多囊卵巢综合征肾虚本质的代谢组学研究进展

梁成锋，刘朋，任健

（山东中医药大学中医学院，山东 济南 250399）

多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是一种以排卵障碍、内分泌紊乱、卵巢多囊样改变为主要临床表现的常见妇科内分泌疾病。在全球范围内，PCOS在育龄妇女中的患病率约为5%～10%，在妇科内分泌疾病中所占比例可达40%～60%，在无排卵性不孕患者中占70%，对女性生殖健康和家庭幸福造成不利影响［1］。PCOS不仅存在生殖病理，而且涉及全身多器官病变，具备明显的生殖、内分泌、精神和心血管相关性［2］。本病患者多伴有糖脂代谢的异常，胰岛素水平高于常人；与正常人相比，远期并发心血管疾病、2型糖尿病和子宫内膜癌的风险明显增加［3］。现代医学认为PCOS的发病原因与遗传、环境、精神等多种因素有关，但其发病机制尚无明确定论；患者异质性较强，临床上多采用调经、促排卵、手术及胚胎移植等方法对症治疗。

中医学认为，肾主女性生殖、天癸的兴衰，在促进和维持第二性征发育和经、带、胎、产上有诸多功用。现代医家以此为依据，将多囊卵巢综合征（PCOS）的病因归纳为“肾虚挟实”，临床也多以肾虚证及其兼证为主［4］，多数以补肾益精为治疗的根本方法，但PCOS 肾虚的成因和客观化机理，目前还鲜有相关论断。目前，中医证候规范化、客观化研究日益完善，代谢组学技术成为揭示中医“证”本质内涵的一种技术手段，可以探索多囊卵巢综合征与肾虚之间深层次的关系。

1 PCOS肾虚中医病机的研究现状

1.1 肾主生殖概述

黄元御在其著作《四圣心源》中将人体气机升降运动叙述为“左路木火升发，右路金水敛降，中焦土气斡旋”［5］，这也就意味着位于人体下焦、左右各一的肾，具备着不同于其他脏腑的阴阳属性与生理功能。《素问·六节藏象论》认为，肾为封藏之本，是涵养元精的场所；肾中精气又受五脏六腑之精气而不断充养，故能使男女双方的遗传物质在交合时合而为一，并传至子孙。傅青主认为：“夫妇人受妊，本于肾气之旺也”［6］，强调了肾气在女性受孕过程中的重要意义。《素问·奇病论》言：“胞络者，系于肾”。肾通过任脉太冲脉与女子胞相连，在天癸到来之时，将内藏的元阴、元阳，供养任脉、太冲脉两条阴阳经脉，温养胞宫，主导月经的来潮，孕育卵泡并将卵子排出体外。徐海霞等［7］研究发现，育肾养血方可有效提高卵巢早衰模型大鼠的血清雌激素水平，对大鼠卵泡发育有促进作用，同时改善受损卵巢的功能。现代研究证实，肾气能够提高卵巢对促性腺激素的敏感性，改善卵巢功能，同步子宫内膜的生长，保证卵泡的正常发育和排出，从而提高妊娠率［8］。故肾中精气的盛衰，不仅可以决定月经的运行与停止，还可决定胎孕的健康与否［9］。

1.2 肾虚与PCOS的内在联系

巢元方在《诸病源候论》中提到：“肾荣于阴器”［10］；《类经附翼》言：“子宫者，肾脏藏精之腑也”［11］。肾主生殖，肾气充盈可保证天癸准时降临，经血应时而下，使女性第二性征发育得以保证；肾为水火之宅，卵泡可以得到肾精的滋养直至发育成熟，并通过肾阳的温煦促进，排入宫腔内。现代医学认为，女子的生殖功能，基于原始卵泡的持续发育与成熟卵泡的顺利排出。若先天精气不足，或后天水谷之精不足以滋养先天，肾中精气亏虚，则无以化生天癸、保证冲任通盛，会导致胞宫虚损，不能摄精而孕、滋养胎元；肾的阴阳失于调和，则会导致排卵功能紊乱［12］，无力维持女子经孕等正常的生殖需要。近年来女性工作压力逐渐增大，饮食作息不规律，对肾中精气的耗损过度，遂使PCOS 的发生率日渐增高，从而影响女性的生殖与健康。黄金珠等［13］对215例PCOS 患者进行证候信息学采集，利用聚类分析、频数分析等统计方法进行分析，结果显示PCOS 患者多伴有脱发、腰膝酸软、健忘等症状，其中以肾虚为主要症状的证型出现频次最高，占91.6%，其中以虚实夹杂的情况多见。郭银华等［14］采用补肾促排卵汤对PCOS患者进行体外受精－胚胎移植治疗后干预3个周期，结果发现治疗组血清中AMH、LH、T等基础内分泌水平较治疗前明显下降，优质胚胎率、受孕率、早期流产率均优于对照组，说明肾气虚衰与PCOS发生、发展之间存在着密切的联系。可见，肾中精气不足，则出现卵泡发育紊乱，黄体功能不全，引起月经不调和不孕。

2 代谢组学技术概述

尼克森（Nicholson）于1999 年在英国提出代谢组学的概念：是生物体遭受刺激或扰动，其代谢网络和内源性细胞产物发生变化，并探究其变化规律的一门科学［15］。代谢组学作为系统生物学的重要组成部分，通过检测机体内代谢过程中产生的小分子物质的种类和含量，将机体的外在表征与内在生理变化紧密联系起来，从而找到具有分型和诊断价值的生物标志物和代谢途径，探索其发病机理，从而探究这些动态变化与生物过程之间的相对关系；对认识疾病、诊治疾病都有积极的意义。

如果说基因组学、蛋白组学是预测可能出现的情况，那么代谢组学就是直接呈现结果。代谢组学通过对检测出的低分子量级代谢物进行定性和定量的分析，从而明确目前的身体状态。这与中医证候在整体观念指导下所表现出来的症状和体征是殊途同归的。现代医学研究证实，中医“证”本质内涵的物质基础，绝不是某一特异性的分子物质，也不是单独的某一器官或组织，差异的核心应当是多靶点的病理和多成分的变化。这也就能解释临床诊疗疾病时，调整某个指标、作用于某个脏器难以取得理想结果的原因。由于具备动态性、立体性、多靶点的特征，代谢组学将成为准确、高效的疾病内在机理辨识手段，有利于中医证候学的认识与疾病治疗理念的革新。

3 代谢组学在PCOS肾虚本质认识与论治中的应用

关于PCOS 肾虚本质的代谢组学研究，集中在PCOS与肾虚病机间的分子代谢内涵、随年龄增长发生的肾虚病机演变，以及基于代谢组学技术探讨从肾论治PCOS的诊疗效果。

3.1 PCOS肾虚中医病机的代谢特点

SONG 等［16］利用液相－质谱联用（LC－MS）技术，选择33名肾阳虚PCOS 患者及正常育龄妇女的卵泡液标本进行代谢组学的原始数据预处理，利用主成分分析（PCA）和偏小值二乘回归分析法（PLS－DA），对两者在代谢图谱上的差异进行明确和分析。结果发现，涉及胆汁酸生物合成与氨基酸、脂肪酸代谢等12 类不同的代谢途径，卵泡液中溶血性磷脂酰胆碱、色氨酸、苯丙氨酸等28 种代谢产物的含量发生了显著变化。JUNGHEIM 等［17］采用气相色谱－质谱联用（GC－MS）技术联合高通量靶向代谢组学，分析了13 例PCOS 患者和8 例对照组的卵泡液样本。结果发现，PCOS 组的21 种游离脂肪酸表达明显改变，包括花生四烯酸、γ－亚麻酸、α－亚麻酸和亚油酸。涉及6条脂肪酸代谢途径的反油酸、月桂酸等7 种游离脂肪酸表达显著降低，存在脂肪酸的代谢障碍，与卵丘－卵母细胞复合体形态不佳有密切关系，考虑游离脂肪酸过多对卵巢卵泡功能有不良影响。与游离脂肪酸相比，葡萄糖是卵母细胞更好的能量来源［18］。由于粒细胞葡萄糖转运载体的表达受到胰岛素敏感性的影响，使卵细胞摄取葡萄糖的能力下降，能量代谢方式发生变化，影响了卵母细胞的成熟和优质率［19］。其中过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）发挥了重要作用，PPARγ 在脂质中表达水平较低，可抑制脂质的生成，同时PPARγ 激活剂的应用能有效促使PCOS 患者不排卵体征的转变［20］。XU 等［21］收集70 例PCOS 患者血清和卵泡液样本，采用核磁共振代谢组学分析技术，通过多因素分析、正交偏最小二乘判别分析（OPLS－DA）等方法比较PCOS 与健康对照组的代谢组学差异。结果发现，PCOS患者血清和滤泡液中的3 种区分代谢物（1－甲基组氨酸、苏氨酸和柠檬酸盐）发生了变化，卵泡液样本中氨基酸的变化更加显著；PCOS 患者中的葡萄糖与血脂水平较高，乳酸水平较低，证明PCOS 患者在能量代谢、脂质代谢和氨基酸代谢等方面存在异常。卵母细胞摄取利用糖障碍和血清中游离脂肪酸含量过高，将对卵巢功能有不利影响，导致卵母细胞的成熟延迟和线粒体异常。

3.2 PCOS随年龄增长的肾虚病机演变

孙振高等［22］将191 例PCOS 患者根据年龄段分为21～27 岁、28～34 岁，35～41 岁，42～48 岁4 组，分别为47、74、41、29 例，采用液质联用技术进行代谢组学分析，通过主成分分析、偏最小二乘法－判别分析等分析方法，得到4 组组间差异性物质的质荷比。结果发现，卵母细胞的质量和数量随着PCOS 患者年龄的增加而逐渐减少；存在溶血性磷脂酰胆碱（18∶1）、溶血性磷脂酰胆碱（18∶3）和13,14－二氢视黄醇3 种代谢产物表达水平的提高；L－苯丙氨酸、5－去氢表甾醇、脯氨酸、十六烷酸/棕榈酸、亚油酸、花生四烯酸、油酸、溶血性磷脂酰胆碱（16∶1）、23,25－戊醇、硫酸脱氢表雄酮等15 种代谢物的表达水平的降低，主要集中在激素、氨基酸、脂类及维生素代谢网络中，参与了与卵母细胞状态和质量相联系的氧化应激、生物供能、激素合成与代谢等过程。有关试管婴儿胚胎移植的报告显示，血清中脂类成分异常可引起卵巢低反应性、胚胎发育不良、卵母质量不佳，导致女性生殖力降低［23］；PCOS患者血清中脂蛋白、亚油酸、不饱和脂肪酸及低密度脂蛋白等代谢水平较正常女性提高，高密度脂蛋白、胆固醇、磷酸酰胆碱等代谢水平下降［24-25］；且代谢紊乱的程度会随着年龄的增长而加重。

MUMFORD 等［26］利用GC－MS 技术对PCOS 患者的血清进行分析，结果发现尿酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、总胆固醇与苏氨酸发生明显变化，且高尿酸血症会导致卵巢无排卵的概率增加。另一项研究表明，尿酸过高会导致心肌细胞IR 的发生，影响糖的代谢，而这或许就是远期心血管疾病风险增加的原因［27］。胰岛素抵抗（insulinresistance，IR）作为PCOS 内分泌紊乱的重要标志，能促使和加剧高雄激素血症的发生，增加女性发生子宫内膜长期癌变的风险，同时影响卵巢功能［28］，使糖脂代谢紊乱和心血管远期受损的概率加重。JIA 等［29］基于LC－MC平台对PCOS患者的血清检测分析，发现PCOS 患者主要存在肉碱代谢异常、脂质代谢异常、胆汁酸代谢异常、雄激素代谢异常，以及血清中胆汁酸水平下降。其认为胆汁酸代谢障碍是引发糖类代谢异常和远期并发糖尿病的潜在诱因。与炎症有关的因子，如TNF－α 在氧化应激反应中释放，增加了IR发生的概率；氧化应激又合并了高胰岛素血症，促使TNF－α 与白介素合成，降低PI3K/AKT 信号通路和翻译后修饰，使内皮功能受到影响，从而促使远期心血管疾病风险的增加。此外，对PCOS 患者的血清、尿液、卵泡液等不同组织样本进行代谢组学技术检测，都显示出存在氧化应激指标的差异性。

3.3 PCOS基于从肾论治的代谢组学研究

LU 等［30］采用LC－MS 平台分析补肾化痰方对PCOS 的干预效果，结果发现患者脂质代谢明显改善，血清中肌酸表达水平和甘油磷酸乙醇胺含量均大幅下降。其中肌酸下降可使高胰岛素血症得到改善，PCOS患者的IR 程度降低；另外补肾化痰方对PCOS 患者低度炎症表现也有改善作用，对降低PCOS 患者出现远期并发症有一定的帮助。给予PCOS 患者杞苓温肾消囊方干预3个月后，其血清代谢组学分析结果显示，4类溶源性卵磷脂（LysoPC）、脂肪酰胺22∶0 和色氨酸的表达水平明显上调。作为一种具有溶解性的物质，LysoPC 可以加速细胞浆与细胞膜之间的物质交换，对净化细胞有一定的好处。但高血糖患者因蛋白激酶通路活化，磷脂酶A2 活性增强，促使甘油磷脂水解生成游离脂肪酸，使LysoPC 浓度下降，故考虑本方可对PC代谢通路进行调节，使脂类物质代谢受到影响；色氨酸具有调节代谢、减少葡萄糖生成、降低糖尿病发生风险的作用，而PCOS 患者血清中色氨酸含量较正常女性明显偏低，糖类代谢存在障碍，IR 风险显著增加。给予PCOS 患者芪苓温肾消囊方治疗后，血清色氨酸含量显著增加，对改善糖脂代谢障碍有一定帮助［31］。通过调节脂质代谢和色氨酸表达，补肾中药可缓解IR、抑制炎症反应、逆转内皮功能障碍，进而减少PCOS 远期并发症，如2型糖尿病和心血管疾病的发生概率。

4 总结与展望

PCOS 作为一种以持续无排卵、雄激素过多、肥胖为主要临床表现的生殖障碍及代谢紊乱性疾病，几乎覆盖了女性育龄期到老年期各个年龄段，具有家族聚集性、个体表现异质性、病因病机复杂性的特点，肾为生殖之主，肾中精气涵养胞宫，肾中元阳推动生殖与孕产功能的实现。若肾中精气不充，则生殖繁衍之功亦减弱，卵泡失于濡养，生长乏力；肾阳不足，阳不化水，日久则酿生痰瘀，至虚实夹杂之象。而以代谢组学为代表的系统生物学出现，为探索PCOS 肾虚内在病理本质和宏微观辨证体系的建立提供了重要补充。PCOS涉及氨基酸、嘌呤、柠檬酸、碳水化合物及脂类等多种代谢途径的异常，其发生、发展的关键环节是氨基酸、脂类和糖类的代谢障碍。脂肪酸代谢可影响卵母细胞的成熟，血脂异常可诱导氧化应激反应，导致体液中循环氧化生物标志物的升高，其与PCOS 的发生、发展密切相关；且氧化应激中异常增高的产物还会增加肿瘤和心脑疾病的发生风险［32］。糖脂代谢紊乱可影响ATP 合酶（ATP synthase）的正常功能，造成腺苷三磷酸（ATP）的生成量减少，氧化应激合并能量不足共同抑制了线粒体活性，从而影响细胞的正常功能。由于细胞处于较低的能量代谢水平，故卵泡表现为不发育，全身出现畏寒肢冷、疲乏无力等肾虚性征象［33］。因此肾虚可能代表着糖脂与氨基酸代谢能力的下降，进而导致内环境组分与含量的紊乱，以此改变体细胞的代谢方式，造成多个器官的病理损伤，其中以下丘脑－垂体－性腺轴相关器官为核心的组织形态学上的损伤与功能改变为主，导致一系列的病理产物的产生；影响了机体的状态、卵泡发育与妊娠的结局。

代谢组学在医学领域的应用日益广泛，也代表着现代医学对生命规律的认识，正从局部观念向整体观念转变；人们也认识到生命现象是复杂的、非线性的，是以联系性、整体性、动态性的人体生命活动复杂系统为特征存在［34］。肾虚作为PCOS 发生、发展的主要病理机制，通过代谢组学对PCOS 的研究，初步明确了PCOS 肾虚本质的生物学特征与机体各部生命活动的联系，从整体角度、微观层面探索了PCOS 与肾虚关系的潜在代谢路径机制。作为特殊的局部微环境，卵泡液的生化特性直接影响着卵子的生长状态，在卵母细胞的发育成熟和排卵期都有着举足轻重的作用。通过测定卵泡液中分子代谢种类及含量、蛋白质表达水平的差异，有助于从局部和整体两个角度探讨PCOS 生殖与内分泌的联系，对预测卵子质量和明确PCOS 发病原因意义重大。

现有的研究还存在着一定的不足，具体表现在以下几个方面：①PCOS病理表现的多元化、代谢组学数据的复杂性和庞大的分子量对机体的影响机制还不够系统和清晰，需要经过较长时间来探索和验证。②PCOS卵泡液联合其他体液标本的代谢组学对比研究相对较少。PCOS患者的卵泡液具备独特的代谢特征，卵泡液与血清中的游离脂肪酸只有微弱的相关性［35］。而卵母细胞周围的卵泡液微环境直接参与卵母细胞的信息交换与营养供应，决定了卵泡生长与排出。因此厘清患者卵泡液的微环境组成、自身血清的分子谱情况、血液－卵泡液屏障的滤过功能，对探明PCOS 无排卵的内在机制，病机复杂化、症状多元化的原因，以及肾虚与PCOS的内在联系，具有重要作用。③流行性调查显示，PCOS 表现为家族聚集性，患者后代患有PCOS 和内分泌代谢系统疾病的概率较高［36］，医学上认为是先天遗传和后天环境共同作用的结果，但具体的发病原因目前尚不清楚。子代PCOS 的发生源于母亲卵子内携带的遗传物质，还是源于卵泡液与宫腔内微环境的改变？这一切尚未可知。今后可在此领域结合多组学研究，深入探讨PCOS 的发生机制，实现既能保证患者生养，也能保证后代健康成长的目的。