多囊卵巢综合征转基因动物模型的研究进展

许 婷，李 昕，冯 异*

(复旦大学1.上海医学院中西医结合系，上海200032;2.附属妇产科医院，上海200011)

多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是育龄期妇女常见的生殖内分泌及代谢紊乱性疾病。典型的临床表现为卵巢的多囊性改变、排卵过少或不排卵、高雄激素血症、不同程度的月经异常，甚至不孕等［1］。

由于PCOS的病因非常复杂，且临床症状极具异质性，到目前为止，仍然没有一个广泛公认的动物模型。转基因动物模型较传统动物模型能更为准确地探讨该基因的生物学功能，从而靶向性地根据所研究的PCOS病理通路，建立起较为合适的动物模型奠定基础。

本综述将近年来国内外研究的热点进行了总结，主要从基因不表达或表达过量的动物模型表现与PCOS相类似的症状，进一步探讨该基因的生物学功能及表达调控机制，为临床实施人类遗传疾病的基因治疗提供参考。

1 基因不表达引起的类PCOS模型

1.1 雄激素受体基因敲除鼠

雄激素受体(androgen receptor，AR)在很多生殖系统相关的组织中都有表达，包括卵泡中颗粒细胞和卵泡膜细胞。PCOS患者卵巢局部组织的AR表达与PCOS的发生有一定的相关性［2］。AR发生异常，往往会影响卵泡的发育而导致生育率低下，甚至不孕。

AR基因敲除 (ARKO)的雌性小鼠模型［3］，在性成熟后，动情周期开始延长，产仔数量也随之降低;黄体数目逐渐减少，使得排卵率下降，并进一步影响黄体细胞的形成;卵泡的成熟率显著下降，卵巢多囊性改变。该模型存在的问题是，整体上AR的敲除会引起雄激素不敏感综合症，这对进一步研究雄激素在生殖内分泌方面的作用带来了很多障碍。从卵巢颗粒细胞 (granular cell，GC)和卵母细胞 (oocyte)特异性ARKO雌性小鼠模型上发现，整体ARKO雌性小鼠的生殖系统表型，几乎都可以解释为是由于GC上AR表达的缺乏。这些GC特异性AR能够促进窦前卵泡的生长并阻止卵泡闭锁，因而对正常卵泡的生长和生殖功能的发挥至关重要［4］。

1.2 雌激素受体基因敲除鼠

PCOS的各级卵泡颗粒细胞上缺乏雌激素受体(estrogen receptor，ER)。ER包括 α 和 β 两个亚型。报道有 ERαKO，ERβKO 和 ERαβKO 3 种雌激素受体基因敲除的雌性小鼠模型［5］。ERαKO 和ERαβKO雌性小鼠(14周或6个月)表现出多囊卵巢的表型且不能生育，ERαKO小鼠显示血清雄烯二酮和雌二醇增高。ERβKO雌性小鼠则表现为卵泡加速闭锁、排卵急剧减少，生育力低下。这些结果及相关研究提示ERα对卵巢功能起主导作用。雌激素复杂的作用机制和雌激素受体表达广泛，导致很难确定是否是卵巢内的雌激素发挥的作用。卵泡内膜细胞特异性ERα基因敲除雌性小鼠(theca-specific estrogen receptor-alpha knockout mice，thEsr1KO)模型［6］，表现为动情周期异常、排卵能力下降、卵泡囊肿、睾酮水平升高、窦状卵泡多、黄体细胞少甚至不孕。卵泡内膜ERα基因不仅调节17-羟化酶基因的表达，使雄激素水平升高，而且控制卵巢中内膜细胞的增殖，对女性生殖系统起着关键性的作用。然而这种ERαKO小鼠并没有临床PCOS患者卵巢表现的典型纤维外膜的增厚，提示可能有其他基因或环境因素造成卵巢的这种病理性改变。

1.3 卵泡刺激素受体基因敲除鼠

卵泡刺激素(follicle stimulating hormone，FSH)作用于卵子生成和卵泡发育。FSH水平的升高促使卵泡发育成熟和颗粒细胞的增殖［7］。FSHRKO的雌性小鼠模型［8］，表现为FSHR缺失，垂体中FSH水平过高，LH无变化，从而打破了垂体性腺的动态平衡;血清中FSH和LH水平升高，验证了卵巢负反馈调节的失效;萎缩的子宫和闭锁的阴道表明，FSHRKO雌性小鼠上具有生物活性的雌激素并没有显著增多;卵巢小于正常雌性小鼠;无规律动情周期;窦前卵泡期后卵泡不能正常发育，导致不孕。对于PCOS，其中显著的一个特点就是雄激素过多。虽然雄激素与FSH共同促进卵泡的生长，他们的受体在卵泡中明显共存，但在FSHRKO的小鼠上还未能确定垂体和血中的雄激素水平的变化。

2 基因过量表达(over expression)形成的类PCOS模型

2.1 黄体生成素转基因鼠

一些临床研究已经发现高分泌的黄体生成素(luteinizing hormone，LH)与PCOS的相关性，证实慢性升高的LH会降低生育能力［9］。LH转基因小鼠模型［10］表现为LH过表达，卵巢的显著增大，卵巢形成囊肿卵泡和颗粒细胞瘤;排卵稀发，维持着较长的黄体期;睾酮和雌二醇水平增加。这些病理研究证明LH的持续缓慢高分泌与多囊卵巢的形成，卵巢肿瘤的发生以及不孕之间的相关性。但是在LH水平持续升高的同时也产生了与PCOS无关的其他表型，像卵巢肿瘤以及黄体细胞过多而扩张的卵巢，提示尽管LH可能与PCOS发病原因相关，但LH水平单纯性升高不至于引起PCOS的发生［11］。

2.2 人绒毛膜促性腺激素αβ转基因鼠

人绒毛膜促性腺激素 (human chorionic gonado-tropin，hCG)是异二聚体 (非共价结合的α亚基和β亚基)糖蛋白激素超家族中的一员，hCGβ亚基在多个组织中广泛表达［12］。金属硫蛋白 (metallothionein，MT)-hCGβ 转基因雌性小鼠模型［13］，表现为多囊卵巢、卵泡生成功能障碍、无生育能力。MT-hCGβ雌性小鼠的卵巢中，卵泡生成出现障碍，并且没有窦状卵泡或黄体细胞，表明这种转基因雌性小鼠没有正常的卵泡生长周期。血清分析显示，雌激素水平在不断升高。组织学分析提示，卵巢中含有大量出血型和囊肿型卵泡，并伴随有卵泡内膜层的扩大，基质细胞增殖。然而，MT-hCGβ雌性小鼠出现这些表型的原因，也有可能是周围因素的改变或者是hCGβ亚基直接作用在卵巢上产生的结果。

2.3 卵巢神经生长因子转基因鼠

卵巢神经生长因子(nerve growth factor，NGF)能够促进卵泡的生长发育并排卵。NGF转基因雌性小鼠［14］，NGF过量表达，卵巢排卵能力下降，伴随着血中LH水平持续而缓慢的升高，进一步导致多囊性前体卵泡的形成;血浆中17-羟孕酮，雌酮和睾酮水平显著升高;青春期延迟和生育率低下。与野生型卵巢相比，转基因雌性小鼠卵巢中携带的通过17α-羟化酶基因启动子针对膜间质细胞产生的NGF更多，并受交感神经的高度支配;窦状卵泡生长捕获使得中等大小的卵泡聚集，其中很多是凋亡细胞。提示，卵巢中NGF的过量表达是多囊卵巢形成的重要因素之一。但是这种转基因小鼠只有伴随着LH水平持续而缓慢的升高时，卵巢才会发生多囊性的改变。

2.4 纤溶酶原激活物抑制剂(plasminogen Activator Inhibitor，PAI)-1 转基因鼠

纤溶酶原激活物抑制剂-1(PAI-1)是卵泡生长发育以及卵泡闭锁的关键物质。一些研究显示:PCOS患者 PAI-1的水平和活性均明显升高［15］，PAI-1 4G/5G多态性将增加形成PCOS的风险［16］。

PAI-1转基因雌性小鼠模型［17］，表现为 PAI-1持续高表达;血清睾酮水平是野生型小鼠的两倍左右;大部分的PAI-1产生于纤溶酶原激活物特异性表达颗粒细胞的间质中。异常升高的PAI-1使得纤溶酶原系统的平衡被打破，将会加剧早期囊泡的过多出现，破坏了囊泡的发育以及优势囊泡的选择和排卵，这一变化导致了卵巢动态结构的缺失及卵泡的退化或闭锁。这种转基因小鼠能够表现出卵巢多囊的特点和持续的睾酮升高，但没有代谢方面的障碍。因此，这种模型可能应用于研究PCOS患者代谢方面的机制。

3 总结与展望

上述通过基因手段所建立的转基因雌性小鼠模型，虽取得了一些重要的进展，但仍未能涵盖PCOS的生殖和代谢的所有特点。这说明PCOS并不是单基因相关的疾病，可能在microRNA、表观遗传和蛋白组学等方面有更复杂的机制。但这些转基因动物模型，或多或少地反映了PCOS的部分特点，如遗传、内分泌、代谢、形态学变化等，为不同方向的研究提供了线索和思路。

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