胚胎發(fā)育期高雄激素誘導(dǎo)多囊卵巢綜合征患者內(nèi)分泌紊亂的中樞機(jī)制

許倩，劉斌，王道娟，王勇

多囊卵巢綜合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）是一種常見的女性內(nèi)分泌疾病，以稀發(fā)排卵或無排卵、臨床或生化的高雄激素血癥、B 超顯示雙側(cè)卵巢呈多囊樣改變?yōu)榈湫吞卣鱗1]。由于疾病的高度異質(zhì)性，PCOS 在臨床上采取排他性診斷，被定義為排除先天性腎上腺增生、高泌乳素血癥等疾病后，具有雄激素過多和卵巢功能障礙的癥狀和體征的臨床綜合征。根據(jù)診斷標(biāo)準(zhǔn)的不同，絕經(jīng)前婦女的PCOS發(fā)病率為6%～20%，是育齡期婦女最常見的內(nèi)分泌和代謝紊亂綜合征之一[2]。PCOS 的病因與發(fā)病機(jī)制尚不明確，因此其治療也局限于改善高雄激素血癥、卵巢功能障礙以及其他代謝紊亂，但目前觀點(diǎn)認(rèn)為PCOS是由雄激素過量帶來的惡性循環(huán)導(dǎo)致[2]。盡管PCOS的臨床表現(xiàn)與卵巢功能密切相關(guān)，但有觀點(diǎn)認(rèn)為在PCOS 的發(fā)病過程中雄激素的關(guān)鍵作用靶點(diǎn)是卵巢外的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)[3]?，F(xiàn)對(duì)高雄激素引起PCOS 的神經(jīng)內(nèi)分泌機(jī)制及其分子信號(hào)通路進(jìn)行綜述。

1 雄激素是PCOS 發(fā)病的關(guān)鍵

雄激素在PCOS 的發(fā)病過程中起重要作用。高雄激素直接導(dǎo)致PCOS 的多種臨床表現(xiàn)，成為PCOS的關(guān)鍵生化診斷標(biāo)準(zhǔn)[1]，針對(duì)高雄激素的治療也是PCOS 治療的關(guān)鍵部分。此外，高雄激素也常用作PCOS 動(dòng)物模型的誘導(dǎo)方式[4]。

過量雄激素使個(gè)體出現(xiàn)PCOS 癥狀與體征。21-羥化酶缺乏癥引起的非經(jīng)典腎上腺增生（non-classic adrenal hyperplasia，NCAH）導(dǎo)致雄激素過量產(chǎn)生，患者出現(xiàn)高雄激素血癥，進(jìn)而引起多毛、多囊卵巢、月經(jīng)稀發(fā)或閉經(jīng)、胰島素抵抗和不育等癥狀，這提示高雄激素血癥可能是PCOS 相關(guān)癥狀出現(xiàn)的重要原因[5]。根據(jù)基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，雄激素過多會(huì)導(dǎo)致脂肪組織代謝紊亂，引起脂肪在腹部沉積，大量證據(jù)表明腹部肥胖以及由此產(chǎn)生的胰島素抵抗共同作用導(dǎo)致卵巢和腎上腺雄激素分泌過多，造成惡性循環(huán)[6]。

產(chǎn)前雄激素暴露可能會(huì)導(dǎo)致PCOS。妊娠高雄激素血癥，如先天性腎上腺增生導(dǎo)致雌性后代出現(xiàn)生殖障礙、內(nèi)分泌及代謝紊亂、心血管并發(fā)癥，表現(xiàn)為循環(huán)雄激素水平升高、黃體生成激素（luteinizing hormone，LH）過量、無排卵、不育、胰島素抵抗、糖耐量減低、高胰島素血癥、高血壓等[7]。在妊娠第16、17、18 天對(duì)孕期雌鼠皮下注射250 μg 的二氫睪酮（dihydrotestosterone，DHT）來建立產(chǎn)前雄激素化（prenatally androgenized，PNA）小鼠，PNA 小鼠出現(xiàn)動(dòng)情周期紊亂、血漿雄激素過多、生育能力明顯降低以及卵巢形態(tài)改變?nèi)琰S體數(shù)量減少等PCOS 樣癥狀[8]。

高雄激素也普遍用于誘導(dǎo)PCOS 動(dòng)物模型。雄激素在嚙齒動(dòng)物、綿羊和靈長類動(dòng)物中都可以誘導(dǎo)出PCOS 的生殖、代謝和內(nèi)分泌特征。在早期發(fā)育時(shí)暴露于睪酮（Testosterone，T）或DHT 的雌性嚙齒動(dòng)物、綿羊和猴子也表現(xiàn)出了多種PCOS 表型[9]。

高雄激素通過雄激素受體（androgen receptor，AR）參與PCOS 的致病過程。產(chǎn)前16～18 d 暴露于DHT 的雄激素受體基因敲除（AR knockout，ARKO）小鼠與對(duì)照組相比保持了正常的卵巢形態(tài)、動(dòng)情周期與黃體數(shù)量[10]。AR 拮抗劑氟他胺的長期治療恢復(fù)了PNA 小鼠的動(dòng)情周期和正常排卵，改善了卵泡募集以及卵巢形態(tài)，顯著降低了PNA 小鼠卵泡膜細(xì)胞層的厚度[11]。

2 雄激素引起PCOS 表型的關(guān)鍵機(jī)制在于胚胎發(fā)育早期的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)功能紊亂

2.1 雄激素通過卵巢外神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的AR 引起PCOS 表型 盡管PCOS 的命名與癥狀體征都與卵巢功能有關(guān)，但大量研究結(jié)果表明，PCOS 的發(fā)病與卵巢外組織有密切聯(lián)系。對(duì)ARKO 小鼠做卵巢切除術(shù)后移植野生型小鼠卵巢，在DHT 的處理下仍表現(xiàn)出正常的動(dòng)情周期與黃體數(shù)量[3]，提示卵巢外組織可能是PCOS 發(fā)生的關(guān)鍵部位。PCOS 婦女常表現(xiàn)為LH 脈沖頻率增加、卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH）降低、促性腺激素釋放激素（gonadotropinreleasing hormone，GnRH）頻率增加[8-12]，升高的LH水平過度刺激卵泡膜細(xì)胞，導(dǎo)致過量雄激素產(chǎn)生，繼而損傷類固醇激素的負(fù)反饋通路[11]，提示PCOS 婦女下丘腦-垂體-性腺軸功能發(fā)生改變。PCOS 患者腦脊液中睪酮水平較正常排卵者升高[12]，提示雄激素可能通過中樞作用誘發(fā)PCOS 樣改變，而ARKO 雌性小鼠排卵性LH 激增時(shí)相紊亂以及LH 水平對(duì)卵巢切除術(shù)反應(yīng)性降低證實(shí)AR 信號(hào)可以調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)，尤其是類固醇激素的正負(fù)反饋調(diào)節(jié)功能[13]。因此，大腦可能是PCOS 發(fā)病的關(guān)鍵部位[14]。

為了確定PCOS 發(fā)病過程中雄激素的作用靶點(diǎn)，Caldwell 等[3]使用細(xì)胞特異性ARKO 小鼠進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示顆粒細(xì)胞特異性ARKO 小鼠使用DHT 處理后出現(xiàn)了動(dòng)情周期紊亂、無排卵、卵泡形態(tài)異常、腹部肥胖、血脂異常，而神經(jīng)元ARKO 以及非特異性ARKO 小鼠則較少或沒有表現(xiàn)出PCOS 相關(guān)癥狀，這提示神經(jīng)元特異性AR 信號(hào)是PCOS 排卵障礙、卵巢形態(tài)與功能異常以及代謝異常等癥狀體征發(fā)生的必須條件。

2.2 雄激素可能通過改變類固醇負(fù)反饋通路與GnRH/LH 脈沖發(fā)生器的活性引起PCOS 的神經(jīng)內(nèi)分泌功能紊亂 LH、FSH 的脈沖式分泌由下丘腦GnRH 神經(jīng)元驅(qū)動(dòng)，決定了卵泡發(fā)育、性腺類固醇激素的合成以及正常排卵。雌二醇為主的類固醇激素也通過激素敏感性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)向GnRH 神經(jīng)元提供負(fù)反饋信號(hào)[15]。在動(dòng)物模型中，雄激素給藥增加雌性LH 脈沖頻率并干擾性腺類固醇激素對(duì)GnRH 神經(jīng)元的反饋?zhàn)饔?。PNA 小鼠行雙側(cè)卵巢切除后，循環(huán)LH 水平增加但幅度小于對(duì)照組，2 d 后注射17β-雌二醇，給藥劑量為每20 g 體質(zhì)量1 μg，對(duì)照組小鼠的循環(huán)LH 水平顯著降低，而PNA 小鼠中未見明顯抑制作用[8]。與正常婦女相比，PCOS 患者需要更高濃度的雌二醇和孕酮來抑制LH 脈沖釋放，表明類固醇激素抑制GnRH/LH 脈沖發(fā)生器活性的能力受損[11]。這些結(jié)果提示PCOS 的發(fā)病起源于下丘腦GnRH 神經(jīng)元功能紊亂，包括類固醇對(duì)GnRH 的負(fù)反饋調(diào)節(jié)受損和GnRH/LH 脈沖發(fā)生器的活性異常增加等[16]。

2.3 雄激素影響神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)從而造成PCOS表型的關(guān)鍵時(shí)期在于胚胎發(fā)育早期 雖然雄激素過量影響神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)導(dǎo)致PCOS 的時(shí)空機(jī)制尚不明確，但早有理論提出女性圍生期發(fā)育過程中的雄激素水平升高可能導(dǎo)致大腦程序性改變，從而導(dǎo)致青春期PCOS 發(fā)病[17]。GnRH 的性別差異性分泌模式在胎兒和圍生期的發(fā)育過程中逐漸建立，此階段雄激素的存在與否決定了GnRH 神經(jīng)元的發(fā)育方向[18]。進(jìn)一步研究顯示，雄激素可以在胎兒時(shí)期通過激活A(yù)R 來重新編程下丘腦視前區(qū)神經(jīng)元，使其對(duì)雌二醇誘導(dǎo)孕酮受體增加的敏感性永久降低，從而改變GnRH 的分泌模式[18]。此外，PCOS 女性后代患PCOS以及相關(guān)并發(fā)癥如2 型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)更高。早期發(fā)育中暴露于雄激素的人類與動(dòng)物模型都在成年時(shí)表現(xiàn)出PCOS 的生殖和代謝特征。PNA 小鼠表現(xiàn)出雄激素過量、類固醇激素反饋受損和GnRH/LH 活性亢進(jìn)。上述研究結(jié)果都提示雄激素影響神經(jīng)內(nèi)分泌的關(guān)鍵時(shí)期在于胚胎發(fā)育早期[11，19]，即神經(jīng)內(nèi)分泌改變可能發(fā)生在青春期出現(xiàn)PCOS 生殖、代謝異常之前。

PCOS 樣小鼠的GnRH 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變化取決于發(fā)育早期雄激素暴露而非成年雄激素過量。研究顯示，產(chǎn)后25 d 的PNA 小鼠循環(huán)睪酮水平與對(duì)照組尚無明顯差異，但GnRH 神經(jīng)元上的囊泡γ-氨基丁酸（GABA）轉(zhuǎn)運(yùn)體（VGAT）同位密度已經(jīng)顯著增加，在青春期前，VGAT 與神經(jīng)元胞體和樹突的同位密度也顯著高于對(duì)照組，GnRH 神經(jīng)元棘突上檢測到更多的GABA 能輸入，這些改變均發(fā)生在循環(huán)雄激素增高、生殖障礙出現(xiàn)之前[11]。這提示雄激素可能通過在早期發(fā)育過程中影響神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)引起PCOS患者成年后的生殖、代謝障礙。

3 雄激素誘導(dǎo)PCOS 的神經(jīng)內(nèi)分泌改變的相關(guān)分子通路

盡管越來越多的證據(jù)表明早期卵巢外的神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)的改變是PCOS 發(fā)病的關(guān)鍵，但具體的調(diào)控機(jī)制尚不清楚。胚胎發(fā)育期不同性激素的暴露會(huì)改變大腦的結(jié)構(gòu)和功能，從而產(chǎn)生神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的性別差異[20]。AR 作為配體激活型轉(zhuǎn)錄因子，激活后與DNA 上的激素反應(yīng)元件結(jié)合或與其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子相互作用，引起基因的表達(dá)改變[20]。因此，有研究提出AR 的替代剪接變體也可能參與PCOS 的形成與發(fā)展[21]。胚胎期雄激素調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)發(fā)育方向的具體機(jī)制仍有待探索，目前在PNA 誘導(dǎo)的PCOS 模型中發(fā)現(xiàn)了幾種與GnRH 神經(jīng)元突觸連接改變的神經(jīng)元，如弓狀核中的kisspeptin-神經(jīng)激肽B-強(qiáng)啡肽（kisspeptin-neurokinin B-dynorphin，KNDy）神經(jīng)元以及GABA 能神經(jīng)元[14]。長期暴露于雄激素的青春期小鼠也顯示出GnRH 神經(jīng)元kisspeptin 和GABA 驅(qū)動(dòng)的改變[22]，提示雄激素可能通過在胚胎期影響GnRH 上游的神經(jīng)內(nèi)分泌通路引起成年后PCOS 表型。

3.1 雄激素可能通過KNDy 神經(jīng)元影響類固醇激素反饋調(diào)節(jié) GnRH 的脈沖式釋放受類固醇激素的反饋控制，但研究表明GnRH 神經(jīng)元大多缺乏相關(guān)的類固醇反饋受體[23-24]。一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)顯示，為妊娠85 d的胎羊靜脈注射Kisspeptin-10 或神經(jīng)激肽B（neurokinin B，NKB）抑制劑，LH 釋放增加，進(jìn)一步誘導(dǎo)睪酮的分泌增加，且免疫組織化學(xué)和熒光原位雜交均顯示2 種肽定位在大腦[25]。在另一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，PCOS 患者使用人神經(jīng)激肽3（neurokinin-3，NK3）受體拮抗劑AZD4901 80 mg/d 后，與給予安慰劑的對(duì)照組相比，LH 脈沖頻率與基礎(chǔ)分泌顯著降低，循環(huán)睪酮濃度顯著降低，排卵發(fā)生率增加[26]。而聚合酶鏈反應(yīng)和熒光原位雜交技術(shù)都顯示小鼠KNDy 神經(jīng)元表達(dá)AR[23]，這提示NK3 受體參與調(diào)節(jié)生殖系統(tǒng)功能，可能與雄激素過量造成的PCOS 的神經(jīng)元改變有關(guān)[27]。

女性下丘腦中表達(dá)kisspeptin 的神經(jīng)元主要分布于室旁前核（anteroventral periventricular nucleus，AVPV）與弓狀核，與GnRH 神經(jīng)元有突觸聯(lián)系[28]。大量研究顯示，KNDy 途徑在GnRH 的分泌中起核心作用，kisspeptin 作為GnRH 的刺激因子，被認(rèn)為是下丘腦-垂體-性腺軸的主要調(diào)節(jié)因子[28]，在NKB 和強(qiáng)啡肽的刺激下直接向GnRH 神經(jīng)元傳遞信號(hào)，控制GnRH 搏動(dòng)性釋放，調(diào)節(jié)LH 的脈沖頻率與分泌[29-30]。激活NK3 受體后，KNDy 神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢辉黾?，激活?qiáng)啡肽受體后動(dòng)作電位減少，而雄激素和雌二醇均可以影響KNDy 神經(jīng)元對(duì)自身速激肽產(chǎn)物的反應(yīng)性以及KNDy 神經(jīng)元自發(fā)放電頻率[23]。此外，雌二醇作用于AVPV 的類固醇激素受體，誘導(dǎo)下丘腦組織中孕酮受體的表達(dá)，接受類固醇激素信號(hào)，從而控制排卵周期和GnRH 的釋放。然而，在雄性大鼠以及PNA大鼠中，雌二醇的誘導(dǎo)作用消失，這可能是產(chǎn)前和圍生期雄激素對(duì)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響[18]。

3.2 雄激素可能通過GABA 能神經(jīng)元影響GnRH神經(jīng)元活性 PNA 誘導(dǎo)PCOS 模型中GABA 能神經(jīng)元與GnRH 神經(jīng)元突觸輸入也發(fā)生變化[14]。GnRH 神經(jīng)元接收來自GABA 能神經(jīng)元的信號(hào)輸入，實(shí)驗(yàn)表明PNA 小鼠的GABA 能神經(jīng)元突觸后電流頻率和大小均增加。氟他胺體內(nèi)治療可以逆轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象，提示雄激素以及AR 介導(dǎo)了相關(guān)的神經(jīng)內(nèi)分泌改變[31]。PCOS 婦女腦脊液中的GABA 水平升高[32]。與使用非丙戊酸鈉藥物治療相比，GABA 受體激動(dòng)劑丙戊酸鈉在治療雙相情感障礙和癲癇時(shí)增加了患者循環(huán)雄激素水平，提高了高雄激素血癥發(fā)生率并且導(dǎo)致月經(jīng)周期紊亂[33]。另一方面，PNA 小鼠的GABA 能神經(jīng)元突觸后電流頻率和大小的變化與動(dòng)作電位的發(fā)生無關(guān)，提示PNA 可能通過增加GABA 能神經(jīng)元和GnRH 神經(jīng)元之間的連接來改變GnRH 神經(jīng)元活性[31]。此外，使用鈉通道阻滯劑河豚毒素驗(yàn)證PNA小鼠GABA 能傳遞，結(jié)果顯示增加的遞質(zhì)傳遞頻率與功能性突觸連接數(shù)量的增加有關(guān)[34]。也有證據(jù)表明，PNA 小鼠中弓形核GABA 神經(jīng)元對(duì)GnRH 神經(jīng)元的神經(jīng)支配顯著增加[11]。

GABA 能神經(jīng)元輸入主要使GnRH 神經(jīng)元去極化，這可能是GABA 能神經(jīng)支配的增加導(dǎo)致GnRH/LH 脈沖頻率增加的重要機(jī)制[14]。此外，PNA 改變了青春期前雌性小鼠GnRH 神經(jīng)元對(duì)GABA 遞質(zhì)的反應(yīng)性[34]。因此，GABA 能神經(jīng)元異常投射導(dǎo)致的GnRH神經(jīng)元過度活躍被認(rèn)為是PCOS 神經(jīng)內(nèi)分泌障礙的潛在關(guān)鍵機(jī)制[35]。

4 胚胎發(fā)育期高雄激素血癥誘導(dǎo)PCOS 神經(jīng)內(nèi)分泌紊亂理論的臨床應(yīng)用與研究方向

胚胎發(fā)育期高雄激素血癥可能干擾神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)，影響類固醇激素反饋通路。類固醇激素的反饋直接調(diào)節(jié)GnRH 的脈沖頻率與分泌，引起LH/FSH 的分泌失調(diào)，造成下游性腺功能紊亂[16]。中樞內(nèi)分泌紊亂導(dǎo)致雄激素合成過量，循環(huán)雄激素水平升高從而作用于外周器官誘發(fā)PCOS 的生殖、代謝表型。PCOS的神經(jīng)內(nèi)分泌起源提示恢復(fù)類固醇反饋敏感性以及正常的LH/FSH 脈沖應(yīng)作為治療的目標(biāo)和靶點(diǎn)之一，包括增強(qiáng)神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)中強(qiáng)啡肽的活性以及抑制GABA 遞質(zhì)的過度釋放[16]，從而糾正PCOS 出現(xiàn)的下丘腦-垂體-卵巢軸功能紊亂。以中樞為靶點(diǎn)的藥物治療可以合理避免非特異性雄激素受體拮抗劑以及芳香化酶抑制劑帶來的不良反應(yīng)，為PCOS的治療提供新的思路。

盡管如此，雄激素在發(fā)育過程中重新編程神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞的許多分子靶點(diǎn)仍有待進(jìn)一步研究。例如，KNDy 亞群神經(jīng)元具有異質(zhì)性，不同亞群在ER、AR、KNDy 肽的表達(dá)水平、對(duì)速激肽的功能反應(yīng)以及對(duì)GnRH 神經(jīng)元的投射等方面有較大差異[23]，因此神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)的治療靶點(diǎn)還需要更多的研究支持。一方面，AR 在KNDy 神經(jīng)元中表達(dá)[23]，AR 信號(hào)在正常的神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)和排卵過程中起重要作用[13]，神經(jīng)元特異性ARKO 小鼠也表現(xiàn)出了異常的神經(jīng)內(nèi)分泌特征[24]。另一方面，很多研究顯示雄激素依賴AR 信號(hào)影響類固醇激素負(fù)反饋途徑誘導(dǎo)GnRH 脈沖頻率升高，也有證據(jù)表明雄激素可以通過獨(dú)立機(jī)制直接改變GnRH 神經(jīng)元活性，間接損傷負(fù)反饋通路[16]。此外，雄激素對(duì)于下丘腦-垂體-性腺軸外的器官系統(tǒng)也有干擾作用，如杏仁核、下丘腦-垂體-腎上腺軸、脂肪組織等[14]。因此，神經(jīng)特異性AR 阻斷的可行性與效果尚待進(jìn)一步研究。

5 結(jié)語與展望

PCOS 是一種常見的內(nèi)分泌疾病，以高雄激素與生殖障礙為主要特征，由于其病因尚不明確，治療手段也比較局限。大量的臨床數(shù)據(jù)與動(dòng)物模型顯示，雄激素在PCOS 的發(fā)病過程中起關(guān)鍵作用。在青春期出現(xiàn)高雄激素血癥以及卵巢形態(tài)功能障礙之前，早期雄激素暴露已經(jīng)改變神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)。這可能是通過改變激素敏感型神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)的基因、蛋白表達(dá)影響類固醇激素反饋。

目前的證據(jù)提示神經(jīng)內(nèi)分泌靶點(diǎn)的調(diào)控可能有益于部分PCOS 患者的下丘腦-垂體-性腺軸的功能恢復(fù)，但PCOS 發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，涉及多器官、多系統(tǒng)，未來的研究應(yīng)在關(guān)注PCOS 外周器官系統(tǒng)病理變化的同時(shí)繼續(xù)探索雄激素作用于神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)的病理生理過程與具體分子通路，以期獲得PCOS 的臨床治愈。