二甲雙胍調控子宮內膜容受性的機制研究進展

付平芳，楊一華，符曉倩

(廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院生殖醫(yī)學中心，南寧 530021)

成功的妊娠需要優(yōu)質的胚胎、處于接受狀態(tài)的子宮內膜及二者之間同步發(fā)育、協(xié)同對話。目前臨床上輔助生殖技術(ART)在獲取和篩選高質量胚胎方面已取得了較大的進步，但體外受精-胚胎移植(IVF-ET)種植率及活產率在世界范圍內仍然較低，這表明妊娠失敗的原因中子宮內膜容受性缺陷是關鍵。有研究認為，失敗的妊娠中，胚胎因素僅占1/3，約2/3是子宮內膜容受性不良或不佳的母胎互作對話導致的[1]。子宮內膜容受性指子宮內膜允許胚泡定位、粘附、侵入并最終著床發(fā)育的能力，有嚴格的時間和空間限制。一般認為，對于標準月經周期為28 d的女性，子宮內膜處于容受狀態(tài)的時間為自然周期的20～24 d，也稱“植入窗”[2]。然而，目前評價和改善子宮內膜容受性的措施尚缺乏。二甲雙胍作為一種胰島素增敏劑，在改善胰島素抵抗(IR)患者能量代謝及其并發(fā)癥方面有著明顯的作用，其適應癥也越來越廣，目前也應用于不孕癥的治療，成為提高胰島素抵抗相關疾病患者生育能力的有效藥，特別是在恢復多囊卵巢綜合征(PCOS)女性排卵和改善子宮內膜容受性方面取得了不錯的成效。然而，二甲雙胍調控子宮內膜容受性的機制仍然了解甚少。本文將以能量代謝為主軸，分析能量代謝與子宮內膜容受性之間的關系，以及二甲雙胍在調節(jié)能量代謝、氧化應激及炎癥方面的機制，對二甲雙胍改善子宮內膜容受性的可能機制進行綜述。

一、子宮內膜容受性與能量代謝

成功的胚胎植入需要容受態(tài)的子宮內膜，而適當的葡萄糖代謝是子宮內膜進入容受狀態(tài)的關鍵。在胰島素的影響下，葡萄糖轉運蛋白(GLUTs)負責許多組織的葡萄糖攝取，包括人類子宮內膜。早期胚泡定位、黏附、侵襲、發(fā)育，以及子宮內膜上皮細胞骨架重塑、功能層到蛻膜的正確分化、細胞凋亡和自噬，都依賴于葡萄糖代謝來提供能量。因此，糖代謝障礙導致的能量儲備不足會影響子宮內膜容受性建立，從而阻礙著床[3-4]。

1.糖原代謝與子宮內膜容受性：子宮內膜的葡萄糖代謝具有組織特異性，其特點是缺乏糖異生和以糖原形式儲存多余的葡萄糖[5-6]。在植入的短時間內，子宮內膜的血管重構尚未發(fā)生[7]，循環(huán)母血中的葡萄糖供應很難滿足如此大的能量需求，因此，子宮內膜上皮細胞(EECs)糖原的合成儲存和分解利用在著床過程中起重要作用[8-9]。Ma等[3]研究發(fā)現，在“植入窗”期，2型糖尿病(T2DM)小鼠子宮內膜組織中的葡萄糖濃度顯著增加，而糖原濃度較對照組明顯降低，糖原合成酶表達明顯減少，子宮內膜容受性標志物如胞飲突的數量、白血病抑制因子的表達也低于對照組。考慮因胰島素抵抗，子宮內膜GLUT4表達下降，葡萄糖轉運及利用障礙，導致糖原合成受損，能量失代償，最終阻礙子宮內膜容受性建立[10]。

2.腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)與子宮內膜容受性：AMPK是一種主要的能量感受器，當細胞內能量需求增加時被激活，調節(jié)糖脂代謝，以維持細胞內的能量平衡。AMPK也被發(fā)現因EECs的能量不足或糖原減少而被激活，進而調節(jié)EECs中糖原磷酸化酶的表達，促進糖原分解。同時，糖原分解對AMPK有負反饋作用，這種雙向調節(jié)確保“植入窗”期子宮內膜在短時間內獲得大量能量供應，從而確保子宮內膜容受性的建立和胚胎植入的成功[6，9]。有研究發(fā)現，抑制EECs中AMPK活性或糖原分解，會干擾“植入窗”子宮內膜容受性的建立，最終抑制胚胎著床[9]。Ma等[3]發(fā)現，T2DM小鼠子宮內膜中AMPK并沒有過度磷酸化；究其原因，可能與胰島素抵抗有關，胰島素受體信號被阻斷，增加了糖原合成酶激酶(GSK)的活性，進而抑制子宮中AMPK的磷酸化[11-12]。提示胰島素抵抗患者由于葡萄糖利用障礙，導致了糖原代謝紊亂與AMPK調節(jié)失衡的惡性循環(huán)，進而導致子宮內膜能量耗竭，阻礙子宮內膜容受性建立，引起胚胎著床障礙和著床失敗。

二、二甲雙胍作用機制及臨床應用

二甲雙胍于1957年首次應用于糖尿病的臨床治療。值得注意的是，二甲雙胍是一種多作用位點、多分子機制的復雜藥物，既有依賴AMPK的機制，也有非依賴AMPK的機制，目前仍未完全闡明。它是一種在生理pH條件下帶正電荷的親水性化合物，主要通過有機陽離子轉運體1(OCT1)進出細胞，在機體內發(fā)揮3種作用：調控能量代謝；預防氧化應激；下調炎癥反應。

1.調控能量代謝：二甲雙胍通過抑制線粒體復合體I和ATP合成酶的活性，抑制線粒體的呼吸，阻止線粒體ATP的產生，導致AMP：ATP比值升高，直接激活AMPK[13]。或通過抑制線粒體甘油磷酸脫氫酶以及涉及溶酶體的機制激活AMPK[13-14]。AMPK激活后可產生以下4種效應：(1)啟動產能分解代謝途徑：包括刺激GLUTs的表達，促進葡萄糖的攝取和利用，促進脂肪酸β氧化，增強胰島素敏感性[15-16]；(2)介導環(huán)磷酸腺苷(cAMP)特異性3’，5’-環(huán)核苷酸磷酸二酯酶4B(PDE4B)的直接磷酸化，觸發(fā)cAMP衰竭，抑制糖異生[17]；(3)抑制雷帕霉素靶標復合體I(mTORC1)，抵消雷帕霉素靶標(mTOR)作用，抑制脂肪生成及激活DNA損傷樣反應，從而改善營養(yǎng)感應和增強自噬，下調炎癥反應[18]；(4)通過DNA/組蛋白修飾和miRNA進行轉錄調控[13]。

2.預防氧化應激：AMPK依賴途徑：二甲雙胍通過激活AMPK，抑制晚期糖基化終產物受體/核轉錄因子(RAGE/NF-κB)信號的影響和驗證相關基因的表達，抑制晚期糖基化終末產物(AGE)生成，抑制活性氧(ROS)的生成[19]。AMPK非依賴途徑：二甲雙胍可通過解除高糖對ATP合成、線粒體DNA質量和線粒體轉錄活性的抑制作用，導致AMPK非依賴性效應，清除高糖誘導產生的ROS[20]。

3.下調炎癥反應：(1)AMPK依賴途徑：二甲雙胍通過激活AMPK抑制NF-κB信號通路和單核細胞向巨噬細胞分化，減少來自這些巨噬細胞的促炎細胞因子的生成，下調炎癥反應[17，19]。(2)AMPK非依賴途徑：二甲雙胍通過多種途徑，如直接激活去乙酰化酶1(SIRT1)，通過抑制鳥苷三磷酸酶(Rag-GTPases)蛋白復合物直接抑制mTORC1，以及激活核因子紅系相關因子2(Nrf2)，導致炎癥反應的下調[13，21-22]。

4.二甲雙胍目前臨床應用：二甲雙胍具有經濟、實惠、安全的特點，并有減肥的作用，有很好的應用前景。研究表明，二甲雙胍可通過降低高糖誘導的ROS含量，調節(jié)高糖抑制的ROS-AKT/PKB(蛋白激酶B) -mTOR軸，促進骨形成[20]。還有數據顯示，二甲雙胍可通過增強自噬、調節(jié)病理性α-突觸核蛋白的降解和線粒體功能，治療神經退行性疾病[23]。也有報道稱，二甲雙胍通過干擾自身免疫系統(tǒng)性疾病的關鍵免疫病理機制，調節(jié)轉錄和線粒體功能、降低端粒的磨損和衰老、抑制細胞凋亡，應用于自身免疫性疾病及抗腫瘤和抗衰老治療[13，24-25]。近年來，二甲雙胍在生殖方面的應用也非常廣泛。如二甲雙胍已被用于改善PCOS患者的排卵和代謝功能，并降低雄激素水平。二甲雙胍影響子宮內膜容受性的研究也在探索階段，我們曾經對二甲雙胍改善PCOS患者內膜容受性的作用進行綜述[26]。

三、二甲雙胍對子宮內膜容受性的調控機制

近年來，子宮內膜容受性障礙導致反復移植失敗越來越受到關注。然而，具體機制仍不清楚。PCOS、T2DM、肥胖伴胰島素抵抗患者子宮內膜GLUT4表達下降，葡萄糖轉運和利用障礙，導致子宮內膜能量代謝紊亂，阻礙子宮內膜容受性的建立[10]。目前二甲雙胍對子宮內膜容受性的影響機制尚不清楚，可能通過AMPK依賴和非依賴機制，參與如下六方面的調控：

1.增加子宮內膜GLUT4的表達：二甲雙胍通過激活AMPK，促進GLUT4或GLUT1的表達，改善胰島素抵抗，提高葡萄糖的轉運和利用，為子宮內膜增厚提供足夠的能量和血供來促進子宮內膜蛻膜化，并為胚胎著床提供有力的氧環(huán)境[26-27]。但也有研究發(fā)現，二甲雙胍雖改善了胰島素抵抗孕鼠的血糖濃度，卻也異常激活了AMPK，促進了EECs糖原分解，因而并沒有改善子宮內膜的葡萄糖代謝[3]。這仍需更多的實驗數據加以驗證。

2.抑制AGE的生成：AGE隨著胰島素抵抗和衰老而積累，損害卵泡生成，并可能降低子宮內膜容受性[28]。二甲雙胍抑制線粒體呼吸鏈，導致AMPK激活，抑制NF-κB和促炎細胞因子，抑制AGE的生成，下調炎癥反應，從而該善子宮內膜容受性[29]。

3.下調容受性相關miRNAs的表達：二甲雙胍可以通過下調容受性相關miRNAs的表達(如下調miR1910-3p和miR-491-3p的表達)，從而提高胰島素抵抗PCOS患者子宮內膜中重要的子宮內膜容受性標志物(如HOXA10和ITGB3)的表達，改善子宮內膜容受性；且二甲雙胍誘導HOXA10、ITGB3上調和miR1910-3p、miR-491-3p下調呈顯著劑量依賴性[30]。

4.上調自噬：自噬是一種高度調節(jié)的分解代謝過程，參與維持細胞內環(huán)境的穩(wěn)定。對于雌性哺乳動物，自噬參與子宮內膜功能調節(jié)，在正常子宮內膜蛻膜化中起到積極作用。AMPK/mTOR下調自噬可導致早孕小鼠子宮內膜蛻膜化異常，進而引起不良妊娠結局[31-32]。二甲雙胍作為一種常用的AMPK激活劑，可通過上調AMPK/mTOR軸，上調自噬，改善子宮內膜容受性[33]。

5.預防氧化應激：已報道在胰島素抵抗條件下，組織中氧化應激反應增加，氧化應激可以引起炎癥，產生大量的氧自由基，激活補體系統(tǒng)。補體激活在代謝性疾病中起著重要作用，末端補體途徑被發(fā)現有助于促進高血糖相關的組織損傷[10，34]。二甲雙胍通過調節(jié)糖和脂代謝來預防氧化應激，下調炎癥反應，保護細胞免受氧化應激的影響，改善子宮內膜容受性[33]。我們推測二甲雙胍還通過改善氧化應激觸發(fā)的免疫反應及補體激活，改善子宮內膜容受性。這還需要進一步的實驗數據加以驗證。

6.通過調控孕激素受體(PGR)的表達影響子宮內膜蛻膜化：在小鼠的自然生殖周期中，需要孕酮(P4)和雌二醇(E2)聯(lián)合作用來建立植入窗口期子宮內膜容受性。P4通過PGR發(fā)揮其對生殖過程的調節(jié)作用[35]。排卵前E2和新形成的黃體分泌的P4分別刺激子宮上皮細胞和基質細胞的增殖。研究發(fā)現，在過量P4處理的小鼠中，白血病抑制因子/信號轉導和轉錄激活因子(LIF/STAT3)通路受損和內質網應激失調，可能抑制胚胎著床和蛻膜形成[36]。有研究證明，胰島素抵抗小鼠P4濃度顯著升高，這可能是胰島素抵抗的保護機制，并可能影響子宮內膜蛻膜形成[3，37]。二甲雙胍通過激活p38MAPK信號通路，調節(jié)多種細胞因子的分泌、抑制基質金屬蛋白酶-2(MMP-2)、基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)和PGR的表達，從而抑制過量的P4對子宮內膜基質細胞蛻膜形成造成的不良影響，改善子宮內膜容受性[35，38]。然而，也有研究發(fā)現，在胰島素或二甲雙胍治療后，血清E2或P4濃度沒有明顯變化[3]。因此，對于二甲雙胍通過調控PGR的表達影響子宮內膜蛻膜化仍有待更多可靠的觀察和研究來加以驗證。

四、二甲雙胍的母嬰安全性

目前，關于二甲雙胍對改善妊娠結局的有效性和母胎安全性仍存在爭議。在一些國家，二甲雙胍可用于備孕PCOS女性患者和妊娠期糖尿病婦女[15]。Brand等[39]研究發(fā)現，與胰島素相比，懷孕期間使用二甲雙胍(單獨或與胰島素聯(lián)合使用)沒有增加長期風險，但會增加小于胎齡兒的風險，這提示胎兒營養(yǎng)不良高風險的孕婦使用二甲雙胍需更為謹慎。一項最新的系統(tǒng)性回顧和薈萃分析系統(tǒng)地研究了二甲雙胍治療對PCOS婦女及其后代的妊娠結局、代謝特征和生殖激素特征的影響，發(fā)現妊娠期應用二甲雙胍可改善PCOS女性的胰島素抵抗，降低妊娠并發(fā)癥的風險，包括妊娠期高血壓疾病、巨大兒和早產等；二甲雙胍還能影響子代性激素結合球蛋白水平及長期體重指數[40]。因此，二甲雙胍對母胎的安全性仍有待更多可靠的觀察和研究。

五、總結與展望

子宮內膜容受性為胚胎提供了附著、侵入、著床和發(fā)育的機會。糖代謝對子宮內膜容受狀態(tài)的建立和維持至關重要。二甲雙胍可以改善胰島素抵抗狀態(tài)，調節(jié)子宮內膜能量代謝，保護細胞免受氧化應激的影響，下調炎癥反應，改善子宮內膜容受性。這一令人信服的證據擴大了我們對二甲雙胍改善胰島素抵抗患者子宮內膜容受性的理解，但未來仍需要進一步的研究來闡述二甲雙胍對子宮內膜容受性的影響。