多囊卵巢综合征神经内分泌病因机制的研究进展

钱紫薇，姚琦，周阁，任青玲，胡荣魁

多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是女性常见的具有生殖、代谢及心理特征的内分泌疾病，约影响了全球8%～18%的育龄妇女[1]。我国一项以社区为基础的大型流行病学研究显示，汉族育龄期女性（19～45岁）PCOS的患病率为5.6%[2]。PCOS以高雄激素血症、排卵障碍和多囊卵巢为典型特征，表现为多毛、痤疮、月经失调和不孕等。此外，罹患Ⅱ型糖尿病、代谢综合征、心血管疾病、子宫内膜癌和抑郁症等远期并发症风险增加[3]。PCOS的症状复杂多样，病因、发病机制不明，目前尚无根治措施[4-5]。因此，探寻其起源，从病因出发进行个性化的治疗将十分重要。

虽然PCOS存在临床高度异质性，但多数患有PCOS 的女性呈现黄体生成激素（luteinizing hormone，LH） 脉冲频率升高和LH与卵泡刺激素（follicle stimulating hormone，FSH）比值升高。这种异常模式的促性腺激素信号一方面驱动了下游的卵巢特征，如雄激素合成增加，另一方面反映了上游促性腺激素释放激素（GnRH）神经元过度活跃，提示PCOS存在大脑GnRH神经网络功能障碍。发育过程中过量雄激素或抗苗勒管激素暴露的PCOS临床前动物模型可以完整呈现高频率GnRH/LH脉冲，这些临床前动物模型的建立为研究PCOS病理性LH波的中枢调控机制提供了很好的研究工具。综述PCOS高频率GnRH/LH脉冲相关的病理表现及其神经网络调控机制，探讨PCOS的神经内分泌起源。

1 GnRH神经元过度激活是PCOS发生发展的关键

下 丘 脑 - 垂 体 - 卵 巢 （hypothalamus -adenohypophysis-ovary，HPO）轴作为一个完整而协调的神经内分泌系统在调控女性生殖内分泌方面发挥着重要作用。下丘脑促性腺激素释放激素（gonadotropin releasing hormone，GnRH）神经元分泌GnRH，调控腺垂体促性腺激素细胞分泌促性腺激素FSH和LH，促性腺激素作用于性腺，调节性激素的分泌与生殖功能。GnRH神经元和GnRH 神经元网络负责整合多样的内环境稳态和外部信号保证个体生育能力维持在恰当水平。因此，GnRH神经元是神经网络调节生殖的最终输出神经元。临床研究显示，PCOS患者常表现为血清LH值升高，FSH值相对偏低，LH/FSH比值升高。一方面高水平的LH作用于卵泡膜细胞，促进雄性激素合成与释放；另一方面FSH相对减少，卵泡发育成熟障碍，最终导致无排卵、卵巢多囊样改变。促性腺激素检测试验显示血清LH值增高的PCOS患者LH波的频率与峰值增加[6]；产前雄激素化（prenatal androgenization，PNA）或产前抗苗勒管激素化（prenatal anti-müllerian hormone，PAMH）构建的高LH型PCOS模型动物[7-8]，LH波的频率与峰值增加，提示上游下丘脑GnRH神经元释放的GnRH波也可能发生类似改变，即GnRH神经元过度激活。由于技术、伦理道德等相关问题的挑战，目前临床尚不能检测PCOS患者外周循环血及垂体门脉血的GnRH，但动物垂体门脉插管实验研究显示垂体门脉血GnRH分泌的频率与外周血LH脉冲频率是完全同步的[9-10]。此外，临床前动物实验研究显示，与正常小鼠相比，PNA构建的PCOS模型小鼠GnRH神经元放电活性增加[11]。因此，神经网络调节生殖功能的GnRH神经元过度激活是PCOS发生发展的关键。

2 调控GnRH神经元活性的中间神经元件的改变是GnRH神经元过度激活的原因

健康女性GnRH/LH波频率主要受性激素负反馈调控，临床与动物实验研究均显示GnRH神经元过度激活与性激素负反馈回路受损密切相关。研究显示外源性雌、孕激素对PCOS患者LH波频率和峰值抑制的幅度明显低于正常女性[12]。动物研究也发现PNA小鼠在卵巢切除术后给予雌二醇处理出现LH钝化反应[13]。值得注意的是，GnRH神经元仅表达雌激素受体β（estrogen receptor β，ER-β）[14]，而不表达经典的ER-α[10]、孕激素受体（progesterone receptor，PR）[15]或雄激素受体（androgen receptor，AR）[9]。因此，表达性激素受体调控GnRH神经元活性的中间神经元件的改变可能是导致GnRH神经元过度激活的原因。

2.1 下丘脑弓状核（arcuate nucleus，ARC）区域表达性激素受体并调控GnRH神经元活动的中间神经元件主要分布于第三脑室嘴缘室周带（rostral periventricular of the third ventricle，RP3V） 的前腹室旁核（anteroventral periventricular nucleus，AVPV）、室周核（periventricular nucleus，PeN）和ARC区域[16-17]，其中ARC区在性激素负反馈回路中发挥着重要作用[18-19]。不同种属的PNA动物实验显示ARC区PR表达下调，对性激素敏感性降低，性激素负反馈回路受损，GnRH神经元活性增强，LH波的频率和峰值增加。Moore等[20]研究发现PNA小鼠下丘脑ARC区PR表达较正常对照组下调59%，外源性孕激素不能显著降低PNA小鼠去势后所引发的高水平LH。Cheng等[21]研究发现PNA羊下丘脑ARC区PR阳性细胞数减少。另有研究显示PNA大鼠下丘脑PR mRNA表达降低[6]。

2.2 Kisspeptinergic神经元/KNDy神经元 Kisspeptins由kiss-1基因编码，Kisspeptin通过其G蛋白耦联受体54（protein-coupled receptor-54，GPR54）促进GnRH神经元释放GnRH。临床研究显示PCOS患者血清Kisspeptin水平升高[22-24]，血清Kisspeptin水平与血清LH水平呈正相关，且Kisspeptin波的频率与LH波的频率呈正相关[25]。进一步研究发现，与月经规律的PCOS患者（月经周期小于45 d）相比，月经稀发的PCOS患者（月经周期大于45 d）血清Kisspeptin水平及Kisspeptin 频率升高。月经规律的PCOS 患者Kisspeptin脉冲与LH脉冲同时发生，没有时间延迟，而月经稀发的PCOS患者Kisspeptin脉冲与LH脉冲之间的时间耦合现象消失[25]。

另有研究显示，下丘脑Kisspeptinergic 神经元以突触形式增强GnRH 神经元的活性。下丘脑Kisspeptinergic神经元末梢，与GnRH神经元胞体和树突相接触形成突触，将Kisspeptinergic神经元合成释放的Kisspeptin传递至GnRH神经元，Kisspeptin 与GnRH神经元表面的Kisspeptin受体GPR54结合，促进GnRH神经元合成释放GnRH[9-10]。下丘脑Kisspeptinergic神经元主要存在于ARC和AVPV区域，在参与性激素负反馈的ARC 区域，Kisspeptinergic神经元高表达神经多肽kisspeptin、强啡肽（dynorphin A，Dyn）和神经激肽B（neurokinin B，NKB），通常被称为KNDy 神经元。KNDy神经元也表达NKB 和Dyn的受体，NKB 正向调节KNDy神经元活性，而Dyn 负向调节KNDy神经元活性[26]。ARC 区的KNDy神经元均表达ER-β、PR和AR，生理状态下，雌、孕激素作用于ARC区KNDy神经元，抑制KNDy神经元分泌kisspeptin，进而抑制GnRH神经元的活性，负反馈调控GnRH/LH 分泌，形成GnRH/LH 波，促进卵泡发育和卵巢雌、孕激素合成[27]。一项Ⅱ期临床试验研究显示应用KNDy神经元中NKB受体拮抗剂AZD4901治疗PCOS可降低患者LH波的频率及血清LH和睾酮水平[28]，提示Kisspeptin-NKB系统是降低PCOS患者血清LH和睾酮的潜在靶标。

由于Kisspeptin激活GnRH神经元的生物学特性，因此，在PCOS的PNA模型中观察到下丘脑ARC区Kisspeptin/KNB细胞数量增加，Kiss1/Tac2（NKB的基因）mRNA表达增加或Dyn细胞数量减少，可能是GnRH神经元活性及LH分泌增加的潜在原因。研究显示PNA小鼠下丘脑ARC区Kisspeptin mRNA 及Kisspeptin 蛋白表达增加[7]。与正常对照组相比，免疫组织化学检测显示，PNA 大鼠下丘脑ARC 区Kisspeptin和NKB阳性细胞数量显著增加[29]。另有研究显示PNA大鼠下丘脑ARC区Kiss1和Tac2（NKB的基因）mRNA表达增加[6]；与正常对照组比较，PNA羊下丘脑ARC区KNDy神经元数目无差异，但KNDy神经元胞体增大[10]。Cheng等[21]进一步研究显示PNA羊下丘脑ARC区Dyn表达的神经元数目减少，推测PNA羊孕激素负反馈受损，不是通过促进ARC区KNDy神经元Kisspeptin（Kisspeptin促进GnRH/LH分泌）的表达，而是通过抑制KNDy神经元Dyn（Dyn抑制GnRH/LH分泌）的表达来降低孕激素对KNDy神经元的抑制效应。

2.3 γ-氨基丁酸能（GABAergic）神经元 在前脑和其他许多脑部区域，γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）主要是一种抑制性神经递质。由于GnRH神经元胞内氯离子浓度高，GABA通过GABAA受体刺激GnRH神经元，促进GnRH神经元合成释放GnRH。临床研究显示LH波频率增高的PCOS患者脑脊液GABA浓度上升[30]。另外，长时间使用GABA激动剂丙戊酸治疗癫痫的女性患者罹患PCOS的风险显著增高[31]。

动物实验研究表明下丘脑ARC区域GABAergic神经元以突触的形式驱动GnRH神经元活性。PCOS动物模型中，下丘脑ARC区GABAergic神经元驱动GnRH神经元增强，GnRH神经元过度活跃推动了PCOS模型中LH分泌的增加[6]。Silva等[32]采用化学遗传手段慢性激活成年雌性小鼠下丘脑ARC 区GABAergic神经元，小鼠性周期紊乱，卵巢组织黄体数目减少，血液循环中的睾酮水平升高，呈现PCOS的生殖表型。Sullivan等[33]研究显示PNA小鼠GnRH神经元的GABAergic突触后电流的频率和大小均增加，下丘脑ARC区GABAergic传入GnRH神经元的数量显著增加，GABAergic神经元PR受体表达下调，干扰孕激素对GnRH神经元的负反馈。同样，在PAMH小鼠中，GnRH神经元放电活性增强，而且GnRH神经元放电活性增强与下丘脑ARC区GABAergic传入GnRH神经元的数量增加有关[8]。

3 雄激素信号在脑中的作用

PCOS患者通常循环雄激素水平较高，其一种可能是PCOS患者体内雄激素水平升高仅是卵巢对过度活跃的GnRH和LH分泌所表现的一种下游内分泌反应，另一种可能是雄激素自身也会在大脑中起重编程作用，重建并维持GnRH和LH的过度分泌。升高的雄激素介导神经内分泌轴变化的具体机制目前尚不清楚，破译雄激素作用的神经靶标有望为开发PCOS治疗策略与方法提供重要信息。在PCOS患者中，与对照组相比，AR拮抗剂氟他胺治疗可降低雌二醇和孕激素给药后LH的水平；而在未接受氟他胺治疗的情况下，相同的雌二醇和孕激素给药未能降低PCOS患者的LH水平[6]，这表明高雄激素血症会导致PCOS患者性激素（雌二醇或孕激素）负反馈回路受损。值得注意的是，Blank等[34]研究显示外源性孕激素降低LH波频率的幅度与高雄激素血症少女的空腹胰岛素水平呈负相关，该研究认为性激素负反馈回路受损，GnRH神经元过度激活可能与胰岛素抵抗有关。但是，胰岛素增敏剂二甲双胍治疗并不能改善高雄激素血症少女[35]或PCOS肥胖妇女[15]孕激素给药后的LH水平，表明高胰岛素水平与GnRH脉冲发生器对性激素敏感性降低之间的关联可能是由胰岛素对卵巢合成雄激素的刺激效应所致[36]。因为用二甲双胍治疗降低雄激素水平可能不足以引起GnRH脉冲发生器对性激素敏感性的改变，而氟他胺治疗则可有效阻断雄激素信号以恢复GnRH脉冲发生器对性激素的敏感性[33]。同样，一项在PNA的PCOS动物模型中进行的研究表明，氟他胺可以逆转PNA小鼠异常的GnRH神经元形态，减少GABAergic传入GnRH神经元的数量，降低睾酮水平并恢复小鼠发情周期[37]，这表明高雄激素血症直接或间接导致某些GnRH神经元异常。由于这项研究是在外周给予氟他胺，尚不清楚雄激素信号阻滞恢复这些生殖参数的原因是直接发生在大脑，还是在其他组织中。此外，为了支持雄激素信号在大脑中的重要性，一项对出生后小鼠雄激素化的研究表明，大脑AR敲除可改善卵巢的形态和功能，并减轻小鼠肥胖[16]。该研究中，AR被假定为在所有神经元中都被删除，因此，雄激素信号确切的大脑区域和特定神经元类型仍有待阐明。尽管如此，以上这些研究表明，雄激素诱导的GnRH神经网络的变化可能在PCOS的发病机制中起重要作用。

4 结语与展望

尽管PCOS在育龄女性中患病率很高，但目前尚无法治愈。由于技术、伦理道德等相关问题的挑战，在确定PCOS根本原因方面，尤其是神经内分泌层面原因的进展有限。临床前动物模型的建立有力地推进了有关神经内分泌对PCOS贡献的假设研究，PNA和PAMH模型动物研究表明，在这些PCOS样疾病模型中，存在活跃的GnRH系统，该系统驱动LH水平升高，卵泡膜细胞大量合成与释放雄性激素，卵泡发育成熟障碍，最终导致排卵障碍、卵巢多囊样改变。同时，PNA和PAMH动物模型研究证实了Kisspeptinergic神经元和GABAergic神经元对GnRH神经元过度活跃的可能贡献。临床研究显示PCOS患者的脑脊液GABA和血Kisspeptin水平升高，以及PCOS患者NK3R拮抗剂治疗后睾酮和LH水平改善，神经内分泌在PCOS发病机制中的作用更令人信服。但仍有许多重要的问题尚需解决，除Kisspeptinergic神经元和GABAergic神经元外，可能还存在其他直接或间接调节GnRH神经元功能的潜在神经元，它们可能在PCOS发生发展的过程中发挥一定作用。因此，未来需要进一步研究其他神经元群体及其释放的神经肽和神经递质的贡献，完整地绘制神经内分泌与PCOS表型的关系。