內質網應激與多囊卵巢綜合征關系的研究進展

吳曉瑜 施嵐 陳怡潔 鄧妙 張治芬

[摘要] 多囊卵巢綜合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）是女性內分泌系統常見疾病之一。近年來研究發現，內質網應激在胰島素抵抗、糖脂代謝紊亂等慢性代謝性疾病中發揮作用。有學者認為，內質網應激在PCOS 的發生發展過程中發揮重要作用。適當的內質網應激可調節卵母細胞發育、卵泡生長成熟、胚胎發育等；但過強過久的內質網應激會引起PCOS 患者體內顆粒細胞凋亡率升高，阻礙卵泡發育，進而引發不孕。本文就內質網應激與PCOS 的相關性研究進展作一綜述，以期為探索PCOS 的致病原因和發病機制提供理論基礎，為PCOS 的預防和治療尋找新的靶點。

[ 關鍵詞] 多囊卵巢綜合征；內質網應激；胰島素抵抗

[中圖分類號] R711.75 文獻標識碼] A DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2023.12.027

多囊卵巢綜合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）是一種主要發生在育齡期女性，與生殖功能障礙和內分泌代謝紊亂相關的疾病1]。臨床上以慢性無排卵、高雄激素血癥、高胰島素血癥或胰島素抵抗為特征，表現為月經不調、不孕、多毛、痤瘡、肥胖等。因PCOS 臨床表現具有高度異質性，其致病原因和發病機制仍不明確。

內質網是真核細胞中重要的細胞器之一，是細胞內主要的鈣庫。內質網不僅可儲存體內鈣離子、維持體內鈣離子動態平衡，參與糖類、類脂、類固醇的合成與代謝，還在蛋白質合成、細胞內信號傳導等方面發揮重要作用2]。細胞結構的保持、細胞功能的行使均需內質網平衡穩態的保障。一旦內質網內部環境失衡，易觸發并激活內質網應激。有學者認為，內質網應激可能與PCOS 的發病機制相關3]。本文因此探討內質網應激在PCOS 發病機制中的作用，對PCOS 的預防和治療有重要意義。

1 內質網應激

內質網應激是細胞的一種應激反應，適當的內質網應激可在一定程度上保護細胞，維持細胞的正常結構與功能。在缺氧、氧化應激、糖代謝紊亂等病理情況下，可能會引起細胞內鈣離子穩態失衡、未折疊蛋白質聚集等異常現象2-3]。當內質網無法處理過多蛋白質負載時，便會激活內質網應激；細胞觸發未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR），以應對內質網應激；UPR 可提高內質網處理未折疊或錯誤折疊蛋白質的能力，維持內質網蛋白質平衡，促進細胞存活；當內質網應激持續存在、未折疊和錯誤折疊蛋白質超過UPR 處理能力時，過多的未折疊和錯誤折疊蛋白質將無法被及時清理，細胞的結構和功能便會被破壞，導致細胞凋亡4]。

2 內質網應激在PCOS 中的作用

研究表明，內質網應激與炎癥反應、糖脂代謝紊亂、肝纖維化、腦血管疾病以及腫瘤等多種疾病的發生密切相關5]。與正常女性相比，PCOS 患者遠期發生非胰島素依賴型糖尿病、心腦血管疾病、靜脈血栓栓塞、子宮內膜癌、肥胖等疾病的概率顯著增加，發生妊娠期合并癥、情緒紊亂及心理障礙的風險更高6]。劉碧娟等7]研究發現，PCOS 患者白細胞內質網應激相關蛋白質表達異常，推測內質網應激通過激活氨基末端激酶信號通路發揮作用，與PCOS 的發生有一定的相關性。高雄激素血癥、慢性炎癥、氧化應激、胰島素抵抗、肥胖與PCOS 密切相關。有研究證實2]，內質網應激參與PCOS 的發生發展過程，可能會加重患者的炎癥反應，影響糖脂代謝平衡，促進卵巢纖維化，加重排卵障礙，加速PCOS 進展。

2.1 內質網應激與PCOS 患者卵巢纖維化的關系

Takahashi 等8]研究發現，PCOS 患者及PCOS模型小鼠顆粒細胞內質網應激生物活性物質X 盒結合蛋白1（X-box binding protein 1，XBP1）和轉錄激活因子6（activating transcription factor 6，ATF6）水平均較正常組顯著升高，提示PCOS 患者會出現卵巢膠原蛋白沉積和卵巢纖維組織增加的現象，引起卵巢包膜和間質增厚等。在人卵巢腔前卵泡中，轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β 超家族成員及其相應受體和下游效應物均有表達；研究顯示，TGF-β1 在促進卵巢膠原蛋白沉積和卵巢細胞外基質重塑方面發揮積極作用，對卵泡正常生長發育產生消極影響9]。內質網應激會刺激顆粒細胞表達TGF-β1。Kunitomi 等10]研究推測，PCOS 患者卵泡微環境中的高雄激素血癥和內質網應激協同誘導顆粒細胞芳香烴受體， 激活下游信號通路，促進卵巢纖維化；予PCOS 小鼠內質網應激抑制劑治療后，其卵巢顆粒細胞TGF-β1 表達減少，卵巢間質纖維化速度變慢，膠原沉積減少。

2.2 內質網應激與PCOS 患者慢性炎癥的關系

研究發現，PCOS 患者長期處于慢性低度炎癥狀態，慢性炎癥與PCOS 的病理、生理密切相關11]。Spritzer 等12]研究顯示，與健康對照組比較，PCOS患者全身炎癥因子、腫瘤壞死因子的水平顯著升高。慢性低度炎癥狀態會破壞細胞內穩態，誘發內質網應激。核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）轉錄的基因包括促炎癥細胞因子，NF-κB 是促炎信號通路中樞介質之一；在NF-κB 抑制蛋白作用下，NF-κB通常處于非活性狀態，RNA 依賴的蛋白激酶樣內質網激酶（ protein ki-nase RNA-like endoplasmicreticulum kinase，PERK）和ATF6 可促進NF-κB 抑制蛋白的降解，激活NF-κB，促進炎癥反應13]。白藜蘆醇為一種天然多酚，具有抗炎和抗氧化作用，可抑制白細胞介素（interleukin，IL）-1b、IL-6 和環氧合酶-2 等促炎癥細胞因子的生成14]。既往研究證實，PCOS 患者經白藜蘆醇治療后，體內內質網應激標志物葡萄糖調節蛋白78（glucose-regulated protein78kD，GRP78，也稱BIP）、PERK 和XBP1 水平下降，說明白藜蘆醇可能通過抑制URP，阻礙NF-κB激活，減少炎癥因子的產生，抑制PCOS 的炎癥反應15]。Brenjian 等16]研究發現，與安慰劑組相比，使用白藜蘆醇治療的PCOS 組患者卵巢顆粒細胞中XBP1 信使核糖核酸、BIP 信使核糖核酸、NF-κB、IL-1b、IL-6、IL-18、C 反應蛋白和環氧合酶-2 水平顯著降低。以上研究表明，內質網應激參與PCOS患者慢性炎癥的發生發展，白藜蘆醇可改善PCOS患者卵巢顆粒細胞內質網應激，減輕PCOS 患者的炎癥反應。

2.3 內質網應激與PCOS 患者卵泡發育的關系

PCOS 患者的典型臨床癥狀之一是卵巢多囊樣改變，表現為多個未成熟的較小有腔卵泡，這些卵泡在2～9mm 時便停止生長，無法形成優勢卵泡。內質網應激在正常卵泡的生長成熟、卵母細胞的發育以及胚胎發育中發揮不可或缺的作用。據報道，人卵母細胞的受精能力與周圍卵丘細胞中XBP1 的水平呈正相關，說明適當的內質網應激可激活顆粒細胞或卵母細胞中的UPR，有助于卵母細胞的成熟；但當卵母細胞中的內質網應激被過度激活時，氨基末端激酶、C/EBP 同源蛋白（ C/EBP homologyprotein，CHOP）等表達增加，觸發細胞凋亡信號通路，加速卵母細胞凋亡，致使卵泡閉鎖17]。Takahashi等8]研究發現，PCOS 患者顆粒細胞中UPR 基因表達增加，PCOS 患者顆粒細胞內的內質網應激被激活。使用內質網應激抑制劑治療PCOS 模型小鼠，小鼠卵巢顆粒細胞凋亡減少，顆粒細胞內質網應激減弱。研究發現，顆粒細胞與卵母細胞間存在細胞縫隙連接，顆粒細胞通過細胞縫隙向卵母細胞傳遞各種信息，包括細胞凋亡；當顆粒細胞凋亡率≥10%時，便會發生卵泡閉鎖18]。顆粒細胞凋亡是卵泡發育主導過程的重要組成部分，也是卵泡周期發育階段卵泡閉鎖的直接原因。上述研究表明，內質網應激參與調節卵巢顆粒細胞和卵母細胞凋亡，引起卵泡閉鎖，不利于卵泡的正常發育。

綜上，內質網應激引起的顆粒細胞異常凋亡可能是PCOS 發生的重要因素。而關于內質網應激在顆粒細胞、卵母細胞凋亡中的作用機制尚不完全清楚，亟待進一步深入研究。

2.4 內質網應激與PCOS 患者胰島素抵抗、肥胖的關系

1980 年，Burghen 等19]首次提出，胰島素抵抗可能參與PCOS 的發生過程。胰島素的合成和分泌是一個極其復雜的生理過程，內質網在這個過程中發揮重要作用。胰腺β 細胞含有大量內質網，參與調控胰島素原成熟以及胰島素分泌等。一旦胰腺β細胞內質網穩態失衡，胰島素原的合成超出內質網的處理和折疊能力，便會影響其生理功能。未折疊的胰島素原大量積聚，導致促凋亡UPR 的發生，引起胰島素抵抗。Amirruddin 等20]研究發現，內質網應激增強時，胰島素的運輸和分泌途徑均會受損。Liu 等21]研究發現，胰島β 細胞可通過XBP1 和ATF6兩條UPR 通路，維持高效的內質網蛋白質折疊環境，促進內質網降解，加速降解錯誤折疊的胰島素原，并在一定程度上維持正常胰腺β 細胞成熟分化，維持人體正常糖代謝。據報道，約44%～85%的PCOS患者合并有胰島素抵抗22]。PCOS 患者體內胰島素抵抗狀態持續存在，機體以代償方式分泌更多的胰島素，刺激卵巢分泌更多的雄激素。研究表明，PCOS患者的胰島素抵抗和高雄激素血癥是相互影響的，內質網應激同時參與了二者的病理過程。Zhu 等23]研究了PCOS 小鼠高雄激素血癥、內質網應激和胰腺β 細胞功能之間的分子調控機制，發現睪酮使__PCOS 小鼠胰腺β 細胞中胰島素過度表達，誘導PCOS小鼠內質網應激的發生，促進胰腺β 細胞凋亡；給予小鼠雄激素受體拮抗劑和內質網應激抑制劑治療，小鼠內質網應激和胰腺β 細胞凋亡率顯著降低，體內穩態得以恢復，提示內質網應激和相應凋亡機制是PCOS 小鼠胰島β 細胞功能障礙和胰島抵抗的重要原因。

研究證實，高脂飲食PCOS 小鼠出現高脂血癥和胰島素抵抗，小鼠脂肪細胞中UPR 信號轉錄因子CHOP 表達上調，誘發內質網應激，說明肥胖誘導的內質網應激可改變胰島素分泌，促進胰島素抵抗24]。在內質網應激、高炎癥細胞因子和高脂肪酸等刺激下，機體對胰島素的敏感性降低，內質網應激可阻礙胰島素受體信號傳導，進一步促進胰島素抵抗25]。腎上腺髓質素（adrenomedullin，ADM）是一種內源性血管擴張多肽，在調節細胞凋亡、內質網應激、葡萄糖代謝、脂質代謝等方面發揮重要作用。有研究提出，ADM 水平升高可能在糖尿病的發病機制以及胰島素抵抗的發生中發揮作用26]。El-saka 等27]對PCOS 大鼠行ADM 治療，發現ADM 治療組PCOS大鼠胰島素抵抗和血脂異常情況得到明顯改善，推測其機制可能與ADM 抑制內質網應激有關。綜上，內質網應激可能在一定程度上加劇了PCOS 患者的胰島素抵抗。

2.5 內質網應激與PCOS 患者高雄血癥的關系

研究表明，大多數患有PCOS 的患者均存在高雄激素血癥。雄激素通過激活固有細胞凋亡途徑，減少卵泡生長因子的產生，誘導顆粒細胞的凋亡。研究發現，與對照組相比，高雄激素誘導的PCOS 大鼠顆粒細胞中內質網應激相關基因和蛋白質的水平顯著增加28]。Azhary 等29]研究發現，PCOS 患者顆粒細胞中UPR 相關轉錄因子CHOP 和晚期糖基化終產物表達上調，促進細胞凋亡。PCOS 高雄激素血癥可通過激活卵巢顆粒細胞中的內質網應激，使顆粒細胞異常凋亡，不利于卵泡的正常發育。綜上，內質網應激抑制劑可能是治療PCOS 患者高雄激素血癥的研究新方向。

2.6 內質網應激與PCOS 患者胚胎發育的關系

內質網應激的持續存在可能會引起細胞凋亡。谷胱甘肽是一種抗氧化劑，在卵母細胞的形成、受精和胚胎發育的啟動中起著重要作用。Ali 等30]在小鼠胚胎培養液中加入谷胱甘肽，發現其可促進抗凋亡蛋白Bcl-2 的表達，降低促凋亡蛋白Bax 以及內質網應激相關基因的表達，促進小鼠胚胎發育，減少凋亡細胞數量；谷胱甘肽可通過將非天然的二硫鍵轉化為二硫鍵，幫助蛋白質重折疊，減少內質網管腔中錯誤折疊的蛋白質數量，減輕內質網應激。Dicks等31]研究發現，在豬晚期分裂發育胚胎中存在內質網應激和基因組損傷，用牛磺熊脫氧膽酸處理豬卵裂晚期胚胎可降低內質網應激，顯著改善胚胎質量和發育。Deng 等32]研究發現，卵胞質內單精子注射組胚胎中的BIP 信使核糖核酸和蛋白質表達水平明顯高于體外受精組胚胎，提示卵胞質內單精子注射組胚胎表現出比體外受精組胚胎更高的內質網應激，具有較高的凋亡率；使用牛磺熊脫氧膽酸后可緩解內質網應激，抑制細胞凋亡，促進卵胞質內單精子注射組胚胎發育，提高胚胎著床率。上述研究表明，早期胚胎內存在內質網應激，持續存在的內質網應激在早期發育胚胎中發揮抑制作用，內質網應激的減少可降低細胞凋亡，維持胚胎的正常發育31-33]。因此，減少內質網應激是改善胚胎質量、提高胚胎發育能力的潛在手段。

綜上所述，內質網應激在PCOS 患者中普遍存在，參與POCS 患者胰島素抵抗、肥胖、高雄激素血癥、排卵障礙等病理生理過程。內質網應激還可引起PCOS 患者體內顆粒細胞凋亡率上升，影響正常卵母細胞發育、胚胎發育等，導致女性排卵障礙，引發不孕。研究發現，使用內質網應激抑制劑在一定程度上可改善PCOS 患者的糖脂代謝紊亂、高雄激素血癥、卵泡和胚胎發育。但目前內質網應激與PCOS 二者之間的相互作用機制無明確結論，仍需更多的基礎和臨床試驗研究進一步證實，研發新型靶向藥物，抑制病理性凋亡的發生，維持細胞動態平衡，為PCOS 的預防、治療及長期監測提供理論基礎。

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（收稿日期：2022–08–16）

（修回日期：2023–01–09）