胰岛素抵抗对女性生殖功能的影响

韩乐，马瑞红，赵志梅，夏天

胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）是指各种原因使胰岛素促进葡萄糖摄取和利用的效率下降，机体代偿性地分泌过多胰岛素产生高胰岛素血症，以维持血糖的稳定[1]。IR 是代谢综合征的主要病理生理机制和中心环节，也是诱发心血管疾病、血脂代谢异常、代偿性高胰岛素血症和2 型糖尿病等远期并发症的高危因素，并且在妊娠状态下，蛋白质和皮下脂肪合成明显增加，许多生理性变化表现为特殊的IR，导致代谢紊乱加重。IR 对女性生殖功能也会产生重要影响。IR 患者体内过多的胰岛素刺激卵母细胞，使卵母细胞质量受损，影响子宫内膜的糖代谢，使子宫内膜容受性下降，导致不良妊娠结局。综述IR 对女性生殖功能的影响，并探讨其引起生殖功能障碍的可能机制，以期为生殖功能障碍女性的诊疗提供新的方向。

1 IR 与卵母细胞

1.1 IR通过影响线粒体功能影响卵母细胞质量 卵母细胞的内在质量是决定女性生育能力的关键因素。然而，目前IR 影响卵母细胞质量的精确分子机制仍不明确。有研究发现IR 可通过刺激线粒体功能影响卵母细胞质量[2]。线粒体是卵母细胞质中的主要能量产生物，是活性氧（reactive oxygen species，ROS）的主要产生器，也是第一个氧化应激影响的细胞器，与卵母细胞的质量密切相关[3]。胰岛素会刺激线粒体功能，是线粒体氧化磷酸化的主要调节因子[4]，并且IR 会增加ROS 的形成并损害线粒体功能[5]。动物实验发现IR 导致第二次减数分裂中期（MⅡ期）卵母细胞中ROS 增加，谷胱甘肽（glutathione，GSH）降低，卵母细胞中氧化与抗氧化的失衡促进了氧化应激的发生，氧化应激诱导小鼠MⅡ期卵母细胞中线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）拷贝数的减少，卵母细胞质量下降。氧化应激和线粒体功能受损导致纺锤体形成和染色体分离的缺陷，并降低卵母细胞的发育潜力[6]。

1.2 线粒体损伤加重IR线粒体损伤产生大量ROS，ROS 诱导的氧化应激激活核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB），促进肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的转录，TNF-α 可通过激活磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B/mammalian target of rapamycin，PI3K/Akt/mTOR）通路来损害胰岛素信号传导。此外，氧化应激产生的炎症因子如TNF-α、白细胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）和IL-6 在胰腺β 细胞功能障碍中起关键作用，进一步加重IR[7]。IR、线粒体损伤及炎症之间形成恶性循环，卵母细胞质量进一步下降。有研究发现，NF-κB 是评估多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）患者低度慢性炎症较敏感的指标，且Pearson 相关性分析结果表明，血清NF-κB 水平与PCOS 不孕症患者的卵子成熟率、受精率、临床妊娠率和胚胎种植率均相关（r 分别为0.315、0.301、0.352 和0.413，P＜0.05）。由此认为，慢性炎症反应不仅影响卵子成熟率，也对子宫内膜容受性造成了一定影响[8]。

西格列汀是一种二肽基肽酶4 抑制剂，可增强肠促胰岛素的作用，肠促胰岛素是降低血糖、调节胰岛素分泌和调节脂肪酸代谢所必需的。Daneshjou等[9]研究表明，PCOS 患者用西格列汀治疗后，正常MⅡ期卵母细胞和一级胚胎的数量显著增加，未成熟卵母细胞的数量显著减少，其机制可能是西格列汀使炎症因子的表达恢复正常并减轻氧化应激反应，从而提高卵母细胞的质量。

1.3 IR影响卵母细胞的能量代谢 IR 还会影响卵巢颗粒细胞中葡萄糖转运蛋白4（glucose transporter 4，GLUT4）的表达，GLUT4 表达的减少阻碍了葡萄糖的摄取和利用，卵巢颗粒细胞供应不足，从而对卵母细胞的质量产生负面影响[10]。此外，IR 可以刺激卵巢分泌过多的雄激素，过多的雄激素抑制乙醛酸酶Ⅰ的活性，导致糖基化终产物的沉积，糖基化终产物具有细胞毒性，它们在卵巢中的积累会导致氧化应激和卵巢组织结构的畸变，从而使卵母细胞受损，导致其功能改变[11-12]。

2 IR 与子宫内膜容受性

IR 除了影响卵母细胞质量，还会通过多种途径影响子宫内膜容受性，如能量代谢、AMP 活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）、胰岛素激活的胰岛素受体（insulin receptor，IRS）/PI3K/Akt通路以及慢性炎症，进而影响女性生殖功能。

2.1 IR通过能量代谢影响子宫内膜容受性 子宫内膜容受性是指子宫内膜上皮经历一系列功能和形态变化以允许胚胎植入的能力。胚胎植入是一个能量密集型的过程，所以能量的供应对子宫内膜容受性至关重要。IR、高血糖和糖生成减少导致能量供应不足，这在着床期负面影响子宫内膜功能，阻碍胚胎着床[13]。其可能机制为：①在子宫内膜增生的晚期，IR 可能导致GLUT4 和其他葡萄糖转运蛋白的水平降低，从而导致子宫内膜细胞葡萄糖供应不足，从而引起子宫内膜发育障碍。②IR 引起的雄激素过多也可以通过干扰葡萄糖的代谢来抑制子宫内膜细胞的生长和活性，从而抑制蜕膜的分化[14]。

2.2 IR通过AMPK 途径影响子宫内膜容受性 AMPK是一种重要的能量敏感分子，随着细胞能量需求的增加，其会被磷酸化激活以调节多种细胞中的葡萄糖代谢[15]。研究表明，IR 会使子宫内膜处于能量供应不足、能量需求增加的状态，这使AMPK 得以激活，进而调节细胞中的葡萄糖代谢[13]。有动物实验发现，1 型糖尿病小鼠子宫内膜中AMPK 的异常激活增加糖原分解，扰乱子宫内膜葡萄糖稳态，从而影响胚胎着床过程，最终导致胚胎着床失败；用胰岛素抑制子宫内膜AMPK 活性后，改善了1 型糖尿病小鼠子宫内膜葡萄糖稳态，恢复部分小鼠的胚胎着床，而二甲双胍联合胰岛素治疗虽然可以改善妊娠小鼠的血糖，但不能改善子宫内膜由AMPK 调节的葡萄糖稳态失衡，也不能改善胚胎着床的损伤，这可能与二甲双胍对AMPK 的激活有关[15]。然而，另有研究发现，AMPK 可能不参与2 型糖尿病期间子宫内膜葡萄糖代谢的调节：用二甲双胍改善了怀孕小鼠的血糖浓度，也异常激活了AMPK，但并没有改善子宫内膜的葡萄糖代谢，对胚胎植入也没有产生影响[13]。这表明AMPK 在子宫内膜中的作用可能是组织特异性的，有待进一步研究。

2.3 IR通过PI3K/磷酸化蛋白激酶B（p-Akt）途径影响子宫内膜容受性 IR 在分子水平上的一个特征是IRS-PI3K-Akt 通路受损[16]。体内高水平胰岛素通过PI3K/p-Akt 途径调节的细胞凋亡，使胚胎着床部位和子宫内膜的蜕膜标志物牛血清白蛋白2（bone morphogenetic protein 2，BMP2）、雌激素受体和孕激素受体的数量显著减少，还会损坏子宫内膜间质细胞，增高线粒体跨膜电位，从而损害早期怀孕小鼠的蜕膜化[17]。脂联素（adiponectin，APN）具有抗炎、抗氧化的特性，还可以增加胰岛素敏感性和抑制细胞凋亡。APN 可能通过激活AMPK 来激活PI3K/Akt 途径，同时，其增强了脂肪细胞的胰岛素信号转导，改善了PCOS 患者的IR 和早期胚胎发育，抑制了滋养细胞的凋亡，从而降低了妊娠早期的胚胎丢失率。有对照模型小鼠实验研究显示，PCOS 组磷酸化AMP活化蛋白激酶（p-AMPK）、磷酸化磷脂酰肌醇3 激酶（p-PI3K）和p-Akt 的蛋白表达水平显著低于对照组（P＜0.001），APN+PCOS 组p-AMPK、p-PI3K、p-Akt的表达水平显著高于对照组和PCOS 组（P＜0.001），并且APN+PCOS 组的妊娠率高于PCOS 组（66.67%vs.35.29%，P＜0.05），流产率低于PCOS 组（27.5%vs.40.9%，P＜0.05），表明APN 对妊娠早期PCOS 小鼠的保护作用可能部分是由于AMPK、PI3K 和Akt 的磷酸化增强以及AMPK、PI3K 和Akt 的mRNA 表达水平增加[18]。

2.4 IR通过慢性炎症影响子宫内膜容受性 正常妊娠情况下，子宫在分子层面的炎症调节机制为接受半异体胎儿和协调产妇免疫耐受创造了适当的环境，PCOS 患者子宫中的慢性炎症状态可能导致严重的妊娠并发症，如流产和胎盘功能不全等[19]。IR 是PCOS 患者高血糖状态的一个主要因素，高血糖在PCOS 患者的炎症过程中发挥重要作用。葡萄糖是单核循环细胞的主要氧化还原底物，在氧化还原过程中可以诱导ROS 的形成，导致NF-κB 的激活，这与炎症因子的表达有关，例如TNF 或IL-6 的表达[20]。慢性炎症状态会诱导环氧合酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）表达上调，进而使血管内皮生长因子表达上调，最终影响子宫内膜血管通透性和血管发生；此外，COX-2 可调节半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Caspase-3）等基因表达，促进细胞增殖，抑制细胞凋亡，这可能是慢性炎症细胞因子导致PCOS 患者子宫内膜容受性下降的因素[8]。

2.5 IR通过其他微小分子影响子宫内膜容受性 子宫内膜容受性的建立和维持还受到多种因素的精细调节，其中包括微小RNA（microRNA，miRNA）。研究发现抗炎miR-126-3p 和miR-146a 的基因表达水平与血清TNF-α 和IL-6 浓度呈负相关（P＜0.001）；miR-122 的基因表达水平与血清TNF-α 和IL-6 浓度呈正相关（P＜0.001），并且还观察到miR-122 与IR 呈正相关（P＜0.000 1），miR-126-3p 和miR-146a 与IR 呈负相关（P＜0.001）[21]。另有研究发现miR-491-3p 和miR-1910-3p 的表达与子宫内膜容受性有关：二甲双胍可能通过下调miR-491-3p 和miR-1910-3p 的表达，增加PCOS 妇女子宫内膜容受性重要分子标志物同源盒基因A10（HOXA10）和整合素β3 的表达，从而改善子宫内膜容受性，改善PCOS 不孕患者的妊娠结局[22]。但IR 对miRNA 表达水平影响的确切作用机制尚不明确，有待进一步研究。此外，Li 等[23]认为与建立子宫内膜容受性相关的分子水平异常可能直接影响胚胎着床，如雌激素受体1（estrogen receptor-1，Esr1）、Esr2 和HOXA10，在小鼠植入胚胎第5 天后，高胰岛素血症小鼠的Esr1、Esr2 和HOXA10 明显失衡，在小鼠植入胚胎第6 天后这些分子水平显著降低，推测母体高胰岛素血症可能会改变子宫内膜容受性的建立过程。

3 IR 导致不良妊娠结局

3.1 自然流产有研究显示IR 是接受辅助生殖治疗的PCOS 患者发生自然流产风险增加的危险因素[24]。一项回顾性研究显示，患有2 型糖尿病的女性由于妊娠前较高的体质量指数和妊娠早期的IR 而具有比1 型糖尿病女性更高的自然流产风险（P=0.037）[25]。目前认为IR 导致自然流产的可能因素包括ROS 水平过高、免疫异常和子宫内膜功能受损。①升高的ROS 使毛细血管通透性增加、微血管的血管舒张能力受损和炎症细胞异常募集，从而抑制血管生成过程，而胎盘血管网的建立和重塑是胎儿生长的关键决定因素，胎盘-胎儿的通讯受损，从而导致胎儿丢失[26]。②免疫异常：正常情况下，淋巴细胞亚群的百分比保持动态平衡，异常的淋巴细胞群通过多重相互作用及多种可能的机制影响免疫激活和胚胎抗原耐受之间的平衡，从而影响妊娠结局[27]。然而IR 和细胞免疫之间的潜在相关机制仍无定论，需要进一步研究。③子宫内膜功能受损：高胰岛素血症和IR 使母体的妊娠生理环境发生变化，包括对妊娠和围生期结局有持久影响的子宫内分泌、代谢和妊娠期蜕膜化、胎盘相关基因的表达的改变，子宫内膜功能受损导致妊娠结局不佳，其原因可能与胎盘线粒体氧化与抗氧化失衡有关[28]。

3.2 妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus，GDM）妊娠前IR 会增加GDM 的发生风险，且可能是PCOS 患者发生GDM 的主要相关因素之一[29]。IR 也是GDM 患者妊娠结局不良的主要原因[30]。一项多中心随机试验显示，在单胎妊娠中，与血糖正常的妇女相比，妊娠前糖耐量受损（impaired glucose tolerance，IGT）妇女患GDM 的风险更高（OR=3.13，95%CI：1.23～7.69），孤立性空腹血糖受损（isolated impaired fasting glucose，i-IFG）妇女在单胎妊娠中也具有较高的GDM 患病风险（OR=3.08，95%CI：1.19～8.01）；在双胎妊娠中，与i-IFG 或血糖正常的妇女相比，妊娠前IGT 的妇女GDM 的患病风险显著增加（OR=7.69，95%CI：2.78～20.00）[31]。

3.3 新生儿结局IR 可能有潜在遗传倾向，胎儿在子宫内暴露于母体高血糖可能会增加后代出现葡萄糖耐受不良、巨大儿、肥胖和高血压等的风险[32]。一项研究发现妊娠期母体血糖越高，新生儿脐带C 肽越高，10～14 岁儿童IR 越严重，调整妊娠期母体血糖水平后，脐带C 肽与儿童期胰岛素敏感性呈负相关（β=-0.746，95%CI：-1.188～-0.304，P＜0.001），即脐带C 肽越高，儿童期的IR 越严重[33]。一项队列研究显示，28 周时GDM 患者的口服葡萄糖耐量试验（OGTT）结果与10～14 岁儿童的OGTT 结果呈正相关（P＜0.000 1），与胰岛素敏感性呈负相关（β=-76.3，95%CI：-130.3～-22.4，P=0.006 3）；与非GDM 母亲的后代相比，未经治疗的GDM 母亲的后代具有IR 和有限的β 细胞补偿，孕妇GDM 的发生率与儿童IGT的发生率显著且独立相关（P＜0.000 1）[34]。另有研究发现，与血糖正常（34.7%vs.19.8%，OR=2.13，95%CI：1.19～3.85）和i-IFG（34.7% vs.15.4%，OR=2.94，95%CI：1.33～6.25）的妇女相比，妊娠前IGT 妇女的后代发生巨大儿的风险更高[31]。

4 结语

IR 患者体内会存在慢性炎症反应和氧化应激，使卵母细胞中线粒体功能受损，进而使卵母细胞的质量下降，IR 还会通过影响能量代谢、AMPK 途径、PI3K/p-Akt 途径、炎症反应以及其他微小分子等影响子宫内膜容受性，进而导致不孕、自然流产、GDM和巨大儿等多种不良妊娠结局。因此，临床上应高度重视对IR 的纠正，对于伴有IR 的患者在助孕前应调整其生活方式，纠正代谢相关指标，必要时应用胰岛素增敏剂，改善由IR 引起的代谢紊乱及体内慢性炎症状态，以期能够通过纠正IR 来降低不孕率和改善妊娠结局。然而，由IR 导致生殖功能受损的机制仍需进一步的深入探讨，这对研发新的治疗靶点及思路具有重要的意义，同时也需要高质量的随机对照研究来证实药物治疗IR 是否能够改善IR 患者的妊娠结局。