褪黑素与多囊卵巢综合征关系的研究进展

黄超男 徐键

褪黑素是一种吲哚类的神经内分泌激素，广泛分布于各种生物体内，其分泌受光照等外界环境的影响，是机体对外界环境改变作出适应性生理变化的重要调节因子，对动物的生存及繁殖具有重要意义，对人体昼夜节律起调控作用。近年发现，褪黑素是强效内源性抗氧化剂，对性发育、卵泡发育及维持妊娠等也具有调节作用。卵泡液中具有高浓度褪黑素，可有效保护卵母细胞免受氧化应激损伤。多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是育龄期女性最常见的生殖内分泌疾病，是引起无排卵性不孕和高雄激素血症的主要原因。PCOS的发病率逐年上升，在育龄期可达6%～10%[1-2]。PCOS是一种多基因相关疾病，表现为一种复杂的遗传方式，基本特征包括雄激素过多、排卵功能异常、卵巢多囊样改变。此外，PCOS患者的内分泌和代谢异常还表现为血清黄体生成素水平增高、血清雄激素水平升高、高胰岛素血症、胰岛素抵抗、肥胖以及异常脂质血症等，其发生代谢综合征、糖耐量减低、2型糖尿病、高血脂症、高血压和心血管疾病的风险明显增加。褪黑素是否参与PCOS病理改变，能否改善PCOS的临床表现及实验室指标目前国内外文献报道并不多。本文就褪黑素与PCOS关系的研究进展作一综述。

1 褪黑素的生物合成、作用机制

褪黑素在进化过程中出现较早，在许多神经外器官和组织中被发现，如大脑、视网膜、皮肤、胃肠道、肝、肾、甲状腺、淋巴细胞和生殖道等。经典的动物褪黑素合成途径需要连续4个酶促步骤。首先，色氨酸通过色氨酸5羟化酶（TPH）羟化形成5羟色氨酸（5HTryp）。在芳香氨基酸脱羧酶的催化作用下，5HTryp随后脱羧为5-羟色胺（5-HT，也称血清素）。然后5-HT通过芳基烷基胺N-乙酰转移酶乙酰化，形成N-乙酰-5-羟色胺（N-乙酰羟色胺）。最后，羟吲哚-O-甲基转移酶，也称为N-乙酰血清素-O-甲基转移酶转化为褪黑素[3]。考虑到每个细胞都必须拥有线粒体才能存活，所有细胞可能都会产生褪黑素供其局部使用，可能是为了保护细胞免受自由基的侵害[3]。褪黑素的分泌受视交叉上核内的内源性昼夜节律钟控制，受白天低浓度和夜间高浓度的环境光调控，节奏的形状大致呈正弦。褪黑素主要通过与膜结合的G蛋白偶联受体褪黑素1/2结合；与细胞内蛋白如钙调蛋白结合发挥作用，但褪黑素在PCOS中的具体作用机制仍需进一步探讨。

2 褪黑素受体（MTNR）基因与PCOS胰岛素抵抗的相关性

迄今为止，已发现大约100个候选基因被证实可能与PCOS的发病密切相关，但PCOS的致病基因、遗传及发病机制仍不明确。MTNR基因是研究较多的2型糖尿病的新型候选基因，编码MT1和MT2两种褪黑素受体。研究显示：MTNR1B基因的核苷酸多态性与胰岛B细胞功能受损、糖耐量异常密切相关，会增加2型糖尿病的患病风险[4]。国内研究也证实：MTNR1B的核苷酸多态性和中国汉族人群的2型糖尿病患病相关联[5-6]。而约50%～70%的PCOS患者存在胰岛素抵抗，PCOS患者2型糖尿病发病风险增加5～10倍，同时糖耐量受损的风险也增加[7]。PCOS与2型糖尿病都属于多基因遗传病，两者具有许多共同的遗传学特征。此外，PCOS和2型糖尿病在临床代谢表现和流行病学表现等方面也有许多相似之处，胰岛素抵抗及高胰岛素血症是2型糖尿病和PCOS发生、发展共同的病理生理基础。PCOS与2型糖尿病的相似性特别是遗传学方面的相似性提示2型糖尿病的发病相关基因可能也是PCOS的相关基因。李超[8]提取了PCOS患者和正常对照汉族女性全血基因组DNA，采用实时荧光PCR进行基因分型，检测MTNR1B基因中的rs10830962位点、rs10830963位点；MTNR1A启动子区SNPs rs2119882位点。结果显示MTNR1B基因中的单核苷酸多态位点rs10830963是中国汉族PCOS患者的疾病相关基因位点，并且与PCOS的临床表型相关。MTNR1B基因中的rs10830962位点不是中国汉族PCOS患者的疾病相关基因位点。MTNR1A基因启动子区rs2119882位点的变异与中国汉族PCOS患者的发病相关，与PCOS的胰岛素抵抗相关，提示MTNR1A SNP rs2119882是中国汉族人群PCOS的易感位点。PCOS存在明显家族聚集倾向也提示遗传因素在其病理生理过程中发挥着重要的作用。在前期的病例对照研究的基础上宋晓翠[9]基于核心家系的传递不平衡检验方法，研究MTNR1A的rs2119882位点和MTNR1B的rs10830963位点多态性与中国汉族人群的PCOS发病是否存在相关性。结果却发现MTNR1B基因的rs10830963位点多态性与PCOS的发病易感性无明显相关。而MTNR1A基因rs2119882位点的核苷酸多态性与PCOS的发病易感性有关，C等位基因可能作为关键等位基因增加了PCOS的发病风险。而近期一项肥胖PCOS患者褪黑素1A和1B的遗传多态性研究亦发现MTNR1A rs2119882可增加PCOS的发病风险，引起PCOS患者糖脂代谢紊乱[10]。这为进一步研究MTNR基因在PCOS病因学中的作用奠定了基础。

3 褪黑素与PCOS的关系

3.1 褪黑素与PCOS关系的基础研究 研究发现，在保护和治疗生殖功能障碍方面，褪黑素的应用似乎取得了令人满意的效果[11]，其可能对卵巢功能有直接作用，包括改变卵巢类固醇生成，主要是黄体酮的合成。松果体切除的大鼠除了出现血清褪黑素水平下降，妊娠丢失外，同时出现卵母细胞数量减少，生育能力下降。然而，褪黑素在预防和治疗PCOS方面的作用仍知之甚少。为了模拟PCOS，研究人员已经建立了多种动物模型，Pai等[12]给予睾酮诱导的PCOS大鼠不同剂量的褪黑素，结果发现两种剂量的褪黑素均可明显降低体重指数、胰岛素和C反应蛋白。褪黑素处理后观察到血脂降低，糖耐量恢复正常。卵巢组织病理学检查显示囊性卵泡数量减少。这支持了褪黑素对PCOS大鼠代谢及生殖功能障碍有保护作用，为褪黑素在PCOS中的潜在有益作用提供了证据。在一篇关于褪黑素对来曲唑致Wistar大鼠PCOS治疗作用的报道中，通过雌激素和细胞因子受体（白细胞介素2、6受体）的表达及白细胞介素6和肿瘤坏死因子-α等细胞因子的水平，发现褪黑素治疗后受体表达模式恢复正常，细胞因子水平也降至正常[13]。该研究表明补充褪黑素对受体表达的作用，也提示MT1R/MT2R可能通过细胞因子白细胞介素2、白细胞介素6受体调制雌激素受体。另有一项研究结果同样支持褪黑素可预防或逆转大鼠PCOS的观点[14]。虽然，多项研究证明补充褪黑素似乎可以改善甚至逆转PCOS，但具体的作用机制仍需深入探索。

3.2 褪黑素与PCOS关系的临床研究 近年来，越来越多的学者关注到褪黑素在PCOS患者临床治疗中的作用并进行临床试验。褪黑素干预后PCOS患者的临床表现、生化指标都得到了明显改善，这为褪黑素的临床应用提供了支持。一项前瞻性队列研究探讨了褪黑素治疗6个月对PCOS患者临床表现、激素水平和代谢指标的影响，结果显示褪黑素似乎通过对卵巢的直接作用，而非胰岛素依赖，改善PCOS患者的月经和高雄激素血症[15]。Jamilian等[16]给予受试者随机分配服用5mg褪黑素补充剂或安慰剂，2次/d，持续12周。结果给予12周褪黑素治疗的PCOS患者明显降低了多毛症、血清雄激素、C反应蛋白和丙二醛水平，同时增加了血清总抗氧化能力和总谷胱甘肽水平。此外，服用褪黑素还可降低白细胞介素1和肿瘤坏死因子α的基因表达。Shabani等[17]同样给予受试者10mg褪黑素或安慰剂，1次/d，睡前1h给药，持续12周。结果显示，与安慰剂相比补充褪黑素可明显降低匹兹堡睡眠质量指数、贝克抑郁量表指数和贝克焦虑量表指数。此外，褪黑素也可明显降低血清胰岛素、内稳态模型胰岛素抵抗指数、血清低密度脂蛋白及胆固醇水平，并明显提高定量胰岛素敏感性指数。这些研究一致表明PCOS患者受益于褪黑素的补充，甚至在胰岛素抵抗，血脂代谢，焦虑抑郁等心理异常中也似乎有帮助。虽然其具体的作用机制仍然不明确，褪黑素仍可能成为未来治疗PCOS的潜在药物。

研究显示，PCOS的表型特征与昼夜节律的两个生物标志物-褪黑素和皮质醇之间存在很强的正相关性[18]。在人类中，这些激素以一种独特的昼夜模式分泌：皮质醇在清晨6：00～8：00达到峰值，褪黑素在夜间达到峰值[19]。探讨褪黑素和皮质醇在PCOS发病机制中的潜在作用研究的结果并不一致[20-21]。有研究发现，PCOS患者可能由于昼夜节律紊乱出现早上的高褪黑素水平，且夜间和白天的差异较小，在经历工作压力、超负荷工作和缺乏自尊的个体中，这种效应会增强[22]。一项同样是关于PCOS昼夜节律性的研究表明在PCOS和肥胖症患者中昼夜节律失调与代谢失调有关[23]。而褪黑素是调节昼夜节律的关键激素，但褪黑素在PCOS代谢失调之间的潜在机制还需进一步探讨。

3.3 褪黑素在PCOS辅助生殖中的价值 PCOS患者在辅助生殖控制性超促排卵中对促性腺激素敏感性增加，而卵母细胞成熟率、受精率、卵子及胚胎利用率降低，表明PCOS患者卵母细胞质量较低。其原因可能是PCOS不孕患者卵泡液通过氧化应激，影响减数分裂纺锤体形成[24-25]。研究也发现，褪黑素的浓度与卵母细胞的质量呈正相关[26-28]。崔媛媛等[29]选取行体外受精-胚胎移植治疗的PCOS不孕症患者40例，对照组22例，采卵日收集患者的卵泡液，测定总抗氧化能力、丙二醛及褪黑素浓度。结果显示，与对照组相比PCOS患者卵泡液中褪黑素及总抗氧化能力低于对照组，丙二醛水平高于对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。因此，褪黑素可能参与了PCOS卵母细胞过氧化损伤。Pacchiarotti等[30]在一项随机、对照、双盲试验中，对PCOS患者体外受精方案中肌醇和褪黑素的协同作用进行了测试，发现肌醇和褪黑素显示出协同增强卵母细胞和胚胎质量的作用，并在之前研究的基础上，尝试将常规的肌醇和褪黑素补充纳入体外受精-胚胎移植方案。另有研究用不同浓度的褪黑素处理体外成熟的卵母细胞，结果显示褪黑素对PCOS卵母细胞核成熟有明显促进作用[31]。近期一项随机对照研究探讨了褪黑素对PCOS进行人工授精的化学妊娠率的影响，结果显示接受褪黑素治疗组的化学妊娠率约为32%，而对照组为18%[32]。这些研究为褪黑素在辅助生殖技术的应用奠定了基础，为改善PCOS患者卵泡及胚胎质量提供了新思路。

4 小结

综上所述，褪黑素受体基因的单核苷多态性与PCOS发病有一定关系。多个动物试验及临床试验证实，褪黑素补充后，PCOS患者的临床症状及实验室指标均有所改善。在辅助生殖技术中褪黑素也发挥显著作用，可能是通过对抗卵泡液中的氧化应激明显提高了PCOS患者的受精率和受孕率。因此，其在PCOS不孕患者中的应用具有广阔的前景。但由于褪黑素分泌存在昼夜节律，为临床检测及临床试验带来了挑战。