二甲双胍调控子宫内膜容受性的机制研究进展

付平芳，杨一华，符晓倩

(广西医科大学第一附属医院生殖医学中心，南宁 530021)

成功的妊娠需要优质的胚胎、处于接受状态的子宫内膜及二者之间同步发育、协同对话。目前临床上辅助生殖技术(ART)在获取和筛选高质量胚胎方面已取得了较大的进步，但体外受精-胚胎移植(IVF-ET)种植率及活产率在世界范围内仍然较低，这表明妊娠失败的原因中子宫内膜容受性缺陷是关键。有研究认为，失败的妊娠中，胚胎因素仅占1/3，约2/3是子宫内膜容受性不良或不佳的母胎互作对话导致的[1]。子宫内膜容受性指子宫内膜允许胚泡定位、粘附、侵入并最终着床发育的能力，有严格的时间和空间限制。一般认为，对于标准月经周期为28 d的女性，子宫内膜处于容受状态的时间为自然周期的20～24 d，也称“植入窗”[2]。然而，目前评价和改善子宫内膜容受性的措施尚缺乏。二甲双胍作为一种胰岛素增敏剂，在改善胰岛素抵抗(IR)患者能量代谢及其并发症方面有着明显的作用，其适应症也越来越广，目前也应用于不孕症的治疗，成为提高胰岛素抵抗相关疾病患者生育能力的有效药，特别是在恢复多囊卵巢综合征(PCOS)女性排卵和改善子宫内膜容受性方面取得了不错的成效。然而，二甲双胍调控子宫内膜容受性的机制仍然了解甚少。本文将以能量代谢为主轴，分析能量代谢与子宫内膜容受性之间的关系，以及二甲双胍在调节能量代谢、氧化应激及炎症方面的机制，对二甲双胍改善子宫内膜容受性的可能机制进行综述。

一、子宫内膜容受性与能量代谢

成功的胚胎植入需要容受态的子宫内膜，而适当的葡萄糖代谢是子宫内膜进入容受状态的关键。在胰岛素的影响下，葡萄糖转运蛋白(GLUTs)负责许多组织的葡萄糖摄取，包括人类子宫内膜。早期胚泡定位、黏附、侵袭、发育，以及子宫内膜上皮细胞骨架重塑、功能层到蜕膜的正确分化、细胞凋亡和自噬，都依赖于葡萄糖代谢来提供能量。因此，糖代谢障碍导致的能量储备不足会影响子宫内膜容受性建立，从而阻碍着床[3-4]。

1.糖原代谢与子宫内膜容受性：子宫内膜的葡萄糖代谢具有组织特异性，其特点是缺乏糖异生和以糖原形式储存多余的葡萄糖[5-6]。在植入的短时间内，子宫内膜的血管重构尚未发生[7]，循环母血中的葡萄糖供应很难满足如此大的能量需求，因此，子宫内膜上皮细胞(EECs)糖原的合成储存和分解利用在着床过程中起重要作用[8-9]。Ma等[3]研究发现，在“植入窗”期，2型糖尿病(T2DM)小鼠子宫内膜组织中的葡萄糖浓度显著增加，而糖原浓度较对照组明显降低，糖原合成酶表达明显减少，子宫内膜容受性标志物如胞饮突的数量、白血病抑制因子的表达也低于对照组。考虑因胰岛素抵抗，子宫内膜GLUT4表达下降，葡萄糖转运及利用障碍，导致糖原合成受损，能量失代偿，最终阻碍子宫内膜容受性建立[10]。

2.腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)与子宫内膜容受性：AMPK是一种主要的能量感受器，当细胞内能量需求增加时被激活，调节糖脂代谢，以维持细胞内的能量平衡。AMPK也被发现因EECs的能量不足或糖原减少而被激活，进而调节EECs中糖原磷酸化酶的表达，促进糖原分解。同时，糖原分解对AMPK有负反馈作用，这种双向调节确保“植入窗”期子宫内膜在短时间内获得大量能量供应，从而确保子宫内膜容受性的建立和胚胎植入的成功[6，9]。有研究发现，抑制EECs中AMPK活性或糖原分解，会干扰“植入窗”子宫内膜容受性的建立，最终抑制胚胎着床[9]。Ma等[3]发现，T2DM小鼠子宫内膜中AMPK并没有过度磷酸化；究其原因，可能与胰岛素抵抗有关，胰岛素受体信号被阻断，增加了糖原合成酶激酶(GSK)的活性，进而抑制子宫中AMPK的磷酸化[11-12]。提示胰岛素抵抗患者由于葡萄糖利用障碍，导致了糖原代谢紊乱与AMPK调节失衡的恶性循环，进而导致子宫内膜能量耗竭，阻碍子宫内膜容受性建立，引起胚胎着床障碍和着床失败。

二、二甲双胍作用机制及临床应用

二甲双胍于1957年首次应用于糖尿病的临床治疗。值得注意的是，二甲双胍是一种多作用位点、多分子机制的复杂药物，既有依赖AMPK的机制，也有非依赖AMPK的机制，目前仍未完全阐明。它是一种在生理pH条件下带正电荷的亲水性化合物，主要通过有机阳离子转运体1(OCT1)进出细胞，在机体内发挥3种作用：调控能量代谢；预防氧化应激；下调炎症反应。

1.调控能量代谢：二甲双胍通过抑制线粒体复合体I和ATP合成酶的活性，抑制线粒体的呼吸，阻止线粒体ATP的产生，导致AMP：ATP比值升高，直接激活AMPK[13]。或通过抑制线粒体甘油磷酸脱氢酶以及涉及溶酶体的机制激活AMPK[13-14]。AMPK激活后可产生以下4种效应：(1)启动产能分解代谢途径：包括刺激GLUTs的表达，促进葡萄糖的摄取和利用，促进脂肪酸β氧化，增强胰岛素敏感性[15-16]；(2)介导环磷酸腺苷(cAMP)特异性3’，5’-环核苷酸磷酸二酯酶4B(PDE4B)的直接磷酸化，触发cAMP衰竭，抑制糖异生[17]；(3)抑制雷帕霉素靶标复合体I(mTORC1)，抵消雷帕霉素靶标(mTOR)作用，抑制脂肪生成及激活DNA损伤样反应，从而改善营养感应和增强自噬，下调炎症反应[18]；(4)通过DNA/组蛋白修饰和miRNA进行转录调控[13]。

2.预防氧化应激：AMPK依赖途径：二甲双胍通过激活AMPK，抑制晚期糖基化终产物受体/核转录因子(RAGE/NF-κB)信号的影响和验证相关基因的表达，抑制晚期糖基化终末产物(AGE)生成，抑制活性氧(ROS)的生成[19]。AMPK非依赖途径：二甲双胍可通过解除高糖对ATP合成、线粒体DNA质量和线粒体转录活性的抑制作用，导致AMPK非依赖性效应，清除高糖诱导产生的ROS[20]。

3.下调炎症反应：(1)AMPK依赖途径：二甲双胍通过激活AMPK抑制NF-κB信号通路和单核细胞向巨噬细胞分化，减少来自这些巨噬细胞的促炎细胞因子的生成，下调炎症反应[17，19]。(2)AMPK非依赖途径：二甲双胍通过多种途径，如直接激活去乙酰化酶1(SIRT1)，通过抑制鸟苷三磷酸酶(Rag-GTPases)蛋白复合物直接抑制mTORC1，以及激活核因子红系相关因子2(Nrf2)，导致炎症反应的下调[13，21-22]。

4.二甲双胍目前临床应用：二甲双胍具有经济、实惠、安全的特点，并有减肥的作用，有很好的应用前景。研究表明，二甲双胍可通过降低高糖诱导的ROS含量，调节高糖抑制的ROS-AKT/PKB(蛋白激酶B) -mTOR轴，促进骨形成[20]。还有数据显示，二甲双胍可通过增强自噬、调节病理性α-突触核蛋白的降解和线粒体功能，治疗神经退行性疾病[23]。也有报道称，二甲双胍通过干扰自身免疫系统性疾病的关键免疫病理机制，调节转录和线粒体功能、降低端粒的磨损和衰老、抑制细胞凋亡，应用于自身免疫性疾病及抗肿瘤和抗衰老治疗[13，24-25]。近年来，二甲双胍在生殖方面的应用也非常广泛。如二甲双胍已被用于改善PCOS患者的排卵和代谢功能，并降低雄激素水平。二甲双胍影响子宫内膜容受性的研究也在探索阶段，我们曾经对二甲双胍改善PCOS患者内膜容受性的作用进行综述[26]。

三、二甲双胍对子宫内膜容受性的调控机制

近年来，子宫内膜容受性障碍导致反复移植失败越来越受到关注。然而，具体机制仍不清楚。PCOS、T2DM、肥胖伴胰岛素抵抗患者子宫内膜GLUT4表达下降，葡萄糖转运和利用障碍，导致子宫内膜能量代谢紊乱，阻碍子宫内膜容受性的建立[10]。目前二甲双胍对子宫内膜容受性的影响机制尚不清楚，可能通过AMPK依赖和非依赖机制，参与如下六方面的调控：

1.增加子宫内膜GLUT4的表达：二甲双胍通过激活AMPK，促进GLUT4或GLUT1的表达，改善胰岛素抵抗，提高葡萄糖的转运和利用，为子宫内膜增厚提供足够的能量和血供来促进子宫内膜蜕膜化，并为胚胎着床提供有力的氧环境[26-27]。但也有研究发现，二甲双胍虽改善了胰岛素抵抗孕鼠的血糖浓度，却也异常激活了AMPK，促进了EECs糖原分解，因而并没有改善子宫内膜的葡萄糖代谢[3]。这仍需更多的实验数据加以验证。

2.抑制AGE的生成：AGE随着胰岛素抵抗和衰老而积累，损害卵泡生成，并可能降低子宫内膜容受性[28]。二甲双胍抑制线粒体呼吸链，导致AMPK激活，抑制NF-κB和促炎细胞因子，抑制AGE的生成，下调炎症反应，从而该善子宫内膜容受性[29]。

3.下调容受性相关miRNAs的表达：二甲双胍可以通过下调容受性相关miRNAs的表达(如下调miR1910-3p和miR-491-3p的表达)，从而提高胰岛素抵抗PCOS患者子宫内膜中重要的子宫内膜容受性标志物(如HOXA10和ITGB3)的表达，改善子宫内膜容受性；且二甲双胍诱导HOXA10、ITGB3上调和miR1910-3p、miR-491-3p下调呈显著剂量依赖性[30]。

4.上调自噬：自噬是一种高度调节的分解代谢过程，参与维持细胞内环境的稳定。对于雌性哺乳动物，自噬参与子宫内膜功能调节，在正常子宫内膜蜕膜化中起到积极作用。AMPK/mTOR下调自噬可导致早孕小鼠子宫内膜蜕膜化异常，进而引起不良妊娠结局[31-32]。二甲双胍作为一种常用的AMPK激活剂，可通过上调AMPK/mTOR轴，上调自噬，改善子宫内膜容受性[33]。

5.预防氧化应激：已报道在胰岛素抵抗条件下，组织中氧化应激反应增加，氧化应激可以引起炎症，产生大量的氧自由基，激活补体系统。补体激活在代谢性疾病中起着重要作用，末端补体途径被发现有助于促进高血糖相关的组织损伤[10，34]。二甲双胍通过调节糖和脂代谢来预防氧化应激，下调炎症反应，保护细胞免受氧化应激的影响，改善子宫内膜容受性[33]。我们推测二甲双胍还通过改善氧化应激触发的免疫反应及补体激活，改善子宫内膜容受性。这还需要进一步的实验数据加以验证。

6.通过调控孕激素受体(PGR)的表达影响子宫内膜蜕膜化：在小鼠的自然生殖周期中，需要孕酮(P4)和雌二醇(E2)联合作用来建立植入窗口期子宫内膜容受性。P4通过PGR发挥其对生殖过程的调节作用[35]。排卵前E2和新形成的黄体分泌的P4分别刺激子宫上皮细胞和基质细胞的增殖。研究发现，在过量P4处理的小鼠中，白血病抑制因子/信号转导和转录激活因子(LIF/STAT3)通路受损和内质网应激失调，可能抑制胚胎着床和蜕膜形成[36]。有研究证明，胰岛素抵抗小鼠P4浓度显著升高，这可能是胰岛素抵抗的保护机制，并可能影响子宫内膜蜕膜形成[3，37]。二甲双胍通过激活p38MAPK信号通路，调节多种细胞因子的分泌、抑制基质金属蛋白酶-2(MMP-2)、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)和PGR的表达，从而抑制过量的P4对子宫内膜基质细胞蜕膜形成造成的不良影响，改善子宫内膜容受性[35，38]。然而，也有研究发现，在胰岛素或二甲双胍治疗后，血清E2或P4浓度没有明显变化[3]。因此，对于二甲双胍通过调控PGR的表达影响子宫内膜蜕膜化仍有待更多可靠的观察和研究来加以验证。

四、二甲双胍的母婴安全性

目前，关于二甲双胍对改善妊娠结局的有效性和母胎安全性仍存在争议。在一些国家，二甲双胍可用于备孕PCOS女性患者和妊娠期糖尿病妇女[15]。Brand等[39]研究发现，与胰岛素相比，怀孕期间使用二甲双胍(单独或与胰岛素联合使用)没有增加长期风险，但会增加小于胎龄儿的风险，这提示胎儿营养不良高风险的孕妇使用二甲双胍需更为谨慎。一项最新的系统性回顾和荟萃分析系统地研究了二甲双胍治疗对PCOS妇女及其后代的妊娠结局、代谢特征和生殖激素特征的影响，发现妊娠期应用二甲双胍可改善PCOS女性的胰岛素抵抗，降低妊娠并发症的风险，包括妊娠期高血压疾病、巨大儿和早产等；二甲双胍还能影响子代性激素结合球蛋白水平及长期体重指数[40]。因此，二甲双胍对母胎的安全性仍有待更多可靠的观察和研究。

五、总结与展望

子宫内膜容受性为胚胎提供了附着、侵入、着床和发育的机会。糖代谢对子宫内膜容受状态的建立和维持至关重要。二甲双胍可以改善胰岛素抵抗状态，调节子宫内膜能量代谢，保护细胞免受氧化应激的影响，下调炎症反应，改善子宫内膜容受性。这一令人信服的证据扩大了我们对二甲双胍改善胰岛素抵抗患者子宫内膜容受性的理解，但未来仍需要进一步的研究来阐述二甲双胍对子宫内膜容受性的影响。