王雪梅 高英 馬倩蕓 吳春麗 徐營(嘉興學(xué)院醫(yī)學(xué)院,浙江嘉興 314001)

香煙煙霧對(duì)卵巢功能的影響*

王雪梅 高英 馬倩蕓 吳春麗 徐營△(嘉興學(xué)院醫(yī)學(xué)院,浙江嘉興 314001)

香煙煙霧危害女性生殖健康,香煙煙霧的某些成分被育齡婦女吸收后會(huì)導(dǎo)致生育能力的下降甚至不育。研究發(fā)現(xiàn)香煙煙霧中含有很多有害物質(zhì),如尼古丁、苯、鉛、多環(huán)芳烴等,能夠引起卵巢組織改變,影響激素合成、卵泡發(fā)育和卵母細(xì)胞質(zhì)量,影響卵母細(xì)胞線粒體功能,影響卵巢的自噬和凋亡。本文針對(duì)香煙煙霧及其水溶物對(duì)卵巢功能做一簡(jiǎn)要的綜述。

香煙煙霧;卵巢;自噬

香煙煙霧是一種混合煙霧,含有多種有毒物質(zhì),如:尼古丁、一氧化碳、錳、砷、鎘等。有關(guān)流行病學(xué)研究顯示,香煙煙霧的某些成分被育齡婦女吸收后會(huì)導(dǎo)致生育能力的下降甚至不育。就目前現(xiàn)狀而言,關(guān)于香煙煙霧及其水溶物影響女性卵巢的作用方式和可能機(jī)理則報(bào)道較少,且報(bào)道結(jié)果不一。本文對(duì)香煙煙霧及其水溶物對(duì)卵巢組織的影響和引起卵巢組織內(nèi)細(xì)胞的自噬機(jī)制進(jìn)行綜述,從而為女性不孕不育的原因進(jìn)行探索提供理論依據(jù)。

1 香煙煙霧水溶物對(duì)卵巢組織的影響

受香煙煙霧水溶物(Cigarette smoke extract,CSE)作用的卵巢發(fā)生充血性囊性退變,皮質(zhì)萎縮,髓質(zhì)血管收縮、減少、間質(zhì)疏松,卵泡顆粒細(xì)胞排列紊亂;生長(zhǎng)卵泡的顆粒細(xì)胞松散變性,排列不整齊;卵泡數(shù)減少,成熟的卵母細(xì)胞數(shù)目明顯減少;其中可見多個(gè)顆粒細(xì)胞層,內(nèi)有增粗的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體;核周隙局部增寬,線粒體水樣變、空泡樣變、嵴斷裂模糊[1]。

1.1 香煙煙霧水溶物對(duì)激素合成的影響

Vidal等[2]將原代培養(yǎng)的黃體顆粒細(xì)胞暴露于CSE,低濃度和高濃度的CSE都能使雌激素的分泌明顯降低。在一個(gè)相似的模擬系統(tǒng)中,香煙煙霧中的新煙堿和尼古丁能競(jìng)爭(zhēng)性抑制芳香化酶,而芳香化酶是雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素的必需酶。此外,高濃度CSE可以引起孕激素生成降低。游離尼古丁和尼古丁酒石酸氫鹽可以降低人類黃體顆粒細(xì)胞分泌孕激素。

卵巢中雌激素受體(Estrogen receptor-α,ERα)主要表達(dá)在卵巢組織中各級(jí)生長(zhǎng)卵泡內(nèi)的顆粒細(xì)胞核內(nèi),呈棕黃色顆粒狀分布,在卵泡膜細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞也有少量表達(dá)。在CSE處理后的ERα的表達(dá)低于正常;孕激素受體(Progestrone receptor, PR)主要表達(dá)在卵巢組織卵泡的顆粒細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中,呈棕黃色顆粒狀分布,而CSE處理后卵巢組織中PR的表達(dá)也低于正常個(gè)體[3]。

1.2 香煙煙霧水溶物對(duì)卵泡的影響

卵泡因?yàn)闆]有直接的血液供應(yīng),所以CSE中的可替寧和其他化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入卵泡液,是通過孔隙流體和膜的擴(kuò)散運(yùn)輸進(jìn)入的[4]。這可能影響卵母細(xì)胞誘導(dǎo)氧化應(yīng)激(Oxidative stress, OS)的能力。有證據(jù)表明暴露于CSE中的卵泡內(nèi)代謝物與卵泡脂質(zhì)過氧化作用顯著增加,而卵母細(xì)胞的抗氧化能力明顯降低[5]。同時(shí)卵泡內(nèi)的助氧化劑和抗氧化劑的平衡在卵泡形成中發(fā)揮了重要的作用[6],有研究表明,CSE與氧化劑和抗氧化劑的平衡在誘導(dǎo)卵巢反應(yīng)中存在協(xié)同效應(yīng)。因此,CSE中的某些物質(zhì)可以降低卵母細(xì)胞的抗氧化潛力從而降低卵泡的形成率,減少卵泡的數(shù)目導(dǎo)致生殖能力的下降。長(zhǎng)期暴露于香煙煙霧中可使卵巢體積減小和原始卵泡數(shù)量減少,這可能是通過激活Bax途徑來影響卵泡數(shù)量的[7,8]。

1.3 香煙煙霧水溶物對(duì)卵母細(xì)胞的影響

CSE可以顯著地降低小鼠的妊娠率,抑制胚胎發(fā)育,并且抑制卵母細(xì)胞的體內(nèi)成熟,降低第一極體的釋放率,使平均超排卵數(shù)顯著下降,使卵母細(xì)胞的質(zhì)量和存活率顯著降低,影響卵巢與體重比例,但對(duì)生發(fā)泡破裂無影響,可致胎兒宮內(nèi)發(fā)育遲緩,低體質(zhì)量?jī)旱某錾噬仙?流產(chǎn)率、早產(chǎn)率增高。其中香煙煙霧中的重金屬鎘可以在卵母細(xì)胞中積累進(jìn)而影響卵母細(xì)胞的發(fā)育。同時(shí)CSE中的某些成分也可能引起小鼠卵母細(xì)胞中染色體的異常,二倍體增多,從而導(dǎo)致卵母細(xì)胞的成熟過程中第一極體無法正常釋放,影響精子和卵細(xì)胞的正常受精,使得受精卵不能正常發(fā)育。且這一影響與被動(dòng)吸煙的天數(shù)有明顯的依憑關(guān)系;隨著被動(dòng)吸煙的天數(shù)增加以及培養(yǎng)時(shí)間的延續(xù),卵母細(xì)胞的第一極體釋放率與未經(jīng)培養(yǎng)的卵母細(xì)胞相比有顯著性的差異[9]。

停止被動(dòng)吸煙后,將卵母細(xì)胞以及受精卵培養(yǎng)在正常培養(yǎng)液中,小鼠的生殖能力又能基本恢復(fù),卵母細(xì)胞第一極體的釋放率以及體外受精率也都明顯提高?？梢娤銦煙熿F的這種毒性作用可能是短暫的、可逆的[9]。

1.4 香煙煙霧水溶物對(duì)線粒體的影響

線粒體的主要功能是提供能量,減少活性氧積累,進(jìn)行程序性細(xì)胞死亡。因?yàn)槁涯讣?xì)胞的成熟需要大量的能量,所以卵母細(xì)胞中包含了大量的線粒體,以維持DNA的完整性和修復(fù)功能[7]。CSE會(huì)導(dǎo)致卵泡損失、氧化應(yīng)激,引起自噬途徑的激活和減少錳超氧化物歧化酶的表達(dá)式以改變線粒體的功能[6]。從而對(duì)卵母細(xì)胞的成熟產(chǎn)生影響。CSE改變了線粒體嵴的結(jié)構(gòu),打開管狀接頭,導(dǎo)致凋亡因子的釋放,這一過程是通過細(xì)胞色素C和激活凋亡途徑形成的。長(zhǎng)期暴露于CSE也可引起線粒體修復(fù)機(jī)制的功能障礙,導(dǎo)致自噬功能紊亂和卵泡凋亡。

CSE可以引起PARK2(使線粒體碎片化)表達(dá)增加以及線粒體融合蛋白(Mitofusin,MFN)MFN1和MFN2等下游的靶向分子表達(dá)的下降[11]。其中線粒體融合蛋白在維持線粒體的完整性中發(fā)揮著重要的作用。線粒體融合蛋白MFN2和MFN1減少會(huì)導(dǎo)致線粒體融合的減少和支離破碎的線粒體數(shù)量增加,增加細(xì)胞對(duì)各種凋亡刺激的敏感性[7]。CSE也可對(duì)線粒體內(nèi)特定的蛋白質(zhì)造成影響,但也不排除它對(duì)其他細(xì)胞器和蛋白質(zhì)的影響。因此,這也是一個(gè)值得研究的方向。

2 香煙煙霧影響卵巢的自噬、凋亡機(jī)制

卵巢功能早衰是產(chǎn)生不孕的重要因素,環(huán)境中的有毒有害物質(zhì)在某些特定階段影響卵泡發(fā)育,其中香煙煙霧是十分重要的危險(xiǎn)因素,與女性生育力之間存在著明顯的關(guān)聯(lián),能夠使卵泡儲(chǔ)備耗盡,產(chǎn)生卵巢早衰[12]。香煙煙霧中存在超過4000種化學(xué)物質(zhì),如多環(huán)芳烴化合物(Polycyclic aromatic hydrocarbon,PAH),其可導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生活性氧、自由基等,誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng),引起卵泡自噬和凋亡。香煙煙霧通過影響自噬途徑,來增加自噬體的數(shù)量和調(diào)控小鼠卵巢中關(guān)鍵基因的表達(dá),如自噬基因Beclin-1和微管相關(guān)蛋白LC3(Microtubule-associated protein 1 light chain 3,LC3)的表達(dá)增強(qiáng)以調(diào)控自噬的發(fā)生,進(jìn)而導(dǎo)致卵泡數(shù)量的減少。因此自噬途徑可能是導(dǎo)致卵泡減少的重要機(jī)制[8]。

自噬(Autophagy)是指一些需降解的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器等胞漿成分被包裹,并最終運(yùn)送至溶酶體降解的過程,降解產(chǎn)生的氨基酸和其他小分子物質(zhì)可被再利用或產(chǎn)生能量[11]。

自噬在維持細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和細(xì)胞內(nèi)、外環(huán)境的穩(wěn)定有著重要的作用。自噬也發(fā)生在任何發(fā)育階段的卵泡(卵母細(xì)胞、顆粒細(xì)胞)中,因此研究香煙煙霧及其水溶物導(dǎo)致卵泡的自噬活動(dòng)是十分重要的。其中,參與自噬調(diào)控的基因稱為Atg (Autophagy related gene),目前已發(fā)現(xiàn)參與自噬的基因有30多種,其中包括調(diào)節(jié)自噬的蛋白Atg12-Atg5結(jié)合系統(tǒng)和LC3脂化系統(tǒng)的相關(guān)分子、Beclin-1復(fù)合物和磷脂酰肌醇三磷酸(Phosphatidylinositol3,PI3)激酶。另外,細(xì)胞骨架成分、凋亡相關(guān)因子線粒體調(diào)控相關(guān)分子、鈣離子濃度及相關(guān)調(diào)節(jié)基因、蛋白質(zhì)乙酰化等也參與自噬的調(diào)控[11]。香煙煙霧水溶物可導(dǎo)致Beclin-1和LC3的表達(dá)增加,從而使得顆粒細(xì)胞內(nèi)的自噬體增多,自噬活動(dòng)增強(qiáng),最終耗盡卵巢儲(chǔ)備的原始卵泡。Bcl-2(B-cell lymphoma 2)的表達(dá)水平下降明顯與自噬體的積累和誘導(dǎo)顆粒細(xì)胞凋亡有關(guān),因?yàn)锽cl-2在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)水平所占的比例,決定了細(xì)胞是否發(fā)生凋亡。自噬體的積累增加了顆粒細(xì)胞的凋亡,是通過降低Bcl-2的表達(dá)水平來活化蛋白酶,再通過活化的蛋白酶進(jìn)一步降低Bcl-2的表達(dá)水平,最終使自噬體積累,誘導(dǎo)顆粒細(xì)胞的凋亡[14]。鈣離子也參與自噬體的形成與成熟,胞內(nèi)游離鈣濃度可以調(diào)控自噬的發(fā)生。多種鈣離子激動(dòng)劑能夠抑制雷帕霉素靶位(Target of rapamycin,TOR)的活性,從而促進(jìn)自噬體的形成[11]。

3 展望

長(zhǎng)期以來,香煙對(duì)生殖方面的危害并未引起足夠的重視。有文獻(xiàn)[10,13,15]報(bào)道,香煙煙霧中的一些化學(xué)物質(zhì)對(duì)生殖功能的毒性作用明顯,在一定濃度時(shí)可以抑制小鼠卵母細(xì)胞的成熟和受精,影響卵母細(xì)胞的質(zhì)量和存活率。CSE可以導(dǎo)致卵巢質(zhì)量的下降和卵泡數(shù)量的減少,增加卵泡中顆粒細(xì)胞的自噬小體[8]。CSE可以通過改變線粒體的功能和形態(tài),以影響卵母細(xì)胞的數(shù)量。CSE也可使雌激素、孕激素減少,卵泡成熟率降低,卵子儲(chǔ)備量下降,造成婦女生殖能力下降。然而,有關(guān)香煙煙霧中的哪些化學(xué)成分對(duì)生殖功能影響較大尚待進(jìn)一步研究。

研究香煙煙霧及其水溶物對(duì)小鼠顆粒細(xì)胞的自噬和基因表達(dá)的影響是十分有意義的。以為今后研究卵巢早衰、卵巢癌等深入研究奠定基礎(chǔ),同時(shí)也為探索不育不孕的原因提供了理論基礎(chǔ)。

1 李洪利,李若葆,尹崇高.被動(dòng)吸煙對(duì)大鼠卵巢組織結(jié)構(gòu)的影響[J].濰坊醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,33(5):357-358.

2 Vidal JD,VandeVoort CA,Marcus CB,et a1.In vitro exposure to environmental tobacco smoke induces CYPl B1 expression in human luteinized graulosa cells[J].Reprod Toxicol,2006,22(4):731-737.

3 李若葆,尹崇高,李洪利.被動(dòng)吸煙對(duì)大鼠卵巢雌激素受體α、孕激素受體表達(dá)的影響[J].解剖學(xué)雜志,2011,34(1):12-15.

4 Fabro S.Penetration of chemicals into the oocyte,uterine fluid,and preimplantation blastocyst[J].Environ Health Perspect,1978,24: 25-29.

5 An CH,Wang XM,Lam HC,et al..TLR4 deficiency promotes autophagy during cigarette smoke-induced pulmonary emphysema[J]. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2012,303(9):L748-L757.

6 Das S,Chattopadhyay R,Ghosh S,et al.Reactive oxygen species level in follicular fluid-embryo quality marker in IVF?[J].Hum Reprod,2006,21(9):2403-2407.

7 Gannon AM,St?mpfli MR,Foster WG.Cigarette smoke exposure elicits increased autophagy and dysregulation of mitochondrial dynamics in murine granulosa cells[J].Biol Reprod,2013,88(3):63 -63.

8 Gannon AM,Stampfli MR,Foster WG.Cigarette smoke exposure leads to follicle lossvia an alternative ovarian cell death pathway in a mouse model[J].Toxicol Sci,2012,125(1):274-284.

9 沈維干,陳彥,李朝軍,等.被動(dòng)吸煙對(duì)雌性小鼠生殖功能的影響[J].生殖醫(yī)學(xué)雜志,2000,9(3):159-164.

10沈維干,季全蘭,李朝軍.鎘對(duì)小鼠卵母細(xì)胞成熟和體外受精的影響[J].中國環(huán)境科學(xué),1999,19(6):536-538.

11吳春麗,郭燕君,徐海琦,等.自噬與哺乳動(dòng)物卵泡閉鎖[J].中國細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào),2013,35(9):1397-1404.

12 Soares SR,Simon C,RemohíJ,et al.Cigarette smoking affects uterine receptiveness[J].Hum Reprod,2007,22(2):543-547.

13沈維干,季全蘭,李朝軍.鋁對(duì)體外培養(yǎng)小鼠卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的影響[J].衛(wèi)生研究,1999,28(5):267-268.

14 Choi J,Jo M,Lee E,et al.Induction of apoptotic cell death via accumulation of autophagosomes in rat granulosa cells[J].Fertil Steril,2011,95(4):1482-1486.

15 Zenzes MT,Krishnan S,Krishnan B,et al.Cadmium accumulation in follicular fluid of women in in vitro fertilization-embryo transfer is higher in smokers[J].Fertil Steril,1995,64(3):599-603.

Effects of cigarette smoke on ovarian function*

Wang Xue-mei,Gao Ying,Ma Qian-yun,Wu Chun-li,Xu Ying△
(Medical College of Jiaxing University,Zhejiang Jiaxing 314001)

2015-6-24)

國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):20141035019)

王雪梅,女,臨床醫(yī)學(xué)本科在讀,主要從事生殖細(xì)胞發(fā)育研究, Email:1194528367@qq.com。

△通訊作者:徐營,男,教授,主要從事胚胎學(xué)研究,Email:xuyingmrd@ 163.com。