多囊卵巢综合征氧化应激及标志物的研究进展

张晗 吴林玲 闫颖

[摘要] 多囊卵巢综合征（PCOS）作为最常见的生殖内分泌失调性疾病，影响了5%～10%的育龄期女性。近年来尽管对PCOS的研究层出不穷，但其病因尚不明确。氧化应激在PCOS的病理生理学中扮演重要角色。PCOS患者细胞内活性氧的产生，受高度复杂的抗氧化酶和非酶系统控制。因此，了解氧化应激的机制对于预防和治疗PCOS具有重要意义。本文对PCOS氧化应激机制及相关标志物进行论述。

[关键词] 多囊卵巢综合征;氧化应激;氧化标志物;抗氧化剂

[中图分类号] R711.75          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）02（b）-0031-04

Advances in oxidative stress and oxidative markers in polycystic ovary syndrome

ZHANG Han   WU Linling   YAN Ying

Department of Gynaecology， the First Teaching Hospital of Tianjin University of TCM， Tianjin   300381， China

[Abstract] Polycystic ovary syndrome（PCOS） is one of the most common hormonal disorders， occurring in 5%-10% women in reproductive ages. Although there are many researches on PCOS in recent years， its etiology is still unclear. Oxidative stress  plays an important role in the pathophysiology of PCOS. Intracellular reactive oxygen species production in patients with PCOS is controlled by highly complex antioxidant enzymatic and non-enzyme systems. Therefore， understanding the mechanism of oxidative stress is of great significance for the prevention and treatment of PCOS. The oxidative stress mechanism and related markers of PCOS are discussed in this paper.

[Key words] Polycystic ovary syndrome; Oxidative stress; Oxidation markers; Antioxidants

多囊卵巢綜合征（PCOS）作为影响育龄期女性生殖、代谢及心理功能的重要疾病，受到各国公共卫生界的关注。近年来尽管对PCOS的研究层出不穷，但其病因尚不明确。生理病理学研究提示[1-3]，炎症状态、内皮损伤、氧化应激及遗传因素与PCOS的发病关系密切。

氧化应激是指由于体内氧化剂和抗氧化剂之间的平衡失调，产生过多活性氧（ROS）的一种状态[4]。PCOS患者体内氧化剂明显高于正常人群，被认为是PCOS发病的潜在诱因之一。氧化应激在多种疾病的病理生理学中均起重要作用。本文对氧化应激在PCOS发病机制中的作用及相关标志物进行论述。

1 氧化应激概述

氧化应激通常用于描述机体产生氧化剂（自由基，可导致DNA损伤及细胞凋亡）与抗氧化剂（可抵抗自由基对细胞的破坏作用）的失衡状态。机体内自由基及过氧化物产生可干扰细胞的正常氧化反应，导致其出现损害细胞的毒性作用。

ROS为需氧生物氧代谢产生的一类分子，是氧化应激失衡的重要产物。ROS中具有生理功能的分子或基团有超氧阴离子（O2-）、羟基自由基（OH）、过氧化氢（H2O2）、有机过氧化氢（ROOH）、烷氧基和过氧基（RO和ROO）、次氯酸（HOCl）、过氧亚硝酸盐（ONOO-）。ROS可作为哺乳动物细胞的第二信使，调控信号转导通路，控制基因表达及蛋白质翻译，参与细胞功能、生长、分化和凋亡[5]。

ROS的产生途径有多种，正常情况下主要来源于线粒体氧化磷酸化过程的释放;另一来源为肝脏细胞中细胞色素P450酶、过氧化物酶、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶[NAD（P）H氧化酶]或黄嘌呤氧化酶（XO）在解毒反应过程中释放;外源性ROS则主要来源于环境污染物，香烟烟雾，酒精滥用，电离辐射暴露及细菌、真菌、病毒感染等[6]。

2 ROS在细胞功能中的作用

2.1 激活氧化还原敏感性转录因子

ROS可激活激活蛋白-1（AP-1）、p53、核转录因子κB（NF-κB）等氧化还原敏感性转录因子。这些因子可通过调节促炎因子及细胞因子的表达，形成低反应性炎症状态，影响细胞分化及凋亡。低反应性炎症在PCOS的发病中具有重要作用，其与胰岛素抵抗、脂代谢异常、血管内皮损伤等联系密切[7]。炎性细胞因子水平升高是PCOS的重要特征之一。C-反应蛋白（CRP）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）、IL-18是目前PCOS慢性低度炎症研究中常用的检测指标[8]。

2.2 激活蛋白激酶

ROS通过促进酪氨酸激酶受体、酪氨酸激酶蛋白、细胞因子受体及生长因子表达，影响参与多种生理过程的有丝分裂激活蛋白激酶信号通路。研究显示[9-10]，PCOS患者体内胰岛素抵抗的发病机制与氧化应激密切相关。氧化应激状态可通过激活多种蛋白，诱导胰岛素受体底物（IRS）的丝氨酸/苏氨酸磷酸化，抑制IRS正常酪氨酸磷酸化，导致IRS退化，加重胰岛素抵抗[5]。此外，AP-1可调控细胞因子、生长因子、炎症酶类、基质金属蛋白酶及免疫球蛋白等多种基因的转录过程，干预慢性炎症的进程，且其重要组成部分c-Jun N末端激酶（JNK）的激活也有赖于ROS[11-12]。

2.3 离子通道的开放

ROS增加可促进内质网等部位Ca2+的释放，破坏细胞内Ca2+稳态。细胞内Ca2+离子浓度过高，可破坏线粒体膜结构，造成三磷酸腺苷（ATP）合成障碍，最终导致细胞发生原发性坏死。研究显示[13]，PCOS患者钙水平异常可致卵泡发育停滞，发生月经紊乱及生殖功能障碍。

2.4 脂质過氧化

脂质过氧化通常发生在质膜的多不饱和脂肪酸侧链中。脂肪酸侧链与O2反应生成过氧化氢自由基。过氧化氢自由基可从其他脂肪酸中获得H+，导致连锁反应发生。硫代巴比妥酸反应性物、氧化性低密度脂蛋白和丙二醛（MDA）等均是反映脂质过氧化程度的标志物，在PCOS患者中其水平明显升高[19]。此外，PCOS患者血清脂质过氧化物浓度升高。

3 PCOS氧化应激的生物学标志物

3.1 氧化标志物

氧化应激和抗氧化生物学标志物的评价被认为是评估氧化损伤和相关疾病风险的有利工具。PCOS氧化应激生物标志物主要为MDA、一氧化氮（NO）、高级糖基化终产物（AGEs）、XO。

3.1.1 MDA  MDA由多不饱和脂肪酸脂质过氧化产生，可作为氧化应激的生物标志物，稳定性良好。研究显示[8]，与年龄及体重指数（BMI）水平相同的正常人比较，PCOS患者卵泡液内MDA水平升高。Bannigida等[14]比较了PCOS患者与健康人群血清MDA水平发现，无论肥胖与否，PCOS患者MDA水平明显高于对照组。Di Segni等[15]研究显示，肥胖与非肥胖型PCOS患者血清MDA水平均升高，且两组间比较，差异无统计学意义（P > 0.05）。

3.1.2 NO  NO作为体内重要的细胞信号分子参与多种生理、病理过程。机体内NO过量时会产生细胞毒性。PCOS的研究对NO及其前体物质或相关酶类报道不一。Fatima等[16]通过测量PCOS患者及健康人群的氧化应激标志物水平发现，PCOS患者NO水平升高，但两组间比较，差异无统计学意义（P > 0.05）。Krishna等[17]评价了PCOS患者血清亚硝酸盐及硝酸盐（NOx）、内皮型一氧化氮合酶（eNOS）/诱导型一氧化氮合酶（iNOS）转录水平、精氨酸调节剂等NO相关因素，发现与月经正常人群比较，PCOS患者NO相关硝酸盐及合成酶水平下降（亚硝酸盐/硝酸盐浓度是内皮源性NO的一项指标），研究者们将这一现象归结为人体的代偿作用。尽管研究结果各不相同，但一致认为NO在PCOS病理生理学中具有重要作用。

3.1.3 AGEs  AGEs也被称为“糖毒素”，是羰基化合物与氨基化合物（氨基酸和蛋白质）反应的终产物即美拉德反应。ROS在体内通过美拉德反应催化蛋白质的化学修饰。AGEs又可诱导氧化应激，最终导致炎症和组织损伤。因此，AGEs的产生及由此产生的氧化应激加速了美拉德反应，并能在组织中启动有害反应的自催化循环。

有证据显示[18]，AGEs水平作为PCOS的氧化应激标志物，可能通过影响酶功能、诱导炎症变化及胰岛素抵抗来改变多囊卵巢类固醇的生物合成。PCOS中激素合成异常，是导致雄激素合成升高和卵泡发育异常的主要原因。Garg等[18]回顾了PCOS患者血清AGEs、AGEs受体（RAGE）及相关酶类和调节蛋白的表达水平，提示AGEs可通过影响类固醇基因急性调节蛋白（STAR）、胆固醇侧链裂解酶（P450scc）、17α-羟化酶、3β-羟甾类脱氢酶等类固醇合成酶活性，干预多囊卵巢类固醇的生物合成。

3.1.4 XO  XO是一种参与O2-自由基生成的酶类，具有催化亚黄嘌呤氧化为黄嘌呤，黄嘌呤氧化为尿酸的作用。血清XO在人类嘌呤分解代谢和产生ROS中起重要作用，且在PCOS患者中水平呈上升趋势。Isik等[19]研究了血清XO及超氧化物歧化酶（SOD）活性，发现PCOS患者XO活性显著升高而SOD活性降低，且XO活性与CRP、血小板内皮素、空腹血浆葡萄糖水平、空腹胰岛素水平、黄体生成素/促卵泡生成素、三酰甘油/高密度脂蛋白胆固醇比值、胰岛素稳态模型（HOMA-IR）呈正相关，而与定量胰岛素敏感性检测指数呈负相关。研究者认为XO是评估PCOS患者氧化应激的一个有效标志物。

3.2 抗氧化标志物

关于PCOS抗氧化剂浓度的研究，结果尚存在差异。因此，需要关于PCOS氧化应激的进一步研究，阐明PCOS与抗氧化剂间的关系。PCOS中抗氧化应激标志物主要包括总抗氧化能力（TAC）、SOD、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）、还原型谷胱甘肽（GSH）等。

3.2.1 TAC  TAC是指血清清除自由基生成的能力。Yilmaz等[20]研究了辅助生殖中PCOS患者与对照组的卵泡液TAC水平。研究提示两组间卵泡液TAC水平无明显差别，但TAC水平与临床妊娠率、BMI、不孕病程呈正相关。另一项关于PCOS卵泡液TAC水平的研究显示[8]，与对照组比较，PCOS患者卵泡液TAC水平较低。目前，TAC已成为评估抗氧化能力的重要指标。

3.2.2 SOD  SOD是一种重要的抗氧化物质，通过催化氧自由基—O2-生成H2O2，并将GPx转化为水，从而消除O2-。Seleem等[21]检测了接受胞浆内精子注射的PCOS患者血清和卵泡液（FF）中SOD的活性。结果发现PCOS患者FF和血清SOD活性显著降低于对照组，提示血清SOD活性可作为判断PCOS患者全身氧化应激的临床指标。Zhang等[9]研究显示，SOD1与PCOS大鼠妊娠丢失密切相关，高雄激素血症及胰岛素抵抗可能通过调控胎盘线粒体-ROS-SOD1/Nrf2，最终影响大鼠妊娠丢失。然而，SOD作为PCOS的抗氧化物，其机制有待进一步研究。

3.2.3 GPx  GPx属保护机体免受氧化损伤的酶家族，其通过将脂质H2O2还原为相应的醇类及将H2O2还原为水，实现其抗氧化作用。Fatima等[16]研究显示PCOS患者GPx水平明显升高。而另一项针对非肥胖PCOS患者代谢情况研究发现[22]，PCOS女性的GPx活性明显低于对照组，且急性高血糖可引起GPx的改变，同时GPx变化与睾酮相关。PCOS研究中GPx活性不一，因而其作為PCOS的抗氧化防御机制有待进一步研究。

3.2.4 GSH  GSH是一种重要的抗氧化剂，其在蛋白质二硫键的调节及亲电试剂、氧化剂的处理中必不可少。GSH抗氧化功能由氧化还原活性硫醇基团介导。当GSH降解靶向分子时，硫醇基团被氧化。Sulaiman等[23]发现PCOS患者的GSH水平升高，但与对照组比较，差异无统计学意义（P > 0.05）。一项针对非肥胖非胰岛素抵抗青少年PCOS患者的研究显示[24]，空腹情况下两组间GSH水平差异无统计学意义（P > 0.05），提示PCOS的氧化应激损伤不依赖于肥胖及胰岛素抵抗，可能与高雄激素血症相关。

4 总结

PCOS作为生殖内分泌失调性疾病，目前其发病机制尚不清晰。氧化应激作为一种机体氧化剂、抗氧化剂失衡状态，在多种疾病的生理病理过程中具有重要作用。迄今为止，氧化应激与PCOS的关系仍是动物与人类生殖医学研究的一项重要课题。本文就氧化应激产物ROS在PCOS中的作用进行论述，并总结PCOS中常用的氧化剂与抗氧化剂标志物。尽管目前研究对以上内容并无统一定论，但氧化应激在PCOS发病机制中的重要作用已得到专家们的一致认可。此外，氧化应激在PCOS发病机制中的具体作用仍需进一步研究。

[参考文献]

[1]  Ba？觡uls C，Rovira-Llopis S，Martinez de Mara？觡on A，et al. Metabolic syndrome enhances endoplasmic reticulum，oxidative stress and leukocyte-endothelium interactions in PCOS [J]. Metabolism，2017，71：153-162.

[2]  Usselman CW，Yarovinsky TO，Steele FE，et al. Androgens drive microvascular endothelial dysfunction in women with polycystic ovary syndrome：role of the endothelin B receptor [J]. J Physiol，2019，597（11）：2853-2865.

[3]  Crespo RP，Bachega TASS，Mendon？觭a BB，et al. An update of genetic basis of PCOS pathogenesis [J]. Arch Endocrinol Metab，2018，62（3）：352-361.

[4]  刘言薇，刘中勇.调脂Ⅰ号通过NOX/ROS-NF-κB通路对巨噬细胞氧化应激损伤的保护作用[J].时珍国医国药，2019，30（1）：29-32.

[5]  Mohammadi M. Oxidative Stress and Polycystic Ovary Syndrome：A Brief Review [J]. Int J Prev Med，2019，10：86.

[6]  Sarniak A，Lipińska J，Tytman K，et al. Endogenous mechanisms of reactive oxygen species（ROS）generation [J]. Postepy Hig Med Dosw（Online），2016，70：1150-1165.

[7]  Shorakae S，Ranasinha S，Abell S，et al. Inter-related effects of insulin resistance，hyperandrogenism，sympathetic dysfunction and chronic inflammation in PCOS [J]. Clin Endocrinol（Oxf），2018，89（5）：628-633.

[8]  Artimani T，Karimi J，Mehdizadeh M，et al. Evaluation of pro-oxidant-antioxidant balance（PAB）and its association with inflammatory cytokines in polycystic ovary syndrome（PCOS）[J]. Gynecol Endocrinol，2018，34（2）：148-152.

[9]  Zhang Y，Zhao W，Xu H，et al. Hyperandrogenism and insulin resistance-induced fetal loss：evidence for placental mitochondrial abnormalities and elevated reactive oxygen species production in pregnant rats that mimic the clinical features of polycystic ovary syndrome [J]. J Physiol，2019， 597（15）：3927-3950.

[10]  Liu HL，Li TT，Yu AQ，et al. Plasma level of peroxiredoxin 3 in patients with polycystic ovarian syndrome [J]. BMC Endocr Disord，2019，19（1）：32.

[11]  范强，杨丽霞，薛燕芳，等.2型糖尿病氧化应激与单味中药干预研究[J].时珍国医国药，2017，28（7）：1718-1721.

[12]  Ahmad R，Vaali-Mohammed MA，Elwatidy M，et al. Induction of ROS-mediated cell death and activation of the JNK pathway by a sulfonamide derivative [J]. Int J Mol Med，2019，44（4）：1552-1562.

[13]  Maktabi M，Jamilian M，Asemi Z. Magnesium-Zinc-Calcium-Vitamin D Co-supplementation Improves Hormonal Profiles，Biomarkers of Inflammation and Oxidative Stress in Women with Polycystic Ovary Syndrome：a Randomized，Double-Blind，Placebo-Controlled Trial [J]. Biol Trace Elem Res，2018，182（1）：21-28.

[14]  Bannigida DM，Shivananda Nayak B，Vijayaraghavan R. Insulin resistance and oxidative marker in women with PCOS [J]. Arch Physiol Biochem，2018，17：1-4.

[15]  Di Segni C，Silvestrini A，Fato R，et al. Plasmatic and Intracellular Markers of Oxidative Stress in Normal Weight and Obese Patients with Polycystic Ovary Syndrome [J]. Exp Clin Endocrinol Diabetes，2017，125（8）：506-513.

[16]  Fatima Q，Amin S，Kawa IA，et al. Evaluation of antioxidant defense markers in relation to hormonal and insulin parameters in women with polycystic ovary syndrome （PCOS）：A case-control study [J]. Diabetes Metab Syndr，2019，13（3）：1957-1961.

[17]  Krishna MB，Joseph A，Thomas PL，et al. Impaired Arginine Metabolism Coupled to a Defective Redox Conduit Contributes to Low Plasma Nitric Oxide in Polycystic Ovary Syndrome [J]. Cell Physiol Biochem，2017，43（5）：1880-1892.

[18]  Garg D，Merhi Z. Relationship between advanced glycation end products and steroidogenesis in PCOS [J]. Reprod Biol Endocrinol，2016，14（1）：71.

[19]  Isik H，Aynioglu O，Timur H，et al. Is Xanthine oxidase activity in polycystic ovary syndrome associated with inflammatory and cardiovascular risk factors？ [J]. J Reprod Immunol，2016，116：98-103.

[20]  Yilmaz N，Inal HA，Gorkem U，et al. Follicular fluid total antioxidant capacity levels in PCOS [J]. J Obstet Gynaecol，2016，36（5）：654-657.

[21]  Seleem AK，El Refaeey AA，Shaalan D，et al. Superoxide dismutase in polycystic ovary syndrome patients undergoing intracytoplasmic sperm injection [J]. J Assist Reprod Genet，2014，31（4）：499-504.

[22]  Savic-Radojevic A，Bozic Antic I，Coric V，et al. Effect of hyperglycemia and hyperinsulinemia on glutathione peroxidase activity in non-obese women with polycystic ovary syndrome [J]. Hormones（Athens），2015，14（1）：101-108.

[23]  Sulaiman MA，Al-Farsi YM，Al-Khaduri MM，et al. Polycystic ovarian syndrome is linked to increased oxidative stress in Omani women [J]. Int J Womens Health，2018， 10：763-771.

[24]  Savi-Radojevi A，Maibrada I，Djuki T，et al. Glutathione S-transferase （GST） polymorphism could be an early marker in the development of polycystic ovary syndrome （PCOS）-an insight from non-obese and non-insulin resistant adolescents [J]. Endokrynol Pol，2018，69（4）：366-374.

（收稿日期：2019-10-28  本文編辑：刘明玉）