Asprosin在生殖細胞發育中作用的研究進展

徐志琴，譚 曉

南京醫科大學第二附屬醫院 心血管內科，江蘇 南京 210011

不育癥是威脅人類生殖健康的重要疾病,在美國有高達8.1% 的夫婦患不育癥,配子的產生和質量是成功繁殖的核心[1]。多囊卵巢綜合征(polycy-stic ovary syndrome,PCOS)是孕齡女性常見的內分泌紊亂疾病,主要包括高雄激素血癥(hyperandrogenemia,HA)和不排卵或稀發排卵,并與肥胖和高胰島素血癥有關。精子質量下降是男性不育的主要原因之一,精子質量主要包括精子的數量、存活率和運動能力。因此,促進卵泡的發育和排卵、提高精子質量對改善孕齡期夫婦生育有重要的意義。Asprosin是在研究新生兒類早衰綜合征時首次被發現并命名的一種生糖蛋白激素,由原纖蛋白1(fibrillin1,FBN1)基因的外顯子65和66編碼[2]。哺乳動物及細菌分泌的Asprosin分別為30 ku和17ku[2]。Asprosin與肥胖、糖尿病、PCOS等內分泌代謝性疾病密切相關[3-5],本文綜述Asprosin在PCOS和生殖細胞發育中的作用和研究進展,為不育癥的治療提供新的策略和靶點。

1 Asprosin的簡介

Asprosin是FBN1基因編碼的原纖維蛋白前體C末端的裂解產物,是由140個氨基酸組成的生物活性多肽[2]。Asprosin主要在禁食期間由白色脂肪組織分泌,最初被證明與小鼠肝臟中的嗅覺受體734(olfactory receptor 734 ,OLFR734),即人同源性的嗅覺受體家族4亞家族M成員1(olfactory receptor family 4 subfamily M member 1 ,OR4M1) 結合,引起葡萄糖釋放并促進胰島素分泌[6]。Asprosin隨后也被發現存在于下丘腦,作用于蛋白酪氨酸磷酸酶δ受體(protein tyrosine phosphatase receptor type δ,PTPRD)和OLFR734受體,激活下丘腦弓狀核中刺鼠關聯蛋白(agouti-related protein,AgRP)神經元并刺激食欲[7-8]。最新的研究發現,Asprosin在作用于AgRP神經元后是通過PTPRD/蛋白激酶A(protein kinases A,PKA) 信號通路調節細胞膜上小電導鈣活化鉀3(small-conductance calcium-activated potassium 3,SK3)通道促進攝食[9]。禁食后高水平的Asprosin抑制SK3介導的電流,刺激神經元的放電和刺激食欲。進食后Asprosin水平下降,抑制神經元的放電和抑制攝食。Asprosin作為脂肪組織分泌的生糖激素,在禁食時增加促進食欲,進食后迅速減少抑制食欲,可被視為脂肪組織對機體能量代謝的一種調節途徑。

2 Asprosin在PCOS發病中的作用

PCOS 作為孕齡女性不育的常見病因,與遺傳、環境等多種因素有關,明確PCOS的病因及病理機制對該疾病的診斷和治療有重要意義。有關Asprosin和PCOS的相關性,目前尚存在一些爭議。Logistic回歸分析提示循環Asprosin水平是PCOS的獨立危險因素,PCOS患者循環Asprosin水平高于健康女性,與糖脂質代謝相關因子呈正相關,Asprosin可能成為未來PCOS患者診斷和隨訪的候選分子[10]。但關于PCOS患者與77名健康對照者的研究顯示,兩組人群循環Asprosin水平無顯著性差異,并且合并有HA和胰島素抵抗(insulin resistance,IR)的PCOS患者循環Asprosin水平低于無HA和IR患者[11]。有報道女性空腹血漿Asprosin水平與月經周期、口服避孕藥及運動相關[12]。因此,在研究Asprosin與PCOS相關性的實驗中需綜合考慮月經周期、飲食及運動等多種因素。

IR被認為是PCOS發病的主要機制,在PCOS的發生發展中起重要作用。Asprosin介導葡萄糖從肝臟釋放和胰島素過量分泌,超過胰島素閾值后不能被細胞利用并導致IR[5]。IR可能是Asprosin介導PCOS發生發展的主要機制。持續低度炎性反應和PCOS的臨床癥狀相關。Asprosin可促進巨噬細胞中腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、白介素-6(interleukin- 6,IL-6)、IL-1β等炎性因子的釋放,而在PCOS患者卵巢中,炎性M1型巨噬細胞豐度增加,因此推測Asprosin可能介導PCOS患者卵巢慢性炎性反應,加劇無排卵或稀發排卵臨床癥狀[13-14]。另一項研究發現 PCOS患者體內Asprosin與C-反應蛋白(C-reactive protein,CRP)水平相關,進一步提示Asprosin可能通過慢性炎性反應介導PCOS的發生發展[5]。Asprosin 抑制白色脂肪組織褐色變并使白色脂肪過度沉積[15],而在PCOS患者中,棕色脂肪功能下降,因此脂肪代謝紊亂也可能是Asprosin介導PCOS發生發展的途徑之一。PCOS的另一重要特征是常伴有HA,但目前尚未見Asprosin與HA相關研究。此外,有學者認為PCOS患者雖與糖尿病患者有相似的葡萄糖升高、胰島素抵抗和脂質代謝異常,但兩種疾病患者體內Asprosin失調的病理機制可能并不相同,這種差異也有待進一步研究[11]。

3 Asprosin在卵泡發育中的作用

纖維蛋白的主要作用是參與微原纖維的形成,在結締組織的細胞外基質中提供機械性支持。 FBN1基因可在不同的組織中表達,包括卵巢和睪丸[16]。卵泡是卵巢結構與功能的單位,主要由卵子、卵泡膜細胞和顆粒細胞構成。卵泡的發育受到性腺軸和卵巢自分泌和旁分泌的調節。在卵巢內注射Asprosin可促進卵泡的生長以及優勢卵泡的排卵[17],提示FBN1基因可能通過Asprosin發揮調節作用。卵泡膜細胞和顆粒細胞均表達OR4M1,進一步提示 Asprosin 在卵泡的發育過程中具有一定的作用[18]。顆粒細胞中FBN1mRNA 的豐度低于卵泡膜細胞,OR4M1mRNA的豐度高于卵泡膜細胞,推測Asprosin主要是通過OR4M1受體作用于顆粒細胞發揮調節作用[18]。

Asprosin影響小顆粒細胞類固醇激素的合成和信號轉導蛋白的表達,作用效果依賴于Asprosin的劑量和細胞培養的條件。Asprosin以劑量依賴性促進卵泡刺激素(follicle stimulating hormone,FSH)受體的表達,增加小顆粒細胞對FSH的敏感性,誘導的小顆粒細胞雌二醇的生成。但當濃度達到500 ng/mL時,Asprosin對雌二醇的合成沒有影響[19]。劑量100 ng/mL的Asprosin開始顯著抑制胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)對小顆粒細胞雌二醇生成的促進作用,劑量500 ng/mL的 Asprosin促進IGF-1誘導小顆粒細胞孕酮的生成[19]。Asprosin也作用于卵泡膜細胞,通過黃體生成素(luteinizing hormone,LH)和IGF-1影響卵泡膜細胞的增殖及固醇類激素的釋放[18]。Asprosin抑制LH和IGF-1的卵泡膜細胞增殖作用,但對卵泡膜細胞合成孕酮無影響,Asprosin促進LH誘導卵泡膜細胞合成睪酮,但對IGF-1誘導卵泡膜細胞合成睪酮無影響[18]。因此,Asprosin可能是通過促性腺激素或其他激素間接參與卵泡發育和優勢卵泡的排卵。

4 Asprosin在生精過程中的作用

精子的發生開始于生精細胞的分化,終止于成熟精子的形成。此過程不僅受到下丘腦-垂體內分泌腺軸的調控,也受睪丸內自分泌和旁分泌的調節。下丘腦分泌促性腺激素釋放激素通過垂體門脈系統促進垂體FSH和LH的分泌。FSH促進精子的發生并刺激支持細胞分泌雄激素結合蛋白,LH促進間質細胞睪酮的分泌,睪酮通過負反饋調節FSH和LH來維持正常的生精過程。衰老是生育能力下降的一個重要原因,Asprosin在生殖活躍小鼠睪丸中的表達量顯著高于衰老小鼠,這表明Asprosin水平下降可能是睪丸退行性變的一個因素[20]。

Asprosin主要通過性腺軸和睪丸自分泌和旁分泌參與精子生成的調控。Asprosin存在于腦脊液中并可穿過血腦屏障,這使其調節性腺軸成為可能[9]。側腦室內注射Asprosin可以促進下丘腦促性腺激素釋放激素的合成和分泌,激活下丘腦-垂體-睪丸性腺軸,以劑量依賴性促進FSH、LH和睪酮的合成,增加精子的數量、活性和運動能力[21]。睪丸的生精過程需要許多關鍵的細胞因子相互作用。免疫熒光顯示生殖活躍小鼠睪丸間質細胞和支持細胞可見Asprosin表達[20],睪丸組織也是嗅覺受體如OLFR734表達豐富的部位。Asprosin-OLFR734信號通路可上調葡萄糖轉運蛋白-8(glucose transporter-8,GLUT-8)和乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)表達水平[20-22],促進睪丸組織對葡萄糖的攝取以及向乳酸的轉化,同時可誘導單羧酸轉運蛋白(monocarboxylate transport protein,MCT )2和MCT4,促進乳酸由支持細胞向生殖細胞轉運,這對精子的生成具有重要的意義[20]。因為與間質細胞和支持細胞相比,生殖細胞更多的是利用乳酸供能。小鼠睪丸組織內OLFR734的敲降,降低了精子的活動力和受精能力,這進一步驗證Asprosin在睪丸生精過程中的重要作用[23]。

5 問題與展望

Asprosin是在研究新生兒類早衰綜合征時首次被發現和命名的脂肪因子,通過促胰島素抵抗、促炎等機制參與肥胖、糖尿病、心血管疾病等疾病的發生和發展,但Asprosin在相關疾病中的作用機制仍需進一步研究。纖維蛋白常參與結締組織的形成在細胞外基質中提供機械性支持,這似乎與調節Asprosin釋放的必要性不一致,因此,關于Asprosin合成和FBN1表達的潛在機制有待進一步揭示。PCOS是孕齡期女性常見的內分泌疾病,與代謝和生殖功能障礙有關。PCOS患者循環Asprosin水平的升高可能引起胰島素抵抗和慢性炎性反應,但卵巢內Asprosin在一定程度上促進了卵泡的發育和排卵。關于Asprosin在PCOS的治療中如何平衡代謝綜合征與促排卵的關系仍待解決。精子質量下降被認為是男性不育的主要原因。Asprosin促進精子的發生并提高其運動能力,這在男性不育的治療中有廣泛的前景。