多囊卵巢綜合征動物模型數(shù)據(jù)挖掘及分析

苗晉鑫，李秀敏，苗明三*

(1.河南中醫(yī)藥大學(xué)，中醫(yī)藥科學(xué)院，鄭州 450000； 2.紐約醫(yī)學(xué)院，微生物與免疫學(xué)系，耳鼻喉系，紐約 10595)

多囊卵巢綜合征是育齡婦女代謝和內(nèi)分泌紊亂疾病，其臨床主要特征是多囊卵巢、少或不排卵、高雄激素血癥和不育等，是引起婦科癌癥、糖尿病和心腦血管疾病的重要因素[1]。其病因和發(fā)病機制尚未明確，缺乏有效治療手段。因此，通過大小鼠、恒河猴、綿羊和牛等動物模型來評估PCOS病因和病理生理。本文通過CNKI數(shù)據(jù)庫以“PCOS+動物模型”和PubMed數(shù)據(jù)庫以“Polycystic ovary syndrome +animal model”為主題，統(tǒng)計1989-2018年用于PCOS動物包括嚙齒類、非人靈長類和反芻動物模型的研究性文獻。列舉PCOS模型常用方法，總結(jié)不同模型與人PCOS的異同及應(yīng)用范圍，為PCOS的實驗研究提供參考。

1 PCOS嚙齒動物模型

1.1 類固醇誘導(dǎo)PCOS模型

1.1.1 產(chǎn)前雄激素(prenatal androgen, PA)誘導(dǎo)PCOS模型

在小鼠妊娠第16～18 天給予250 μg二氫睪酮(dihydrotestosterone, DHT)或大鼠妊娠15～19 d每天給予0.5 mg/kg丙酸睪丸酮(testosterone propionate, TP)處理，導(dǎo)致子代雌性小鼠和大鼠性成熟后生殖系統(tǒng)形態(tài)功能和代謝紊亂[2-3]。PA誘導(dǎo)的PCOS模型用來闡明PCOS的病因和發(fā)病機理及相關(guān)疾病的研究，但不適合下丘腦-垂體-卵巢軸的相關(guān)研究。

1.1.2 青春期前雄激素誘導(dǎo)PCOS模型

將19日齡的小鼠連續(xù)90 d緩釋給予2.5 mg的DHT，導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)類似人PCOS生殖和代謝癥狀相似[4]，但此模型胰島素敏感性下降和血脂紊亂等尚未報道[5]。張娟等[6]在23日齡SD大鼠每日皮下注射0.6 mg/kg的脫氫表雄酮(dehydroepiandrosterone, DHEA)20 d誘導(dǎo)大鼠PCOS模型，該大鼠模型卵泡閉鎖和囊狀擴張，與臨床PCOS卵巢病變相似，但胰島素抵抗尚未明確[7]。邱樹衛(wèi)等[8]將21日齡大鼠連續(xù)28 d皮下注射25 mg/mL的TP，誘導(dǎo)出高雄激素、無排卵和卵巢多囊等癥狀。TP誘導(dǎo)青春期前雄激素模型無排卵、卵巢多囊化、血清激素水平符合人 PCOS生殖方面特征，但缺少代謝方面研究數(shù)據(jù)。

1.1.3 青春期后雄激素誘導(dǎo)PCOS模型

Ergenoglu等[9]利用DHT誘導(dǎo)青春期(8～12周)大鼠PCOS模型，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可以使卵巢形態(tài)回復(fù)正在、卵泡數(shù)量增加、抗苗勒氏管激素和胰島素樣生長因子1水平降低。嚙齒動物誘導(dǎo)PCOS癥狀是該模型應(yīng)用的主要限制因素。

1.1.4 來曲唑誘導(dǎo)PCOS模型

來曲唑是一種非甾體芳香酶抑制劑，通過抑制雄激素向雌激素轉(zhuǎn)化使內(nèi)源性雄激素水平升高[10]。在小鼠PCOS模型中，從21日齡開始，用8 mg來曲唑包埋緩釋處理連續(xù)90 d，可以導(dǎo)致小鼠性周期紊亂，稀發(fā)排卵，卵巢多囊化和非典型出血性囊腫，但小鼠沒有出現(xiàn)代謝方面特征[2]。另一研究中，用來曲唑?qū)η啻浩诖菩訡57BL/6N小鼠處理5周，導(dǎo)致睪酮(testosterone, T)血清水平增加，雌二醇(estradiol, E2)正常激素水平表達，黃體缺少，卵巢囊性化，出現(xiàn)類似人PCOS的生殖特征。同時出現(xiàn)PCOS代謝紊亂特征，小鼠重量增加、腹部肥胖和脂肪細胞大小增加、糖耐量降低等[11]。來曲唑誘導(dǎo)動物模型表現(xiàn)為PCOS生殖和代謝兩方面癥狀，但停止來曲唑誘導(dǎo)后，小鼠生殖功能恢復(fù)。同時，該模型不適合研究雌激素高的多囊卵巢綜合征。

1.1.5 雌激素誘導(dǎo)PCOS模型

部分臨床PCOS患者的雌激素水平升高，多數(shù)研究為戊酸雌二醇(EV)誘導(dǎo)PCOS模型。通過對成年大鼠皮下注射EV誘導(dǎo)PCOS大鼠模型，兩個月后大鼠出現(xiàn)卵巢多囊化、T和E2水平升高[12]。雌激素誘導(dǎo)的 PCOS小鼠模型，通過5～7日齡小鼠每天皮下注射20 μg的雌激素，小鼠成年后表現(xiàn)出卵巢多囊化和黃體缺少[13]。雖然EV誘導(dǎo)嚙齒動物PCOS模型中卵巢的生理學(xué)和解剖學(xué)與人類相似，但未見人類典型代謝異常數(shù)據(jù)，該模型不適合下丘腦-卵巢軸相關(guān)研究。此外，雌激素模型的性激素特征和卵巢形態(tài)特征也不一致。

1.1.6 糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)PCOS模型

用糖皮質(zhì)激素進行產(chǎn)前處理的小鼠表現(xiàn)出與PCOS患者相似的代謝紊亂[14]，該模型用于評估PCOS氧化應(yīng)激對腎臟中線粒體功能的影響。另一個小鼠模型用于評估PCOS的排卵功能障礙和胰島素抵抗研究。小鼠給予1 mg/kg 的地塞米松后出現(xiàn)卵巢排卵率、T和E2水平升高，糖耐量減少，胰島素抵抗[15]。

1.1.7 孕激素(Progesterone, P)聯(lián)合人絨毛膜促性腺激素(hCG)誘導(dǎo)PCOS模型

將炔諾酮硅膠棒埋于23日齡大鼠背部皮下，3 d后皮下注射2.5 IU hCG，每日兩次[16]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)類似人的PCOS特征，卵巢重量增加、體積增大，卵巢囊性擴張卵泡，卵巢原始卵泡和顆粒細胞層數(shù)減少，T和胰島素(Insulin, INS)血清水平增加。桂文武等[17]研究發(fā)現(xiàn)大鼠卵巢多囊化，顆粒細胞層減少，黃體化激素(LH)和T血清水平升高。該動物模型實驗周期短、重復(fù)性好，且卵巢與PCOS患者病理形態(tài)學(xué)和血漿激素水平相似。但該模型對下丘腦-垂體-卵巢軸相關(guān)的PCOS的病因分析具有局限性。

1.2 INS聯(lián)合hCG誘導(dǎo)PCOS模型

INS聯(lián)合hCG誘導(dǎo)大鼠PCOS首先由Poretsky建立，將成熟的SD大鼠每天皮下注射INS，連續(xù) 10 d，從0.5 U遞增至6.0 U，再持續(xù)給藥12 d，同時每天2次皮下注射1.5 U hCG，連續(xù)9 d[18]。該模型卵巢組織學(xué)改變與人PCOS相似，卵巢多囊化、無排卵，大鼠體內(nèi)持續(xù)LH樣作用，出現(xiàn)高胰島素血癥和高雄激素血癥。盡管該模型的研究數(shù)量不如雄激素模型那么多，但該模型呈典型PCOS特征與臨床癥狀高度相似。該模型與人PCOS患者多個小卵泡囊狀擴張和排卵障礙的病變特征存在差異。

1.3 轉(zhuǎn)基因PCOS模型

現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)PCOS具有一定的遺傳特性，表現(xiàn)為多基因的相關(guān)性。轉(zhuǎn)基因動物是研究疾病發(fā)生發(fā)展及機制研究的重要研究手段，可以提供研究PCOS復(fù)雜的病因?qū)W信息?，F(xiàn)在已開發(fā)多種轉(zhuǎn)基因小鼠模型，顯示了人PCOS的一些特征(表1)。雄激素受體(androgen receptor, AR)基因敲除(knockout, KO)小鼠在性成熟后，性周期延長、卵巢多囊化、黃體數(shù)目逐漸減少、排卵率和卵泡成熟率下降、產(chǎn)仔數(shù)量也減少[19]。AR基因KO小鼠整體缺失AR后，引起雄激素不敏感綜合征，影響雄激素在生殖內(nèi)分泌方面研究。LH轉(zhuǎn)基因小鼠模型表現(xiàn)為LH過表達，卵巢體積增大、卵巢形成囊腫，卵泡和顆粒細胞層數(shù)減少、稀發(fā)排卵、睪酮和E2水平增加[20]。該模型在LH水平持續(xù)升高同時產(chǎn)生了與PCOS無關(guān)的特征，如卵巢腫瘤、黃體細胞過多而擴張的卵巢。

表1 PCOS轉(zhuǎn)基因小鼠模型與人PCOS相似性比較

注：+：結(jié)構(gòu)改變；-：正常；ND：未檢測；↑：升高或增加；↓：降低或減少；*：延長或紊亂或中斷；#：下降或不育。

Note. +, structural change. -, normal. ND: not detected. ↑, increased. ↓, decreased. *, prolonged or disordered or interrupted. #, decreased or infertile.

1.4 持續(xù)光照誘導(dǎo)PCOS模型

嚙齒動物發(fā)情周期與晝夜系統(tǒng)相關(guān)，光暗周期可以控制動物促性腺激素和排卵情況。研究者通過將大鼠置于連續(xù)光照下誘導(dǎo)PCOS，發(fā)現(xiàn)持續(xù)光照大鼠性周期紊亂、卵巢多囊化、卵巢包膜、間質(zhì)細胞增生[33]。同時卵巢內(nèi)膜和間質(zhì)細胞發(fā)生酶促反應(yīng)引起高雄激素血癥和高雌激素血癥[34]。持續(xù)光照PCOS模型在無激素條件下可誘導(dǎo)PCOS，但該模型轉(zhuǎn)至正常光照周期環(huán)境，PCOS特征可恢復(fù)正常。因此，需要進一步評估該模型在PCOS病因和發(fā)病機制與PCOS患者的相似性。

1.5 其他誘導(dǎo)PCOS模型

通過DHEA聯(lián)合INS誘導(dǎo)42日齡大鼠，發(fā)現(xiàn)大鼠性周期紊亂，卵巢重量增加和體積增大，卵巢多囊化、無排卵、高雄激素血癥等PCOS典型特征[35]。該模型缺乏穩(wěn)定性和持久性，不利于研究PCOS長期及并發(fā)癥的研究。大鼠皮下注射20 IU孕馬血清促性腺激素(pregnant horse serum gonadotropin, PMSG)，然后分別在16 h和40 h后連續(xù)兩次皮下注射2 mg米非司酮(RU486)，同時在PMSG注射48 h后注射20 IU hCG，結(jié)果顯示破壞的卵巢透明質(zhì)酸結(jié)合蛋白1和相關(guān)基質(zhì)金屬蛋白酶過度活化導(dǎo)致異常卵泡成熟的PCOS大鼠模型[36]。RU486是誘導(dǎo)高丙酸血癥特定模型。周越等[37]通過D-半乳糖誘導(dǎo)20周齡ICR小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠發(fā)情周期紊亂，卵巢多囊化，卵巢閉鎖增多和顆粒細胞層數(shù)減少，睪酮、胰島素和E2水平升高，促卵泡生長激素水平下降。將妊娠期大鼠置于慢性冷應(yīng)激狀態(tài)(4℃，3 h/d)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)新生大鼠卵巢中原始卵泡、發(fā)育卵泡和健康卵泡比例降低，孕酮、T和E2水平升高，顯示出多囊卵巢特征[38]。該模型常用于交感神經(jīng)活動影響生殖功能的卵巢病變中作用。

2 PCOS非人靈長類動物模型PA誘導(dǎo)PCOS模型

通過PA誘導(dǎo)猴子生殖和多種代謝異常，表現(xiàn)高度類似人PCOS特征的動物模型。研究者在雌性恒河猴妊娠第40～44 天，每天皮下注射10 mg TP，連續(xù)15～35 d[39]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)類似于PCOS患者，恒河猴卵巢多囊和排卵功能障礙，高雄激素血癥，腹部脂肪增多[40]。早期PA誘導(dǎo)恒河猴表現(xiàn)出與人類PCOS類似的代謝紊亂，主要是腹部肥胖和胰島素-葡萄糖代謝受損，這可能與胰腺B細胞功能障礙有關(guān)[41-42]。

3 PCOS反芻動物模型

3.1 PA誘導(dǎo)PCOS模型

多項研究證明母羊子宮內(nèi)過量的雄激素導(dǎo)致促性腺激素分泌不可逆缺陷，最終導(dǎo)致PCOS。妊娠母羊肌肉注射TP(100 mg，每兩周一次)，在147 d妊娠期內(nèi)的第30天和第90天之間注射60 d[43]。結(jié)果顯示卵巢中卵泡發(fā)育受阻、濾泡囊腫增加這與人PCOS一致。PA處理母羊出生的子代內(nèi)分泌激素異常，表現(xiàn)為LH濃度增加[44]。產(chǎn)前雄激素化的母羊是研究子宮內(nèi)PA處理的有益模型，以及對下丘腦-垂體-卵巢軸的影響，但對心臟代謝研究有限制。

3.2 糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的PCOS模型

常用牛作為單卵動物被用于糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)PCOS動物模型。研究者利用地塞米松誘導(dǎo)奶牛胰島素抵抗，發(fā)現(xiàn)奶牛葡萄糖和胰島素增加、無排卵和E2減少等PCOS特征[45]。由于奶牛具有與人類相似的單卵，必須經(jīng)歷卵泡選擇過程，該模型將有利于研究卵泡生長、偏離和排卵變化及生殖激素等。

4 小結(jié)

各種類型的PCOS動物模型已被用于不同研究。在嚙齒類、非人靈長類和反芻動物中類固醇誘導(dǎo)的模型應(yīng)用最多，尤其是PA誘導(dǎo)的產(chǎn)前或產(chǎn)后不同發(fā)育階段的PCOS動物模型。來曲唑模型可用于研究PCOS各個方面。轉(zhuǎn)基因小鼠的PCOS模型為我們理解某一基因在PCOS病理機制中發(fā)揮重要作用。目前常用方法建立的大部分PCOS動物模型都具有卵巢多囊樣變的特點，有的還有內(nèi)分泌和代謝異常(表2)。動物模型的研究結(jié)果可以為人類PCOS的生理學(xué)和病理學(xué)提供新的見解，為開發(fā)治療和預(yù)防女性PCOS提供幫助。

表2 PCOS動物模型與人PCOS相似性比較

注：+：結(jié)構(gòu)改變；-：正常；ND：未檢測；↑：升高或增加；↓：降低或減少；*：延長或紊亂或中斷；#：下降或不育。

Note. +, structural change. -, normal. ND, not detected. ↑, increased. ↓, decreased. *, prolonged or disordered or interrupted. #, decreased or infertile.