神经内分泌在多囊卵巢综合征发病机制中的研究进展

杜晓琴，刘美玉，尹菊

Stein和Leventhal于1935年提出多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）概念。40%的PCOS患者因不排卵或稀发排卵而导致不孕，占无排卵性不孕症的70%～80%[1]。具体病因及发病机制未明。雄激素及黄体生成激素（luteinizing hormone，LH）增加导致的持续排卵障碍、多毛、肥胖、不孕和胰岛素抵抗等，是PCOS的主要临床表现[2]。PCOS患者不但基础LH水平高，脉冲释放频率亦增加[3]。LH使卵巢颗粒细胞雄激素合成增加，导致高雄激素血症。

下丘脑促性腺激素释放激素（gonadotropin releasing hormone，GnRH）神经元整合传入信号后，促使GnRH脉冲释放，刺激垂体LH和卵泡刺激素（follicle stimulating hormone，FSH）脉冲分泌[3]。GnRH的分泌时间和幅度受上游神经和内分泌的调节，包括 γ氨基丁酸（gamma aminobutyric acid，GABA）和Kisspeptin等[2]。此外，PCOS小鼠神经特异性雄激素受体（androgen receptor，AR）敲除后，排卵功能恢复，肥胖缓解，提示大脑中雄激素信号通路是PCOS发病的潜在机制之一[4]。

此外，双相情感障碍患者的PCOS发生率较高，可能与调节生殖内分泌轴的神经递质失衡有关[2]。同样，癫痫患者的PCOS发生率更高，与LH、FSH和催乳素一过性升高有关，下丘脑－垂体功能的改变可能导致PCOS发生[2]。与用卡马西平及苯妥英钠治疗相比，用丙戊酸钠治疗双相情感障碍和癫痫的女性患者的PCOS发生率明显升高[5]。由于丙戊酸钠通过提高GABA水平阻断电压门控离子通道，改变神经元放电。GABA可能直接或间接改变下丘脑－垂体－性腺轴，提示神经内分泌在PCOS发病中的基础作用。现对神经内分泌在PCOS发病机制中的研究进展作一综述。

1 PCOS模型的建立及对神经内分泌轴的影响

PCOS是一种极其复杂的多因素疾病，临床表现和表型不同，确定PCOS病因或发病机制非常困难。PCOS患者卵巢和代谢指标容易评估，但对其神经内分泌的研究十分困难。

良好的动物模型有助于阐明PCOS的神经内分泌机制。常用的PCOS动物模型包括产前雄激素（prenatal androgen，PNA）模型、产前抗苗勒管激素（prenatal anti-müllerian hormone，PAMH）模型、产后雄激素模型和芳香化酶抑制剂（来曲唑，letrozole，LET）模型。①PNA模型：模型动物妊娠后期给予外源性睾酮或二氢睾酮（dihydrotestosterone，DHT），导致雌性后代成年出现PCOS样特征，表现为LH水平和脉冲频率均明显升高，雌二醇正反馈受损；发情周期紊乱、卵巢卵泡闭锁和卵巢膜细胞增生；多囊卵巢、肥胖等生殖和代谢异常表现[2,6-7]。②PAMH模型：外源性AMH刺激GnRH神经元，提高GnRH/LH分泌[8]。产前给予小鼠AMH促使孕鼠GnRH神经元活性增加，提高LH分泌和雄激素合成，导致胎鼠暴露于高雄激素环境中。该模型的雌性子代成年后的表现与PNA模型相似，包括LH脉冲分泌增加，雄激素水平升高和发情周期紊乱。③产后雄激素模型：啮齿类动物青春期时暴露于雄激素（尤其是DHT），可出现肥胖、胰岛素抵抗、多囊卵巢及发情周期紊乱等PCOS的特征[9]。④LET模型：通常使用来曲唑制备PCOS模型，该模型大鼠除生殖异常表现外，尚有体质量和糖耐量增加等改变[10]。因此，LET模型可用于研究代谢功能异常（肥胖）的PCOS亚型，研究PCOS患者可能的生殖神经回路变化。

2 PCOS神经内分泌表型的细胞和分子机制

PCOS患者的LH分泌频率及幅度均升高[3]。PNA模型、PAMH模型和LET模型LH水平明显升高[2]。PNA模型和PAMH模型的LH分泌频率和分泌幅度的时间变化规律已经阐明，但尚无对DHT模型和LET模型的LH分泌特征的研究[1,6-7]。LH脉冲分泌频率及幅度受下丘脑GnRH和垂体性腺调节，PCOS患者及动物模型的LH水平升高暗示下丘脑－垂体功能明显异常。下丘脑分泌GnRH异常可能与上游“GnRH脉冲发生器”异常或GnRH神经元本身改变有关[11]。以下将重点介绍GnRH神经元和下丘脑GABA和（或）Kisspeptin神经元的改变，以揭示PCOS神经内分泌机制。

2.1 GnRH神经元位于下丘脑正中隆起的GnRH神经元控制垂体前叶分泌LH的脉冲频率。此外，GnRH还调节促性腺激素亚基mRNA表达和LH合成，以精准控制LH释放量[12]。LH释放频率与GnRH神经元本身或其上游异常增加有关，而LH释放量反映下丘脑、垂体或两者功能的变化[3]。

PCOS动物GnRH神经元的过度激活导致LH分泌增加。Roland等[13]发现，与对照组相比，PNA模型雌性小鼠GnRH神经元动作电位放电增加。Moore等[6]观察到PNA模型小鼠GnRH神经元GABA能突触后电流（postsynaptic currents，PSCs）的频率和幅度均增加，表明GABA能够刺激GnRH神经元。在PAMH模型雌性小鼠也发现GnRH神经元放电增加，与GABA输入到GnRH神经元的数量增加有关[1]。

除GABA能够兴奋GnRH外，类固醇激素负反馈抑制减弱也是GnRH活性增加的原因之一。与健康女性相比，PCOS患者需要更高剂量的雌二醇和孕酮方能达到相似的降低LH水平、LH脉冲频率和幅度的效果[14]。PNA小鼠实施卵巢切除术后，给予雌二醇治疗LH反应迟钝，提示PNA小鼠体内雌二醇对GnRH/LH的反馈受损[6,15]。由于GnRH神经元仅表达雌激素受体 β（estrogen receptor β，ERβ），并非 ERα或AR，而AR是介导雌激素－GnRH/LH负反馈的主要受体，因此类固醇负反馈受损很可能是GnRH神经回路中传入神经元改变，导致GnRH过度激活[16]。

2.2 GABA能神经元GnRH神经回路中一个重要神经元是位于下丘脑内侧基底部的GABA细胞。在前脑及大脑的其他区域，GABA主要是抑制性神经递质。但因GnRH神经元细胞内氯化物浓度较高，GABA通过激活GABA受体发挥兴奋而非抑制作用[17]。最近研究发现PCOS患者脑脊液中GABA水平升高，推测GABA导致PCOS患者GnRH分泌增加[18]。此外，在对PNA和PAMA模型小鼠的研究中发现，GnRH神经元中来源于下丘脑的弓状核（arcuate nucleus，ARN）GABA神经纤维轴突输入增加[1,6]。另有研究发现PNA模型小鼠GnRH神经元上的GABA能PSCs增加[19]。说明PNA和PAMA模型中GABA神经元可能对GnRH神经元有激活作用。

PCOS模型中GABA除向GnRH神经元传递信号发生改变外，其自身也发生了变化。PNA雌性小鼠ARN区域的GABA神经元孕酮受体（progesterone receptor，PR）表达降低，这可能是导致某些PCOS患者孕酮反馈受损的原因[6,15]。此外，LET小鼠ARN区域的PR mRNA表达下降，PR水平降低，说明该模型同样存在孕酮反馈受损[20]。因此，PCOS患者ARN区域的GABA神经元可能在调节孕酮对GnRH负反馈中起关键作用。

除PNA模型和PAMH模型之外，在其他模型中鲜有关于ARN区域GABA水平、GABA神经元数量或GABA与GnRH信号通路关系的报道。最近发现大鼠LET模型LH水平升高，下丘脑等大脑区域中GABA mRNA水平降低[10]。与仅给予大鼠LET相比，同时给予LET和GABA能降低其体质量和睾酮水平[21]。这些研究证明GABA对生殖轴有抑制作用。由于GABA可作用于大脑多个神经元，其对某些神经元（如GnRH神经元）有刺激作用，而对另一些神经元则为抑制作用。因此不同PCOS模型揭示的GABA对生殖轴的作用有所不同。此外，GABA水平降低可能导致传入神经元（如Kisspeptin神经元）活性增加，从而刺激GnRH神经元。然而，在PCOS神经内分泌发病机制中GABA是否发挥作用及如何发挥作用，需要进一步证实。

2.3 Kisspeptin神经元Kisspeptin由Kiss1基因编码，是一种由54个氨基酸组成的蛋白质，通过膜受体Kiss1r发挥作用，对GnRH神经元有很强的兴奋作用[22]。PCOS患者血液Kisspeptin水平与LH呈正相关，尽管血液中Kisspeptin的来源（大脑、肝脏、胰腺、脂肪或性腺等）尚未明确[23]。Lapatto等[24]发现外源性Kisspeptin刺激GnRH分泌，Kiss1基因敲除的小鼠循环中促性腺激素（LH和FSH）及性腺激素（β雌二醇或睾酮）明显下降，提示Kisspeptin和Kiss1r在GnRH/LH分泌中不可或缺，Kisspeptin-Kiss1r信号通路可能参与PCOS神经内分泌的调节。

Kisspeptin在大脑、外周组织等多部位表达，GnRH神经元特异的Kisspeptin信号通路是其刺激神经内分泌的主要方式。在大脑中Kisspeptin主要表达于下丘脑ARN、前脑室周围核及室周核连续体（anteroventral periventricular nucleus and periventricular nucleus continuum，AVPV/PeN），这些区域与调节GnRH分泌有关[22]。此外，Kisspeptin在内侧杏仁核、孤束核（bed nucleus of the solitary tract，BNST）和外侧隔也有少量表达，具体功能尚不清楚[25]。下丘脑2种Kisspeptin功能不同：ARN细胞参与刺激两性GnRH/LH脉冲频率[11]，AVPV/PeN细胞调节雌性排卵前GnRH/LH峰值水平[22]。ARN区域的Kisspeptin神经元可同时表达 Neurokinin B（NKB）和 Dynorphin（Dyn），因此被称为KNDy神经元[26]。KNDy能够调节Kisspeptin神经元活性和GnRH/LH分泌。在人和啮齿类动物，NKB分别由TAC3和Tac2基因编码，通过NKB受体（NK3R，在人和啮齿类动物分别由TACR3和Tacr3基因编码）发挥作用[27]。TAC3或TACR3基因突变均可导致性腺功能减退。Dyn可能作用于κ阿片受体，抑制KNDy神经元活性，降低LH分泌。对不包括人的灵长类动物的研究发现，Kisspeptin和NKB-NK3R信号通路能够提高GnRH释放[28]。

ARN区域KNDy神经元受AR和ER负向调节，可能是性腺切除术后GnRH水平升高的原因，而AVPV/PeN区域Kisspeptin神经元受雌二醇和孕激素的正向调节，诱发排卵[29]。人类Kisspeptin神经元存在于下丘脑漏斗核（两性）和延髓脑室周围区（仅女性），这些神经元可能类似于啮齿类动物AVPV/PeN区域Kisspeptin神经元[30]。PCOS主要表现为LH脉冲分泌异常增加，因此多数动物研究集中在与人类漏斗核Kisspeptin功能相似的ARN区域Kisspeptin神经元。

研究显示PNA模型雌性大鼠ARN区域Kisspeptin和NKB阳性细胞数量显著增加，PNA模型大鼠ARN区域Kiss1和Tac2 mRNA表达增加[31]。PNA模型绵羊的Kisspeptin细胞数量虽无明显增加，但体积变大；LET模型雌性大鼠LH水平升高，ARN区域Kisspeptin细胞增加[32]。PNA及LET模型中Kisspeptin细胞数量或Kiss1 mRNA表达增加，可能导致GnRH活性升高，LH分泌增多。然而，DHT模型大鼠下丘脑Kiss1 mRNA表达下降，ARN区域Kisspeptin免疫活性细胞数量减少，LH水平降低[31]，原因尚未清楚。总之，啮齿类PCOS模型ARN区域Kisspeptin细胞的数量、Kiss1 mRNA和Tac2 mRNA表达均与LH水平呈正相关。Ruka等[33]发现Kisspeptin兴奋GnRH神经元，NKB则通过其受体NK3R刺激Kisspeptin神经元。近期进行的NK3R拮抗剂治疗PCOS的临床试验显示患者LH脉冲频率及睾酮水平显著降低[34]。目前正在进行Ⅱ期临床试验，因此未评估NK3R拮抗剂远期对血清LH及睾酮水平及排卵情况。尽管如此，至少表明Kisspeptin-NKB系统治疗PCOS前景广阔。

2.4 雄激素对神经内分泌的影响PCOS患者普遍存在高雄激素血症。目前争论的焦点是，高雄激素是由于GnRH/LH分泌增加引起继发性卵巢雄激素分泌升高；抑或在发育过程中，雄激素本身刺激大脑（或垂体），导致GnRH/LH分泌过多？此外，雄激素如何介导神经内分泌尚不明确。探索雄激素作用的神经靶点可能有助于PCOS的治疗。与对照组相比，雌二醇和睾酮只有在联合氟他胺（AR拮抗剂）时才能降低PCOS患者的LH水平，提示体内高雄激素血症导致PCOS患者雌二醇或孕酮激素对LH的负反馈受损[35]。同样，氟他胺可逆转PNA模型小鼠GnRH神经元形态，降低睾酮水平，恢复其发情周期[36]。这些研究表明高雄激素直接或间接地导致GnRH异常分泌，以及抗雄激素药物在治疗PCOS中的价值。然而，这些研究均是从外周途径而非直接脑内给予氟他胺，因此尚不清楚该药发挥作用的部位是在大脑中还是其他组织。最近一项研究显示，通过Cre/lox技术将神经元特异性AR敲除，可改善雄激素模型小鼠产后的卵巢形态和功能，减少肥胖[4]。该研究暗示雄激素诱导的神经内分泌改变可能是PCOS的发病机制之一。但也有研究表明雄激素可降低LH分泌和ARN区域Kiss1水平，进而减少GnRH释放[2]。雄激素对PCOS神经内分泌轴的影响，需要进一步研究。

3 展望

尽管PCOS发病率很高，但目前仍无法治愈。过去几十年中，学者们已阐明其临床表现及分型，而发病机制（尤其是神经内分泌轴）的研究进展缓慢。PCOS患者脑脊液GABA和血液Kisspeptin水平升高，使用NK3R拮抗剂治疗PCOS后患者睾酮和LH水平下降。PCOS动物模型研究显示GnRH系统过度激活，LH升高。这些充分显示神经内分泌轴在PCOS发病机制中的作用。除KNDy和GABA神经元，可能还有其他神经元调节GnRH功能。由于PCOS存在代谢异常，代谢敏感神经元[（如刺鼠相关蛋白/神经肽 Y（AgRP/NPY）和阿黑皮素原神经元（POMC）]可能参与了PCOS神经内分泌的调节。寻找特异神经元和信号通路有助于明确PCOS的发病机制，为治疗提供新的方向。