號通路活性的改變很可能導致卵巢雄激素分泌量升高及卵巢細胞甾體激素分泌模式的變化，是PCOS患者高雄激素血癥發生的分子基礎。目前胰島素增敏劑降低PCOS患者高雄激素水平的臨床療效已經得到證實，但其降低雄激素水平的藥理機制及胰島素增敏劑對卵巢生殖內分泌的影響仍處于實驗研究階段。有關卵巢組織中胰島素信號通路對卵巢甾體激素合成能力影響的研究對闡明PCOS發病機制、制定有針對性的治療方案有重要的臨床指導意義。