氧化应激与生殖相关疾病研究进展

江楠，马瑞红，赵晓丽，夏天

正常情况下，人体内存在一定量的活性氧（reactive oxygen species，ROS），在正常的生理活动中发挥重要作用。当机体接受到各种内外因素刺激，体内产生过量ROS，超出了人体代谢的能力，导致氧化还原失衡，引发氧化应激（oxidative stress，OS）。研究表明，氧化应激与不孕相关的疾病也有着密切的关系。

1 多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）

PCOS是一种常见的内分泌疾病，以慢性无排卵、胰岛素抵抗及高雄激素血症为特征，临床常表现为肥胖、多毛、月经紊乱及不孕等。目前PCOS的发病机制尚不明确，除了激素紊乱、胰岛素缺陷和脂肪功能障碍外，氧化应激也与PCOS有密切的联系。Papalou等[1]分析了氧化应激在PCOS中的作用，以及氧化应激与其他病因参数的相互关系，认为氧化应激在PCOS的发病机制中占有相当一部分的比例，PCOS可以被认为是一种纯粹的氧化状态，致使体内产生的抗氧化剂无法超过过度产生的自由基。PCOS女性往往表现出抗氧化状态降低和氧化应激状态增加[2]。Uyanikoglu等[3]在研究PCOS人群的氧化-抗氧化状态时发现，相比正常人群，PCOS患者的总氧化状态（total oxidant state，TOS）、总抗氧化状态（total antioxidant status，TAS）和氧化应激指数（oxidative stress index，OSI）均较高，说明PCOS患者体内的确存在氧化应激状态。

胰岛素抵抗和高雄激素血症是PCOS患者的两大关键特征，已有证据表明这两种特征都有ROS的参与[4]。谷胱甘肽是一种常见的抗氧化物酶，也是大脑中最重要的抗氧化成分之一，但该成分往往在胰岛素抵抗时在大脑中水平较低，导致氧化-抗氧化的不平衡，因此谷胱甘肽的代谢紊乱可能导致胰岛素抵抗[5]，而提高谷胱甘肽的水平可以增加对胰岛素的敏感性[6]。El-Hafidi等[7]研究甘氨酸对蔗糖诱导胰岛素抵抗大鼠的实验显示，添加蔗糖饲料降低了谷胱甘肽的浓度，导致氧化应激和胰岛素抵抗，在饲料中添加甘氨酸可增加蔗糖喂养（sucrose-fed，SF）大鼠肝脏谷胱甘肽生物合成，降低氧化应激，改善胰岛素敏感性和胰岛素细胞信号转导；另一方面，胰岛素抵抗加重了氧化应激，胰岛素受体β/胰岛素受体底 物（insulin receptor -beta/ insulin receptor substrate，IR-β/IRS）参与的胰岛素信号通路介导了胰岛素对谷胱甘肽生物合成的调节，造成胰岛素抵抗和谷胱甘肽生成之间的恶性循环。

血浆睾酮和雄烯二酮与ROS的生成相关，因此氧化应激可直接刺激高雄激素血症的发生，正常情况下负责产生雄激素的卵巢类固醇生成酶受到氧化应激的刺激时可被抗氧化剂抑制，但一些体外实验表明在肿瘤坏死因子α（tumour necrosis factor-α，TNF-α）存在的情况下，产生雄激素的卵泡膜细胞可在体外增殖，这说明氧化应激能诱导局部炎症反应，并刺激PCOS妇女的卵巢产生过多的雄激素[8]，循环中过度的雄激素增加了白细胞ROS的生成、p47phox基因表达和血浆硫代巴比妥反应物（thiobarbituric acid-reactive substances，TBARS），从而加重氧化应激[9]。

2 子宫内膜异位症（endometriosis，EMs）

EMs是育龄期妇女常见的妇科病之一，临床上常表现为痛经、慢性盆腔痛、性交痛和不孕，其发生机制尚有争议，目前有三种主要理论：月经逆行、体腔上皮化生、血管和淋巴转移扩散。EMs常伴随炎症，ROS作为一种高度促炎因子，其浓度过高时可损伤腹膜间皮细胞，促进异位子宫内膜植入，并且一些高度促氧化因素可随着逆行的月经进入腹腔，如血红素、铁以及凋亡的子宫内膜细胞，这些逆行种植的高促氧化因素又可引起氧化应激[10]。这种恶性循环的形成离不开巨噬细胞，其在腹腔中被激活后促进ROS和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）、细胞因子、生长因子和前列腺素的增加，由此产生的氧化应激导致脂质过氧化，进而被降解或与低密度脂蛋白相互作用，生成的产物如丙二醛被识别为异物，从而引发抗原反应，产生抗体。这一过程最终导致红细胞和腹膜子宫内膜细胞氧化损伤，进一步刺激单核吞噬细胞的招募和活化，使盆腔的氧化损伤持续存在。这种持续的损伤可能损伤间皮细胞，诱导子宫内膜细胞黏附部位的出现促进EMs的发生发展[11]。

人体中的线粒体产生ROS和能量，有实验显示EMs患者的异位子宫内膜基质细胞（endometrium stromal cells，ESCs）中的线粒体比对照组产生了更多的ROS 和能量。线粒体超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2）作为一种抗氧化酶，在异位子宫内膜中相比正常子宫内膜有更高表达，由于其抗氧化作用，SOD2通过维持功能线粒体支持异位ESCs的高能量代谢，促进EMs的发生。此外SOD2在卵巢EMs中促进细胞增殖和迁移，抑制SOD2表达可降低异位ESCs的增殖和迁移[12]，这种抗氧化酶的改变以及ROS的升高证明了氧化应激是EMs的主要原因之一。氧化应激通过丝裂原活化蛋白激酶/细胞外调节蛋白激酶（MAPK/ERK）途径上调c-Fos和c-Jun的表达，促进子宫内膜异位病变的生存和增殖，ERK信号通路通过影响内源性ROS参与了增殖反应[13]。

氧化应激不仅是造成EMs的重要因素之一，同时还参与了该疾病的恶性转化。富含AT的相互作用域1A（AT-rich interactive domain 1A，ARID1A）作为一种抑癌基因，在EMs中常表现为下调和失活，氧化应激增加了ARID1A基因启动子的甲基化水平，ROS通过调节DNA甲基转移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）诱导DNA超甲基化，并且不改变其表达水平，导致ARID1A基因低表达[14]，该基因的破坏是EMs向癌症转化的前兆，ARID1A功能缺失突变伴随着ARID1A蛋白表达缺失，被认为是子宫内膜相关卵巢癌中最重要的原因之一[15]。

3 复发性流产（recurrent spontaneous abortion，RSA）

RSA是育龄期夫妇的常见问题之一，其定义为妊娠20周以内连续流产3次及3次以上，发病机制尚不明晰，常见因素如父母的染色体异常、子宫改变、感染、内分泌紊乱和自身免疫性疾病等，但仍有50%的RSA发病原因不明[16]。研究表明，RSA与炎症和ROS升高相关，抗氧化水平和ROS生成之间的不平衡，关系着RSA病理过程的发生和发展[17]。

正常妊娠过程中，炎症因子和抗炎因子处在一个微妙的平衡中，而氧化应激导致的炎症因子和抗炎因子之间的失衡是导致RSA的因素之一。实验表明，双酚A（bisphenol A，BPA）诱导生成的ROS提高了炎症因子在人胎盘组织、ESCs及外周血单个核细胞中的表达，BPA作为一种著名的雌激素样化合物，还可作用于雌激素受体，诱导ROS生成和炎性细胞因子的释放[18]。这种由氧化应激引起的炎症改变在胚胎移植成功的不同阶段，如滋养层浸润、血管生成和胎盘生长过程中都产生了影响[19]，过量的ROS破坏了胎盘的正常功能，导致胎盘功能障碍[20]，诱导脂质过氧化损伤、蛋白质氧化以及不同程度的DNA损伤[21]。ROS的过量产生抑制了猪滋养外胚层细胞的增殖，增加细胞凋亡和自噬，激活MAPK和蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（Akt/mTOR）通路并改变细胞分化基因的表达，导致胚胎发育不良[22]。此外，正常的妊娠过程中需要充足的血管分布和胎盘循环，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在植入过程中刺激内皮细胞增殖并增强血管通透性，前列腺素过氧化物合酶2（prostaglandin-endoperoxide synthase 2，PTGS2）作为产生前列腺素的诱导酶，在胚胎植入的炎症过程中扮演重要介质，这种酶的缺失往往伴随着植入和胚胎的缺陷，胎盘氧化应激可通过影响相关因子和酶导致自然流产[23]。对氧磷酶（paraoxonase，PON）作为一种氧化解毒酶，可降解具有氧化能力的脂质过氧化物，在抗炎和抗氧化方面发挥作用[24]。PON2作为其中一种具有抗氧化活性的酶，其表达受ROS调控，实验结果显示RSA患者流产标本中的PON2 mRNA表达水平明显低于健康的妊娠前期妇女，氧化应激调控通路下PON2的缺失可能导致反复的妊娠失败[25]。

4 男性相关不孕

不孕症困扰着许多夫妇，大部分的治疗重点往往集中于女性，但随着研究愈加全面广泛，男性因素也逐渐引起重视。男性因素导致的不孕症约占总体不孕症的一半，ROS介导的精子损伤是30%～80%男性不育的主要原因，ROS的主要来源包括精浆中活化的白细胞和精子中的线粒体[26]。其中线粒体氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）对三磷酸腺苷（ATP）的产生至关重要，其维持精子从子宫到输卵管的线性运动，但ROS是OXPHOS的副产品，可造成应激并损害精子质量[27]。

一些外源性和内源性因素可以诱导细胞产生超出其抗氧化能力的过量ROS，从而引起氧化应激，氧化应激对男性生殖功能产生负面影响，并通过影响下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴和（或）干扰其与其他激素轴的交互作用而直接或间接地导致不育[28]。少量的ROS可维护精子的获能、超激活和顶体反应等生理功能，但由于精液中缺乏抗氧化剂[29]，ROS水平升高会影响精子的发育、功能和受精能力，过多的ROS诱导脂质过氧化，进而破坏对维持精子功能至关重要的膜特性，包括使卵子受精的能力。脂质过氧化产生的脂醛与线粒体电子传递链中的蛋白质结合，触发更多的ROS生成。这种高水平的氧化应激最终会损害精子核中的DNA[30]，有研究证实若降低氧化应激的伤害，抑制脂质过氧化的发生，受精率也随之提高[31]。氧化应激诱导的精子DNA损伤可能导致精子基因组发生突变，导致快速分裂的生殖细胞或胚胎发生突变[32]，由于精子的低质量，常导致胚胎质量差以及植入率低下[33]。大量研究证明异常的精子结构与反复妊娠失败（recurrent pregnancy loss，PRL）紧密相关[34-35]。

氧化应激常伴随炎症发生，在慢性前列腺炎患者中，前列腺组织长期暴露于炎症中产生大量ROS、炎症因子及白细胞，这些白细胞及炎症因子又继续释放ROS，这种氧化应激使精子细胞膜上的多不饱和脂肪酸减少、抑制精子的顶体反应[36]。精液中基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）参与精液的液化、影响精子分化和形态改变，并可以清除组织中的炎症细胞，但在精子DNA碎片率较高的男性精浆中MMP-2的表达水平降低，MMP的表达受过量ROS的影响[37]，因此MMP-2的降低可能也是ROS伴随的炎症所导致的。

综上，内外因素导致的ROS失衡所引起的氧化应激与PCOS、EMs、RSA和男性不育均有紧密联系。针对不同的疾病，其影响途径也不尽相同，并且氧化应激在其他疾病的发生发展中也发挥了作用，后续仍需要进一步的深入研究，以期从预防及临床治疗上提供更多思路。