卵泡液代谢组学与相关疾病的研究进展

于阳洋，孙振高

(1.山东中医药大学中医学院，济南 250011； 2.山东中医药大学第一临床医学院，济南 250000)

卵泡液为卵母细胞的发育提供了微环境，在卵泡生长、卵母细胞成熟和排卵的生理过程中起重要作用。卵母细胞周围卵泡液的某些生化特性可能对卵母细胞质量及受精和胚胎发育具有重要作用。卵泡液由周围颗粒细胞产生的分泌物以及局部毛细血管扩散的血清组成，同时还包含跨越血滤泡屏障的血浆成分以及颗粒细胞和膜细胞分泌的活性产物[1]。颗粒细胞和膜细胞分泌的活性产物含有大量的蛋白质、代谢物、离子化合物和调节因子。卵泡液蛋白质(肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6、波形蛋白、酶类-1和促黄体生成素)和代谢物组成与卵母细胞受精、胚胎发育以及妊娠能力相关[2-3]。卵母细胞质量或发育能力是活胚发育的内在要求，目前常规体外受精对卵母细胞的评估有限，受精后胚胎的发育潜力主要取决于胚胎的细胞发育阶段和形态，此种评价方式存在很大的不足[4]。卵泡液代谢组学研究对评价及预测卵母细胞体外受精和胚胎发育的潜能、育龄女性的妊娠能力、活产率以及指导孕期用药具有重大意义[4-6]。但目前关于妇科疾病的卵泡液代谢组学研究相对较少，现就近年来常见的影响女性生殖能力及生活质量的妇科疾病的卵泡液代谢组学研究进展予以综述，以期为相关妇科疾病的早期诊断和鉴别提供帮助。

1 代谢组学概述

代谢组是某种状态下细胞、组织、器官或生物体的所有内源性小分子代谢物的集合。代谢组学是通过分析代谢产物理解生物系统和预测生物行为结果的学科，可反映外界刺激或遗传修饰的细胞或组织代谢应答变化，常利用磁共振成像和质谱检测技术分析生物的体液代谢物，但此方法对生物样品代谢物的鉴定仍存在重大缺陷[7]。代谢组学通过鉴定不同样本以及不同阶段生物代谢物的含量对生物系统的变化规律以及相关行为结局进行深入研究。

2 多囊卵巢综合征的卵泡液代谢组学研究

2.1多囊卵巢综合征(polycystic ovarian syndrome，PCOS)卵泡液代谢组学鉴定 PCOS是常见的由多种原因导致的生殖和内分泌代谢疾病，影响全世界约10%的育龄女性[8]。PCOS的临床表现多样，主要包括高雄激素血症、月经不规律或稀发以及卵巢多囊形态。PCOS患者常表现为肥胖、多毛症、胰岛素抵抗和血脂异常等。此外，PCOS患者患子宫内膜癌和心血管疾病的风险也增加[5]。有研究通过比较非PCOS女性与PCOS患者的卵泡液蛋白库，鉴定出PCOS 患者卵泡液中有770个具有不同调节作用的蛋白，且PCOS患者较非PCOS女性存在186个差异表达蛋白，其中99个蛋白表达上调、87个蛋白表达下调[9]。参与卵泡发育的蛋白主要包括双调蛋白、硫酸肝素蛋白多糖2、肿瘤坏死因子、阿尔法诱导蛋白、纤溶酶原和淋巴管内皮透明质酸受体、金属蛋白酶组织抑制剂1、胰岛素样生长因子结合蛋白-2、胰岛素样生长因子结合蛋白-3、胰岛素样生长因子结合蛋白-4、胰岛素样生长因子2、凝血因子Ⅱ、超氧化物歧化酶3和纤溶酶原[9]。PCOS患者卵泡液中载脂蛋白前体和多克隆抗体的蛋白表达水平较健康人群高，存在胸苷激酶原、细胞角蛋白、抗凝血酶、人纤维蛋白原α链前体1亚型、转铁蛋白、膜联蛋白6种过度表达蛋白[8]。

2.2PCOS与非PCOS卵泡液能量代谢差异 PCOS 患者与非PCOS患者的卵泡液能量代谢存在差异，PCOS患者卵泡液的乳酸水平较低，血脂和葡萄糖水平较高。通过磁共振成像分析PCOS患者卵泡液的研究发现，不同能量代谢中间体水平与PCOS存在相关性，PCOS患者的代谢差异可能由卵泡的雄激素化引起，其胰岛素敏感性可能调节颗粒细胞中葡萄糖转运体的表达，并可能通过降低卵母细胞对葡萄糖的摄取来控制卵母细胞的能力，从而控制能量代谢[10]。代偿机制产生的过多雌激素可能作用于PCOS卵母细胞，改变卵泡液的成分，并对生理卵母细胞的成熟和质量产生不利影响。

2.3PCOS与控制性卵巢刺激的共同卵泡液代谢组学 控制性卵巢刺激超反应是PCOS患者体外受精过程的重要特征之一，但非PCOS不孕患者的体外受精过程也可能表现为控制性卵巢刺激超反应。对卵泡液代谢特征与控制性卵巢刺激超反应关系以及对体外受精患者卵泡液的分析发现，控制性卵巢刺激超反应者和控制性卵巢刺激正常反应者的卵泡产生、卵母细胞和胚胎质量以及多种物质代谢均存在差异[11]。控制性卵巢刺激正常反应者有14个生物标志物表达上调，分别为脂肪酸、二酰甘油、三酰甘油、神经酰胺、鞘氨醇-1-磷酸、磷脂酰胆碱和鞘磷脂、a1-抗胰蛋白酶、载脂蛋白A～I和转铁蛋白、丝氨酸棕榈酰转移酶、LCB2、苏氨酸蛋白激酶、DNA损伤自噬调整蛋白、白细胞介素[11]。

3 卵泡液代谢组学与子宫内膜异位症的相关研究

3.1子宫内膜异位症(endometriosis，EMT)的卵泡液代谢组学 EMT是一种慢性妇科疾病，影响10%～32%的育龄妇女，可能导致不孕[12]。对卵泡液蛋白质谱的研究有助于阐明与EMT相关的生物标志物。对能够受孕或不能受孕EMT患者与无EMT成功受孕女性蛋白谱的分析显示，各组间有29个差异表达点，并鉴定出21种蛋白，表明EMT患者蛋白质组存在一定的功能富集，并发现了与异位子宫内膜损害有关的蛋白质(如载脂蛋白AIV、转抑素、补体因子等)[12]。研究表明，EMT可导致卵泡液中不同的蛋白表达，从而影响妊娠结局，可见对相关蛋白表达差异的研究有助于诊断EMT，并可发现治疗EMT的潜在靶点，有助于进一步了解EMT的生理病理机制[13]。

3.2EMT的潜在生物代谢组学标志物 EMT存在明显的潜在生物代谢组学标志物。研究发现，EMT患者卵泡液中葡萄糖、乳酸、乙酸不饱和脂质的水平较高，β羟丁酸、柠檬酸、缬氨酸、琥珀酰辅酶(重要的支链氨基酸)的水平较低[14]。EMT患者葡萄糖水平的升高主要归因于糖酵解，而颗粒细胞的糖酵解增加可导致乳酸水平升高，可见EMT的发生可能与促炎细胞因子(肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β等)的过度表达相关[15]。EMT患者卵泡液的乳酸及部分促炎细胞因子水平升高，PCOS与EMT患者卵泡液的部分代谢产物相同，相同代谢产物亦有相同趋势(即葡萄糖水平升高以及醋酸和β羟丁酸水平降低)，且EMT患者的炎症过程与乳酸水平升高和缬氨酸水平降低有关[16]。对EMT患者卵泡液体磷脂含量的分析表明，EMT患者卵泡液中乳酸、胰岛素、人重组穿透素-3、CXC趋化因子配体8、CXC趋化因子配体10、CC趋化因子配体11和血管内皮生长因子的含量较高，而脂肪酸、赖氨酸、胆碱、葡萄糖、天冬氨酸、丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、脯氨酸、胆碱磷酸、总乳酸脱氢酶及乳酸脱氢酶-3同种型的含量均较非EMT患者低[17]。应用逆转录聚合酶链反应检测EMT患者卵母细胞周围卵丘细胞的人乳酸脱氢酶B、人重组穿透素-3和胰岛素受体水平的研究发现，EMT患者卵母细胞质量降低与以上分子水平有关[16]。由此可见，应用不同的试验方法可能有助于理解复杂疾病的潜在机制，并更好地对EMT患者进行临床管理。

3.3EMT的卵泡液氧化应激相关代谢物 与非EMT患者相比，EMT患者卵泡液的氧化应激反应水平较高。研究发现，EMT患者血清谷胱甘肽和超氧化物歧化酶以及卵泡液中8-羟基-2′-脱氧鸟苷和维生素E的水平较高，而血清总抗氧化物的水平较低，并首次证实了氧化性DNA损伤的存在，表明EMT患者体内的氧化应激反应增强，可能与EMT患者卵母细胞质量受损及EMT相关不孕的发病机制有关[18]。

3.4EMT的卵泡液脂质代谢组学 EMT可影响卵巢的早期卵泡发育，导致卵巢原始卵泡储备缺乏，进一步导致不孕的发生。比较经体外受精成功妊娠输卵管因素不孕患者与EMT患者卵泡液中磷脂酰甘油磷酸酯、磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰诺西醇二磷酸水平的研究显示，EMT患者的鞘磷脂和磷脂酰胆碱含量较高，表明EMT患者与非EMT患者的脂质表达存在差异，且脂质表达在卵巢EMT的疾病进展中起重要作用[17,19]。因此，脂类代谢组学的研究可能有助于发现潜在生物标志物。

3.5EMT早期无创评估的潜在工具 差异代谢物谱可能是早期无创评估EMT患者卵母细胞发育潜能的新工具。比较EMT患者与非EMT患者卵泡液代谢物差异的病例对照研究发现，植物红素、溶血蛋白(18∶2)、溶血蛋白(18∶0)3种代谢物与EMT相关不孕症密切相关；EMT患者溶血卵磷脂(18∶2)和溶血卵磷脂(18∶0)上调，而鞘氨醇下调；首次采用SWATHTM数据采集模式对EMT患者卵泡液进行代谢组学研究，对卵泡液的代谢产物进行了鉴别和图谱分析；此外，还发现以上差异代谢物参与细胞增殖和凋亡、能量代谢、炎症反应和血管生成[20-21]。

4 卵泡液代谢组学与复发性流产的鉴定

怀孕20～28周前至少发生3次连续妊娠损失称为复发性流产。免疫学、解剖学、内分泌学、遗传、感染、染色体异常以及环境因素均可导致习惯性流产。对正常人群和复发性流产患者血样标本蛋白质组学的研究发现，正常人群与复发性流产患者的21种血样标本蛋白质存在差异表达，其中复发性流产患者的间α胰蛋白酶、α胰蛋白酶H4重链高表达，因此可将α胰蛋白酶H4重链作为诊断复发性流产的生物标志物[22]。

5 子痫与PCOS的共同代谢组学

子痫指妊娠期高血压疾病基础上发生的不明原因的抽搐，可发生在产前、产时、产后，也可发生于子痫前期或血压升高不显著、蛋白尿升高不明显的病例。子痫病因不明，可能涉及母体、胎盘和胎儿等多种因素，包括滋养细胞侵袭异常、免疫调节功能异常、内皮细胞损伤、遗传因素和营养因素等。用于诊断子痫的192种蛋白质组学标志物与PCOS标志物数据库的蛋白质存在交叉，对子痫和PCOS患者蛋白质组学标志物的研究发现，转铁蛋白、纤维蛋白原α/β/γ链变体、激肽原1、膜联蛋白2和过氧化物酶2 五种蛋白质组学标志物可在子痫和PCOS患者表达，且子痫和PCOS患者的转铁蛋白纤维蛋白原b和 g链变体以及激肽原1的表达均增加，膜联蛋白2和过氧化物酶2的表达降低[23]。

6 卵泡液代谢组学与卵巢低反应

6.1卵巢低反应(poor ovarian responders，POR)的卵泡液代谢组学生物标志物 在体外受精/胚胎移植周期中，卵巢控制刺激中的POR较为重要。假设体外受精的不良反应与炎症反应有关，通过相关研究鉴定出许多不同表达的炎症调节蛋白，其中卵透明带蛋白、跨膜糖蛋白、人源全长重组蛋白、性激素结合球蛋白是体外受精POR的候选生物标志物，而卵透明带蛋白、跨膜糖蛋白、人源全长重组蛋白对鉴定POR具有重要意义[23]。另有研究发现，POR患者卵泡液的血管内皮生长因子表达增加[24-25]。

6.2POR和卵巢高反应的代谢组学差异标志物 随着现代医学的发展，体外受精/显微受精(卵胞浆内单精子显微注射)等辅助生殖技术广泛应用于临床[26-27]。对PCOS患者的单因素代谢组学研究发现，POR与卵巢高反应体外受精/显微受精PCOS患者的血清和卵泡液鸢尾素水平不同，而接受体外受精/显微受精PCOS患者的血清和卵泡液鸢尾素水平差异无统计学意义；POR患者血清鸢尾素水平明显高于卵泡液鸢尾素水平，且PCOS患者卵泡液鸢尾素水平与血清鸢尾素水平呈显著正相关(r=0.81，P<0.01)；血清鸢尾素与血清总睾酮水平呈正相关，但与PCOS患者总体胰岛素敏感指数呈负相关；卵泡液鸢尾素水平与胰岛素抵抗呈负相关；血清鸢尾素水平与抗缪勒管激素水平无相关性，但卵泡液鸢尾素水平与PCOS患者血清抗缪勒氏管激素水平呈负相关；而POR患者抗缪勒氏管激素水平与卵泡液中鸢尾素水平无显著相关性(r=0.21，P<0.05)[28]。

7 小 结

卵泡液代谢组学为妇科疾病的诊断提供了新的途径，为相关疾病潜在靶点的分子治疗提供了可能，但目前卵泡液代谢组学相关研究仍不充分，尚不能应用于临床实践[29]。相关蛋白对疾病发生的影响机制尚不清楚，代谢组学技术尚未在生殖研究中广泛应用，对卵泡液蛋白质代谢物的深入研究有望显著改善未来相关妇科疾病的临床鉴别诊断，此外，对卵泡液代谢组学的深入研究将对评价体外受精卵母细胞质量和胚胎发育潜能以及提高妊娠率具有重要意义[30]。