KNDy 神經(jīng)元在女性生殖內(nèi)分泌中的研究與應(yīng)用

徐仰英，郝翠芳，張玉，付艷美

在女性生殖過程中下丘腦分泌的促性腺激素釋放激素（gonadotropin-releasing hormone，GnRH）一直被認(rèn)為是啟動(dòng)和控制生殖系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，在女性青春期的啟動(dòng)、性征的發(fā)育及正常的生殖活動(dòng)過程中發(fā)揮著非常重要的調(diào)控作用。但近年研究發(fā)現(xiàn)，GnRH神經(jīng)元上并不存在雌、孕激素等性激素受體，這說明雌、孕激素對性腺軸的正負(fù)反饋?zhàn)饔貌⒉皇侵苯幼饔糜贕nRH 神經(jīng)元上，而是由其他神經(jīng)元來介導(dǎo)。研究證實(shí)，這一信號通路的關(guān)鍵就是kisspeptin/神經(jīng)激肽B/強(qiáng)啡肽（kisspeptin/neurokinin B/dynorphin neuron，KNDy）神經(jīng)元，在KNDy 神經(jīng)元上存在大量雌、孕激素受體，其產(chǎn)生的神經(jīng)肽類物質(zhì)作用于GnRH 神經(jīng)元上，調(diào)控著下丘腦-垂體-卵巢軸的活動(dòng)。現(xiàn)就KNDy 神經(jīng)元的作用機(jī)制及其在生殖內(nèi)分泌領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 KNDy 神經(jīng)元的概述

KNDy 神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)是從神經(jīng)介質(zhì)速激肽kisspeptin 開始的，早在2001 年Kotani 等[1]研究發(fā)現(xiàn)來自于Kiss-1 基因編碼的kisspeptin 能與GnRH 神經(jīng)元的G 蛋白耦聯(lián)受體相結(jié)合并能激活GnRH 的釋放。2003 年Seminara 等[2]研究發(fā)現(xiàn)kisspeptin 受體Gpr54 或Kiss1R 編碼基因的突變會(huì)導(dǎo)致低促性腺激素減退癥，將小鼠Gpr54 受體敲除后其生育力喪失。在隨后的動(dòng)物模型中進(jìn)一步驗(yàn)證了kisspeptin 是通過與Gpr54 結(jié)合并激活GnRH 神經(jīng)元從而刺激GnRH 的釋放[2]。以上研究顯示Kiss-1/GPR54 系統(tǒng)對于興奮GnRH 神經(jīng)元維持生育功能起著重要的作用，被認(rèn)為是自1970 年以來GnRH 發(fā)現(xiàn)的又一重大突破。近年研究又發(fā)現(xiàn)嚙齒類動(dòng)物的弓狀核中幾乎所有的kisspeptin 神經(jīng)元還同時(shí)表達(dá)神經(jīng)激肽B（neurokinin B，NKB）和內(nèi)源性強(qiáng)啡肽（dynorphins，Dyn）。NKB 是由TAC3 基因編碼，其受體為TAC3R，兩者之一的突變或缺失都將導(dǎo)致性腺功能及生育功能的喪失，表明NKB 在調(diào)節(jié)GnRH 釋放及生成中與kisspeptin 一樣具有重要的作用[3]。Dyn 是一種內(nèi)源性的阿片肽（endogeneous opioid peptide，EOP），在參與動(dòng)物孕酮介導(dǎo)的對GnRH 的負(fù)反饋調(diào)節(jié)中起重要作用。由于在人類的漏斗狀核（arcuate nucleus，ARC）中也發(fā)現(xiàn)了同樣的一組神經(jīng)元，且3 種肽類物質(zhì)都與GnRH 神經(jīng)元的反饋調(diào)節(jié)密切相關(guān)，為了便于理解，學(xué)者們將位于動(dòng)物的弓狀核及人類ARC 的表達(dá)kisspeptin、NKB 和Dyn 神經(jīng)元亞群又稱為KNDy 神經(jīng)元[4]。

2 KNDy 神經(jīng)元與GnRH 脈沖的發(fā)生

隨著kisspeptin 在青春期啟動(dòng)及其在生殖中的作用逐漸被發(fā)現(xiàn)，kisspeptin 被認(rèn)為是具有促進(jìn)GnRH 釋放及脈沖產(chǎn)生的肽類物質(zhì)，但近期研究發(fā)現(xiàn)，kisspeptin 并不是單獨(dú)作用，而是與NKB、Dyn 一起共同調(diào)控GnRH 的釋放即脈沖活動(dòng)的啟動(dòng)及終止。當(dāng)前關(guān)于KNDy 神經(jīng)元對GnRH 的作用原理比較認(rèn)可的是KNDy 假說[5-6]，該假說認(rèn)為ARC 中的KNDy神經(jīng)元依靠其分泌的3 種肽類物質(zhì)的交互抑制協(xié)調(diào)作用，控制著GnRH 的脈沖性分泌。在KNDy 神經(jīng)元分泌的3 種肽類物質(zhì)中，kisspeptin 和NKB 具有興奮性作用，而Dyn 具有抑制作用。在每一個(gè)脈沖發(fā)生過程中，NKB 是觸發(fā)GnRH 脈沖啟動(dòng)的主要因素，在KNDy 神經(jīng)元之間起到激活作用，促進(jìn)kisspeptin釋放從而促進(jìn)GnRH 分泌，而Dyn 一方面通過自分泌的EOP 作用于KNDy 神經(jīng)元使NKB 脈沖信號終止，另一方面Dyn 還可以作用于KNDy 神經(jīng)元中的NKB神經(jīng)元同時(shí)刺激Dyn 的釋放，抑制KNDy 神經(jīng)元的kisspeptin 釋放，因此脈沖持續(xù)幾分鐘后，KNDy 神經(jīng)元的活動(dòng)完全被抑制，GnRH 的分泌被終止。此后隨著EOP 濃度的升高，對KNDy 神經(jīng)元的抑制作用也同時(shí)抑制了Dyn 的釋放，Dyn 的抑制作用被解除后引起NKB 的釋放，從而觸發(fā)下一個(gè)GnRH 脈沖。因此，學(xué)者們推測KNDy 細(xì)胞中的kisspeptin 是驅(qū)動(dòng)GnRH 脈沖的遞質(zhì)，NKB 是啟動(dòng)KNDy 神經(jīng)元的同步放電和每個(gè)脈沖開始的觸發(fā)器，Dyn 是關(guān)閉KNDy神經(jīng)元的放電和終止每個(gè)脈沖的遞質(zhì)。當(dāng)然GnRH的脈沖性活動(dòng)還包括來自調(diào)節(jié)中樞的多個(gè)信號以及多個(gè)部位的合成作用的結(jié)果及產(chǎn)物。

3 KNDy 神經(jīng)元與下丘腦-垂體-卵巢（HPO）軸的調(diào)控

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為GnRH 神經(jīng)元釋放的GnRH 調(diào)節(jié)垂體前葉促性腺激素黃體生成激素（LH）和卵泡刺激素（FSH），維持著女性的生理特征及生育功能，并受卵巢產(chǎn)生的類固醇激素的負(fù)反饋?zhàn)饔每刂普{(diào)節(jié)。但后來的研究發(fā)現(xiàn)在GnRH 神經(jīng)元上并沒有雌孕激素受體，這就意味著雌孕激素等性激素是通過某種介質(zhì)起作用，研究表明KNDy 神經(jīng)元是卵巢類固醇激素對GnRH 反饋的媒介，但是這些神經(jīng)元中不同的肽類成分分別介導(dǎo)了不同類型的反饋。

Lehman 等[6]首先在綿羊身上發(fā)現(xiàn)了KNDy 細(xì)胞的細(xì)胞體及樹突與下丘腦內(nèi)側(cè)基底的GnRH 神經(jīng)元存在著連接，這與Nakao 等[7]在大鼠及小鼠以及恒河猴和人類研究中顯示的kisspeptin、NKB 或Dyn 纖維直接接觸GnRH 細(xì)胞體具有高度一致性，逐步表明3 種肽類物質(zhì)與KNDy 神經(jīng)元存在密切聯(lián)系，可能是卵巢類固醇激素反饋的中間媒介。Oakley 等[8]的研究有力地證明了kisspeptin 在介導(dǎo)雌激素負(fù)反饋中的作用，切除小鼠、山羊以及靈長類動(dòng)物的卵巢可增加ARC 中Kiss1 神經(jīng)元表達(dá)的數(shù)量。在絕經(jīng)婦女的ARC 中Kiss1 表達(dá)的神經(jīng)元的數(shù)量也增加，而在外周血中雌二醇水平的下降則減少了ARC 中Kiss1 表達(dá)的神經(jīng)元的數(shù)量[9]。除此之外，還有研究觀察到ARC 中Kiss1 mRNA 與LH 脈沖幅度之間存在很強(qiáng)的正相關(guān)，表明雌二醇通過抑制KNDy 神經(jīng)元釋放的kisspeptin 來抑制GnRH/LH 脈沖幅度，應(yīng)用足量外源性kisspeptin 注射后可以誘導(dǎo)發(fā)情母羊排卵[10]。在具有正常月經(jīng)周期的育齡女性，在排卵前血清中kisspeptin 可以有效地促進(jìn)LH 的釋放促進(jìn)排卵的發(fā)生，與雌激素相互協(xié)調(diào)控制著女性正常的月經(jīng)周期的維持[11]。

KNDy 神經(jīng)元產(chǎn)生的kisspeptin 不介導(dǎo)孕酮負(fù)反饋，但Dyn 在孕酮的負(fù)反饋中起到了這一作用。有研究發(fā)現(xiàn)在ARC 中幾乎所有的KNDy 神經(jīng)元都含有孕激素受體，切除卵巢的動(dòng)物ARC 中的Dyn 前原mRNA 的數(shù)目降低，在ARC 局部給予孕激素受體拮抗劑阻斷了孕酮的負(fù)反饋?zhàn)饔肹12]。在下丘腦內(nèi)側(cè)基底部給予Dyn 受體拮抗劑可以增加黃體期母羊的LH 脈沖頻率，而其他內(nèi)源性EOP 受體拮抗劑沒有增加LH 脈沖頻率[5]。在人類試驗(yàn)也顯示了同樣的結(jié)果，即內(nèi)源性EOP 介導(dǎo)孕酮的負(fù)反饋，絕經(jīng)后婦女ARC 神經(jīng)元中Dyn mRNA 前體的表達(dá)增加[13]，因此現(xiàn)一致認(rèn)為孕酮抑制GnRH/LH 脈沖頻率是由抑制性內(nèi)源性EOP 介導(dǎo)的，充分體現(xiàn)了Dyn 在孕酮反饋中的重要作用。

4 KNDy 神經(jīng)元在不孕癥中的研究與應(yīng)用

Kisspeptin 對下丘腦GnRH 脈沖分泌調(diào)控的研究，開啟了其對卵泡發(fā)育及成熟的大量研究及應(yīng)用。首先是在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)外周給藥kisspeptin-10 可以通過激活下丘腦GnRH 神經(jīng)元成功地誘導(dǎo)促性腺激素的釋放和排卵[14]。Jayasena 等[15]和Narayanaswamy 等[16]隨后對月經(jīng)周期正常的女性使用不同劑量及不同給藥途徑的kisspeptin-10 和kisspeptin-54 外源性肽類藥物進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)外源性kisspeptin-10 和kisspeptin-54 可以促進(jìn)排卵前期、黃體期以及卵泡期的促性腺激素的釋放，且無任何不良反應(yīng)。這些數(shù)據(jù)表明人類和其他哺乳動(dòng)物的生殖系統(tǒng)激活需要內(nèi)源性kisspeptin，對其在卵泡發(fā)育、成熟、排卵及性激素生成方面作用均有大量的研究并已將其逐步應(yīng)用于臨床中。基于以上研究，Jayasena 等[17]在另外一項(xiàng)研究中認(rèn)為kisspeptin-10及kisspeptin-54 有在體外受精-胚胎移植（in vitro fertilization and embryo transfer，IVF-ET）治療中促進(jìn)LH 峰形成從而促進(jìn)卵母細(xì)胞成熟的可能性，因此對53 例接受IVF-ET 治療的患者給予kisspeptin-54代替人絨毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotropin，hCG）進(jìn)行扳機(jī)，結(jié)果顯示kisspeptin-54 與傳統(tǒng)hCG 促排卵具有相似的受精率、臨床妊娠率及活產(chǎn)率。繼而Abbara 等[18-19]的研究發(fā)現(xiàn)在促排卵卵巢過度刺激綜合征（ovarian hyperstimulation syndrome，OHSS）的高危患者中一次性給予不同劑量kisspeptin-54 扳機(jī)，與外源性hCG 促排卵扳機(jī)相比，妊娠結(jié)局沒有差異性，kisspeptin-54 作為自身神經(jīng)產(chǎn)生的多肽物質(zhì)，OHSS 的發(fā)生率明顯降低。以上研究結(jié)果表明，給予kisspeptin-54 在人體內(nèi)具有很好的LH 峰動(dòng)力學(xué)，在IVF-ET 治療中可以有效地促進(jìn)卵母細(xì)胞成熟以及良好的妊娠結(jié)局，同時(shí)降低OHSS的發(fā)生率。

5 KNDy 神經(jīng)元與生殖內(nèi)分泌疾病

生殖內(nèi)分泌疾病主要為激素依賴性疾病，可大致分為病理性降低如青春期延遲、性腺功能減退等和病理性功能增強(qiáng)如多囊卵巢綜合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）、更年期、性早熟的GnRH和促性腺激素脈沖的異常。傳統(tǒng)的治療主要是在GnRH 受體的水平上操縱下丘腦-垂體-性腺（HPG）軸抑制或促進(jìn)性腺功能[20]。新發(fā)現(xiàn)的KNDy 神經(jīng)元提供了一種新的治療方法，比現(xiàn)有療法更具有潛在優(yōu)勢。

下丘腦閉經(jīng)是第一個(gè)用來探索kisspeptin-54 治療潛力的疾病模型。如前所述，kisspeptin/GPR54 系統(tǒng)突變引起低促性腺激素性腺功能減退癥（idiopathic hypogonadotropic hypogonadism，IHH）導(dǎo)致原發(fā)性閉經(jīng)，目前對此疾病的治療方法是脈沖式給予外源性的GnRH，通過kisspeptin 注射增加GnRH 的脈沖性分泌可以替代或恢復(fù)下丘腦-垂體-性腺軸功能，使FSH 及LH 均達(dá)到正常生理水平[21]。PCOS 是最常見的成人女性生殖內(nèi)分泌紊亂之一，臨床中以內(nèi)分泌及代謝異常為主要表現(xiàn)，其發(fā)生的主要機(jī)制之一是GnRH-LH 脈沖分泌亢進(jìn)。Emekci Ozay 等[22]研究發(fā)現(xiàn)PCOS 患者血清中kisspeptin 水平明顯升高，高水平的kisspeptin 可能通過影響下丘腦GnRH 神經(jīng)元，促進(jìn)垂體分泌LH 引起排卵障礙，進(jìn)而促進(jìn)PCOS 的發(fā)生。Podfigurna 等[23]研究顯示正常月經(jīng)周期的女性kisspeptin 與LH 脈沖性釋放是呈現(xiàn)生理耦聯(lián)的，但在PCOS 可能由于或部分由于kisspeptin 對下丘腦神經(jīng)元損傷引起的GnRH 分泌的異常調(diào)控，影響了kisspeptin 與LH 脈沖的耦聯(lián)，并可能隨著疾病的進(jìn)展而惡化。Roseweir 等[24]在研究中發(fā)現(xiàn)在雌性動(dòng)物ARC 內(nèi)微量注射kisspeptin 拮抗劑可抑制其GnRH神經(jīng)元放電，減少了GnRH 的脈沖性分泌并抑制kisspeptin 誘導(dǎo)的LH 釋放。基于以上研究結(jié)果，有學(xué)者提出應(yīng)用kisspeptin 拮抗劑或激動(dòng)劑抑制GnRH脈沖頻率從而抑制LH 及卵泡刺激素過多分泌，促進(jìn)PCOS 患者卵泡發(fā)育并排卵，改善代謝異常及妊娠結(jié)局[25]，有望在以后的研究中為治療PCOS 提供更多依據(jù)。

6 KNDy 神經(jīng)元在絕經(jīng)期女性中的研究與應(yīng)用

圍絕經(jīng)期綜合征是指婦女在絕經(jīng)前后出現(xiàn)性激素波動(dòng)或減少所致而形成的一組軀體及心理癥狀，其中潮熱是最主要的典型癥狀，影響了約80%的婦女，威脅著女性的身心健康，降低了生活質(zhì)量。目前對于圍絕經(jīng)期婦女潮熱癥狀的治療指南推薦激素替代治療（hormone replacement therapy，HRT）作為一線治療方案，使大約75%患者的潮熱癥狀得到一定緩解，但起效時(shí)間長，長期應(yīng)用HRT 會(huì)增加乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、靜脈血栓、缺血性腦卒中等疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

Mittelman-Smith 等[26]和Szeliga 等[27]研 究 發(fā) 現(xiàn)KNDy 神經(jīng)元在雌激素參與的機(jī)體溫度調(diào)節(jié)和皮膚血管舒縮中起著重要的作用，絕經(jīng)后婦女體內(nèi)雌激素水平下降，下丘腦弓狀核KNDy 神經(jīng)元細(xì)胞中NKB 和Kiss1 的基因表達(dá)增加，Dyn 的基因表達(dá)降低，體內(nèi)NKB 信號增強(qiáng)，刺激性（kisspeptin 和NKB）和抑制性（Dyn）KNDy 肽之間的平衡改變，導(dǎo)致漏斗核內(nèi)細(xì)胞肥大。KNDy 神經(jīng)元投射到視前區(qū)的體溫調(diào)節(jié)中心，此區(qū)有大量的NKB 及Dyn 受體的表達(dá)。KNDy 神經(jīng)元的活動(dòng)與NKB 受體的激活刺激、雌激素負(fù)反饋抑制密切相關(guān)，圍絕經(jīng)期雌激素水平的下降會(huì)擾亂這種平衡使KNDy 的功能紊亂，導(dǎo)致潮熱癥狀。

KNDy 神經(jīng)元可以通過NKB 通路調(diào)節(jié)體溫，因此NKB 受體拮抗劑可以通過阻斷NKB 受體，阻斷其信號傳導(dǎo)，使KNDy 神經(jīng)元活動(dòng)正常化，從而調(diào)節(jié)體溫調(diào)節(jié)中樞，降低潮熱發(fā)生頻率和嚴(yán)重程度，在一定程度上可以逆轉(zhuǎn)神經(jīng)元選擇性肥大。Prague 等[28]在一項(xiàng)隨機(jī)、雙盲、安慰劑對照、單中心、交叉試驗(yàn)研究中，評估了口服NKB3 受體拮抗劑（MLE4901）對絕經(jīng)期潮熱的療效，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與安慰劑相比，MLE490治療在短時(shí)間內(nèi)顯著降低了每周潮熱次數(shù)，在4 周內(nèi)將絕經(jīng)期潮熱降低近3/4，且治療耐受性良好。該研究表明NKB3 受體拮抗劑（MLE4901）進(jìn)行治療安全有效地緩解了潮熱癥狀，而無需使用雌激素，當(dāng)然其有效性和耐受性需要進(jìn)一步的研究證實(shí)。

總之，目前已有充分證據(jù)支持KNDy 神經(jīng)元作為GnRH 脈沖分泌的控制中心，在青春期啟動(dòng)及人類生殖過程中發(fā)揮著重要的作用，并且可以介導(dǎo)性激素的正、負(fù)反饋信號來調(diào)節(jié)GnRH 神經(jīng)元，對生殖軸的調(diào)控貫穿生命的始終。KNDy 的失衡將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)分泌紊亂引起不孕癥、PCOS、圍絕經(jīng)期綜合征等疾病的發(fā)生。隨著研究的進(jìn)展，外源性應(yīng)用kisspeptin、NKB 將逐漸被視為一個(gè)潛在的、新的治療方案，為女性內(nèi)分泌疾病診斷及治療提供一個(gè)全新手段。