基于氧化應(yīng)激探討POI對生殖的影響

楊 珍 董曉英

早發(fā)性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency，POI)是對卵巢早衰、原發(fā)性卵巢功能不全等一類疾病的全新命名，最新的診斷建議是年齡低于40歲的女性連續(xù)4 個月的月經(jīng)稀發(fā)或閉經(jīng)，并連續(xù)2 次以上超過4 周間隔的血清促卵泡生成素(follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH)>25 U/L[1,2]。相關(guān)研究表明，POI的人群發(fā)生率為1%，且有日趨增高之勢，嚴(yán)重地影響了女性的生殖能力及身心健康，受到了越來越多學(xué)者的關(guān)注。新近研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激可能是導(dǎo)致POI發(fā)生的潛在原因，氧化應(yīng)激是指細(xì)胞暴露于高濃度氧分子或氧的化學(xué)衍生物而引起的細(xì)胞損傷，以活性氧、氮和抗氧化防御為特征的抗氧化分子失衡狀態(tài)，被認(rèn)為是細(xì)胞再生系統(tǒng)中凋亡的決定因素[3]。作用于生物大分子的活性氧自由基(reactive oxygen free radicals,ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen free radicals,RNS)可破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，引起細(xì)胞和組織的生理和病理反應(yīng)。在男性和女性生育能力低下的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。增加的ROS水平可以阻斷囊狀卵泡中卵子的發(fā)育。抗氧化物和抗氧化劑之間的這種不平衡會導(dǎo)致許多生殖疾病，如子宮內(nèi)膜異位癥、多囊卵巢綜合征和早發(fā)性卵巢功能不全等不明原因的不孕；妊娠并發(fā)癥，如自然流產(chǎn)、習(xí)慣性流產(chǎn)和先兆子癇，也可發(fā)展為對氧化應(yīng)激的反應(yīng)。研究表明，極端的體重和生活方式因素，如吸煙、飲酒和吸毒，都會促進(jìn)自由基的過量產(chǎn)生，從而影響生育能力。對環(huán)境污染物的接觸越來越令人擔(dān)憂，因為它們也被發(fā)現(xiàn)會引發(fā)氧化狀態(tài)，可能是導(dǎo)致女性不孕的原因之一。因此，本文將探討氧化應(yīng)激與POI的關(guān)系及POI對生殖的影響。

一、氧化應(yīng)激概述

氧化應(yīng)激在內(nèi)分泌干擾物介導(dǎo)的生殖功能障礙中起著重要作用，人們認(rèn)為ROS可以作為細(xì)胞毒性評價的早期指標(biāo)。在人類和動物模型中，ROS和抗氧化劑參與了卵泡發(fā)育、卵母細(xì)胞成熟的調(diào)控。一些研究表明，氧化應(yīng)激是正常細(xì)胞增殖和凋亡中斷的重要因素之一，氧化應(yīng)激可誘導(dǎo)顆粒細(xì)胞凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致卵泡閉鎖，從而損害卵母細(xì)胞質(zhì)量。

二、POI與氧化應(yīng)激相關(guān)的3條信號通路

POI發(fā)生主要是由于卵巢衰退導(dǎo)致的嚴(yán)重排卵障礙，包括原始卵泡缺乏或不足、卵泡提前耗竭、卵泡生長發(fā)育異常等。始基卵泡是生殖細(xì)胞的基本單位，在女性生育中起到重要作用，紊亂的卵泡會導(dǎo)致一些生殖問題，氧化應(yīng)激中增加的ROS水平會阻斷囊狀卵泡中卵子的發(fā)育。而抗氧化物可以恢復(fù)ROS水平，保護(hù)卵巢免受氧自由基調(diào)節(jié)的損傷[5]。ROS的產(chǎn)生，盡管對于生理過程很重要，也可能會誘導(dǎo)病理狀態(tài)。氧化系統(tǒng)失衡導(dǎo)致循環(huán)產(chǎn)生的ROS進(jìn)行長期的累積，增加卵巢疾病發(fā)病的風(fēng)險，如POI。

1.PI3K/Akt/mTOR信號通路：目前，氧化應(yīng)激信號通路在發(fā)展成POI女性的病理過程中發(fā)揮的損傷作用，已成為熱門研究課題。許多因子在PI3K/Akt/mTOR信號通路中參與卵母細(xì)胞生長、始基卵泡發(fā)育和顆粒細(xì)胞的增殖與分化[6]。PI3K/Akt主要對細(xì)胞的生長增殖有很大影響。近幾年，研究者調(diào)查已被證實的，早發(fā)性卵巢功能不全的卵巢相關(guān)生理病理的大鼠模型實驗的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt/mTOR通路不僅參與到調(diào)節(jié)卵母細(xì)胞生長和調(diào)節(jié)，也在原始卵泡的存活和發(fā)育、加速顆粒細(xì)胞增殖和分化、阻礙顆粒細(xì)胞的凋亡中發(fā)揮重要作用。PI3K-Akt通路在顆粒細(xì)胞受到氧化應(yīng)激時，在調(diào)節(jié)FOXO 1的核/胞質(zhì)穿梭中起著關(guān)鍵作用[7,8]。FOXO 1作為一種保守的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)劑，負(fù)責(zé)確定細(xì)胞的命運(yùn)，在生長卵泡的顆粒細(xì)胞中有選擇性和高表達(dá)[9～12]。鼠卵巢組織免疫組織化學(xué)檢測顯示FOXO 1在卵泡閉鎖時集中在顆粒細(xì)胞內(nèi)，呈強(qiáng)核染色[13]。早期的研究顯示FOXO 1在調(diào)節(jié)顆粒細(xì)胞功能方面具有潛在的作用。例如，強(qiáng)迫FOXO 1在顆粒細(xì)胞中激活，可阻止促性腺激素引起的對甾醇/類固醇和脂質(zhì)生成所需基因的上調(diào)[14]。PI3K/Akt/mTOR信號通路在維持正常卵巢功能上有重要作用，PI3K信號通路的調(diào)節(jié)對POI的治療有著廣泛的前景。

2.SIRT1信號通路：SIRT1信號通路與卵巢的生理病理相關(guān)，是一種保護(hù)性的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴性脫乙酰基酶，在各種生理及疾病狀態(tài)下發(fā)揮生物學(xué)作用[15]。SIRT1與酵母沉默信息調(diào)節(jié)器2同源，是研究最廣泛的沉默調(diào)節(jié)蛋白分子，它是抑制熱量和抵抗氧化的關(guān)鍵分子。SIRT1介導(dǎo)的FOXO 3、P53和NF等分子的去乙酰化作用對線粒體功能、凋亡和炎癥有著深遠(yuǎn)的影響[16]。相關(guān)實驗研究證明，SIRT1在感官和調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原狀態(tài)發(fā)揮了重要作用，對于在體內(nèi)外暴露于氧化應(yīng)激下的細(xì)胞和組織，表現(xiàn)出保護(hù)性效果[17]。SIRT1的表達(dá)，位于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，被觀察到在哺乳動物顆粒細(xì)胞、卵母細(xì)胞、胚胎和人的卵巢細(xì)胞株中。SIRT1隨著衰老下調(diào)，而它信號通路的上調(diào)能保護(hù)小鼠卵母細(xì)胞對抗氧化應(yīng)激。

3.MAPKs信號通路：MAPKs信號通路是響應(yīng)氧化應(yīng)激基因轉(zhuǎn)錄的主要調(diào)控因子，轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2(Nrf2)是細(xì)胞抗氧化應(yīng)激反應(yīng)中的關(guān)鍵因子，兩者協(xié)同調(diào)控細(xì)胞的氧化應(yīng)激。它們的信號級聯(lián)由絲氨酸和(或)蘇氨酸殘基的磷酸化和去磷酸化控制。這一過程促進(jìn)了受體酪氨酸激酶、蛋白酪氨酸激酶、細(xì)胞因子受體和生長因子的作用[18]。過量的活性氧會破壞這些級聯(lián)信號通路的正常作用。MAPKs主要存在3個亞族：ERK1/2MAPK 家族、JNK/SAPKMAPK 家族和P38MAPK 家族，在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，MAPKs 3 個亞族發(fā)揮不同作用。ERK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是最早發(fā)現(xiàn)的經(jīng)典Ras-Raf-MAPK 信號通路，ERK 活化后促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入G1期; 應(yīng)激可通過Ras 或非Ras 兩條途徑激活JNK，JNK通路由于受到GST酶的抑制而阻止磷酸化。在這個級聯(lián)中加入H2O2可以破壞復(fù)合物，促進(jìn)磷酸化，JNK 的活化可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡; P38 上游激活物為MKK3、MKK4 及MKK6、MKK4， 它們與JNK 通路共用，其余兩個特異性激活P38 信號通路，P38 通路被應(yīng)激激活后，同樣可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡[19,20]。胞內(nèi)多種應(yīng)激狀態(tài)如氧化應(yīng)激、熱休克和炎性反應(yīng)都能激活JNK 與P38 信號通路。氧化應(yīng)激會改變細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，從而破壞細(xì)胞生長和增殖所需的生理過程。

由此可見，PI3K/Akt/mTOR信號通路中參與卵母細(xì)胞生長、始基卵泡發(fā)育和顆粒細(xì)胞的增殖與分化；SIRT1的表達(dá)被觀察到在哺乳動物顆粒細(xì)胞、卵母細(xì)胞、胚胎和人的卵巢細(xì)胞株中，它的信號通路的上調(diào)能保護(hù)小鼠卵母細(xì)胞對抗氧化應(yīng)激；MAPKs信號通路和轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2(Nrf2)協(xié)同調(diào)控卵母細(xì)胞的氧化應(yīng)激。因此上述3條通路成為通過氧化應(yīng)激影響卵泡發(fā)育的重要通路。

三、POI的孕育及妊娠結(jié)果

25%的POI患者具有間歇性和不可預(yù)見性，自發(fā)受孕的可能性估計為4%～10%[21,22]。這些女性的卵巢儲備是通過超聲計數(shù)的竇卵泡和抗繆勒試管激素，卵泡刺激素，雌二醇(E2)和抑制素B的檢測。Naredi等[22]對358例特發(fā)性POI患者進(jìn)行了近6年的隨訪，48個月累計妊娠時間為4.3%。21例自然妊娠導(dǎo)致16例活產(chǎn)，1例雙胎，4例流產(chǎn)，1例選擇性流產(chǎn)。2例妊娠合并妊娠糖尿病，1例甲狀腺功能減退，1例單胎妊娠導(dǎo)致早產(chǎn)。但目前在改善患者自身配子的生殖方面進(jìn)展甚微，已有一些研究評價雌激素、促性腺激素釋放激素類似物、糖皮質(zhì)激素與促性腺激素刺激卵巢的效果，大約20%的POI患者排卵。卵母細(xì)胞捐贈是已被證明并推薦的治療婦女POI導(dǎo)致妊娠困難的方法。卵子捐獻(xiàn)周期后的妊娠率約為40%，且累積妊娠率很高，4個周期后達(dá)到70%～80%[23]。Ameratunga等[23]報道了36例POI患者卵子捐獻(xiàn)后發(fā)生的并發(fā)癥：早產(chǎn)3例，妊娠高血壓5例，妊娠期糖尿病2例，宮內(nèi)生長遲緩1例。兩胎移植后有兩例雙胎妊娠[24]。

隨著癌癥患病率總體上升，受影響患者的長期生存率也隨之上升。因此應(yīng)高度關(guān)注對化學(xué)治療、放射治療或外科手術(shù)引起的醫(yī)源性POI的保護(hù)。在接受癌癥治療的年輕女性中，在放療和保留生育的手術(shù)中應(yīng)考慮屏蔽或卵巢移位。化療期間給予促性腺激素釋放激素類似物可顯著降低年輕癌癥患者發(fā)生POI的風(fēng)險，但對生育能力無保護(hù)作用[25,26]。胚胎和成熟卵母細(xì)胞的冷凍保存是臨床公認(rèn)的方法，妊娠率和活產(chǎn)率高達(dá)25%。其他選擇，如取回未成熟的卵母細(xì)胞，使其在體外成熟，冷凍性腺組織或使用卵巢干細(xì)胞的新方法，都有希望指導(dǎo)治療POI造成的生殖問題，但仍被認(rèn)為停留在實驗階段。

四、展 望

POI嚴(yán)重影響女性的身心健康，極大降低了女性的生殖能力。氧化應(yīng)激在生殖過程中具有雙刃劍的作用，一些研究已經(jīng)把氧化應(yīng)激作為一些生殖問題的病理因素，盡管大部分POI患者被認(rèn)為是特發(fā)性的，有研究表明，大約70%細(xì)胞遺傳正常的特發(fā)性POI患者有ROS水平的升高，氧化/抗氧化是一種平衡狀態(tài)，兩方面相互制約相互影響女性生殖功能及妊娠結(jié)局。卵泡的發(fā)育和成熟在女性生育中至關(guān)重要，低ROS水平可以促進(jìn)卵泡發(fā)生、卵母細(xì)胞成熟、卵巢類固醇生成和受精。當(dāng)ROS水平超過細(xì)胞抗氧化防御能力就導(dǎo)致氧化應(yīng)激，因此，在POI患者中觀察衡量ROS水平對卵泡發(fā)生的損傷或始基卵泡凋亡的加速有重要作用。外源性抗氧化酶及內(nèi)源性抗氧化體系對提高機(jī)體抗氧化能力具有重要作用。而對機(jī)體氧化應(yīng)激狀態(tài)的調(diào)控，最終還是應(yīng)通過改善內(nèi)源性抗氧化能力，對氧化/抗氧化平衡狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)調(diào)控，保證機(jī)體正常功能的發(fā)揮。例如，抗氧化劑補(bǔ)充在預(yù)防早孕損失方面進(jìn)行了研究，其想法是替換耗盡的抗氧化劑儲備，以對抗絕大多數(shù)氧化環(huán)境。所以進(jìn)一步研究內(nèi)源性抗氧化應(yīng)激信號通路，如SIRT信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，對改善女性生殖功能，提高卵母細(xì)胞質(zhì)量具有重要意義。

綜上所述，通過從氧化應(yīng)激角度來討論P(yáng)OI對生殖帶來的影響，可以發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激對POI的產(chǎn)生有非常重要的作用，POI的發(fā)展會對生殖系統(tǒng)造成不可逆的損傷，因此，早期對氧化應(yīng)激的檢測和促進(jìn)抗氧化的管理可能會延遲或預(yù)防氧化應(yīng)激引起的POI，將對解決POI產(chǎn)生的生殖問題帶來巨大的優(yōu)勢。