基于氧化应激探讨POI对生殖的影响

杨 珍 董晓英

早发性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency，POI)是对卵巢早衰、原发性卵巢功能不全等一类疾病的全新命名，最新的诊断建议是年龄低于40岁的女性连续4 个月的月经稀发或闭经，并连续2 次以上超过4 周间隔的血清促卵泡生成素(follicle-stimulating hormone，FSH)>25 U/L[1,2]。相关研究表明，POI的人群发生率为1%，且有日趋增高之势，严重地影响了女性的生殖能力及身心健康，受到了越来越多学者的关注。新近研究发现，氧化应激可能是导致POI发生的潜在原因，氧化应激是指细胞暴露于高浓度氧分子或氧的化学衍生物而引起的细胞损伤，以活性氧、氮和抗氧化防御为特征的抗氧化分子失衡状态，被认为是细胞再生系统中凋亡的决定因素[3]。作用于生物大分子的活性氧自由基(reactive oxygen free radicals,ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen free radicals,RNS)可破坏细胞结构，引起细胞和组织的生理和病理反应。在男性和女性生育能力低下的发病机制中发挥着关键作用。增加的ROS水平可以阻断囊状卵泡中卵子的发育。抗氧化物和抗氧化剂之间的这种不平衡会导致许多生殖疾病，如子宫内膜异位症、多囊卵巢综合征和早发性卵巢功能不全等不明原因的不孕；妊娠并发症，如自然流产、习惯性流产和先兆子痫，也可发展为对氧化应激的反应。研究表明，极端的体重和生活方式因素，如吸烟、饮酒和吸毒，都会促进自由基的过量产生，从而影响生育能力。对环境污染物的接触越来越令人担忧，因为它们也被发现会引发氧化状态，可能是导致女性不孕的原因之一。因此，本文将探讨氧化应激与POI的关系及POI对生殖的影响。

一、氧化应激概述

氧化应激在内分泌干扰物介导的生殖功能障碍中起着重要作用，人们认为ROS可以作为细胞毒性评价的早期指标。在人类和动物模型中，ROS和抗氧化剂参与了卵泡发育、卵母细胞成熟的调控。一些研究表明，氧化应激是正常细胞增殖和凋亡中断的重要因素之一，氧化应激可诱导颗粒细胞凋亡，进而导致卵泡闭锁，从而损害卵母细胞质量。

二、POI与氧化应激相关的3条信号通路

POI发生主要是由于卵巢衰退导致的严重排卵障碍，包括原始卵泡缺乏或不足、卵泡提前耗竭、卵泡生长发育异常等。始基卵泡是生殖细胞的基本单位，在女性生育中起到重要作用，紊乱的卵泡会导致一些生殖问题，氧化应激中增加的ROS水平会阻断囊状卵泡中卵子的发育。而抗氧化物可以恢复ROS水平，保护卵巢免受氧自由基调节的损伤[5]。ROS的产生，尽管对于生理过程很重要，也可能会诱导病理状态。氧化系统失衡导致循环产生的ROS进行长期的累积，增加卵巢疾病发病的风险，如POI。

1.PI3K/Akt/mTOR信号通路：目前，氧化应激信号通路在发展成POI女性的病理过程中发挥的损伤作用，已成为热门研究课题。许多因子在PI3K/Akt/mTOR信号通路中参与卵母细胞生长、始基卵泡发育和颗粒细胞的增殖与分化[6]。PI3K/Akt主要对细胞的生长增殖有很大影响。近几年，研究者调查已被证实的，早发性卵巢功能不全的卵巢相关生理病理的大鼠模型实验的机制，发现PI3K/Akt/mTOR通路不仅参与到调节卵母细胞生长和调节，也在原始卵泡的存活和发育、加速颗粒细胞增殖和分化、阻碍颗粒细胞的凋亡中发挥重要作用。PI3K-Akt通路在颗粒细胞受到氧化应激时，在调节FOXO 1的核/胞质穿梭中起着关键作用[7,8]。FOXO 1作为一种保守的转录调节剂，负责确定细胞的命运，在生长卵泡的颗粒细胞中有选择性和高表达[9～12]。鼠卵巢组织免疫组织化学检测显示FOXO 1在卵泡闭锁时集中在颗粒细胞内，呈强核染色[13]。早期的研究显示FOXO 1在调节颗粒细胞功能方面具有潜在的作用。例如，强迫FOXO 1在颗粒细胞中激活，可阻止促性腺激素引起的对甾醇/类固醇和脂质生成所需基因的上调[14]。PI3K/Akt/mTOR信号通路在维持正常卵巢功能上有重要作用，PI3K信号通路的调节对POI的治疗有着广泛的前景。

2.SIRT1信号通路：SIRT1信号通路与卵巢的生理病理相关，是一种保护性的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖性脱乙酰基酶，在各种生理及疾病状态下发挥生物学作用[15]。SIRT1与酵母沉默信息调节器2同源，是研究最广泛的沉默调节蛋白分子，它是抑制热量和抵抗氧化的关键分子。SIRT1介导的FOXO 3、P53和NF等分子的去乙酰化作用对线粒体功能、凋亡和炎症有着深远的影响[16]。相关实验研究证明，SIRT1在感官和调节细胞氧化还原状态发挥了重要作用，对于在体内外暴露于氧化应激下的细胞和组织，表现出保护性效果[17]。SIRT1的表达，位于细胞质和细胞核中，被观察到在哺乳动物颗粒细胞、卵母细胞、胚胎和人的卵巢细胞株中。SIRT1随着衰老下调，而它信号通路的上调能保护小鼠卵母细胞对抗氧化应激。

3.MAPKs信号通路：MAPKs信号通路是响应氧化应激基因转录的主要调控因子，转录因子NF-E2相关因子2(Nrf2)是细胞抗氧化应激反应中的关键因子，两者协同调控细胞的氧化应激。它们的信号级联由丝氨酸和(或)苏氨酸残基的磷酸化和去磷酸化控制。这一过程促进了受体酪氨酸激酶、蛋白酪氨酸激酶、细胞因子受体和生长因子的作用[18]。过量的活性氧会破坏这些级联信号通路的正常作用。MAPKs主要存在3个亚族：ERK1/2MAPK 家族、JNK/SAPKMAPK 家族和P38MAPK 家族，在氧化应激状态下，MAPKs 3 个亚族发挥不同作用。ERK 信号转导途径是最早发现的经典Ras-Raf-MAPK 信号通路，ERK 活化后促进细胞进入G1期; 应激可通过Ras 或非Ras 两条途径激活JNK，JNK通路由于受到GST酶的抑制而阻止磷酸化。在这个级联中加入H2O2可以破坏复合物，促进磷酸化，JNK 的活化可诱导细胞凋亡; P38 上游激活物为MKK3、MKK4 及MKK6、MKK4， 它们与JNK 通路共用，其余两个特异性激活P38 信号通路，P38 通路被应激激活后，同样可以促进细胞凋亡[19,20]。胞内多种应激状态如氧化应激、热休克和炎性反应都能激活JNK 与P38 信号通路。氧化应激会改变细胞信号转导机制，从而破坏细胞生长和增殖所需的生理过程。

由此可见，PI3K/Akt/mTOR信号通路中参与卵母细胞生长、始基卵泡发育和颗粒细胞的增殖与分化；SIRT1的表达被观察到在哺乳动物颗粒细胞、卵母细胞、胚胎和人的卵巢细胞株中，它的信号通路的上调能保护小鼠卵母细胞对抗氧化应激；MAPKs信号通路和转录因子NF-E2相关因子2(Nrf2)协同调控卵母细胞的氧化应激。因此上述3条通路成为通过氧化应激影响卵泡发育的重要通路。

三、POI的孕育及妊娠结果

25%的POI患者具有间歇性和不可预见性，自发受孕的可能性估计为4%～10%[21,22]。这些女性的卵巢储备是通过超声计数的窦卵泡和抗缪勒试管激素，卵泡刺激素，雌二醇(E2)和抑制素B的检测。Naredi等[22]对358例特发性POI患者进行了近6年的随访，48个月累计妊娠时间为4.3%。21例自然妊娠导致16例活产，1例双胎，4例流产，1例选择性流产。2例妊娠合并妊娠糖尿病，1例甲状腺功能减退，1例单胎妊娠导致早产。但目前在改善患者自身配子的生殖方面进展甚微，已有一些研究评价雌激素、促性腺激素释放激素类似物、糖皮质激素与促性腺激素刺激卵巢的效果，大约20%的POI患者排卵。卵母细胞捐赠是已被证明并推荐的治疗妇女POI导致妊娠困难的方法。卵子捐献周期后的妊娠率约为40%，且累积妊娠率很高，4个周期后达到70%～80%[23]。Ameratunga等[23]报道了36例POI患者卵子捐献后发生的并发症：早产3例，妊娠高血压5例，妊娠期糖尿病2例，宫内生长迟缓1例。两胎移植后有两例双胎妊娠[24]。

随着癌症患病率总体上升，受影响患者的长期生存率也随之上升。因此应高度关注对化学治疗、放射治疗或外科手术引起的医源性POI的保护。在接受癌症治疗的年轻女性中，在放疗和保留生育的手术中应考虑屏蔽或卵巢移位。化疗期间给予促性腺激素释放激素类似物可显著降低年轻癌症患者发生POI的风险，但对生育能力无保护作用[25,26]。胚胎和成熟卵母细胞的冷冻保存是临床公认的方法，妊娠率和活产率高达25%。其他选择，如取回未成熟的卵母细胞，使其在体外成熟，冷冻性腺组织或使用卵巢干细胞的新方法，都有希望指导治疗POI造成的生殖问题，但仍被认为停留在实验阶段。

四、展 望

POI严重影响女性的身心健康，极大降低了女性的生殖能力。氧化应激在生殖过程中具有双刃剑的作用，一些研究已经把氧化应激作为一些生殖问题的病理因素，尽管大部分POI患者被认为是特发性的，有研究表明，大约70%细胞遗传正常的特发性POI患者有ROS水平的升高，氧化/抗氧化是一种平衡状态，两方面相互制约相互影响女性生殖功能及妊娠结局。卵泡的发育和成熟在女性生育中至关重要，低ROS水平可以促进卵泡发生、卵母细胞成熟、卵巢类固醇生成和受精。当ROS水平超过细胞抗氧化防御能力就导致氧化应激，因此，在POI患者中观察衡量ROS水平对卵泡发生的损伤或始基卵泡凋亡的加速有重要作用。外源性抗氧化酶及内源性抗氧化体系对提高机体抗氧化能力具有重要作用。而对机体氧化应激状态的调控，最终还是应通过改善内源性抗氧化能力，对氧化/抗氧化平衡状态进行动态调控，保证机体正常功能的发挥。例如，抗氧化剂补充在预防早孕损失方面进行了研究，其想法是替换耗尽的抗氧化剂储备，以对抗绝大多数氧化环境。所以进一步研究内源性抗氧化应激信号通路，如SIRT信号通路的转导机制，对改善女性生殖功能，提高卵母细胞质量具有重要意义。

综上所述，通过从氧化应激角度来讨论POI对生殖带来的影响，可以发现，氧化应激对POI的产生有非常重要的作用，POI的发展会对生殖系统造成不可逆的损伤，因此，早期对氧化应激的检测和促进抗氧化的管理可能会延迟或预防氧化应激引起的POI，将对解决POI产生的生殖问题带来巨大的优势。