Asprosin在生殖细胞发育中作用的研究进展

徐志琴，谭 晓

南京医科大学第二附属医院 心血管内科，江苏 南京 210011

不育症是威胁人类生殖健康的重要疾病,在美国有高达8.1% 的夫妇患不育症,配子的产生和质量是成功繁殖的核心[1]。多囊卵巢综合征(polycy-stic ovary syndrome,PCOS)是孕龄女性常见的内分泌紊乱疾病,主要包括高雄激素血症(hyperandrogenemia,HA)和不排卵或稀发排卵,并与肥胖和高胰岛素血症有关。精子质量下降是男性不育的主要原因之一,精子质量主要包括精子的数量、存活率和运动能力。因此,促进卵泡的发育和排卵、提高精子质量对改善孕龄期夫妇生育有重要的意义。Asprosin是在研究新生儿类早衰综合征时首次被发现并命名的一种生糖蛋白激素,由原纤蛋白1(fibrillin1,FBN1)基因的外显子65和66编码[2]。哺乳动物及细菌分泌的Asprosin分别为30 ku和17ku[2]。Asprosin与肥胖、糖尿病、PCOS等内分泌代谢性疾病密切相关[3-5],本文综述Asprosin在PCOS和生殖细胞发育中的作用和研究进展,为不育症的治疗提供新的策略和靶点。

1 Asprosin的简介

Asprosin是FBN1基因编码的原纤维蛋白前体C末端的裂解产物,是由140个氨基酸组成的生物活性多肽[2]。Asprosin主要在禁食期间由白色脂肪组织分泌,最初被证明与小鼠肝脏中的嗅觉受体734(olfactory receptor 734 ,OLFR734),即人同源性的嗅觉受体家族4亚家族M成员1(olfactory receptor family 4 subfamily M member 1 ,OR4M1) 结合,引起葡萄糖释放并促进胰岛素分泌[6]。Asprosin随后也被发现存在于下丘脑,作用于蛋白酪氨酸磷酸酶δ受体(protein tyrosine phosphatase receptor type δ,PTPRD)和OLFR734受体,激活下丘脑弓状核中刺鼠关联蛋白(agouti-related protein,AgRP)神经元并刺激食欲[7-8]。最新的研究发现,Asprosin在作用于AgRP神经元后是通过PTPRD/蛋白激酶A(protein kinases A,PKA) 信号通路调节细胞膜上小电导钙活化钾3(small-conductance calcium-activated potassium 3,SK3)通道促进摄食[9]。禁食后高水平的Asprosin抑制SK3介导的电流,刺激神经元的放电和刺激食欲。进食后Asprosin水平下降,抑制神经元的放电和抑制摄食。Asprosin作为脂肪组织分泌的生糖激素,在禁食时增加促进食欲,进食后迅速减少抑制食欲,可被视为脂肪组织对机体能量代谢的一种调节途径。

2 Asprosin在PCOS发病中的作用

PCOS 作为孕龄女性不育的常见病因,与遗传、环境等多种因素有关,明确PCOS的病因及病理机制对该疾病的诊断和治疗有重要意义。有关Asprosin和PCOS的相关性,目前尚存在一些争议。Logistic回归分析提示循环Asprosin水平是PCOS的独立危险因素,PCOS患者循环Asprosin水平高于健康女性,与糖脂质代谢相关因子呈正相关,Asprosin可能成为未来PCOS患者诊断和随访的候选分子[10]。但关于PCOS患者与77名健康对照者的研究显示,两组人群循环Asprosin水平无显著性差异,并且合并有HA和胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)的PCOS患者循环Asprosin水平低于无HA和IR患者[11]。有报道女性空腹血浆Asprosin水平与月经周期、口服避孕药及运动相关[12]。因此,在研究Asprosin与PCOS相关性的实验中需综合考虑月经周期、饮食及运动等多种因素。

IR被认为是PCOS发病的主要机制,在PCOS的发生发展中起重要作用。Asprosin介导葡萄糖从肝脏释放和胰岛素过量分泌,超过胰岛素阈值后不能被细胞利用并导致IR[5]。IR可能是Asprosin介导PCOS发生发展的主要机制。持续低度炎性反应和PCOS的临床症状相关。Asprosin可促进巨噬细胞中肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、白介素-6(interleukin- 6,IL-6)、IL-1β等炎性因子的释放,而在PCOS患者卵巢中,炎性M1型巨噬细胞丰度增加,因此推测Asprosin可能介导PCOS患者卵巢慢性炎性反应,加剧无排卵或稀发排卵临床症状[13-14]。另一项研究发现 PCOS患者体内Asprosin与C-反应蛋白(C-reactive protein,CRP)水平相关,进一步提示Asprosin可能通过慢性炎性反应介导PCOS的发生发展[5]。Asprosin 抑制白色脂肪组织褐色变并使白色脂肪过度沉积[15],而在PCOS患者中,棕色脂肪功能下降,因此脂肪代谢紊乱也可能是Asprosin介导PCOS发生发展的途径之一。PCOS的另一重要特征是常伴有HA,但目前尚未见Asprosin与HA相关研究。此外,有学者认为PCOS患者虽与糖尿病患者有相似的葡萄糖升高、胰岛素抵抗和脂质代谢异常,但两种疾病患者体内Asprosin失调的病理机制可能并不相同,这种差异也有待进一步研究[11]。

3 Asprosin在卵泡发育中的作用

纤维蛋白的主要作用是参与微原纤维的形成,在结缔组织的细胞外基质中提供机械性支持。 FBN1基因可在不同的组织中表达,包括卵巢和睾丸[16]。卵泡是卵巢结构与功能的单位,主要由卵子、卵泡膜细胞和颗粒细胞构成。卵泡的发育受到性腺轴和卵巢自分泌和旁分泌的调节。在卵巢内注射Asprosin可促进卵泡的生长以及优势卵泡的排卵[17],提示FBN1基因可能通过Asprosin发挥调节作用。卵泡膜细胞和颗粒细胞均表达OR4M1,进一步提示 Asprosin 在卵泡的发育过程中具有一定的作用[18]。颗粒细胞中FBN1mRNA 的丰度低于卵泡膜细胞,OR4M1mRNA的丰度高于卵泡膜细胞,推测Asprosin主要是通过OR4M1受体作用于颗粒细胞发挥调节作用[18]。

Asprosin影响小颗粒细胞类固醇激素的合成和信号转导蛋白的表达,作用效果依赖于Asprosin的剂量和细胞培养的条件。Asprosin以剂量依赖性促进卵泡刺激素(follicle stimulating hormone,FSH)受体的表达,增加小颗粒细胞对FSH的敏感性,诱导的小颗粒细胞雌二醇的生成。但当浓度达到500 ng/mL时,Asprosin对雌二醇的合成没有影响[19]。剂量100 ng/mL的Asprosin开始显著抑制胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)对小颗粒细胞雌二醇生成的促进作用,剂量500 ng/mL的 Asprosin促进IGF-1诱导小颗粒细胞孕酮的生成[19]。Asprosin也作用于卵泡膜细胞,通过黄体生成素(luteinizing hormone,LH)和IGF-1影响卵泡膜细胞的增殖及固醇类激素的释放[18]。Asprosin抑制LH和IGF-1的卵泡膜细胞增殖作用,但对卵泡膜细胞合成孕酮无影响,Asprosin促进LH诱导卵泡膜细胞合成睾酮,但对IGF-1诱导卵泡膜细胞合成睾酮无影响[18]。因此,Asprosin可能是通过促性腺激素或其他激素间接参与卵泡发育和优势卵泡的排卵。

4 Asprosin在生精过程中的作用

精子的发生开始于生精细胞的分化,终止于成熟精子的形成。此过程不仅受到下丘脑-垂体内分泌腺轴的调控,也受睾丸内自分泌和旁分泌的调节。下丘脑分泌促性腺激素释放激素通过垂体门脉系统促进垂体FSH和LH的分泌。FSH促进精子的发生并刺激支持细胞分泌雄激素结合蛋白,LH促进间质细胞睾酮的分泌,睾酮通过负反馈调节FSH和LH来维持正常的生精过程。衰老是生育能力下降的一个重要原因,Asprosin在生殖活跃小鼠睾丸中的表达量显著高于衰老小鼠,这表明Asprosin水平下降可能是睾丸退行性变的一个因素[20]。

Asprosin主要通过性腺轴和睾丸自分泌和旁分泌参与精子生成的调控。Asprosin存在于脑脊液中并可穿过血脑屏障,这使其调节性腺轴成为可能[9]。侧脑室内注射Asprosin可以促进下丘脑促性腺激素释放激素的合成和分泌,激活下丘脑-垂体-睾丸性腺轴,以剂量依赖性促进FSH、LH和睾酮的合成,增加精子的数量、活性和运动能力[21]。睾丸的生精过程需要许多关键的细胞因子相互作用。免疫荧光显示生殖活跃小鼠睾丸间质细胞和支持细胞可见Asprosin表达[20],睾丸组织也是嗅觉受体如OLFR734表达丰富的部位。Asprosin-OLFR734信号通路可上调葡萄糖转运蛋白-8(glucose transporter-8,GLUT-8)和乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)表达水平[20-22],促进睾丸组织对葡萄糖的摄取以及向乳酸的转化,同时可诱导单羧酸转运蛋白(monocarboxylate transport protein,MCT )2和MCT4,促进乳酸由支持细胞向生殖细胞转运,这对精子的生成具有重要的意义[20]。因为与间质细胞和支持细胞相比,生殖细胞更多的是利用乳酸供能。小鼠睾丸组织内OLFR734的敲降,降低了精子的活动力和受精能力,这进一步验证Asprosin在睾丸生精过程中的重要作用[23]。

5 问题与展望

Asprosin是在研究新生儿类早衰综合征时首次被发现和命名的脂肪因子,通过促胰岛素抵抗、促炎等机制参与肥胖、糖尿病、心血管疾病等疾病的发生和发展,但Asprosin在相关疾病中的作用机制仍需进一步研究。纤维蛋白常参与结缔组织的形成在细胞外基质中提供机械性支持,这似乎与调节Asprosin释放的必要性不一致,因此,关于Asprosin合成和FBN1表达的潜在机制有待进一步揭示。PCOS是孕龄期女性常见的内分泌疾病,与代谢和生殖功能障碍有关。PCOS患者循环Asprosin水平的升高可能引起胰岛素抵抗和慢性炎性反应,但卵巢内Asprosin在一定程度上促进了卵泡的发育和排卵。关于Asprosin在PCOS的治疗中如何平衡代谢综合征与促排卵的关系仍待解决。精子质量下降被认为是男性不育的主要原因。Asprosin促进精子的发生并提高其运动能力,这在男性不育的治疗中有广泛的前景。