卵巢早衰發生機制及其防治策略的研究進展

王慧慧，胡靜怡，姚桂東

(鄭州大學第一附屬醫院生殖醫學中心,鄭州 450052)

卵巢衰老(ovarian aging)以卵泡數量和質量下降為主要特征,表現為月經周期紊亂甚至閉經、生育力逐漸下降至徹底喪失,并伴有全身各系統相關疾病的發生發展,最終進展為絕經。卵巢衰老根據病因可分為生理性和病理性兩種類型。生理性卵巢衰老是女性的一種正常生理過程,即卵巢功能隨著年齡增長出現的漸進性衰退。病理性卵巢衰老,即卵巢早衰(premature ovarian failure,POF),則是在遺傳、環境、免疫、氧化應激或某些外傷的影響下出現的卵巢功能異常減退,可發生在低于40歲的較為年輕的女性群體中。目前,許多女性在工作壓力下錯過了最佳生育年齡,且受到環境污染等各種因素影響,卵巢衰老進程加快,甚至發展為POF,使不孕及異常妊娠發生率顯著增加,引起我國及全球生育率下降。因此,探究POF的發生機制、探索延緩卵巢衰老的有效策略對改善女性不孕及不良妊娠結局具有重要指導意義。本文基于國內外最新研究成果,綜述多種因素對POF的影響,為深入了解POF及其引發的全身多系統相關的防治提供新思路,并為優生優育提供一定的參考價值。

一、POF發生的影響因素

目前的研究認為,遺傳、免疫、環境、氧化應激、慢性炎癥等影響因素均可能導致POF的發生,某些不良生活習慣如吸煙、過度飲酒、熬夜等可以加速這一進程。但在臨床上,POF多為綜合因素致病,且具體病因迄今尚未完全闡明。

1.遺傳因素:包括基因突變、表觀遺傳調控、DNA損傷、端粒酶改變以及線粒體功能異常等影響因素。

通常情況下,體細胞DNA高度穩定,承載著整個機體的遺傳信息。染色體數量、結構和片段異常及單個核苷酸位點突變均可能導致卵巢功能異常。有研究證明,人HELQ基因的純合錯義突變可通過影響DNA損傷修復導致原發性卵巢功能不全(POI),關于HELQ基因突變與POI的研究主要集中在歐洲人群和少數其他族群,目前已知這種突變在漢族POI患者人群中發生率極低[1]。此外,機體可通過表觀遺傳調控POF進程。研究發現,DNA甲基化、組蛋白修飾及長鏈非編碼RNA(lncRNAs)均與卵巢儲備功能下降(diminished ovarian reserve,DOR)相關。N6-腺苷酸甲基化(N6-methyladenosine,m6A)是mRNA最常見的堿基修飾方式,在氧化應激、炎癥刺激等因素的影響下,機體可通過下調卵巢顆粒細胞中去甲基化酶(fat mass and obesity-associated protein,FTO)的表達,導致細胞內m6A修飾異常增多,促進POF的發生[2]。Kimura等[3]發現,lncRNA-Amhr2可通過調控抗苗勒管激素(AMH)的分泌調控卵巢顆粒細胞功能;陳亞楠等[4]提出lncRNA A-30-P01019163可能通過促進顆粒細胞增殖和凋亡來影響卵泡發育。以上結果表明,lncRNA參與了卵巢顆粒細胞增殖和凋亡過程,在POF進程中發揮不可忽視的作用。

DNA損傷在POF進程中發揮了重要作用。一方面,DNA損傷會觸發染色體異常、基因突變等問題,影響卵母細胞質量;另一方面,DNA損傷還可以通過激活p53、p16INK4a、p21等信號通路,抑制卵泡發育和成熟,同時增加卵泡凋亡的發生率,導致卵母細胞數量減少、質量下降,促進POF的發生[5]。DNA損傷修復途徑受損則會影響生殖細胞基因組穩定,影響卵巢儲備[6]。研究表明,氧化應激、熱量限制等途徑可能激活叉頭框蛋白O3(FOXO3)信號通路,導致卵泡中DNA損傷的積累,進而造成卵泡發育障礙和卵巢功能下降[7]。目前關于DNA損傷造成POF的具體作用機制尚未完全知曉。

端粒位于染色體末端,能極大限度的保護染色體的完整性,維持基因組穩定。端粒酶的激活可調控細胞中端粒長度的平衡,促使細胞正常持續分裂。因此,端?？s短和端粒酶的異常對生殖細胞、癌細胞以及干細胞等分裂行為活躍的細胞具有顯著的不良影響,會降低細胞的增殖分化能力,加速衰老,誘導細胞凋亡。有研究發現,卵巢的端粒酶活性有隨著年齡增長而下降的趨勢,且一些POF患者相較于同年齡段卵巢功能正常者而言,其卵巢細胞內的端粒長度要更短一些,表明端粒的縮短可能在POF中發揮重要作用[8]。2021年,Chen等[9]首次提出,醋酸鹽可提高端粒附近組蛋白H4K16的乙?；?引起去乙?；瘡秃衔飶亩肆^域滑落,破壞端粒異染色質結構從而特異地加速衰老發生。端?？s短被認為是衰老的特征之一,但可以通過基因治療等方法維持端粒長度,重建卵巢功能、延緩女性生殖衰老甚至延長壽命,這有望成為生殖醫學和生命科學研究領域的診療熱點。

線粒體是在卵母細胞中數量最多且唯一含有自身基因組(mtDNA)的細胞器,是內源性活性氧的主要來源,在氧化磷酸化、細胞周期、鈣穩態、衰老和凋亡的調節供能過程中發揮關鍵作用[10]。線粒體功能障礙時,可通過線粒體數量、形態、mtDNA異常以及氧化應激損傷等多種途徑造成能量代謝紊亂,限制卵泡發育和成熟,進而引起卵巢儲備功能下降[11]。機體在疾病狀態或長期刺激狀態下,mtDNA突變會積累到一定量,可觸發細胞自噬過程,導致線粒體總量減少,增加還原型輔酶Ⅰ/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)比例,加劇氧化還原,誘導POF發生[12]。

2.免疫因素:免疫系統參與了POF的調控過程,具體可能包括自身免疫反應和免疫抗體及免疫細胞介導的免疫應答對卵巢組織的破壞。自身免疫反應指免疫系統錯誤的攻擊正常卵巢組織或細胞,這種攻擊可能導致卵巢組織損傷和功能下降,使卵巢提前進入衰老狀態。自身免疫反應觸發原因尚不完全清楚,但可能與遺傳、環境因素和生活方式有關。如有研究表明,吸煙、過度飲酒、喝咖啡和營養不良等均可能會增加自身免疫反應的風險[13]。當機體處于感染、藥物反應或自身免疫反應狀態時,免疫抗體和免疫細胞介導的免疫應答會對卵巢的正常生理結構和功能造成不可逆的損害。

此外,纖維化是一種與免疫系統有關的病理過程,可普遍發生于肺、脾臟、肝臟和卵巢等全身多器官中。當卵巢受到損傷時,如卵巢異位囊腫、多囊卵巢綜合征、不安全人工流產術后等情況下,若修復過程中促纖維化因子與抗纖維化因子失衡,纖維化進程持續進展,則會損害卵巢的正常生理結構。若沒有采取及時有效的治療方法,纖維結締組織大量增生,卵巢失去結構完整性的同時還會伴有功能的逐步減退;當纖維化修復過強失控時,甚至發生卵巢衰竭[14]。

3.炎癥因素:當機體長期處于慢性炎癥環境時,白介素6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、前列腺素E2(PGE2)等炎癥因子的過度表達會導致機體持續處于高度促炎狀態,誘導女性卵巢組織呈現不可逆的病理改變[15]。TNF-α、IL-6、PGE2等目前已被證實與卵巢儲備下降相關。隨著年齡的增加,上述炎癥因子在衰老器官的血清水平顯著增高,在POF小鼠的卵巢中增幅尤為顯著,使用抗炎化合物治療后,受損的卵巢功能得以修復[16]。這提示我們或許可以通過抗炎來防治POF的發生。

4.環境因素:近年來,空氣污染對生殖健康的危害越來越受到重視。流行病學和臨床試驗研究證明,空氣中的PM2.5細顆粒物主要通過激活核因子(NF-κB)/IL-6 途徑及其相關的氧化應激誘導卵巢細胞凋亡和全身炎癥,降低卵巢儲備,誘導POF發生[17]。塑料袋中某些化學物質對人類健康存在一定威脅,如鄰苯二甲酸酯(phthalate acid esters,PEAs)、雙酚A等。PEAs的雌性生殖毒性作用的主要靶器官為卵巢,具有抑制卵泡生長、阻礙正常排卵以及干擾女性激素的合成與代謝過程等作用,長期暴露將會給卵巢帶來不可逆的損害[18]。此外,Li等[19]發現,某些食品添加劑和女性常用的護膚品中含有對羥基苯甲酸酯(PrP),懷孕期的ICR小鼠腹膜內注射人類相關劑量的PrP會加劇卵巢氧化應激、炎癥和纖維化,從而激活線粒體凋亡途徑促進卵泡閉鎖。類固醇生成因子(steroidogenic factor-1,SF-1)是卵巢類固醇激素合成的重要靶點,有研究發現大鼠高劑量砷暴露處理后SF-1啟動子區的DNA甲基化水平提高,進而降低了SF-1 mRNA的表達水平,類固醇激素合成關鍵酶的表達下調,影響卵巢顆粒細胞類固醇激素的合成,最終進展為卵巢儲備功能下降[20]。

5.細胞氧化應激:細胞內活性氧(ROS)包括自由基和非自由基,大多是在真核細胞常見的代謝過程中作為副產物生成。它們都含有氧原子,并具有很強的氧化能力。低濃度的ROS廣泛參與轉錄因子的激活以促進細胞增殖、分化,對卵巢中各級卵泡發育起著重要作用。然而,ROS水平過高時,將誘發卵巢細胞產生氧化應激,對DNA、蛋白質等造成氧化損傷,從而導致POF和相關疾病的發展[21]。盡管氧化應激在POF中的作用機制尚未完全闡明,但目前認為在氧化應激狀態下,卵巢組織中的抗氧化酶和分子,如超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)等無法有效清除ROS,導致ROS進一步堆積,引起DNA氧化損傷和修復機制的失調,最終降低卵母細胞的發育潛能。同時,多種信號通路,如NF-κB、JNK、p38MAPK等被激活,可能直接或間接地促進卵巢細胞凋亡和損傷,進而引起POF[22]。

內質網在細胞內蛋白的合成、折疊、修飾等特定功能方面發揮著不可或缺的作用。當內質網內腔中未折疊或錯誤折疊的蛋白質過多積累時,某些內質網特異性分子可通過特殊機制感知并觸發內質網應激(endoplasmic reticulum stress,ERS)[23]。長期無法解決的ERS是造成POF的重要因素。ERS可能通過多種機制,如炎癥反應、細胞凋亡、內質網膜蛋白異常、細胞周期調控失衡等引起POF。最近的研究表明,ERS可能影響血管內皮細胞的增殖和遷移,從而影響卵巢血管生成,導致卵巢組織缺氧和萎縮[24]。盡管具體生物學機制尚不清晰,但探究ERS介導的細胞凋亡通路對拯救生殖衰老或許有全新的指導意義。

許多影響POF的因素均通過激活氧化應激達到最終結局,氧化應激也促進了其它相關病因的發展,包括端?？s短、線粒體功能障礙、細胞凋亡和炎癥,這為我們理解POF的發生機制提供了新的見解。因此,減輕卵巢氧化應激是治療POF的重要手段。與合成抗氧化劑相比,天然產物抗氧化劑具有較高的抗氧化應激能力,安全且可接受性強,或許可以為預防或治療POF及相關疾病提供新的、安全的干預策略。

二、POF防治相關策略

定期進行婦科檢查和血液檢查,可以對卵巢功能異常變化進行提前預警,及時采取治療措施。一些疾病如甲狀腺功能異常、自身免疫性疾病、某些遺傳性疾病等可能會引起POF[25],需要加以關注,提前預防POF的發生。隨著研究的不斷深入,除了可以通過調整生活方式防治POF,也有研究發現許多食品和藥物中的成分具有改善卵巢功能的作用。此外,研究人員也發現了多個可能影響卵巢功能的基因,發現或許可以通過干預基因表達為治療POF提供更多的可能性。

1.調整生活方式:采取健康的生活方式,包括均衡飲食、適當的鍛煉和良好的睡眠習慣。吸煙和過量飲酒可能會加速POF進程,建議戒煙限酒以減少對身體的負面影響。肥胖會影響體內激素水平進而對卵巢功能造成負面影響,因此,應控制體重,維持體質量指數(BMI)在(18.5～24.9)kg/m2之間。此外,睡眠充足可以促進身體新陳代謝和激素水平的平衡,有助于預防POF的發生。

2.藥物治療:目前常用藥物包括激素類、抗氧化劑類以及一些臨床代謝類藥物。雌激素替代療法(hormone replacement therapy,HRT)是目前最常用的POF治療方法。一方面,雌、孕激素的補充可以彌補卵巢功能衰退時的激素不足,有助于維持卵巢組織的正常結構和功能,降低卵巢萎縮和卵泡損失的風險;另一方面,HRT可以減少慢性炎癥反應在卵巢中的發生,減慢POF的進展速度。但HRT的長期使用會增加血栓形成、心血管疾病、乳腺癌等的風險,對于患有這些疾病或存在高風險的人來說可能并不適合[26]。黃體酮類藥物可以促進子宮內膜增生和生殖能力,如適當的服用醋酸甲羥孕酮可能有助于減緩POF的進程[27]。脫氫表雄酮(dehydroepiandrosterone,DHEA)是一種由腎上腺分泌的激素,可以轉化為雄激素和雌激素。一些研究表明,DHEA的補充可以改善卵巢功能,防治POF[28]。

褪黑素(melatonin)是由松果體分泌、受光周期調控且僅在夜間釋放的一種激素。一方面,褪黑素可通過增加解偶聯蛋白(uncoupling proteins,UCPs)活性、促進線粒體合成及調節線粒體穩態等方式起到保護線粒體的作用,減少自由基的產生,改善卵巢功能。另一方面,褪黑素還可促進DNA損傷修復,確?；蚍g的準確性和蛋白質合成的穩定性,發揮防治POF的作用[29]。研究發現,褪黑素存在于卵巢卵泡液和卵母細胞中,具有強大的抗氧化能力,可以去除活性氧ROS 和活性氮(reactive nitrogen species,RNS),對抗卵巢細胞的氧化應激,且其清除作用是直接作用,不需要受體介導[30]。因此,褪黑素可能在卵母細胞成熟、受精、胚胎發育和對抗POF快速進展中發揮多種有利作用。

黃芩苷(baicalin)是坤泰膠囊的主要成分,可通過雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路改善卵巢功能,降低氧化應激對顆粒細胞活力的影響,減少細胞凋亡[31]。谷胱甘肽、維生素C(抗壞血酸)和維生素E(α-生育酚)等作為天然抗氧化劑,口服可以預防衰老對小鼠卵母細胞質量的負面影響[32]。

槲皮素(quercetin)是一種重要的類黃酮物質,在水果和蔬菜中含量豐富。研究發現,給予POF大鼠槲皮素處理后,血清中AMH、雌二醇(E2)、FSH和LH水平含量增加,FSH/LH 比值顯著降低,表明槲皮素能改善POF大鼠性激素水平[33]。此外,槲皮素還能促進各級卵泡發育和顆粒細胞增殖,協同正向誘導內分泌變化,修復卵巢功能。還有研究發現,槲皮素可通過直接清除氧化自由基、鰲和金屬離子、降低脂質過氧化產物丙二醛及調節抗氧化酶SOD、GSH-Px等的活性,減緩機體氧化應激過程[34]。

臨床上的一些代謝類藥物目前已被證實具有防治POF的作用。二甲雙胍作為糖尿病的一線用藥,還可通過誘導沉默信息調節因子2相關酶類 1(silent information regulator factor 2 related enzymes 1,SIRT1)的表達,減少氧化損傷,在機體和細胞水平對抗衰老[35]。他汀類藥物對女性生殖健康產生的積極影響也在不斷探索中。另外,一些保健品也被宣傳可以改善POF帶來的卵巢功能損害,如大豆異黃酮、葡萄籽提取物、葛根提取物等[36]。但是,這些藥物的療效還需要進一步研究證實。

3.基因治療:目前,一些基因已被證明與POF相關,研究人員正在探索利用RNA干擾技術(RNAi)和基因編輯技術(例如CRISPR-Cas9基因編輯技術)來調控衰老相關基因的表達,甚至替換異常基因,從而達到減緩衰老、延長壽命的目的。

近年來的研究表明,SIRT1在細胞增殖分化、能量代謝、自噬凋亡、穩態調節等多種生理過程發揮重要作用。且越來越多的研究發現,SIRT1可通過多途徑參與卵母細胞發生和延緩POF進程。FoxO、p53和NF-κB等可通過與一些因子結合參與炎癥和凋亡的調節,在細胞核中,SIRT1作為交通樞紐介導去乙?；饔?降低上述因子轉錄水平,抑制細胞凋亡[37]。在卵巢組織中,SIRT1可能通過激活ERK1/2 信號通路誘導顆粒細胞對凋亡的抵抗,直接抑制卵泡閉鎖[38]。研究發現,用能產生ROS的物質處理動物細胞,可上調SIRT1在細胞核中的表達并抑制細胞凋亡[39]。以上研究表明,SIRT1可通過減少ROS的產生,起到保護機體的作用,參與調節氧化應激狀態下的細胞生存環境、抑制生殖細胞凋亡,在POF中發揮潛在的保護作用。

最新的研究表明,IDO1基因和QPRT基因的活性和表達水平可能也與POF相關。目前已知,NAD+在POF中起著重要作用,IDO1和QPRT作為NAD+從頭生物合成中的兩個關鍵基因,敲除后會導致小鼠卵巢NAD+水平下降,引起小鼠動情周期紊亂,卵巢儲備減少和誘導POF發生[40]。通過調控上述基因的表達,或許可有效改善POF小鼠的卵巢功能,為防治POF提供了一種可能的方法。此外,FOXO3a基因、BCL2基因目前也被證實可能與POF具有一定的相關性[41]。

CRISPR-Cas9是一種新興的基因編輯技術,可以精確地修改基因序列,從而影響基因的表達[42]。因為POF與氧化應激有關,故導入表達SOD1基因的載體可以增加卵巢內SOD1的表達,從而減少卵巢細胞受氧化應激的損傷;導入表達FSH基因的載體則可以促進卵巢內卵泡的發育和雌激素的合成,從激素水平改善卵巢功能。這些方法已經在動物模型中取得了一定效果[43],但需要進行更多的研究以確定它們是否安全有效,并且應用于人體前仍需要進一步研究。

需要強調的是,基因治療作為一種有希望的方法,具有一定的潛力,但目前仍處于研究階段,具體的應用尚需更多的研究和實驗來驗證其效果和安全性,并嚴格遵循相關的法律法規和倫理準則。在延緩卵巢衰老策略上,應以保持健康的生活方式和藥物干預為主要手段。

三、總結與展望

綜上所述,造成POF的各種因素并非獨立存在,而是相互影響、協同促進衰老的加速進展。因此,我們可以從多方位對其進行綜合性探究。隨著我們對POF的研究越來越深入,已探索出了多個切實可行的防治策略,為減緩女性卵巢衰老和全身多系統疾病發生拓寬道路,同時有助于降低流產和減少出生缺陷的發生。