卵巢旁/自分泌及降调节对其的影响

2014-04-07 23:43冒韵东
生殖医学杂志 2014年12期
关键词:颗粒细胞卵母细胞生长因子

冒韵东

(南京医科大学第一附属医院/江苏省人民医院/江苏省妇幼保健院临床生殖医学科;生殖医学国家重点实验室,南京 210029)

作为不孕症治疗的重大突破,三十多年来体外受精-胚胎移植(IVF-ET)已成为重要的临床治疗手段,而IVF-ET 中重要的基础——超促排卵也成为临床医生特别关注的实践与研究课题。IVF中促排卵是否必要?如何促排卵?促排卵方案中降调节与非降调节孰优孰劣?促排中卵母细胞数量与卵母细胞质量谁更重要?是卵母细胞的数量还是质量对助孕的结局影响更大?

随着发育和细胞生物学认识的深入,我们了解到体细胞(颗粒细胞/卵泡膜细胞)功能-卵发育相互作用、卵泡的生理组学效应、自然周期中卵泡的生命周期、卵巢局部旁分泌/自分泌作用、内分泌的作用等均可影响卵母细胞质量。其中转化生长因子(TGF)-β超家族成员,如抑制素(Inhibin)、激活素(Activin)、卵泡抑素(Follistatin)、骨形态形成蛋白(BMP)、生 长 分 化 因 子(GDF)、抗 苗 勒 氏 管 激 素(AMH)等均属生长因子,可通过卵巢旁分泌和/或自分泌调控卵泡发育和卵母细胞成熟。其它涉及卵巢旁分泌/自分泌的因子还有表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGFs)家族、胰岛素样生长因子(IGFs)家族、血管内皮生长因子(VEGF)家族、细胞因子(cytokin)家族、白细胞介素(interleukins)、肿瘤坏死因子(TNF)-α等。

基于已有的相关知识,灵活应用促性腺激素中卵泡刺激素(FSH)和黄体生成素(LH)或绒毛膜促性腺激素(HCG),根据患者不同的反应性设计个体化促排卵方案以获得更好的临床结局是我们追求的永恒主题。为达到这一目的,本文就目前的国际国内最新研究成果,对卵巢旁分泌/自分泌在卵泡发育中的作用及促排卵中,特别是降调节方案中促性腺激素释放激素激动剂(GnRH-a)和拮抗剂(GnRH-ant)对卵巢旁/自分泌的影响加以综述。

一、与卵泡发育相关的卵巢旁/自分泌

1.促性腺激素作用前的卵泡生成:生长卵泡的激活表现为休眠状况的原始卵泡转化为卵泡,即卵母细胞增大,周围环绕单层颗粒细胞和一层外基底膜。有证据表明激活不依赖FSH,在没有促性腺激素时激活仍可继续发生,行垂体切除的啮齿类[1]及敲除FSHb(编码FSH-b 亚单位)及FSHr(编码FSH 受体)基因的动物[2-4]仍可维持这种激活能力。

自出生至绝经,所有的卵泡储备都将不断地被激活[5]。卵母细胞与周围的体细胞通过旁分泌的相互交流即是对卵泡激活的反应。参与旁分泌的体细胞因子包括KIT 配体,通过卵表达KIT 配体刺激卵母细胞生长及存活[6]。相反,源于卵母细胞的旁分泌因子则参与颗粒细胞的形成和分裂[7-9],这些因子包括GDF-9和BMP15。叉头盒转录因子(forkhead box transcription factors)的FOXO 超家族成员可以抑制休眠期原始卵泡的激活,这是通过抑制PI3K/Akt信号通路实现的[10-11]。对该信号通路的去抑制(如通过KIT)则使卵泡激活[6]。

初级卵泡(单层颗粒细胞)发育至次级卵泡(窦前)阶段需卵母细胞的进一步增大,颗粒细胞增生且被对LH 敏感的卵泡膜细胞层包围。该过程不依赖FSH 但完全依赖于TGF-β超家族成员的旁分泌信号。在初级-次级卵泡中,AMH[12]和激活素亚单位基因(INHBA、INHBB)表达占优势[13]。在卵泡成熟晚期,inhibin-a亚单位表达增加,inhibin-A 异二聚 体 (INHA/INHBA)和 inhibin-B (INHA:INHBB)形成均增加[8-9]。有排卵前卵泡自卵泡队列中被选出的标志就是inhibin-B的产生,而排卵前卵泡自身主要产生inhibin-A[14-15]。AMH 二聚体可抑制早期卵泡的生长及在体外对FSH 的反应性,故其发挥着控制卵泡转变为可发育为排卵前卵泡能力 的 作 用[12]。Activin(INHBA 和INHBB 的 同 二聚体或异二聚体)可促进颗粒细胞增生,促进其对FSH 的反应性并抑制卵泡膜细胞的雄激素合成。Inhibin类可促进LH 刺激雄激素合成并提供主要的卵泡内的雄激素合成[13]。

2.依赖促性激素的卵泡生长:卵泡腔的形成和窦卵泡扩张绝对依赖FSH[16-17]。早期窦卵泡(≤5mm)的正常发育早在婴儿期就存在,但发育至排卵前卵泡(≥20mm)的生长依赖于成人的FSH 水平并可形成有排卵的月经周期。

在依赖FSH 的卵泡发育过程中,由自分泌和旁分泌所产生的Activin 类和Inhibin 类的作用机制正好相反。未成熟窦卵泡产生的Activin类可以增加颗粒细胞对FSH 的敏感性和反应性,同时抑制对LH 反应的卵泡膜细胞的雄激素合成。适当FSH刺激可使卵泡转而形成Inhibin类,从而促进雄激素的合成。雄激素又转而增加FSH 对Inhibin类合成的促进作用。维持雄激素的合成需要LH,没有雄激素的合成就没有雌激素的合成。排卵前卵泡的成熟也需要LH,以产生具有完全受精能力的卵[13,18]。除主要受关注的TGF-β超家族成员,还有许多其它多肽生长因子参与卵泡内的旁分泌信号通路,其中IGF 起到了部分重要的促性腺激素作用前的作用[19]。

3.早卵泡期:月经周期开始时,周期性的FSH升高募集中间成熟卵泡(2~5 mm 直径)进入排卵前卵泡发育的初始阶段。此时存在一个FSH 的敏感范围,而占据此队列的卵泡都有其自身的“阈值”,需要FSH 的进一步刺激才能继续发育[20-22]。旁分泌和自分泌信号可完整地建立各个不同的FSH 阈值需求,而其差异可小至10%~30%。只有具有最低FSH 阈值的卵泡最可能被选出并最终排卵。

4.晚卵泡期:在一批被募集卵泡中一般只有一个卵泡因FSH 的作用而发育为排卵前卵泡并最终排卵。这个“优势”卵泡可以发育并接受中-晚卵泡期不断下降的FSH 的作用,因为有直接的、持续的FSH 刺激,优势卵泡的颗粒细胞不仅对FSH 敏感,而且也表达LH 受体(LHR),故除对FSH 反应外同时也直接对LH 产生反应[23-24]。在其成熟的最后一周,排卵前卵泡产生的雌激素明显增加,主要依赖内分泌(LH)和旁分泌(inhibin-A)信号通路的作用[13]。卵和卵丘细胞的LH 依赖阶段仍然非常依赖旁分泌信号,如GDF9 和BMP15[25]。就像生长因子(见前述各类生长因子)和EGF 受体的反式激活的信号必需LH 一样,EGF也在LH 的诱发下最终引起排卵[26]。排卵前卵母细胞的减数分裂的恢复是通过一种分子去抑制机制,即由LH 诱导第二信使cAMP撤退或失活[27]。

二、促性腺激素调控卵巢旁分泌信号

旁分泌信号可以解释为何促性腺激素对于卵功能具有潜在益处,也可以理解为何不恰当的应用外源性促性腺激素可能带来的害处[28]。卵母细胞本身并不具有有功能的促性腺激素受体,但依赖于卵泡内的体细胞,可通过卵丘来源的微绒毛传递促性腺激素的作用,该作用通过透明带传入卵细胞浆[7]。由卵泡膜细胞产生的低分子量分子经基底层扩散入壁颗粒细胞。这些颗粒细胞自身及与卵丘间通过缝隙连接相互连接,这些连接由FSH 刺激而形成。LH 刺激的旁分泌信号也可以影响卵母细胞,即使在平时卵泡内这些颗粒细胞并不表达LH 受体(LHR)。然而,颗粒细胞也一过性的需要LHR 对FSH 产生反应,通过LH 刺激壁及卵丘颗粒细胞,使得直接将旁分泌信号传至卵母细胞成为可能,这即是自发性LH 峰或注射HCG 使排卵前的卵母细胞恢复减数分裂的可能机制。缝隙连接也可以连接卵丘和卵母细胞,它们之间的联系的关闭是由于Erk1/Erk2介导的磷酸化,这也可能是LH 峰重启减数分裂和卵母细胞在排卵时成熟的部分机制[29]。

尽管用促性腺激素促排卵有明显益处,即获得更多的卵母细胞,但也可损害卵母细胞质量使其染色体异常,并在着床前发育过程中干扰印迹[30-31]。对患者而言“超排卵”花费较大,耗时且由于卵巢过度刺激综合征(OHSS)等并发症有潜在的健康风险,而长期的健康风险还包括卵巢癌[32]。因此,让业内人士更感兴趣的是应用更加温和的促排方案,即更好地模仿生理状况和强调卵母细胞的质量而不是数量。为实现此目标,更有效的控制性促排卵(COS)不应背离自然周期中卵泡的生命周期特征,故自然周期IVF可能是我们最终追求的目标。

三、GnRH-a/ant与卵巢旁/自分泌

在常规的促超排卵方案中离不开GnRH-a和GnRH-ant的应用,降调节是否会影响卵泡的发育与卵母细胞质量?有研究发现GnRH-ant方案组/GnRH-a长方案组两组中IGF 系统,如IGF-II、IGF结合蛋白-4(IGFBP-4)浓度和IGF-I/IGFBP-4比值明显不同,而两组间每成熟卵泡的血清E2水平及妊娠相关血浆蛋白(PAPP)-A 的浓度没有差异,与GnRH-ant方案组比较,GnRH-a长方案组的较高IGF-II浓度的作用可被同样较高浓度的IGFBP-4所抑制[33]。Dong等[34]的研究中发现GnRH-ant方案组的AMH mRNA 和蛋白表达均被降调,而干细胞因子(SCF)mRNA 和蛋白的表达则被升调,这些作用是剂量依赖性的,在GnRH-ant浓度较高的组(10-7mol/L)差异有统计学意义。如果联合应用GnRH-a和GnRH-ant,两者相反的作用将其各自的作用消除。基于这些结果,他们认为,GnRH-a和GnRH-ant对于自分泌/旁分泌因子AMH 和SCF的作用是不同的,同时可以部分解释GnRH-a 和GnRH-ant在卵巢储备方面的不同效应。

GnRH 可以刺激人类颗粒黄体细胞有丝分裂原激活蛋白激酶,也可作为一种自分泌因子[35-36]。GnRH 受体也在一些垂体以外的组织表达,其中包括卵巢、子宫和胎盘[37-38]。有一些研究发现,可以在 人卵 巢 中 检 出GnRH 受 体mRNA[37,39-40]。对 于GnRH 受体mRNA 调节的研究发现,GnRH 可以上调而HCG 则降调GnRH 受体及其基因表达[39]。Brus等[41]等认为LH 峰后卵巢组织中GnRH 受体占主导地位,但在排卵前卵泡中并未检测出GnRH受体。虽不清楚GnRH 受体在人卵巢中是否具有功能,但GnRH-ant 可能干扰了人卵巢细胞内GnRH的自/旁分泌信号,改变了卵泡内的微环境,这可以部分解释为何GnRH-ant方案的控制性促排卵(COS)和IVF-ET 结果与GnRH-a方案的结果不同。在体外实验中,GnRH-ant可通过降低IGF 合成和IGF 的生长刺激作用而抑制细胞生长[42]。GnRH-ant干扰生殖系统组织细胞中的GnRH 的自/旁分泌信号是可能的,如果GnRH-ant可抑制IGF,那么GnRH-ant对IGF 的直接抑制即可影响卵泡生成、着床和胚胎发育。

Hsueh等[43]发现GnRH-a的垂体外活性为抗颗粒细胞分化,抑制卵巢内甾体激素的合成,而GnRH-ant则可能缓解卵巢内对卵泡生长的抑制,从而引起性早熟。在卵巢内,GnRH-a和GnRH-ant的作用是不同的;GnRH-a和GnRH-ant对垂体促性腺激素的作用与其在卵巢内对GnRH 系统的作用也是完全不同的[44]。GnRH-a和GnRH-ant在卵巢内对生长因子的影响至少部分反映在卵泡生成方面,其具体作用机制目前尚不明确。据报道,在实验条件下,高浓度西曲瑞克(cetrorelix)对于生长因子,如表皮生长因子(EGF)、IGF-I和IGF-II及其受体均有抑制作用[45]。相反,Weiss等[46]的研究是有关源自不同助孕治疗方案的人类颗粒细胞中GnRH-ant对IGF-II、IGFBP-2和PAPP-A 的作用,他们认为GnRH-ant不会影响颗粒黄体细胞的IGF系统。

在中枢和外周已发现两种 GnRH 受体(GnRHR),为GnRHR-I 和GnRHR-II,隶 属 于G-蛋白偶联受体超家族(G prtein-coupled receptor superfamily,GPCR)[47-48]。GnRHR-I 被 认 为 与 多个G 蛋白亚单位(Gqα,Gsα和Giα)偶联并作用于多个信号通路[49-51]。越来越多的证据表明,多个G 蛋白有介导GnRHR-I作用提高的效应,同样也有对GPCR 的调节作用,这是通过一些不同的组织或细胞的不同信号转导通路实现的[52-53]。研究发现,在垂体和卵巢中GnRH 的结合位点均可被GnRH 升调 和 降 调[54,55]。Dong 等[34]认 为,通 常 低 剂 量GnRH或脉冲给药可升调该受体,而大剂量GnRH或连续给药可降调该受体数目,基于该结果,推测GnRH-a和GnRH-ant 对于自分泌/旁分泌因子AMH 和SCF 的 作 用 不 同。AMH 和SCF 的 差 异表达可能是由GnRHR-I介导的;大剂量治疗可下调卵巢内受体的数量。另一个可能的解释是:GnRHR的调节可能通过偶联不同的G 蛋白亚单位并激活相应的信号通路。

综上所述,随着卵巢内旁/自分泌的研究不断深入,发现其涉及多种因子并在卵泡发育的各个阶段起作用,外源性应用FSH/LH 有可能与卵巢内旁/自分泌相互影响从而影响卵质量。GnRH-a/GnRH-ant除中枢作用外也在外周,如卵巢发挥旁/自分泌因子的作用。GnRH-a/ant降调可能影响卵巢旁分泌/自分泌,从而影响卵泡生成/卵母细胞质量/着床/胚胎发育,需进一步研究揭示其机制。接近自然的助孕方案应是我们不懈追求的目标。

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