瘦素與女性青春期發育關系的研究進展

郭羽佳，周潤雪，魏瑩

(天津醫科大學總醫院兒科，天津 300052)

0 引言

瘦素(leptin)是16KDa(千道爾頓)的多肽，由167個氨基酸組成，主要來自脂肪組織，胃腸道粘膜、乳腺上皮細胞、胎盤、腺垂體、肌細胞、人精子、卵巢、淋巴組織、骨髓亦可少量分泌[1]。除影響下丘腦-垂體-生長激素軸、軟骨生長、骨代謝、免疫、炎癥和生殖功能[1]，leptin亦是激活下丘腦-垂體-性腺軸(hypothalamus-pituitary-gonadal axis，HPG)的關鍵因子[1]。

青春期是性發育成熟的時期，亦是生殖功能的儲備時期。GnRH神經元激活，下丘腦-垂體-性腺軸啟動，青春期發育便開始，以女孩乳腺發育、男孩睪丸容積增大為首發表現。生后6-8周，有些嬰兒進入“小青春期”，因源于母體的雌激素中斷，性激素對下丘腦和垂體的負反饋抑制作用解除，HPG軸短暫激活。青春期前，性激素水平仍較低，負反饋抑制作用弱，GnRH神經元活動主要受中樞神經系統的抑制[2]。關于如何激活GnRH神經元啟動青春期發育，目前存在諸多觀點。

一項對中國青少年兒童性發育現狀的調查表明肥胖加速青春期啟動，甚至導致性早熟[3]。肥胖兒童的BMI、體脂含量及leptin較同齡正常體重兒童高，推測較高的leptin是青春期過早啟動的原因之一。本文將圍繞leptin在中樞(下丘腦-垂體)的信號傳遞及對外周組織(性腺、骨)的影響展開論述，描述其與青春期啟動及對女性青春期發育的影響。

1 Leptin激活下丘腦-垂體啟動青春期發育

Leptin與GnRH神經元上游的神經元交流，通過信號通路或經突觸接觸激活GnRH神經元，影響下丘腦-垂體軸的功能[4]。(1)Kiss1神經元介導leptin對GnRH神經元的作用。Iijima等人的研究表明超過90%的GnRH神經元上共表達kisspeptin內源性受體kiss1R；另外，超過40%的kiss1神經元上有編碼功能性leptin受體 mRNA(LEPRmRNA)表達，提示kisspeptin-kiss1R可能直接參與leptin-LEPR對GnRH神經元的調控[5]。(2)下丘腦乳頭體前腹側核(premammillary nucleus, PMV)上有豐富的LEPR表達，可與leptin結合產生信號傳遞；且PMV可通過突觸與GnRH神經元直接聯系，或與kisspeptin協同激活GnRH神經元。(3)Leptin使神經肽Y(neuropeptide Y, NPY)和Agouti相 關 蛋 白(agouti-related protein,AgRP)分泌減少，解除了二者對GnRH神經元的抑制[1]。

此外，leptin可對促性腺細胞上促性腺激素釋放激素受體基因(Gnrhr mRNA)進行轉錄后調控。Leptin受體特異性缺乏(LEPR-null)的促性腺細胞中Musashi(MSI)表達增加，后者是保守的RNA結合蛋白，可以與Gnrhr mRNA的3’-UTR末端結合抑制其翻譯；Leptin可抑制MSI從而使GnRHR蛋白表達增加，解除MSI對Gnrhr mRNA翻譯的抑制，減輕其對HPG軸的抑制作用[6-7](圖1)。

圖1 Leptin在下丘腦內信號傳遞(虛線代表抑制性信號)

除了經下丘腦-垂體信號通路激活GnRH神經元，leptin濃度過高或過低都會影響青春期啟動，甚至影響性腺功能。

Leptin基因缺陷小鼠(ob/obmouse)的leptin水平明顯降低，出現不育、性器官萎縮，注射外源性重組leptin后生殖器官的生長和功能恢復正常；在人群中，leptin降低同樣會導致性腺功能低下、青春期發育受抑制[8]。有研究示leptin濃度為10-12-10-10mol/L時促進 GnRH分泌，當濃度升至10-8mol/L時，促分泌效應消失，表明leptin對GnRH分泌的刺激需要維持合適的濃度范圍[9]。肥胖兒童雖然存在高瘦素血癥，但中樞神經系統內存在leptin抵抗，同樣無法保證正常的青春期進展[10-11]，有些肥胖兒童會出現性腺功能低下。總之，GnRH神經元的激活需要leptin突破某一閾值，濃度過高或過低都會阻礙青春期進程，甚至影響生殖功能。機體應保持適當的能量供應，以保證leptin處于合適的濃度范圍。但引發青春期啟動又不會帶來負面效應的leptin范圍目前仍無具體界值。大多研究表明leptin與BMI呈正相關，是否可認為控制BMI于合適范圍即代表維持leptin于適當的濃度，需要日后進一步的實驗證明。

GnRH神經元激活后促進垂體分泌FSH、LH。與我們通常認知的leptin激活下丘腦-垂體通路致FSH、LH同步分泌不同，在探究leptin是否直接作用于腺垂體影響FSH、LH分泌的動物實驗中，注射外源leptin導致LH分泌增加，對FSH分泌無影響[12]。此外，FSH、LH對性腺的作用時間點不同：LH促進男童Leydig細胞分泌睪酮(T)，在女性排卵時才發揮作用；FSH在女童促進卵泡形成和雌激素分泌，在男性直到遺精才發揮作用[13]。青春期前，leptin水平隨年齡和體脂含量增長緩慢升高；進入青春期，女童體內leptin水平受雌激素(E2)影響不斷升高，但男童leptin水平卻降低，可能與體內睪酮水平升高對其產生抑制作用相關[10]。提示leptin的變化趨勢存在性別差異，leptin與E2正相關，與高水平T負相關。

當青春期啟動，FSH、LH、E2等激素水平均明顯升高。當基礎LH≥5.0U/L，可確定性腺軸啟動；當基礎值無法判斷，行GnRH激發試驗后出現LH≥5.0U/L和LH峰值/FSH峰值≥0.6，可診斷中樞性性早熟[14]。至此，我們尚無法確定動物實驗中出現的leptin激活垂體功能后FSH、LH升高程度不一致在人群中是否同樣存在，LHmax/FSHmax比值是否穩定、其與leptin水平是否相關，這些問題都有待進一步考證。leptin與性激素水平相關，leptin逐漸升高貫穿女童整個青春期，僅在男童青春期前期保持趨勢一致。考慮是否受性激素影響，leptin會加速女童青春期后期發育進程，縮短男童從青春期啟動至加速期的時間，繼而影響青春期發育帶來的體格發育第二高峰。判斷對青春期總進展時間的影響需要長期隨訪追蹤。

2 Leptin對子宮、卵巢、乳腺的影響

Leptin還可作用于外周組織，促進子宮、卵巢、乳腺的發育，調控性腺及生殖系統的功能。

Wen等人認為子宮內膜厚度改變對區分性早熟兒童和正常同齡兒童具有較高特異性[15]。在日常臨床工作中輔助超聲檢查性早熟女童子宮的發育程度，子宮內膜的厚度受性激素的影響，隨性發育分期進展逐漸增厚，正常女童或已使用促性腺激素釋放激素類似物(GnRHa)抑制性發育的女童，子宮內膜通常顯示不清或不顯示，驗證了Wen的結果。早期 RUBE'N RENE'GONZA'LEZ等 人 首 次 描 述 了leptin及LEPRb(leptin的長型受體)在成年女性的分泌期子宮內膜上皮和體外培養的子宮內膜上皮細胞中表達。子宮內膜不僅可以局部合成分泌leptin，以自分泌或旁分泌的形式發揮作用，也是循環中leptin作用的靶點[16]。因前述實驗是以成年女性子宮內膜為標本證實存在leptin和LEPRb，二者是否從青春期啟動前就在女童子宮上表達，是否直接結合促進子宮內膜成熟，有無中間轉導通路等問題仍需加以探究。

除FSH、LH影響卵巢的發育及功能，leptin同樣可以調節卵巢類固醇激素的合成及卵泡發育，反之，雌孕激素協同正反饋促進leptin分泌[17]。卵巢分泌的leptin是血液循環中不可忽略的一部分，它由卵巢組織旁分泌產生而非直接源自脂肪組織，明確的機制及leptin在卵巢中的信號傳遞尚不清[17]。此外，前述leptin對GnRH神經元的作用依賴信號傳遞和合適的濃度，leptin濃度過高同樣可以影響卵巢功能。胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1, IGF-1)本可協同FSH促進卵泡發育，當leptin濃度高于10 ng/mL時可抑制IGF-1的協同作用，并直接抑制FSH促卵泡發育的作用及對促性腺激素的應答[18]。

林葉等人[19]的實驗表明小鼠乳腺上皮細胞系中存在leptin及LEPRb，二者在乳腺中表達部位相似，LEPRb是leptin的專一性配體，leptin對LEPRb表達有正向誘導作用。在青春期，leptin主要出現于乳腺脂肪細胞、導管上皮細胞及圍繞導管的基膜，與LEPRb結合后調控乳腺上皮細胞生長、凋亡。據此推斷乳腺局部過多的脂肪組織產生的leptin可作用于局部LEPRb受體促進乳腺發育。肥胖兒童青春期發育前，乳腺中實體組織占比少，乳房由大量脂肪墊填充。對此類兒童應注意區分脂肪堆積和真正乳腺發育。

以上我們談到了leptin對子宮、卵巢、乳腺的作用，主要是與受體結合后促進組織發育及功能成熟。根據臨床經驗，子宮、卵巢、乳腺在性早熟女童中變化明顯，如超聲檢查顯示子宮內膜清晰且厚度增加，子宮長徑增加；卵巢容積增大，其中大于4mm的卵泡數個；觸診于乳暈下方可及乳腺腺體結節，超聲提示乳核提示乳腺發育。青春期亦是生殖功能的儲備時期，臟器的正常結構及內部完整的信號傳遞通路是正常生理功能的基礎。同時leptin作為調節機體能量代謝的信號，可將機體能量儲備充足的信號傳至中樞，繼而完成對GnRH神經元的激活，啟動青春期發育；也可直接作用于子宮、卵巢、乳腺在下游水平促進青春期發育。

3 Leptin影響骨骼生長

青春期是生長發育的第二高峰。青春期身高突增主要因性激素、生長激素(GH)、IGF-1共同作用[20]。Leptin同樣是骨骼生長因子，進入青春期前leptin升高刺激骨骺生長中心IGF-1R基因表達和富集，誘導骨骺生長板軟骨細胞增生和分化[20]。除了通過IGF-1R促進骨骼生長，MajdiMasarwi等人首次描述了leptin調節芳香化酶的表達影響生長板軟骨細胞的發育。Leptin與LEPRb結合，激活MAPK、STAT3、PI3K信號傳導通路使下游ERK1/2磷酸化，誘導芳香化酶的表達，睪酮經芳香化酶的作用轉化為雌激素的量增加，加速生長板軟骨細胞的衰老，導致生長板高度降低[21]。雌激素對骨骼的作用無性別差異。Leptin中樞性抵抗使下丘腦與生長板等組織對leptin的敏感度不同，因此肥胖兒童雖在青春期前表現生長加速，身高高于同齡兒童，但較早進入青春期，喪失了骨骼發育潛力，終導致矮身材[21]。

綜上，leptin刺激骨骺IGF-1R的表達并協同GH/IGF-1軸促進機體生長，亦可通過LEPR信號通路影響生長板的發育。leptin對骨發育的正向作用亦依賴合適的濃度，肥胖兒童體內的高leptin、高雌激素水平會影響骨骼的生長潛力，機體線性生長速率較青春期前降低，骨骺提前閉合，難以達到理想成年身高，可能在性早熟兒童中表現更加明顯。

4 Leptin與LEPR及信號傳導

Leptin受體(LEPR)屬于I類細胞因子家族，分為3種類型：長型(LEPRb)、可溶型(LEPRe)、短型(LEPRa、LEPRc、LEPRd、LEPRf)。除了LEPRe，余均由胞外結合域、跨膜區及胞內結合域組成。它們的分布及作用各異：短型受體主要分布于腦、肺等組織，如LEPRa、LEPRc主要協助leptin穿透細胞屏障；LEPRe是血液循環中主要的leptin結合蛋白，調控leptin生物學活性；LEPRb在下丘腦高度表達，是發揮信號傳導作用的主要受體，與leptin結合后激活JAK激酶2(Janus kinase 2,JAK2)，使LEPR胞內的酪氨酸殘基(Tyr985、Tyr1077、Tyr1138)磷酸化，后者招募胞漿內下游的信號適配器，激活不同的信號通路：JAK-STAT、IRS1/2-PI3K-Akt、SHP2-ERK等，信號通路也處于SOCS3等負向調控因子和SH2B1的正向調控中[22-23]。在leptin突變(ob/ob)、LEPR基因突變(db/db)或LEPR信號傳導異常的病例中，會出現飲食過度、病態肥胖、無青春期生長高峰、無第二性征發育等表現[24]。總之，正常的信號傳導通路是leptin發揮生物學效應的分子結構基礎。

5 總結

本文論述了leptin對女性青春期啟動及在青春期發育中的作用，正常的信號傳導通路與正常的濃度范圍是其發揮生物學效應的關鍵。Leptin可從下丘腦、垂體等中樞水平進行調控，同時影響子宮、卵巢、乳腺、骨等外周組織的成熟及功能。目前對leptin在中樞的信號傳遞的研究不斷出現新進展，對外周組織的影響機制還需深入研究。Leptin水平異常不僅導致能量代謝失衡，同時影響青春期進展和未來的生殖功能。如今兒童肥胖是全球重大的公共健康問題，肥胖引起leptin升高促使兒童更早進入青春期，削弱生長潛力。作為肥胖基因(ob gene)的產物，leptin是導致青春期過早啟動及影響進展的重要神經內分泌因子。維持leptin在何種濃度范圍，避免對青春期進程產生不良影響，及leptin與女性青春期發育之間的關系仍有待進一步探究。