煙草煙霧暴露對女性卵巢功能的影響

叢艷飛，丁晶晶，王莉莉

0 引言

吸煙是在非傳染性疾病中導致死亡的最大危險因素。研究證實,吸煙者總體比非吸煙者總體慢性病患病率高，且長期吸煙人群患病風險更高[1]。已有大量文獻報道了煙草煙霧暴露對身體健康的不利影響，如煙草煙霧暴露是慢阻肺的主要致病因素[2]，吸入煙草煙霧可導致氣道上皮細胞壞死，引起氣道炎癥[3]。吸煙不僅會誘發(fā)肺部疾病，同時也會誘發(fā)心血管疾病。研究表明，吸煙者的冠心病、高血壓病、腦血管病及周圍血管病的發(fā)病率明顯高于不吸煙者。吸煙促發(fā)心血管疾病的發(fā)病機制主要是使血管內(nèi)皮功能紊亂，血栓生成增加，炎癥反應(yīng)加強及氧化修飾。吸煙除了會引起呼吸系統(tǒng)疾病、血管慢性疾病的發(fā)生，還會對女性生育能力造成不利影響。

近年來，育齡婦女的吸煙率在全世界范圍內(nèi)增加，其中年輕女性是吸煙率增長最快的人群[4]。中國是世界上最大的煙草生產(chǎn)和消費國，2002年中國女性居民吸煙率為3.1%，男性居民吸煙率為66.0%，但女性居民被動吸煙率高達54.6%[5]，由此可見，女性是被動吸煙的主要受害人群。煙草煙霧中含有碳氫化合物、醇類、酚類、醛類、酮類、生物堿類、酸類和重金屬等4 000多種化學物質(zhì)[6]，其中大多數(shù)是氧化劑或自由基，會誘導氧化應(yīng)激的發(fā)生。已有文獻證實了煙草煙霧化合物中的有害物質(zhì)對身體健康的不利影響，近年來研究者開始致力于煙草煙霧暴露對卵巢功能損傷的研究。本文綜述了煙草煙霧暴露導致女性生育能力受損的作用機制。

1 卵巢發(fā)育的過程即分子調(diào)控機制

卵巢主要通過周期性產(chǎn)生卵母細胞和分泌雌孕激素在女性生殖中發(fā)揮重要作用。卵巢皮質(zhì)由卵母細胞和其周圍許多小型卵泡細胞所組成，根據(jù)卵泡發(fā)育過程和功能變化分為原始卵泡、生長卵泡和成熟卵泡3個階段。在1個月經(jīng)周期中，原始卵泡通過募集、生長、優(yōu)勢選擇、成熟、排卵和黃體形成等過程，最終只有1個卵泡成熟[7]。一旦成熟卵泡排出卵母細胞，即轉(zhuǎn)化為血體，在2 d內(nèi)這種血體轉(zhuǎn)化為黃體。黃體是一個黃色的結(jié)構(gòu)，分泌雌激素和孕酮。卵巢產(chǎn)生的雌激素和孕酮能夠促使女性第二性征發(fā)育，刺激卵泡發(fā)育還可調(diào)節(jié)下丘腦和垂體的激素分泌。原始卵泡在胎兒生命的第4個月開始形成，并終生存在于卵巢內(nèi)。原始卵泡形成后有一些立即開始發(fā)育，但大多數(shù)卵泡仍處于靜止狀態(tài)，某些信號分子的激活可促使部分處于靜止狀態(tài)的原始卵泡進入發(fā)育階段。促卵泡激素(FSH)和促黃體激素(LH)不能調(diào)控原始卵泡的發(fā)育狀態(tài)[8-9]，但卵巢可在FSH和LH的調(diào)控作用下分泌雌激素和孕酮。

卵泡是女性生殖的主要功能單位。卵母細胞的成熟伴隨著周圍顆粒細胞的增殖和分化[10]。卵母細胞成熟是一個漫長的過程，包括核和細胞質(zhì)成熟。核成熟主要表現(xiàn)為生發(fā)泡破裂(GVBD)、完成第1次減數(shù)分裂排出第一極體進入第2次減數(shù)分裂并停滯于MII期。細胞質(zhì)的成熟主要體現(xiàn)在卵母細胞達到一定體積，細胞內(nèi)含有充足的蛋白質(zhì)、細胞器、RNA、DNA和能量，儲存卵母細胞成熟、受精和早期胚胎形成所需的mRNA，還涉及線粒體RNA的轉(zhuǎn)錄[11]。卵巢中許多mRNA的表達調(diào)節(jié)卵泡生長、閉鎖、排卵和類固醇激素生成，并在卵巢發(fā)育中發(fā)揮重要作用[10]。

卵泡的發(fā)育過程受內(nèi)分泌激素的調(diào)控，也受卵巢其他激素的作用，這些激素通過細胞內(nèi)分泌、旁分泌和自分泌機制發(fā)揮作用。已經(jīng)證實胰島素樣生長因子(IGF)在卵泡生長中發(fā)揮重要作用，能夠調(diào)節(jié)顆粒細胞增殖，并與促性腺激素產(chǎn)生協(xié)同作用以促進卵泡細胞的分化[12]。轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)也可調(diào)控卵泡的生長和發(fā)育，TGF-β家族成員至少包含35種結(jié)構(gòu)相關(guān)但功能多樣的蛋白質(zhì)，包括2種抑制素(A和B)和3種激活素(A、B和AB)[13]，在卵泡的生長和發(fā)育中都發(fā)揮重要作用，只有成熟的卵母細胞才能夠受精，形成受精卵，并最終發(fā)育成胚胎[14]。

2 煙草煙霧暴露對卵泡發(fā)育和卵巢激素生成的影響

2.1 煙草煙霧暴露對卵泡發(fā)育的影響 煙草煙霧暴露可導致卵巢中原始卵泡數(shù)量下降，竇卵泡與卵母細胞的凋亡和氧化應(yīng)激水平增加，成熟卵泡數(shù)量減少[15]。原始卵泡數(shù)量的下降可引起卵巢早衰(POF)[16-17]，女性在生產(chǎn)前和絕經(jīng)期間接觸煙草煙霧也會加速卵巢衰老[18]。在動物實驗中，多環(huán)芳香烴(PAHs)減少了大鼠和小鼠的原始卵泡和卵巢濾泡數(shù)量[19]，此外，PAHs還可刺激卵巢濾泡，抑制卵泡生長[20]，并導致卵巢內(nèi)卵泡耗盡[21-22]。研究發(fā)現(xiàn)，活性氧(ROS)增加可導致卵泡凋亡[23]，ROS的產(chǎn)生是一種生理過程，包括超氧陰離子O2-和過氧化氫H2O2的產(chǎn)生，主要發(fā)生在細胞線粒體能量代謝過程中，O2-轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的ROS和H2O2[24]。卵巢濾泡內(nèi)的促氧化劑/抗氧化劑平衡在卵泡發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，當細胞質(zhì)中的H2O2濃度達到生理閾值以上時，可以通過細胞的細胞溶質(zhì)抗氧化防護作用除去。氧化應(yīng)激反映了這種ROS的產(chǎn)生與細胞抗氧化防御機制之間的不平衡[25]，這種不平衡可能會造成嚴重后果，例如酶促失活、DNA片段化、細胞膜脂質(zhì)和蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆損傷，引發(fā)線粒體功能障礙，并最終導致細胞死亡。

研究結(jié)果已經(jīng)證實了煙草煙霧暴露會引起線粒體功能障礙，從而導致自噬途徑介導的卵泡死亡[26]。自噬是一種細胞內(nèi)機制，表現(xiàn)為受損的細胞器和蛋白質(zhì)被細胞本身降解和再循環(huán)，并最終保護細胞[27]。微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(LC3/Atg8)是自噬體膜上的標記蛋白。細胞內(nèi)存在2種形式的LC3蛋白，LC3-Ⅰ和LC3-Ⅱ。LC3-Ⅱ的含量或LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ的比例與自噬體的數(shù)量成正相關(guān)，在某種程度上反映了細胞的自噬活性。煙草煙霧暴露誘導卵巢發(fā)生氧化應(yīng)激，Beclin-1和微管相關(guān)蛋白LC3的表達增加，此外，暴露于CS中的小鼠卵泡顆粒細胞中的自噬溶酶體數(shù)量也增加[26]。因此，煙草煙霧暴露可通過誘導卵巢顆粒細胞自噬導致卵泡死亡。而關(guān)于煙草煙霧暴露導致卵巢濾泡內(nèi)發(fā)生氧化應(yīng)激的分子機制尚未完全闡明。

2.2 煙草煙霧暴露對卵巢激素生成的影響 卵巢能夠合成大量的類固醇激素，主要是雌激素和孕激素。雌激素調(diào)節(jié)卵母細胞胞漿的成熟、促進顆粒細胞的成熟與分化。孕激素促使在雌激素作用下增生的子宮內(nèi)膜進一步增厚，并發(fā)生分泌期的變化，有利于受精卵在子宮腔的生存和著床。雌激素和孕激素水平因為接觸煙草煙霧而受到損害，因此，煙草煙霧暴露通過對女性卵巢和子宮產(chǎn)生不利影響進而影響女性生育能力。

煙草煙霧中的重金屬Cd具有很長的生物半衰期，在吸煙者的卵泡液中能夠檢測到高濃度的Cd[28]，Cd可在包括卵巢在內(nèi)的各種生殖器官中積聚[29]。Cd對類固醇激素的生成發(fā)揮雙重作用，具有濃度依賴性。在低濃度(0.6～3 μmol)下，Cd刺激P450scc基因的轉(zhuǎn)錄和卵巢中的類固醇激素生成途徑[30]，而在較高濃度(超過2～5 μmol)時，Cd抑制P450scc基因的活性，影響孕酮的合成[31]。因此，Cd可能通過誘導顆粒細胞P450scc基因表達的變化影響卵巢類固醇激素的合成[32-33]。煙草煙霧化合物中的苯并芘(BaP)，以劑量和時間依賴的方式抑制卵巢黃體形成[34]，還可以通過對一側(cè)卵巢產(chǎn)生毒性反應(yīng)使對側(cè)卵巢代償性肥大[35]。有研究表明，PAHs、BaP能改變局部CYP19mRNA的表達，因此PAHs、BaP可以影響睪酮和雄烯二酮轉(zhuǎn)化成雌激素的過程[36]。煙草煙霧中的有毒揮發(fā)性化合物丙烯醛暴露可影響醛固酮的產(chǎn)生，醛固酮通過提高血管緊張素Ⅱ的水平和刺激類固醇生成途徑，導致卵巢中類固醇激素分泌增多[37]。以上多種機制可以解釋煙草煙霧中的化合物可以以多種不同方式作用于卵巢，使雌激素和孕酮水平發(fā)生明顯的改變。

3 煙草煙霧暴露對子宮發(fā)育的影響

子宮是雌激素受體(ER)α和(ER)β的靶器官，煙草煙霧暴露可導致子宮內(nèi)的雌激素水平發(fā)生變化，影響女性生育能力。研究表明，煙草煙霧化合物中的尼古丁攝入體內(nèi)會導致子宮組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。例如引起大鼠子宮腔上皮的高度顯著降低并使腺上皮高度增加[38]，尼古丁還可減少大鼠子宮組織重量，子宮內(nèi)膜和子宮肌層厚度[39]。尼古丁還可通過減少子宮和輸卵管中的E2水平和(ER)α數(shù)來減少細胞凋亡，進而損害子宮和輸卵管的組織學結(jié)構(gòu)[40]。煙草煙霧暴露使大鼠子宮肌層的PCNA(增殖細胞核抗原)表達增加，并抑制ER(內(nèi)質(zhì)網(wǎng))應(yīng)激和ER應(yīng)激相關(guān)的細胞凋亡,導致細胞過度增殖，過度增殖的細胞可引起子宮內(nèi)壁異常生長，對雌性大鼠子宮的功能產(chǎn)生有害影響[41]。

雖然人們已經(jīng)熟知吸煙對身體健康的危害，但是吸煙在當今社會仍是一種普遍現(xiàn)象。煙草煙霧暴露可通過影響卵巢中卵泡的生長和發(fā)育，卵巢類固醇激素的合成，導致女性生育能力下降，這為女性戒煙提供了有利證據(jù)。此外，吸煙導致的女性卵巢、子宮損傷的分子機制尚不完全清楚。因此，探究煙草煙霧暴露對女性生育能力的相關(guān)分子機制研究將為提高女性生育健康做出一定貢獻。