中醫藥調控磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信號通路治療早發性卵巢功能不全的研究進展※

米 雪 劉文瓊

(1.山東中醫藥大學2020級碩士研究生,山東 濟南 250014;2.山東中醫藥大學附屬醫院婦科,山東 濟南 250014)

早發性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency,POI)是指女性在40歲之前由于各種因素出現卵泡破壞甚至衰竭而出現卵巢功能減退的臨床綜合征,其發病率約為1%[1-2]。POI患者由于長期的月經異常、血清促性腺激素水平升高及雌二醇(E2)的缺乏,可造成心血管疾病風險增加、外陰陰道萎縮、骨密度降低、生育能力顯著降低等,嚴重損害患者的身心健康[3]。目前研究認為,導致POI發病的主要原因有X染色體或常染色體的遺傳異常以及基因突變,自身免疫性的卵巢損傷,外科手術或放化療后的醫源性損傷,感染、環境及生活因素影響,代謝性疾病如半乳糖血癥,以及子宮內膜異位癥等[4-5],主要機制則包括多因素導致的卵泡數目減少、卵泡間相互破壞、氧化應激、卵泡閉鎖凋亡加速、卵泡發育阻滯、間質纖維化、卵巢血管損傷等[6-9]?，F代醫學研究表明,磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信號通路可動態介導調控卵母細胞,PI3K/Akt信號通路的過度激活是目前非遺傳因素導致POI的主要分子機制[10-11]。近年來,大量臨床研究表明中醫藥在治療POI方面療效頗佳。現將中醫藥調控PI3K/Akt信號通路參與POI治療的相關研究進行綜述。

1 PI3K/Akt信號通路的概念

PI3K和Akt均存在于卵母細胞中,PI3K是一種具有獨特磷脂酰肌醇激酶活性的蛋白質,是細胞內重要的信號轉導分子,生長因子、細胞因子、激素、缺氧等細胞外信號刺激均可激活PI3K[12],PI3K可啟動大分子生物合成與細胞周期進程的耦合,將細胞外生長信號轉化為促進生長的細胞內活動。Akt是PI3K的主要工作載體,活化的Akt通過直接磷酸化參與葡萄糖攝取、糖原合成、細胞生長及細胞凋亡的蛋白質來傳播生長信號[13]。PI3K/Akt信號通路可通過調控下游信號分子哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、叉頭框蛋白O3a(FoxO3a)、B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)/Bcl-2相關X蛋白(Bax)、核轉錄因子κB(NF-κB)等,調節卵巢細胞的生長、增殖、分化、自噬、凋亡等,參與POI的發生和發展。

2 PI3K/Akt/mTOR信號通路

2.1 PI3K/Akt/mTOR信號通路參與POI的作用機制 mTOR屬于磷酸肌醇激酶家族中的活性蛋白,作為一種非典型絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(CLKB),在哺乳動物細胞增殖、生長、分化、遷移、凋亡中起著核心作用[14],參與卵泡生長、增殖的過程。mTOR調控主要受到PI3K/Akt/mTOR信號通路及絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(LKB1)/腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)/mTOR這兩條信號通路的調節,mTOR分子羧基端的催化結構域與PI3K激酶脂激酶結構域高度同源[15],Akt被PI3K激活后可以直接磷酸化激活,mTOR通路,或者通過抑制結節性硬化癥復合物(TSC)1、TSC2的活性,使上游靶蛋白Rheb的活性受到抑制,誘導Rheb與三磷酸鳥苷(GTP)結合,mTOR通路激活,抑制顆粒細胞自噬的發生?？傊?mTOR通過上游Akt的直接或間接作用,調控其下游具有調節卵泡發育作用的主要效應分子核糖體p70S6蛋白激酶1(S6K1)、eIF4E結合蛋白(4E-BPs)對特定亞組的mRNA翻譯,來調節促進卵泡增殖、發育[16]。

2.2 中藥調控PI3K/Akt/mTOR信號通路治療POI 劉小虎等[17-18]研究發現,人參中的重要藥理活性成分人參皂苷Rg1能夠有效地誘導自噬標志性蛋白微管相關蛋白1輕鏈3-Ⅱ(LC3 -Ⅱ)的表達,激活卵巢組織的自噬,靶向調控卵巢組織中組蛋白脫乙?；?SIRT1),激活SIRT1,使之與TSC2結合相互作用,使PI3K、磷酸化Akt(p-Akt)、磷酸化mTOR(p-mTOR)蛋白表達量下調,抑制mTOR水平,負向調節自噬信號通路,提高自噬水平,從而減少機體代謝副產物,加速清除衰老細胞,延緩卵巢衰老。相關研究也表明,S6K1基因敲除小鼠可出現熱量限制(CR)特征,人參皂苷Rg1能降低S6K1的表達來延緩卵巢衰老[19]。蔡競等[20]觀察補腎活血中藥復方新加歸腎丸(藥物組成:菟絲子、淫羊藿、枸杞、山茱萸、干地黃、當歸、茺蔚子、肉蓯蓉)對體外培養大鼠卵巢顆粒細胞增殖的影響,結果發現新加歸腎丸能夠激活PI3K/Akt/mTOR信號通路,上調其下游分子細胞周期蛋白D2的表達,促進顆粒細胞由G1期向S期轉化,使卵巢顆粒細胞的增殖和周期進程加快,進而促進卵泡的生長發育。劉柳青等[21]觀察補腎調肝方(藥物組成:熟地黃、黃精、枸杞、桑寄生、郁金、丹參、鱉甲、葛根)過對卵巢儲備功能下降合并慢性心理應激模型大鼠的影響,結果發現補腎調肝方能夠調控卵巢組織及海馬體組織中PI3K/Akt/mTOR信號通路的表達與活化,上調Akt/mTOR關鍵蛋白mRNA的表達,進而促進卵巢及海馬體的血管增生和血液循環,升高海馬神經遞質5-羥色胺(5-HT)水平,增加卵巢中卵泡、黃體,促進原始卵泡的生長發育,從而改善卵巢功能和心理應激狀態。陳燕霞等[22]研究發現,補腎促卵方(藥物組成:菟絲子、女貞子、枸杞、桑寄生、川續斷、川牛膝、當歸、赤芍、澤蘭等)可以下調卵巢儲備功能低下模型大鼠PI3K、Akt、mTOR mRNA相對表達量,改善血清激素水平,增加卵巢指數,促進卵泡正常發育成熟和減少卵泡異常閉鎖,認為補腎促卵方通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路的過度活化,減少原始卵泡的過度激活,來保護卵巢的儲備功能。劉陽等[23]基于mTOR通路研究大補元煎(藥物組成:人參、山藥、熟地黃、杜仲、當歸、山茱萸、枸杞、炙甘草)治療POI的作用機制,發現大補元煎對mTOR信號通路有正向調節作用,可以使PI3K、Akt、mTOR磷酸化程度上升、表達上調,使PI3K信號通路的終止信號的mRNA及蛋白表達下調,進而促進顆粒細胞的增殖,抑制卵泡閉鎖,保證卵泡正常發育至成熟。

3 PI3K/Akt/FoxO3a信號通路

3.1 PI3K/Akt/FoxO3a信號通路參與POI的作用機制 FoxO3a是Fox家族的重要成員之一,可作為細胞凋亡的觸發因子參與多種疾病。近年來研究表明,FoxO3a參與調控顆粒細胞的凋亡[24],FoxO3a基因敲除可導致小鼠原始卵泡庫全部激活、卵母細胞死亡,且FoxO3a功能的缺乏會導致卵巢的固有缺陷,特別是卵泡生長[25],FoxO3a可能是通過抑制卵巢對卵泡生長的啟動,進而減少卵泡發育的激活[26]。FoxO3a是PI3K/Akt通路中重要的下游轉錄因子之一,PI3K/Akt通路激活,可促使FoxO3a磷酸化,使FoxO3a特異性結合細胞核中的結構蛋白14-3-3從細胞核轉移到細胞質中,通過泛素化降解,進而減少細胞凋亡。當Akt被抑制時,大多數去磷酸化的FoxO3a進入細胞核,可促進細胞凋亡。研究還表明,FoxO3a可以負調控Akt及其下游分子,還可以與內源性Akt形成復合物,促進細胞凋亡[27]。此外,FoxO3a參與調控細胞凋亡因子的表達,通過調節促凋亡蛋白Bim的表達,來調控細胞周期和細胞凋亡[25]。同時,FoxO3a還可以改變細胞周期阻滯蛋白P27kip1和細胞周期蛋白D的表達,來調控卵泡發育?？傊?FoxO3a通過調控卵泡過度激活和卵巢顆粒細胞凋亡,來維持卵泡的儲備量和延緩卵巢衰老,在保護哺乳動物卵巢功能方面發揮關鍵作用。

3.2 中藥調控PI3K/Akt/FoxO3a信號通路治療POI 蔣珊珊等[28]研究發現,當歸芍藥散(藥物組成:當歸、芍藥、川芎、茯苓、白術、澤瀉)可以使卵巢功能下降小鼠PI3K/Akt信號通路激活,p-PI3K mRNA、p-Akt mRNA水平上升,FoxO3a磷酸化和降解加速,FoxO3a蛋白表達量下調,使原始卵泡的過早發育及原始卵泡的過多閉鎖受到抑制,從而保護卵巢中原始卵泡的消耗,改善卵巢組織形態結構,改善卵巢功能。王勇等[29]觀察研究大補元煎(藥物組成:人參、當歸、枸杞、熟地黃、山藥、牛膝、山茱萸、杜仲、甘草)對卵巢儲備功能下降大鼠相關蛋白表達和血清激素水平的影響,結果顯示高劑量的大補元煎可以使PI3K/Akt的表達量恢復至接近正常卵巢細胞,使FoxO3a磷酸化,FoxO3a表達量下降,卵巢組織的卵泡數量、顆粒層厚度、層次數和排列密集程度明顯增加,閉鎖卵泡數量減少,從而起到抑制卵巢早衰、促進卵泡發育及改善卵巢儲備功能的作用。趙笛[30]研究探討FoxO3a轉錄因子參與下的二仙湯(藥物組成:仙茅、淫羊藿、巴戟天、當歸、知母、黃柏)對順鉑損傷大鼠卵巢顆粒細胞的保護機制,發現二仙湯通過降低FoxO3a轉錄因子的表達,進而下調細胞周期阻滯蛋白p27kip1和促凋亡蛋白Bim的表達,促進卵巢顆粒細胞的增殖,抑制卵巢顆粒細胞的凋亡,來實現對損傷卵巢顆粒細胞的保護和卵巢功能的修復。

4 PI3K/Akt/Bcl-2/Bax信號通路

4.1 PI3K/Akt/Bcl-2/Bax信號通路參與POI的作用機制 Bcl-2和Bax均為Bcl-2基因家族的成員,研究表明Bcl-2基因家族可精準調控線粒體介導的細胞凋亡[31]。Bcl-2基因是人體長壽基因也是原癌基因,作為細胞凋亡的信號因子,可以抑制卵巢顆粒細胞凋亡,促進其分裂,減少卵泡閉鎖,延長細胞壽命,而Bax與Bcl-2同源拮抗,可以促進顆粒細胞的凋亡[32]?，F代研究表明,位于內質網上的Bax可感知內質網的損傷,被啟動內質網應激反應的物質所誘導,Bax構象發生變化和寡聚化,并插入線粒體外膜,同時還可以誘導線粒體膜上的Bax寡聚化,細胞膜通透性改變,將細胞色素C從線粒體釋放到細胞質中,細胞色素C與凋亡蛋白酶激活因子1(Apaf-1)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶9(Caspase-9)結合,導致Caspase-9激活,隨后激活Caspase-3和Caspase-7,最終導致細胞死亡[33]。研究表明,Bcl-2蛋白可以通過改變其C-末端一段疏水氨基酸的結構,干擾細胞內質網中鈣離子(Ca2+)的釋放,發揮其抗氧化作用和抑制自由基產生等形式抑制細胞凋亡,其中細胞的凋亡取決于Bcl-2/Bax的比值,當兩者蛋白表達失衡時,可形成Bcl-2/Bcl-2或Bax/Bax同二聚體以及Bcl-2/Bax異二聚體來參與顆粒細胞凋亡,當顆粒細胞凋亡達10%以上時可觸發卵泡閉鎖,大量卵泡高于生理代謝速度的閉鎖則可能誘發卵巢功能下降[34]?？傊?PI3K/Akt信號通路激活后作用于下游的凋亡相關蛋白Bcl-2和Bax,通過誘導或抑制卵巢細胞凋亡,來調控卵巢功能。

4.2 中藥調控PI3K/Akt/Bcl-2/Bax信號通路治療POI 張慧等[35]觀察研究益腎養卵方(藥物組成:熟地黃、鹿角膠、菟絲子、女貞子、山藥、枸杞、丹參、山茱萸、淫羊藿、覆盆子、陳皮、砂仁)對POI患者PI3K/Akt信號通路Bcl-2/Bax蛋白表達的影響,發現益腎養卵方可通過激活PI3K/Akt信號通路,增加Bcl-2蛋白表達,抑制Bax蛋白表達,上調Bcl-2/Bax的比值,抑制卵巢顆粒細胞過度自噬,使卵巢顆粒細胞抗凋亡能力增強,進而提高卵巢儲備功能,改善POI癥狀。董曉英等[36]研究認為,補腎養血古方毓麟珠(藥物組成:當歸、熟地黃、菟絲子、人參、炒白術、茯苓、白芍、杜仲、鹿角霜、川椒、川芎、炙甘草)可上調卵巢早衰小鼠卵泡及卵巢間質Bcl-2蛋白表達,下調Bax蛋白表達,使Bcl-2/Bax比值增高,抑制卵泡過早、過多凋亡,進而調控卵巢顆粒細胞的凋亡,改善卵巢功能。梁策等[37]研究表明,補腎調沖方(藥物組成:菟絲子、黃精、熟地黃、肉蓯蓉、巴戟天、當歸、川芎、紫石英、五味子)能夠調節卵巢早衰大鼠卵巢性激素水平,上調Bcl-2/Bax比值,維持二者表達平衡,進而抑制卵泡過早凋亡,預防卵巢功能下降。

5 PI3K/Akt/NF-κB信號通路

5.1 PI3K/Akt/NF-κB信號通路參與POI的作用機制 NF-κB是B淋巴細胞中κB輕鏈表達的調節因子,研究表明NF-κB在次級卵泡向竇狀卵泡轉變期間被激活,PI3K/Akt/NF-κB信號通路激活后可以促進卵巢顆粒細胞的分化、增殖和卵泡發育,抑制卵泡閉鎖和顆粒細胞的凋亡[38]。

5.2 中藥調控PI3K/Akt/NF-κB信號通路治療POI 倪瑞珺等[39]研究探討補腎方藥通過PI3K/Akt/NF-κB信號通路抑制卵巢顆粒細胞凋亡的作用機制,認為補腎方藥可以通過抑制NF-κB核移位和轉錄功能,控制炎性反應,增強NF-κB核轉位能力,進而促進白細胞介素2(IL-2)基因的表達,延緩細胞免疫功能的衰退,調節NF-κB信號通路相關凋亡蛋白表達,來抑制顆粒細胞過度凋亡和促進卵泡發育。

6 小結

目前POI的部分潛在病因與發病機制尚不明確,深入探尋切實有效的治療方法仍是臨床面臨的難點問題。中醫藥在POI的防治方面具有巨大的優勢,從中醫藥通過PI3K/Akt信號通路調控mTOR、FoxO3a、Bcl-2/Bax、NF-κB下游信號分子治療POI的角度進行分析發現,中醫藥可以通過該通路來調控卵巢細胞的自噬,調節卵泡的生長、發育、成熟、凋亡、過度激活及閉鎖,調控卵巢顆粒細胞的分化、增殖和凋亡等多種途徑發揮治療作用。深入研究中醫藥調控PI3K/Akt信號通路治療POI的作用機制和靶點,可為中醫藥的現代化發展和治療POI的新藥研發提供方向和理論依據。