自噬在排卵障碍性不孕症中的作用
时间：2023-06-16 09:10:05 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
张磊，梁琳琳，冯科，孟励，张翠莲
国家统计局最新数据显示，2021年我国出生人口数为1 062万人，净增人口数为48万人，为建国以来最少；
65岁及以上人口为20 056万人，占全国人口14.2%，人口老龄化程度进一步加重。根据我国人口发展变化形势，国家制定了一系列措施，优化生育政策，促进生殖健康，而不孕不育是目前我国面临的生殖健康突出问题之一。我国育龄夫妇的不孕不育率已经攀升至12%～18%，严重影响了家庭生活和社会发展。排卵障碍是临床不孕症的常见病因之一，发病的原因是无排卵或稀发排卵，这类患者主要包括多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）、早发性卵巢功能不全（premature ovarian insufficiency，POI）、卵巢早衰（premature ovarian failure，POF）和卵巢子宫内膜异位囊肿（ovarian endometriosis cyst，OEC）等。自噬（autophagy）参与维持卵巢原始卵泡的储备，调节卵泡的发育、闭锁、黄体的形成和退化等过程[1-2]，并在卵巢缺氧、高龄卵巢以及卵母细胞生长和胚胎发育中起重要作用。现对自噬在排卵障碍性不孕症中的最新研究进展进行综述，以期为进一步研究和临床干预提供参考和借鉴。
自噬意为自体吞噬，是指真核细胞在自噬因子的调控下通过溶酶体降解自身细胞质蛋白和受损细胞器的过程，包括生理条件下的基础型自噬和应激条件下的诱导型自噬，被降解后的代谢产物可以被细胞重新利用，从而维持细胞和机体的营养和能量平衡，其机制高度保守[3]。在高等真核生物中存在3种不同类型的自噬——微自噬、分子伴侣自噬和巨自噬，它们在机制和形态上都存在差异，一般情况下所说的自噬指的是巨自噬。1966年，Christian de Duve和Robert Wattiaux提出了“微自噬”一词，用来描述溶酶体膜内陷将细胞内物质包裹并将其降解的过程。微自噬在酵母中研究最多，既可以选择性地降解特定的细胞成分，也可以非选择性地随机靶向某些细胞质成分，而在高等生物中，微自噬的研究较少。分子伴侣自噬具有高度选择性，热休克蛋白家族A成员8（heat shock protein family A member 8，HSPA8）识别带有五肽基序KFERQ的靶蛋白，并将其传递给溶酶体膜上的受体蛋白2A（lysosomalassociated membrane protein 2A，LAMP2A），识别、结合目的蛋白后进入溶酶体降解[4]。巨自噬是指通过形成具有双层膜结构的自噬小体，包裹待降解的细胞内物质，与溶酶体融合形成自噬溶酶体，在溶酶体水解酶的作用下转化成氨基酸和其他有机分子，最终释放到细胞质中被重新利用进行合成代谢的过程[5]。
自噬是一种细胞生存机制，对受损细胞组分的降解和再利用至关重要，正常细胞中普遍存在一定程度的自噬，以维持新陈代谢和细胞、组织的能量平衡。但自噬是一把双刃剑，过度自噬反而会阻碍正常的细胞凋亡过程，也可导致细胞发生Ⅱ型程序性死亡，自噬失衡可导致多种疾病，如神经退行性疾病、感染性疾病、自身免疫性疾病和代谢紊乱等[6-7]。近年来研究发现，自噬在精子生成障碍、子宫内膜病变和排卵障碍等不孕（育）症中发挥着重要的调节作用。
不孕症是指夫妻双方在没有采取任何避孕措施的情况下正常性生活1年后仍没有成功妊娠。世界上约17%的夫妇患有不孕症[8]，其会对不孕夫妇的身心健康产生不良影响。女性不孕因素主要包括排卵障碍、输卵管因素、子宫内膜容受性异常，其中排卵障碍性不孕症约占25%[9]，发病原因包括内分泌紊乱、卵巢病变等，PCOS、POI、POF和OEC均可能由卵巢病变引起不排卵而导致不孕。
PCOS是一种常见且复杂的育龄期女性内分泌代谢性疾病，其临床表现为排卵障碍、高雄激素血症、肥胖及胰岛素抵抗等，与2型糖尿病、生育力下降及心血管疾病等远期并发症有关，占排卵障碍性不孕症的70%～80%[10]。POI是一种以卵巢功能提前衰退为特征的临床综合征，临床表现为月经紊乱（月经稀发或停经）并伴随卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone，FSH）水平升高和雌激素水平降低。POI在40岁之前的发病率为1%～2%，30岁之前的发病率为0.1%，其发病原因是高度异质性的，包括自身免疫性疾病、代谢紊乱、病毒感染和医源性因素等[11]。POF是指在女性40岁之前，由于卵巢功能衰竭而导致闭经，其特征是原发性或继发性闭经，血液中FSH水平升高，雌激素水平降低[12]。POF的FSH诊断阈值高于POI，诊断时大多数患者的卵巢功能已经接近完全衰竭，失去了生育的机会。OEC是子宫内膜异位症（endometriosis，EMs）的常见类型，是典型的卵巢型病变，异位的内膜使卵巢的正常组织受破坏而纤维化，包膜增厚，发生巧克力样囊肿，从而影响卵巢中正常卵泡的发育和卵子的排出，并且可影响黄体的形成和功能，也可发生未破裂卵泡黄素化综合征，最终导致女性不孕[13]。
3.1 自噬与PCOS在卵巢中，从卵母细胞的起源到卵泡的发育、退化都离不开适当的功能性自噬，正常情况下自噬是卵泡颗粒细胞维持卵母细胞生长、卵泡发育，以及卵泡闭锁所必需的。由于卵巢内颗粒细胞的自噬缺陷，卵母细胞质量下降，可导致女性不孕。有研究表明，PCOS患者的卵巢颗粒细胞中存在自噬异常[14-15]。
PCOS患者的小卵泡数目众多，但往往无法形成优势卵泡导致排卵障碍性不孕，是一种常见且复杂的内分泌代谢性疾病，肥胖型PCOS患者存在更为严重的内分泌紊乱和代谢功能异常，包括胰岛素抵抗、高胰岛素血症、慢性炎症反应等[16]。趋化素（chemerin）是G蛋白耦联受体-趋化因子受体样1（chemokine receptor-like 1，CMKLR1）的内源性配体，是一种与肥胖和代谢综合征相关的新型脂肪因子，主要通过激活CMKLR1的生物学活性发挥作用。有研究采用高脂饮食且皮下注射丙酸睾酮建立大鼠PCOS模型，发现趋化素和CMKLR1在卵巢中的表达量异常升高；
在颗粒细胞中高表达趋化素后自噬相关基因（autophagy-related gene，ATG）被激活；
进一步结合自噬的抑制和诱导实验，证明趋化素可通过抑制磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号通路促进PCOS颗粒细胞自噬[17]。
高雄激素血症是PCOS的临床症状之一，并可影响其他代谢过程[18]。同型半胱氨酸是细胞生长必需的氨基酸，在PCOS患者的血清中异常高表达。研究者用双氢睾酮诱导PCOS小鼠模型，发现PCOS小鼠卵巢中自噬活性异常升高，血清和卵巢组织中同型半胱氨酸的含量增加；
在小鼠颗粒细胞培养过程中添加同型半胱氨酸可通过mTOR信号通路增强自噬活性，而在PCOS小鼠颗粒细胞培养基中添加雄激素受体抑制剂ARN509后，发现异常升高的同型半胱氨酸和自噬相关蛋白表达量降低[19]。以上研究表明，PCOS中高水平的雄激素通过增加同型半胱氨酸的含量，抑制mTOR信号通路进而增强自噬活性。
二甲双胍是治疗PCOS的常用药，具有降低高雄激素血症和诱导排卵的作用，然而二甲双胍改善PCOS的机制尚不清楚。Xu等[20]用二甲双胍治疗来曲唑诱导的PCOS模型大鼠发现，二甲双胍降低了PCOS大鼠颗粒细胞中的自噬水平；
用过氧化氢（H2O2）诱导颗粒细胞高自噬水平的细胞模型，在细胞培养过程中添加二甲双胍，结果发现颗粒细胞的氧化应激和自噬水平均降低，并影响PI3K/AKT/mTOR信号通路中关键基因的表达。该研究表明二甲双胍能通过PI3K/AKT/mTOR通路降低PCOS颗粒细胞中的过度自噬。
3.2 自噬与POI/POF卵泡发育决定了生物体的生殖周期，由于排卵和卵泡闭锁原因，随着年龄的增长始基卵泡总数减少。卵泡闭锁主要通过细胞凋亡发生，但现阶段的研究表明自噬在卵泡闭锁中也起着重要作用，自噬异常可能与POI/POF的发病有关。
Atg7是自噬小体形成过程中关键的自噬相关基因之一，其表达水平在卵母细胞发生过程中相对稳定，生殖细胞特异性敲除Atg7后引起雌性小鼠卵泡缺失，导致POF[21]。Delcour等[22]提取了69例POI患者的DNA进行全外显子测序发现，Atg7和Atg9a在POI患者中存在突变，进一步研究还发现Atg7和Atg9a的突变减少自噬小体形成，降低自噬活性，导致卵巢功能受损。
近年来，间充质干细胞因免疫原性低、增殖能力强和易于分离等优点被认为是治疗POI的理想细胞系[23-24]。自噬可以被氧化应激激活，而活性氧能够直接引起氧化应激，是自噬的早期诱导因子[25]，也是导致卵巢功能障碍的重要因素。Lu等[26]用顺铂建立大鼠POI模型，连续7 d对造模成功的小鼠尾静脉注射人脐带间充质干细胞（human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells，hUCMSC），结果发现hUCMSC可通过减少氧化应激和调控AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）/mTOR信号通路降低自噬水平，恢复POI大鼠的卵巢功能。Yin等[27]用环磷酰胺构建小鼠POF模型，分别注射正常hUCMSC、高表达或干扰血红素加氧酶1（heme oxygenase 1，HO-1）的hUCMSC，结合体内和体外实验证明hUCMSC能通过HO-1激活c-Jun氨基端蛋白激酶（c-Jun N-terminal protein kinase，JNK）/Bcl-2信号通路介导的自噬，恢复POF小鼠的卵巢功能。因此，自噬和氧化应激的调节是间充质干细胞治疗POI/POF的重要机制。
褪黑素参与调节机体的免疫反应和体质量，抑制肿瘤生长，在女性生殖特别是POI中发挥重要作用[28]。褪黑素的主要合成场所是线粒体，而线粒体功能异常与卵巢储备功能低下密切相关。为了明确褪黑素是否通过调节细胞自噬改善线粒体功能从而保护POI患者的卵巢功能，Xie等[29]首先建立了稳定表达EGFP-LC3（荧光自噬指示体系）的卵巢细胞损伤模型，然后在细胞培养过程中添加褪黑素，发现褪黑素对过度自噬引起的线粒体含量、线粒体膜电位和核编码蛋白表达水平下降具有保护作用，且能够降低异常激活的细胞外信号调控的激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）和P38的表达。该研究提示褪黑素通过下调ERK信号通路能挽救自噬引起的线粒体和卵巢储备功能受损。
3.3 自噬与OEC近年来的研究表明，自噬在子宫内膜相关的生理和病理机制中发挥重要作用，包括正常月经周期、蜕膜化和血管重构，EMs、子宫内膜癌等子宫内膜相关疾病[30]。OEC是常见的EMs类型，研究自噬在子宫内膜细胞中的作用有助于进一步了解EMs的发病机制。
EMs的发病机制尚不十分明确，子宫内膜细胞的凋亡减弱和对凋亡信号不敏感可能参与了EMs的发生、发展。mTOR是自噬的主要负调节因子，且mTOR活性在异位子宫内膜病灶中异常增高，故研究者提出mTOR可能通过自噬影响EMs患者的细胞凋亡。收集人正常子宫内膜组织和OEC患者的异位子宫内膜组织并分离其间质细胞，发现在异位子宫内膜组织及其分离的间质细胞中LC3-Ⅱ和胱天蛋白酶3（caspase-3） 的表达量明显降低；
使用雷帕霉素（mTOR抑制剂）和3-MA（自噬抑制剂）处理异位子宫内膜细胞，发现雷帕霉素诱导自噬并促进细胞凋亡，但添加3-MA后雷帕霉素的促凋亡作用减弱[31]。该研究表明，OEC中mTOR活性异常升高，通过抑制自噬导致细胞凋亡能力减弱促进该病的发生。
炎症因子能够促进异位子宫内膜细胞的增殖、黏附和种植，与OEC的发生有着密切的关系。NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）是一种诱导炎症的蛋白因子，参与EMs的发生和发展，而自噬能够抑制NLRP3炎症小体的激活。研究者分别收集正常子宫内膜间质细胞（normal endometrial stromal cell，NESC）和子宫内膜异位囊肿间质细胞（endometriotic cyst stromal cell，ECSC），结果发现与NESC相比ECSC中自噬标志物LC3-Ⅱ的表达量明显降低，而NLRP3和白细胞介素1b的表达量明显升高；
而若在术前使用地诺孕素治疗，可以改善ECSC中自噬活性的降低以及NLRP3炎症小体活性增加的现象[32]。该研究表明，孕激素可能通过诱导自噬降低OEC患者的炎症反应，进而抑制OEC发展。
依据生理和病理条件的不同，PI3K/AKT/mTOR、丝裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/ERK1/2、AMPK、肌醇需求酶1（inositol requiring enzyme 1，IRE1）等多种经典信号通路调节卵泡中自噬活性，而自噬参与卵泡发育、卵泡闭锁和排卵等重要过程。在众多的信号机制中，PI3K/AKT/mTOR是调节自噬最重要的机制[1]。mTOR是一个保守的丝氨酸/苏氨酸激酶，是自噬的主要负调节因子，mTOR复合物通过磷酸化UNC-51样激酶1（unc-51-like kinase 1，ULK1）干扰ULK1与AMPK的相互作用，从而抑制ULK1激活和自噬的起始[33]。
PCOS、POI/POF和OEC等疾病引起的内分泌和代谢异常影响mTOR活性，从而改变卵巢中正常的自噬水平，自噬异常可导致排卵障碍性不孕症的发生和发展。PCOS中趋化素和同型半胱氨酸异常升高，可通过抑制mTOR信号通路增强自噬[17,19]。二甲双胍通过影响PI3K/AKT/mTOR信号通路降低PCOS颗粒细胞中的氧化应激和自噬水平[20]。环磷酰胺诱导POF小鼠模型时，通过抑制mTOR改善卵巢储备和生育能力[34]。hUCMSC通过调控AMPK/mTOR信号通路降低自噬水平，恢复顺铂诱导的POI大鼠的卵巢功能[26]。OEC中mTOR活性异常增高，通过抑制自噬减少细胞凋亡[31]。因此，mTOR信号通路通过自噬调节排卵障碍性不孕症的发病机制可作为今后的重要研究方向。
自噬参与原始卵泡数量的维持、卵泡发育和黄体功能等，适宜的自噬水平对于正常生殖过程至关重要。上述排卵障碍性不孕症中，PCOS存在自噬活性异常升高现象，不同类型的POI/POF中自噬水平异常增加或减少，OEC中自噬活性处于抑制状态，二甲双胍、间充质干细胞、褪黑素、孕激素等均参与调节自噬。自噬过程需要Beclin1、LC3、Atg7等多种因子的协同参与，它们的缺失或突变影响卵泡颗粒细胞的增殖和分化，导致卵母细胞数量减少、质量变差；
过度自噬引起的细胞凋亡和死亡异常同样影响卵泡的发育和成熟。PI3K/AKT/mTOR、MAPK/ERK1/2、AMPK、ERK等多种经典信号通路参与颗粒细胞和卵母细胞的自噬调控，mTOR信号通路尤为重要。自噬关键基因及其抑制剂和诱导剂、疾病相关因子（趋化素、同型半胱氨酸、活性氧自由基、炎症因子等）的研究可能为排卵障碍性不孕症以及卵巢疾病的诊疗提供分子靶点和治疗策略。
