多囊卵巢綜合征動物模型數據挖掘及分析

苗晉鑫，李秀敏，苗明三*

(1.河南中醫藥大學，中醫藥科學院，鄭州 450000； 2.紐約醫學院，微生物與免疫學系，耳鼻喉系，紐約 10595)

多囊卵巢綜合征是育齡婦女代謝和內分泌紊亂疾病，其臨床主要特征是多囊卵巢、少或不排卵、高雄激素血癥和不育等，是引起婦科癌癥、糖尿病和心腦血管疾病的重要因素[1]。其病因和發病機制尚未明確，缺乏有效治療手段。因此，通過大小鼠、恒河猴、綿羊和牛等動物模型來評估PCOS病因和病理生理。本文通過CNKI數據庫以“PCOS+動物模型”和PubMed數據庫以“Polycystic ovary syndrome +animal model”為主題，統計1989-2018年用于PCOS動物包括嚙齒類、非人靈長類和反芻動物模型的研究性文獻。列舉PCOS模型常用方法，總結不同模型與人PCOS的異同及應用范圍，為PCOS的實驗研究提供參考。

1 PCOS嚙齒動物模型

1.1 類固醇誘導PCOS模型

1.1.1 產前雄激素(prenatal androgen, PA)誘導PCOS模型

在小鼠妊娠第16～18 天給予250 μg二氫睪酮(dihydrotestosterone, DHT)或大鼠妊娠15～19 d每天給予0.5 mg/kg丙酸睪丸酮(testosterone propionate, TP)處理，導致子代雌性小鼠和大鼠性成熟后生殖系統形態功能和代謝紊亂[2-3]。PA誘導的PCOS模型用來闡明PCOS的病因和發病機理及相關疾病的研究，但不適合下丘腦-垂體-卵巢軸的相關研究。

1.1.2 青春期前雄激素誘導PCOS模型

將19日齡的小鼠連續90 d緩釋給予2.5 mg的DHT，導致小鼠出現類似人PCOS生殖和代謝癥狀相似[4]，但此模型胰島素敏感性下降和血脂紊亂等尚未報道[5]。張娟等[6]在23日齡SD大鼠每日皮下注射0.6 mg/kg的脫氫表雄酮(dehydroepiandrosterone, DHEA)20 d誘導大鼠PCOS模型，該大鼠模型卵泡閉鎖和囊狀擴張，與臨床PCOS卵巢病變相似，但胰島素抵抗尚未明確[7]。邱樹衛等[8]將21日齡大鼠連續28 d皮下注射25 mg/mL的TP，誘導出高雄激素、無排卵和卵巢多囊等癥狀。TP誘導青春期前雄激素模型無排卵、卵巢多囊化、血清激素水平符合人 PCOS生殖方面特征，但缺少代謝方面研究數據。

1.1.3 青春期后雄激素誘導PCOS模型

Ergenoglu等[9]利用DHT誘導青春期(8～12周)大鼠PCOS模型，發現白藜蘆醇可以使卵巢形態回復正在、卵泡數量增加、抗苗勒氏管激素和胰島素樣生長因子1水平降低。嚙齒動物誘導PCOS癥狀是該模型應用的主要限制因素。

1.1.4 來曲唑誘導PCOS模型

來曲唑是一種非甾體芳香酶抑制劑，通過抑制雄激素向雌激素轉化使內源性雄激素水平升高[10]。在小鼠PCOS模型中，從21日齡開始，用8 mg來曲唑包埋緩釋處理連續90 d，可以導致小鼠性周期紊亂，稀發排卵，卵巢多囊化和非典型出血性囊腫，但小鼠沒有出現代謝方面特征[2]。另一研究中，用來曲唑對青春期雌性C57BL/6N小鼠處理5周，導致睪酮(testosterone, T)血清水平增加，雌二醇(estradiol, E2)正常激素水平表達，黃體缺少，卵巢囊性化，出現類似人PCOS的生殖特征。同時出現PCOS代謝紊亂特征，小鼠重量增加、腹部肥胖和脂肪細胞大小增加、糖耐量降低等[11]。來曲唑誘導動物模型表現為PCOS生殖和代謝兩方面癥狀，但停止來曲唑誘導后，小鼠生殖功能恢復。同時，該模型不適合研究雌激素高的多囊卵巢綜合征。

1.1.5 雌激素誘導PCOS模型

部分臨床PCOS患者的雌激素水平升高，多數研究為戊酸雌二醇(EV)誘導PCOS模型。通過對成年大鼠皮下注射EV誘導PCOS大鼠模型，兩個月后大鼠出現卵巢多囊化、T和E2水平升高[12]。雌激素誘導的 PCOS小鼠模型，通過5～7日齡小鼠每天皮下注射20 μg的雌激素，小鼠成年后表現出卵巢多囊化和黃體缺少[13]。雖然EV誘導嚙齒動物PCOS模型中卵巢的生理學和解剖學與人類相似，但未見人類典型代謝異常數據，該模型不適合下丘腦-卵巢軸相關研究。此外，雌激素模型的性激素特征和卵巢形態特征也不一致。

1.1.6 糖皮質激素誘導PCOS模型

用糖皮質激素進行產前處理的小鼠表現出與PCOS患者相似的代謝紊亂[14]，該模型用于評估PCOS氧化應激對腎臟中線粒體功能的影響。另一個小鼠模型用于評估PCOS的排卵功能障礙和胰島素抵抗研究。小鼠給予1 mg/kg 的地塞米松后出現卵巢排卵率、T和E2水平升高，糖耐量減少，胰島素抵抗[15]。

1.1.7 孕激素(Progesterone, P)聯合人絨毛膜促性腺激素(hCG)誘導PCOS模型

將炔諾酮硅膠棒埋于23日齡大鼠背部皮下，3 d后皮下注射2.5 IU hCG，每日兩次[16]。結果發現類似人的PCOS特征，卵巢重量增加、體積增大，卵巢囊性擴張卵泡，卵巢原始卵泡和顆粒細胞層數減少，T和胰島素(Insulin, INS)血清水平增加。桂文武等[17]研究發現大鼠卵巢多囊化，顆粒細胞層減少，黃體化激素(LH)和T血清水平升高。該動物模型實驗周期短、重復性好，且卵巢與PCOS患者病理形態學和血漿激素水平相似。但該模型對下丘腦-垂體-卵巢軸相關的PCOS的病因分析具有局限性。

1.2 INS聯合hCG誘導PCOS模型

INS聯合hCG誘導大鼠PCOS首先由Poretsky建立，將成熟的SD大鼠每天皮下注射INS，連續 10 d，從0.5 U遞增至6.0 U，再持續給藥12 d，同時每天2次皮下注射1.5 U hCG，連續9 d[18]。該模型卵巢組織學改變與人PCOS相似，卵巢多囊化、無排卵，大鼠體內持續LH樣作用，出現高胰島素血癥和高雄激素血癥。盡管該模型的研究數量不如雄激素模型那么多，但該模型呈典型PCOS特征與臨床癥狀高度相似。該模型與人PCOS患者多個小卵泡囊狀擴張和排卵障礙的病變特征存在差異。

1.3 轉基因PCOS模型

現代研究發現PCOS具有一定的遺傳特性，表現為多基因的相關性。轉基因動物是研究疾病發生發展及機制研究的重要研究手段，可以提供研究PCOS復雜的病因學信息。現在已開發多種轉基因小鼠模型，顯示了人PCOS的一些特征(表1)。雄激素受體(androgen receptor, AR)基因敲除(knockout, KO)小鼠在性成熟后，性周期延長、卵巢多囊化、黃體數目逐漸減少、排卵率和卵泡成熟率下降、產仔數量也減少[19]。AR基因KO小鼠整體缺失AR后，引起雄激素不敏感綜合征，影響雄激素在生殖內分泌方面研究。LH轉基因小鼠模型表現為LH過表達，卵巢體積增大、卵巢形成囊腫，卵泡和顆粒細胞層數減少、稀發排卵、睪酮和E2水平增加[20]。該模型在LH水平持續升高同時產生了與PCOS無關的特征，如卵巢腫瘤、黃體細胞過多而擴張的卵巢。

表1 PCOS轉基因小鼠模型與人PCOS相似性比較

注：+：結構改變；-：正常；ND：未檢測；↑：升高或增加；↓：降低或減少；*：延長或紊亂或中斷；#：下降或不育。

Note. +, structural change. -, normal. ND: not detected. ↑, increased. ↓, decreased. *, prolonged or disordered or interrupted. #, decreased or infertile.

1.4 持續光照誘導PCOS模型

嚙齒動物發情周期與晝夜系統相關，光暗周期可以控制動物促性腺激素和排卵情況。研究者通過將大鼠置于連續光照下誘導PCOS，發現持續光照大鼠性周期紊亂、卵巢多囊化、卵巢包膜、間質細胞增生[33]。同時卵巢內膜和間質細胞發生酶促反應引起高雄激素血癥和高雌激素血癥[34]。持續光照PCOS模型在無激素條件下可誘導PCOS，但該模型轉至正常光照周期環境，PCOS特征可恢復正常。因此，需要進一步評估該模型在PCOS病因和發病機制與PCOS患者的相似性。

1.5 其他誘導PCOS模型

通過DHEA聯合INS誘導42日齡大鼠，發現大鼠性周期紊亂，卵巢重量增加和體積增大，卵巢多囊化、無排卵、高雄激素血癥等PCOS典型特征[35]。該模型缺乏穩定性和持久性，不利于研究PCOS長期及并發癥的研究。大鼠皮下注射20 IU孕馬血清促性腺激素(pregnant horse serum gonadotropin, PMSG)，然后分別在16 h和40 h后連續兩次皮下注射2 mg米非司酮(RU486)，同時在PMSG注射48 h后注射20 IU hCG，結果顯示破壞的卵巢透明質酸結合蛋白1和相關基質金屬蛋白酶過度活化導致異常卵泡成熟的PCOS大鼠模型[36]。RU486是誘導高丙酸血癥特定模型。周越等[37]通過D-半乳糖誘導20周齡ICR小鼠，發現小鼠發情周期紊亂，卵巢多囊化，卵巢閉鎖增多和顆粒細胞層數減少，睪酮、胰島素和E2水平升高，促卵泡生長激素水平下降。將妊娠期大鼠置于慢性冷應激狀態(4℃，3 h/d)，結果發現新生大鼠卵巢中原始卵泡、發育卵泡和健康卵泡比例降低，孕酮、T和E2水平升高，顯示出多囊卵巢特征[38]。該模型常用于交感神經活動影響生殖功能的卵巢病變中作用。

2 PCOS非人靈長類動物模型PA誘導PCOS模型

通過PA誘導猴子生殖和多種代謝異常，表現高度類似人PCOS特征的動物模型。研究者在雌性恒河猴妊娠第40～44 天，每天皮下注射10 mg TP，連續15～35 d[39]。結果發現類似于PCOS患者，恒河猴卵巢多囊和排卵功能障礙，高雄激素血癥，腹部脂肪增多[40]。早期PA誘導恒河猴表現出與人類PCOS類似的代謝紊亂，主要是腹部肥胖和胰島素-葡萄糖代謝受損，這可能與胰腺B細胞功能障礙有關[41-42]。

3 PCOS反芻動物模型

3.1 PA誘導PCOS模型

多項研究證明母羊子宮內過量的雄激素導致促性腺激素分泌不可逆缺陷，最終導致PCOS。妊娠母羊肌肉注射TP(100 mg，每兩周一次)，在147 d妊娠期內的第30天和第90天之間注射60 d[43]。結果顯示卵巢中卵泡發育受阻、濾泡囊腫增加這與人PCOS一致。PA處理母羊出生的子代內分泌激素異常，表現為LH濃度增加[44]。產前雄激素化的母羊是研究子宮內PA處理的有益模型，以及對下丘腦-垂體-卵巢軸的影響，但對心臟代謝研究有限制。

3.2 糖皮質激素誘導的PCOS模型

常用牛作為單卵動物被用于糖皮質激素誘導PCOS動物模型。研究者利用地塞米松誘導奶牛胰島素抵抗，發現奶牛葡萄糖和胰島素增加、無排卵和E2減少等PCOS特征[45]。由于奶牛具有與人類相似的單卵，必須經歷卵泡選擇過程，該模型將有利于研究卵泡生長、偏離和排卵變化及生殖激素等。

4 小結

各種類型的PCOS動物模型已被用于不同研究。在嚙齒類、非人靈長類和反芻動物中類固醇誘導的模型應用最多，尤其是PA誘導的產前或產后不同發育階段的PCOS動物模型。來曲唑模型可用于研究PCOS各個方面。轉基因小鼠的PCOS模型為我們理解某一基因在PCOS病理機制中發揮重要作用。目前常用方法建立的大部分PCOS動物模型都具有卵巢多囊樣變的特點，有的還有內分泌和代謝異常(表2)。動物模型的研究結果可以為人類PCOS的生理學和病理學提供新的見解，為開發治療和預防女性PCOS提供幫助。

表2 PCOS動物模型與人PCOS相似性比較

注：+：結構改變；-：正常；ND：未檢測；↑：升高或增加；↓：降低或減少；*：延長或紊亂或中斷；#：下降或不育。

Note. +, structural change. -, normal. ND, not detected. ↑, increased. ↓, decreased. *, prolonged or disordered or interrupted. #, decreased or infertile.