PI3K/Akt信号通路在多囊卵巢综合征发病中的作用研究进展

高玥，丁锦丽，杨菁

(武汉大学人民医院生殖医学中心 湖北省辅助生殖与胚胎发育医学临床研究中心，武汉 430060)

多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是一种育龄妇女发病率较高的内分泌疾病。PCOS通常合并女性不育、月经不调、排卵障碍和妊娠并发症等，以及胰岛素抵抗、代谢综合征等代谢紊乱，且患者的心理特征和生活质量也容易受到影响[1-3]。PCOS的主要症状包括月经不规律、闭经、痤疮和体毛增多，许多患者表现出肥胖和腰围增加。在育龄妇女中，PCOS是一种普遍且多样化的内分泌疾病，总患病率为8%～15%[4-5]。但其病因学和发病机制尚不清楚。磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信号通路参与细胞增殖、分化、凋亡和葡萄糖转运等功能的调节，在肿瘤和炎症反应的发生、发展过程中发挥重要作用。近年来，学者们研究了PI3K/Akt信号通路与PCOS的关系[6-9]，认为PI3K/Akt信号通路在PCOS的发生和发展中起重要作用。现就PI3K/Akt信号通路的改变对PCOS患者颗粒细胞功能、卵母细胞成熟以及胰岛素抵抗发生的影响及其在PCOS治疗中的重要作用进行综述，为PCOS的诊断和治疗提供理论依据。

1 PCOS发病机制

卵泡中的颗粒细胞为卵母细胞的发育提供了营养物质和生长调节剂，这对卵泡的发育和排卵至关重要[10-11]。因此，颗粒细胞的增殖与凋亡异常可影响卵泡发育，可能在PCOS发病机制中发挥重要作用。研究显示，长链非编码RNA lnc-MAP3K13-7:1可抑制DNA甲基转移酶1(DNA methyltransferase 1，DNMT1)的表达，从而增加细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1A的转录，导致卵巢颗粒细胞增殖减少，促进PCOS的发病[12]。lnc-CCNL1-3:1可促进颗粒细胞凋亡，抑制葡萄糖摄取，导致PCOS患者发生卵泡闭锁和胰岛素抵抗[13]。心房肽可通过利钠肽受体A/孕酮受体膜成分1/表皮生长因子受体复合物促进颗粒细胞增殖，抑制卵巢颗粒细胞凋亡，从而改善PCOS大鼠的卵巢功能[14]。此外，PCOS患者也可出现内分泌紊乱和排卵功能障碍。有研究表明，miR-125b-5p通过调控小鼠窦前卵泡中的P21活化激酶3/胞外信号调节激酶1/2信号通路，破坏卵泡类固醇的生成[15]。磷酸甘油酸激酶1可增加S期激酶相关蛋白2依赖性雄激素受体的稳定性，导致排卵功能障碍[16]。多项关于PCOS人群和小鼠模型的研究表明，PCOS存在一定的遗传倾向性[17-18]，且相关症状也可传递[19]。另有研究表明，卵巢表观基因组的持续变化导致基因表达的改变，从而影响卵巢颗粒细胞的排卵、类固醇激素的合成和脂质代谢。Mimouni等[20]采用转录组和全基因组甲基化DNA免疫共沉淀技术对PCOS小鼠模型的子代卵巢组织进行分析发现，PCOS关键分子表达谱的改变由DNA去甲基化造成。Pan等[21]研究发现，与健康对照者相比，PCOS患者的整体DNA甲基化程度降低。

慢性低度炎症已成为PCOS发生的一个关键因素。关于PCOS患者体内的轻度炎症环境，有研究显示，某些炎症标志物[肿瘤坏死因子-α、C反应蛋白和白细胞介素(interleukin，IL)-6]在PCOS患者脂肪组织和血清中增加[22-23]，但与肥胖无关。同时，高糖饮食能够激发PCOS患者外周血单核细胞的氧化应激和炎症反应，且这种现象也与肥胖无关[23]。高雄激素能够在空腹状态下激活单核细胞，从而增加单核细胞对葡萄糖的敏感性，这可能是饮食促进PCOS炎症反应的潜在机制。另有研究表明，PCOS患者摄入饱和脂肪酸后，会促进活性氧类生成并增加细胞因子信号转导抑制因子-3在外周血单核细胞中的表达；此外，外周血单核细胞中的核因子κB抑制剂激酶β、核因子κB激活，而核因子κB抑制剂α表达减少，从而促进PCOS患者体内的氧化应激和炎症反应[24]。高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)是一种扩大炎症反应的蛋白，机械损伤和坏死的细胞可将核内HMGB1释放至细胞外诱导炎症反应[14]。在高浓度胰岛素作用下，大鼠原代卵巢颗粒细胞中HMBG1表达增加，导致细胞凋亡增多，PCOS加重[25]。

有学者对可影响系统代谢的肠道微生物群进行了研究，由于代谢的改变与PCOS表型的发展密切相关，在PCOS患者肠道中观察到了微生物群的改变[26]。该研究表明，改变的肠道微生物群产生的抗原可能与PCOS患者的代谢功能紊乱有关。Qi等[27]发现，在PCOS患者的肠道微生物群中，硫化细菌明显增加，同时伴有糖醛酸和牛磺酸去氧胆酸水平的降低；他们将来自PCOS患者的粪便微生物群或普通拟杆菌移植到正常小鼠体内，发现其可导致小鼠卵巢功能紊乱、胰岛素抵抗、胆汁酸代谢改变、IL-22分泌减少和不孕。

2 PI3K/Akt信号通路概述

根据PI3K的功能和结构可分为3种类型，其中研究最广泛的为Ⅰ型PI3K，它是由1个催化亚单位和1个调节亚单位组成的异质体。其中，调节亚基含有SH2和SH3结构域，可与具有适当位点的靶蛋白结合。亚单位通常被称为p85，目前已知存在6个调节亚单位，分子量为50 000～110 000；存在4类催化亚单位，即p110α、β、δ和γ，其中p110δ只存在于白细胞中，其他的催化亚单位则广泛分布在不同的细胞中。

Akt是一种原癌基因，其功能为调节不同的细胞活动，包括增殖、生长、生存、凋亡、代谢、转录和蛋白质合成。受体酪氨酸激酶、整合素、B细胞和T细胞受体、细胞因子受体、G蛋白偶联受体等均能激活Akt信号通路。

PI3K/Akt信号通路能调节细胞的增殖、分化和迁移，以及血管生成和代谢。当接受来自酪氨酸激酶和G蛋白偶联受体等信号后，PI3K的p85调节亚基即被募集到邻近质膜的部位，p110亚基通过与p85亚基结合将底物磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸转化为磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸(phosphatidylinositol-3，4，5-triphosphate，PIP3)。PIP3可以与Akt结合，在3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1的辅助下，将Akt蛋白上的苏氨酸磷酸化位点(Thr308)和丝氨酸磷酸化位点(Ser473)磷酸化，从而激活Akt[28]。肿瘤抑制基因人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN)是PI3K/Akt信号通路的一个重要上游分子，它可以抑制细胞增殖，增强细胞对凋亡的敏感性。PTEN的主要底物为PIP3，它可以在D3位点使PIP3去磷酸化，生成磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸，对PI3K/Akt信号通路进行负向调节[29-30]。PI3K/Akt与各种下游分子结合，在细胞运动中发挥作用。如Akt可通过作用于结节性硬化症复合体(tuberous sclerosis complex，TSC)1/TSC2和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路调控细胞生长；作用于细胞周期蛋白依赖性激酶的抑制分子p21和p27，并间接影响细胞周期蛋白D1和p53的表达水平来调控细胞周期和细胞增殖。此外，B细胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2)家族成员(如Bcl-2相关死亡启动子)负责调节细胞凋亡。Akt下调Bcl-2相关死亡启动子以抑制细胞凋亡并促进细胞存活。同时，Akt还可以直接在Ser196位点磷酸化和灭活胱天蛋白酶9，抑制胱天蛋白酶9介导的细胞凋亡。

3 PI3K/Akt信号通路在PCOS中的作用

PCOS的发病机制至今尚未明确。卵母细胞通过分泌细胞因子，调节颗粒细胞、卵泡膜细胞增殖分化，促进卵母细胞的生长，与雄激素、胰岛素等因素协同或拮抗作用，反馈调节促性腺激素的产生，对卵泡成熟发育至关重要，可能参与PCOS的发病。另外，PCOS患者无论是否肥胖，均可能伴有胰岛素抵抗，因此胰岛素抵抗在PCOS发病早期也可能起关键作用。

3.1对颗粒细胞增殖与凋亡的影响 PI3K/Akt信号通路在卵巢颗粒细胞增殖和凋亡中的作用已被广泛报道。有研究表明，PCOS患者颗粒细胞中的增殖细胞核抗原水平明显下降，而p27蛋白水平显著增加，表明PCOS患者的颗粒细胞增殖异常低下[31-32]。另外，PI3K/Akt信号转导能够激活细胞周期蛋白依赖性激酶，从而促进颗粒细胞G1期的发展。有学者利用PCOS大鼠模型进行实验，结果表明高脂肪饮食诱导的肥胖大鼠重组细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1A表达增多，使颗粒细胞生长停滞，从而导致卵泡的异常发育[33]。叉头框转录因子(forkhead box，Fox)O1是PI3K/Akt的下游靶点，在上调下游促凋亡基因的表达中起关键作用。Zhu等[34]发现，FoxO1可通过线粒体通路导致胱天蛋白酶家族的改变，从而引起颗粒细胞的凋亡。作为 PI3K-Akt信号通路的下游因子，促凋亡基因Bcl-2相关X蛋白和抗凋亡基因Bcl-2在颗粒细胞凋亡的调控中也具有重要作用[6]。此外，Ding等[35]研究发现，在卵巢颗粒细胞中，PI3K催化亚基p110δ是卵泡刺激素和雌二醇刺激卵泡发育的重要组成部分。

3.2对卵母细胞成熟的影响 在啮齿动物和人类中，卵细胞减数分裂的恢复需要环腺苷酸和环鸟苷酸水平的急剧下降。环腺苷酸是在人体内广泛存在的一种具有生理活性的重要物质。内源性环腺苷酸是由于某些激素或其他分子激活腺苷酸环化酶Ⅲ，腺苷酸环化酶Ⅲ催化ATP环化而形成，可被细胞内磷酸二酯酶(phosphodiesterases，PDEs)降解。而环鸟苷酸在卵母细胞中可抑制卵母细胞中PDE3A的激活，从而提高卵母细胞内环腺苷酸的水平。此外，Akt的激活有助于提高卵母细胞内磷酸化PDE3A的水平，这一过程对卵母细胞的成熟至关重要。在排卵期，黄体生成素水平急剧升高，激活PI3K/Akt信号通路，导致小鼠卵母细胞中Akt活性升高，Akt激活PDE3A或下游的mTOR途径，促进卵母细胞的成熟。有研究表明，PI3K/Akt信号通路也可以被卵母细胞衍生的IL-7所刺激，IL-7刺激颗粒细胞中Akt、糖原合成酶激酶3和信号转导及转录激活因子5蛋白的磷酸化，从而发挥抗凋亡作用，促进排卵前卵母细胞的成熟[36]。

PI3K/Akt信号通路在原始卵泡进入生长期的初始募集中起主要作用[37]，在GⅤ期的卵母细胞中就已经检测到Akt1和磷酸化形式的信使RNA表达。FoxO3是PI3K/Akt信号通路中的一个关键下游基因，活化的FoxO3可被PI3K通路抑制[38]。有研究表明，缺少FoxO3小鼠的原始卵泡过早被激活，而成熟卵泡则被进一步耗竭[39]。另有研究表明，在小鼠中TSC1或TSC2的缺失可激活mTOR复合物1，从而激活休眠的原始卵泡[40]。

3.3对胰岛素抵抗的影响 胰岛素抵抗是PCOS女性的常见并发症，44%～70%的PCOS妇女伴有胰岛素抵抗；与单纯肥胖女性相比，肥胖PCOS患者胰岛素抵抗的发生率升高[41]。肥胖和PCOS均会影响胰岛素敏感性，它们的同时存在会增加胰岛素抵抗的患病率。胰岛素是一种内分泌激素，可通过激活胰岛素受体(insulin receptor，INSR)、INSR底物、PI3K和Akt的细胞内信号通路参与调节葡萄糖和脂质代谢。胰岛素与INSR结合，引起下游激酶的磷酸化，从而激活PI3K/Akt信号通路。Belani等[42]研究发现，与对照者相比，PCOS伴胰岛素抵抗的患者颗粒细胞中PI3K的表达水平显著下降。另外，Zhu等[43]研究显示，PCOS伴胰岛素抵抗组患者卵巢颗粒细胞中的磷酸化Akt Ser473水平较对照组和不伴胰岛素抵抗PCOS组明显下降。

胰岛素可以通过两种INSR变构体来激活其在脂肪组织中的反应。其中，INSR-A主要在间质细胞和分化程度较低的细胞中表达，与细胞增殖有关；INSR-B则更多地在终末分化的细胞中表达，并与代谢作用相联系。近年研究显示，INSR的不同分布和INSR-A、INSR-B比例的改变可能与胰岛素抵抗和2型糖尿病的代谢异常有关[44]。有研究表明，PCOS患者的胰岛素信号转导受损，这种信号转导缺陷是由于细胞内INSR-B和胰岛素受体底物1被磷酸化，引起胰岛素介导的PI3K激活减少和对胰岛素作用的抵抗所致[41]。另有研究表明，脱氢表雄酮诱导的PCOS大鼠卵巢INSR甲基化水平升高[45]。此外，胰岛素还可通过增加胰岛素反应性葡萄糖转运蛋白4从细胞内囊泡到细胞表面的易位来刺激葡萄糖的摄取，该途径通过PI3K的激活介导[46]。Ezeh等[47]研究发现，与对照组女性相比，PCOS组患者脂肪细胞中的葡萄糖转运蛋白4表达水平降低，这种降低与全身胰岛素敏感性降低有关。

4 PI3K/Akt信号通路与PCOS的治疗

由于PCOS病因不明确、临床表现多样化，目前尚无有效的治愈方案，主要治疗方式包括调整生活方式和药物治疗。由于PI3K/Akt信号通路在PCOS发病机制中的重要作用，已发现许多药物可通过调节PI3K/Akt通路来缓解PCOS的症状，可能成为今后 PCOS治疗的靶点。有研究表明，PI3K/Akt信号通路的激活可导致DNMT1的磷酸化，从而增加DNMT1的核转位和活性，导致下游基因的甲基化[12]。Wang等[48]研究表明，西他列汀联合二甲双胍可通过抑制PI3K/Akt-DNMT1途径诱导长链非编码RNA H19的表达，从而改善PCOS大鼠的内分泌紊乱、卵巢多囊性改变和胰岛素抵抗的症状。此外，褪黑素可通过激活PI3K/Akt信号通路来抑制颗粒细胞的自噬和细胞凋亡，改善卵巢功能[7]。木犀草素可通过促进PI3K/Akt信号通路抑制PCOS大鼠胰岛素抵抗的症状，并通过恢复核转录因子红系2相关因子2通路增强抗氧化应激，从而减轻PCOS大鼠的症状[49]。桂枝茯苓丸可通过PI3K/Akt信号通路来抑制卵巢颗粒细胞自噬，并促进卵泡发育以减轻PCOS伴胰岛素抵抗大鼠的排卵障碍[50]。苍复道痰汤可通过胰岛素样生长因子1-PI3K/Akt-Bcl-2相关X蛋白/Bcl-2通路减轻PCOS大鼠的胰岛素抵抗，并改善卵泡发育[51]。六味地黄丸通过作用于PI3K/Akt信号通路显著逆转了PCOS伴胰岛素抵抗大鼠的胰岛素抵抗症状，降低了血清黄体生成素和睾酮的水平，减少了闭锁卵泡数量[52]。综上所述，PI3K/Akt信号通路在PCOS的治疗中具有重要作用。

5 小 结

目前PCOS的发病机制尚不明确，且尚无有效治疗方案。而PI3K/Akt信号通路为探索PCOS的发病机制和治疗方法提供了重要线索。PI3K/Akt信号通路可影响PCOS患者颗粒细胞功能、卵母细胞成熟以及胰岛素抵抗，且在PCOS治疗中也有重要作用。目前对PI3K/Akt信号通路的探索虽已取得一定进展，但关于PI3K/Akt信号通路在PCOS中作用的研究尚处于初步阶段，还需更多科学研究验证，找到影响PCOS发病的直接靶蛋白，以便于深入了解PCOS的发病机制，从而为今后PCOS的诊断与治疗提供更充分的理论依据。