作者：刘科慧,杜琛,陈秀娟，内蒙古医科大学,内蒙古医科大学附属医院生殖医学中心

大约6%~21%的育龄期妇女受多囊卵巢综合征(PCOS)影响,其临床表现是稀发排卵/不排卵、临床或生化高雄激素血症、高胰岛素血症及胰岛素抵抗,伴有或不伴有高血脂。患有PCOS女性主因不孕就诊[1],也有一部分因为代谢综合征就诊。PCOS的远期并发症还有血压升高、妊娠期血糖异常、子宫内膜恶性肿瘤等疾病的发生风险。PCOS发病机制及病理过程未完全明确,除了遗传因素、胰岛素抵抗及高雄激素血症与排卵障碍之间的关系研究,细胞程序性死亡参与PCOS发病机制也是目前的一个研究方向。

人体组织的动态平衡、急慢性损伤的恢复、抗感染及提高免疫力等均离不开细胞死亡。细胞死亡分为:非程序性细胞死亡(non-PCD)———坏死(Necrosis),程序性细胞死亡(PCD)———细胞凋亡(Apoptosis)、自噬(Autophagy)、坏死性凋亡(Necroptosis)、焦亡(Pyroptosis)、铁死亡(Ferroptosis)等细胞死亡类型[2]。多细胞生物在响应外界刺激时通过基因调控的细胞自杀保护过程即为程序性细胞死亡,该过程在维持多细胞生物发育、内环境稳态和完整性中扮演着重要角色[3]。

卵巢颗粒细胞(GCs)通过合成多种激素及生长因子在卵泡的生长发育及排卵的调控中发挥着重要作用,其异常凋亡、炎性反应可诱发PCOS病理进程,PCOS患者多种疾病特征改变均与卵巢颗粒细胞PCD有密切关系,如雄激素增高[4]、胰岛素抵抗、慢性炎症[5]等。

本文就PCOS中PCD的作用机制进行总结,通过各类PCD相关信号通路及生物标志物建立该疾病新的诊断方法,并根据生物标志物的特征性表达有目的地指导PCOS的治疗,以期为辅助生殖技术提供新的理念。

一、凋亡与PCOS

细胞凋亡是单细胞或小细胞群中细胞发生收缩和卷积,引起染色质固缩及核碎裂,在此过程中保留了完整的细胞膜,且细胞质被保留在凋亡小体中,不伴炎症的发生,是更新正常细胞、使免疫系统正常发育及正常发挥功能、激素依赖性萎缩、受精卵发育至胚胎出离卵膜和细胞死亡的化学诱导等各种过程的重要组成部分。

PCOS的发生发展与卵泡发育不良或闭锁、卵母细胞成熟受限和排卵障碍有关,该病理变化由卵巢GCs凋亡所诱导,作为PCOS临床特征之一的高雄激素通过调控卵巢GCs凋亡降低PCOS患者的妊娠率。2023年谢贤国等[6]研究发现由脱氢表雄酮(DHEA)诱导的PCOS小鼠卵巢组织中Caspase-3蛋白表达水平升高促进GCs凋亡,其根本原因是钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ(Ca MKⅡ)表达水平的降低;B细胞淋巴瘤2(Bcl-2)拮抗/杀伤因子(Bak)和Bcl-2相关X蛋白(Bax)的寡聚化使细胞色素c(Cytc)释放至细胞外,活化含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-3(Caspase-3),引起细胞凋亡,而Ca MKⅡ抑制了该过程。这表明Ca MKⅡ———Ca2+信号通路下游蛋白———参与调控了细胞凋亡,在正常细胞增殖的维持中有重要作用。目前国内外有大量研究表明GCs凋亡在卵泡停滞或闭锁、引起PCOS中发挥着关键作用,是治疗PCOS的主要靶点[7-8]。在卵巢组织中,细胞凋亡主要由线粒体途径所介导。外部因素刺激GCs后Bcl-2家族中抗/促凋亡成员比例失调,增加线粒体外膜通透性,促进线粒体释放多种促凋亡蛋白质,其中Cytc进入胞质后形成的凋亡小体级联激活Caspase家族,使GCs凋亡,GCs凋亡后卵泡即丧失生物学功能且卵泡内细胞之间的调控失衡,卵母细胞和卵泡膜细胞的凋亡最终导致卵泡发生闭锁[9]。

研究证实PCOS的发生与非编码单链RNA分子微小RNA(mi RNA)亦具有一定的关联性[10]。来源于患者卵泡液(FF)的外泌体mi RNAs在PCOS中起着关键作用[11]。体外研究发现人卵巢GCs中抑制mi R381-的表达能够降低卵巢GCs凋亡,提高克隆和增殖能力[12],导致PCOS发生发展的主要病因即为卵巢GCs的过度增殖。究其原因,该研究指出可能是mi R381-可结合高迁移率族蛋白B1(HMGB1),降低了HMGB1游离水平[12]。还有研究显示PCOS的发生也与长链非编码单链RNA(lnc RNA)具有关联性。无论增加还是缺失异常特定lnc RNA的表达,均可使细胞基本活动异常,该家族中LINC00511可促进癌细胞的增殖和转移。PCOS患者GCs的增殖和凋亡受lnc RNA影响[13]。2022年卫玲等[14]研究发现干扰LINC00511通过抑制NF-κB信号通路可促进PCOS患者卵巢GCs凋亡,抑制细胞炎性反应。

二、自噬与PCOS

自噬是自噬体形成后真核细胞通过溶酶体途径在自噬相关基因(ATG)的调控下降解受损细胞器和胞质蛋白,具有高度选择性及保守性,在维持细胞和机体稳态中起核心作用[15]。在卵母细胞成熟过程中,卵泡发育与内环境稳态由GCs自噬通过维持柠檬酸盐水平进行调控[16]。而女性生殖潜能降低的原因则与GCs过度自噬、ATG表达增强进而导致卵泡闭锁、卵巢功能受扰有关[17]。SIRT1/AMPK[18]、PI3K/Akt/m TOR[19]等许多信号通路都参与了细胞自噬的调控,其中后者是调控自噬最经典的一条通路。m TOR激酶特异性作用于自噬DNA,启动相关基因的转录和调控来调节自噬过程。

有研究指出抑制外泌体mi R30a-5-p表达以激活SOCS3/m TOR/p70S6K信号[20],可抑制GCs的过度自噬和焦磷酸转移,这表明m TOR能够负面调控自噬的发生[21]。以血液中异常增高的胰岛素水平和胰岛素作用通路异常为主要表现的胰岛素抵抗

是PCOS患者的主要致病机制,可能由GCs过度自噬而引起。巩晓芸等[22]发现巨噬细胞抑制因子(MIF)可上调GCs自噬水平,该过程中ATG7蛋白表达、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值(细胞自噬水平)增加,并通过抑制胰岛素受体底物-1(IRS-1)蛋白(胰岛素信号通路重要调控因子)的表达与丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Akt)的磷酸化水平促进PCOS患者GCs中胰岛素抵抗的发展。Xuan等[23]也发现了类似机制。

目前,自噬对PCOS的调控机制为中医药学治疗PCOS引起的高雄激素和胰岛素抵抗提供了基础,有望为服从性较低的西医治疗提供替代疗法[20]。

三、铁死亡与PCOS

以线粒体畸形、膜皱缩、嵴减少或者消失为主要特征的铁死亡依赖于铁累积和脂质过氧化,导致线粒体功能障碍及过量活性氧(ROS)的产生[24],由此引发的细胞毒性会破坏细胞膜结构,但其细胞核无明显形态变化,是非凋亡程序性细胞死亡的一种[25]。目前认为铁超载、自由基产生、脂肪酸供应和脂质过氧化是诱导铁死亡的关键。游离亚铁通过

芬顿反应产生的羟基自由基将脂质代谢物氧化为细胞毒性脂质过氧化物,致死性脂质过氧化物超过细胞清除上限后会发生铁死亡。

PCOS患者血清铁蛋白的升高提示铁代谢影响着内分泌功能,与此同时,内分泌功能的紊乱也会导致铁过载,如铁流失减少(慢性无排卵性月经紊乱)、铁吸收增加(胰岛素敏感性降低和铁代谢调节因子失衡)[26]。氧化应激是铁死亡的重要机制,与人类生殖能力有关的细胞和组织特性受损与其产物自由基有关,在辅助生殖中对胚胎种植产生不良影响[27]。丛培玮等[28]研究发现二陈汤可能通过GPX4/COX-2介导的氧化损伤的调控及卵巢细胞铁死亡的抑制从而显著改善PCOS卵巢情况。此外,一项研究发现PCOS患者GCs中一种环状RNA即circ RHBG显著上调,敲低circ RHBG后溶质载体家族7成员11(SLC7A11)的表达水平降低,半胱氨酸转运受阻导致谷胱甘肽(GSH)耗竭(GSH可保护细胞免受氧化应激影响),从而激活铁死亡[29]。Liu等[27]在体内和体外PCOS模型中发现了铁死亡的上调,且证明了铁死亡激活剂产生ROS,激活HMGB1/MAPK/ERK通路,通过使线粒体动力学失调、促进炎症刺激和加重氧化应激诱导PCOS临床特征;同时因在PCOS中炎症小体活化级联反应可能引起细胞铁死亡,该研究显示隐丹参酮和铁死亡抑制剂不仅可抑制铁死亡引起的细胞死亡,而且可通过抑制涉及NF-κB蛋白的代谢途径来抑制炎症。

在不孕症相关疾病中均有参与的铁死亡是近年研究的热点,一系列铁死亡诱导剂或抑制剂已被开发出来,其作用靶点主要为氧化应激、铁代谢相关蛋白和信号转导,但其具体作用机制仍需继续探讨,且检测和监测铁死亡反应仍然面临挑战。

四、坏死性凋亡(又称程序性坏死)

与PCOS细胞受到炎症、氧化、缺血等刺激而凋亡受阻时,坏死性凋亡作为凋亡的替补“队员”,无需Caspase的活化清除受损细胞,而是通过细胞外信号(死亡受体-配体结合)或细胞内信号(外来微生物核酸)激活细胞器肿胀、细胞膜破裂、细胞质和细胞核的分解等细胞自我破坏过程,许多炎症性疾病与其失调密切相关。

已有研究发现调控坏死性凋亡的主要分子———受体相互作用蛋白激酶1(RIP1)和RIP3形成坏死复合体,通过RIP3介导的MLKL磷酸化引发MLKL寡聚化,导致坏死体破坏膜完整性并转移到细胞膜或细胞器膜,该过程参与多种肿瘤、心脑疾病、泌尿系疾病的发生发展[30]。此外,吕向阳等[31]发现RIP1特异性抑制剂使卵巢GCs坏死率、凋亡率均降低,提示PCOS大鼠卵巢GCs坏死性凋亡可能是由于RIP1-RIP3-MLKL途径的激活,同时合成雌激素的天然替代物柚皮素可能通过阻断该信号通

路介导的坏死性凋亡抵抗PCOS大鼠卵巢GCs凋亡。

坏死性凋亡作为PCOS模型中新发现的程序性死亡方式,其损伤PCOS卵巢、促进GCs死亡的其他机制仍需进一步研究,研究参与其中的主要分子的激活剂及抑制剂也将为治疗PCOS患者、改善临床症状提供新的指导。

五、焦亡与PCOS

细胞焦亡是广泛存在于多细胞生物各种组织中的一种炎症性细胞死亡,在受到刺激后通过激活Caspase-1的经典途径和非Caspase-1的非经典途径剪切焦孔素(GSDM)家族蛋白,形成活化的N末端(GSDMD-N)在细胞膜上定位成孔,导致不同于凋亡的染色质凝集、细胞膨大肿胀、细胞膜出现许多泡状突出物,质膜进一步破裂释放炎症介质白介素1β(IL-1β)和白介素18(IL-18)[32]。已有研究提出IL-1β在PCOS患者卵泡液中表达增加,同时在PCOS小鼠血清/肠道中也发现了类似现象[33],提示PCOS可能存在巨噬细胞焦亡。Liu等[5]提出PCOS患者卵泡液中IL-1β和IL-18等炎症因子高表达,通过NF-κB通路产生诱导卵巢GCs焦亡、间质纤维化的核苷酸结合寡聚结构域、富含亮氨酸重复序列和含pyrin结构域3(NLRP3)炎症小体,NLRP3炎症小体通过影响卵泡发育成熟及排卵障碍增加不孕风险[34]。有研究进一步证明在高雄激素诱导的PCOS模型中,卵巢GCs的增殖生长受炎症异常激活和焦亡的影响[4]。Huang等[35]研究表明焦亡途径最终执行者GSDMD-N在PCOS卵巢中表达增强,作为人体主要先天免疫细胞的巨噬细胞焦亡可扰乱雌激素合成和GCs凋亡的基因转录及翻译,从而诱导GCs凋亡,但敲除GSDMD后,PCOS症状得到显著改善;同时该研究也发现双硫仑(DSF)和二甲双胍(MET)可抑制焦亡,前者可以阻断GSDMD导致的空隙形成,后者可抑制有关NLRP3炎症小体的焦亡,两者均通过抑制GSDMD依赖性巨噬细胞焦亡对PCOS的治疗有益。

作为近年来新发现的一种PCD方式,细胞焦亡在各种疾病中起着重要作用,然而其在PCOS中的作用仍处于初级研究阶段,通过抑制NLRP3激活、改良卵泡微环境等机制来抑制巨噬细胞焦亡可能为PCOS患者提高生育力的治疗指引新方向。

六、总结

目前已有越来越多的研究集中于PCD在卵巢GCs中的作用机制,近年来国内外学者对PCD影响PCOS卵巢功能和生殖能力的可能机制进行了深入研究,综合以上对国内外研究文献的归纳与分析,细胞凋亡、自噬已为PCOS治疗提供了诸多有希望的药理学靶点,尤其在中医药及中医疗法的应用中有着丰硕的研究成果。而由于铁死亡、坏死性凋亡、自噬的具体机制的复杂性和多样性,其在PCOS中的研究相对不足、指导临床用药存在着一些挑战和困难,仍需加强理论和实践的完善。未来可基于更多小鼠PCOS模型或灵长类动物PCOS模型进一步筛选及验证各种PCD方式对女性生殖系统(尤其是卵巢GCs及卵泡)的潜在影响,同时需要更多的大数据来评估各种PCD及其相应分子在PCOS患者低生殖潜能、内分泌代谢疾病中的作用机制,在临床上验证各药理学靶点是否能通过影响高雄激素血症、胰岛素抵抗、排卵障碍来提高生育力、改善妊娠结局。

参考文献略。

来源：生殖医学杂志2025年4月第34卷第4期

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