PGC-1α与卵巢功能及相关研究进展

葛婷，杨晓葵

卵巢是女性的重要性腺，其主要功能为产生卵母细胞和分泌性激素。多种细胞因子及信号转导可通过参与细胞周期、转录、细胞凋亡和能量代谢等过程调节卵巢功能。线粒体作为细胞代谢活动的关键细胞器，在卵母细胞成熟和胚胎发育过程中起重要作用。过氧化物酶体增殖活化受体γ共激活因子1α（peroxisome proliferator -activated receptor gamma coactivator 1 alpha，PGC-1α）是线粒体生成的关键调节因子，研究表明PGC-1α在调控卵巢功能中发挥重要的作用，并与卵巢疾病的发生密不可分。现就近年来PGC-1α在卵巢方面的相关研究进展进行综述。

1 PGC-1α概述

PGC-1α基因定位于人染色体4p15.1，包括12个内含子和13个外显子，全长约为67 kb，编码含有798个氨基酸的蛋白质[1]。其分布具有明显的组织特异性，主要存在于富含线粒体的组织中，如骨骼肌、心脏、肾脏和棕色脂肪等[2]。PGC-1α基因转录起始位点上游具有多个结合位点发挥多项生物学作用，如转录因子激活蛋白1（activator protein 1，AP1）、AP2和CAAT增强因子结合蛋白（CAAT/enhancer binding protein，C/EBP），同时也存在多种反应元件序列，如胰岛素反应元件（insulin responsive sequence，IRS）、PPAR 反应元件和环磷酸腺苷反应元件（cAMPresponsive element，CRE）[2]。PGC-1α基因的氨基末端包含1个转录激活域，并包含主要的核激素受体相互作用序列（LXXLL，L为亮氨酸，X为其他氨基酸），羧基末端区域包含RNA结合序列（RMM）和富含丝氨酸-精氨酸的（RS）结构域[3-4]，可与多种转录因子及核受体，如过氧化物酶体增殖活化受体（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）、雌激素受体相关受体（estrogen-related receptor，ERR）和雌激素受体等相互作用[2]，调控其靶基因的表达，参与线粒体的生物合成、葡萄糖利用、脂肪酸氧化、适应性产热、糖异生、血红蛋白生物合成和胰岛素信号传导等能量代谢过程[5-6]。

2 PGC-1α参与的信号转导通路

PGC-1α是线粒体生成的关键调节因子，多种信号转导通路如cAMP、磷酸腺苷活化蛋白激酶（adenosine phosphate activated protein kinases，AMPK） 及p38 丝裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinases，MAPK）等可以通过PGC-1α的转录共刺激作用，激活其下游涉及线粒体转录因子的表达。

2.1 cAMP-蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）-cAMP 反应元件结合蛋白（cAMP-responsive element binding protein，CREB）通路CREB作为一种转录因子，是体内能源物质代谢的重要调节者。磷酸化与脱磷酸化是调节CREB活性的重要机制之一[7]。PGC-1α上游启动信号含有CRE，是CREB介导的目标基因。

研究显示，在饥饿状态下CREB通过抑制PPAR-γ和诱导PGC-1α从而调节糖脂代谢，该反应需要cAMP的积累和cAMP依赖性蛋白激酶（PKA）的后续激活，活化的PKA随后在Ser-133处磷酸化CREB，以直接作用于PGC-1α[8]，进而刺激核呼吸因子1（NRF-1）、NRF-2 和 线 粒 体 转 录 因 子 A（mitochondrial transcription factor A，mtTFA）的表达，从而激活编码线粒体蛋白的核基因和线粒体基因的表达[9]。

目前已证实PGC-1α是保护神经元免受氧化损伤的重要因子，PGC-1α过表达会阻止动物的神经元萎缩。研究表明突变型亨廷顿蛋白通过与启动子相关联，并干扰对PGC-1α基因表达至关重要的CREB/TBP相关因子4（TBP-associated factor 4，TAF4）依赖性转录途径来抑制PGC-1α基因的转录[10]。

2.2 AMPK通路AMPK是一种蛋白激酶，被称为真核细胞的“能量感受器”，其介导的信号通路广泛参与机体的生命活动。AMPK可以直接或间接激活其下游的PGC-1α，从而促进线粒体的生物合成，增强线粒体功能。

AMPK和沉默信息调节因子2相关酶类1（silent information regulator factor 2 related enzymes 1，SIRT1）可以提高PGC-1α的转录活性，在增加胰岛素敏感性及减轻体质量等方面发挥重要作用[11]。目前研究证实，能量限制及运动可提高肝脏、骨骼肌及脂肪等组织中二磷酸腺苷（AMP）/三磷酸腺苷（ATP）的比值并激活AMPK，从而提高细胞内烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide+，NAD+）水平并且活化SIRT1，SIRT1和AMPK可进一步通过磷酸化和去乙酰化作用提高PGC-1α的表达，使外周组织的能量代谢增加[12]。研究发现敲除小鼠的AMPK亚基会导致PGC-1α磷酸化和脱乙酰化显著降低，且PGC-1α转录表达和活性的降低可导致心肌细胞能量代谢功能障碍[13]。

2.3 p38 MAPK途径p38 MAPK级联反应为连续的蛋白激酶反应链，活化的p38 MAPK通过上调部分转录因子的表达，从而影响细胞增殖[14]。p38 MAPK在3个残基（T262、S265和T298）上使PGC-1α磷酸化，从而增加其蛋白质稳定性和转录共激活子活性[2]。

研究表明，小鼠骨骼肌中p38 MAPK通过下游转录因子2（ATF2）的激活从而增强PGC-1α表达，p38 MAPK途径的激活刺激小鼠成肌细胞中PGC-1α的表达，进而引起了纤维类型组成的变化和线粒体的生物合成[15]。

线粒体功能障碍是胰岛素抵抗的主要特征，Hong等[16]的研究发现，添加胰岛素可以阻止p38 MAPK介导的PGC-1α表达，表明胰岛素抵抗和高胰岛素血症的受试者骨骼肌中的PGC-1α表达下降是通过p38 MAPK介导的。

3 PGC-1α与卵巢功能

PGC-1α作为重要的核转录辅助激活因子，可通过参与卵泡发育、卵泡闭锁、调控卵巢激素合成与分泌等多种途径影响卵巢功能，并涉及多囊卵巢综合征、卵巢癌等相关病理反应，其在卵巢中的作用越来越受到重视。

3.1 PGC-1α与卵泡发育PGC-1α在卵泡发育的不同阶段的作用机制不同。卵泡发育与线粒体功能密切相关，线粒体相关基因的异常表达与颗粒细胞的凋亡有关，线粒体功能障碍影响卵母细胞正常发育[17]。Zhang等[18]对山羊不同大小的卵泡进行比较分析发现，直径＜2 mm的山羊卵泡发育主要依靠颗粒细胞的增殖，而PGC-1α的下游基因PPAR-γ能抑制颗粒细胞的增殖，因此PGC-1α基因的低表达可能通过减弱PPAR-γ基因对颗粒细胞的抑制作用，从而促进小卵泡中颗粒细胞的增殖，进而调控卵泡的发育。而直径＞2 mm的山羊卵泡的发育则需要大量的ATP促进并维持，PGC-1α和NRF-1基因的高表达能促进ATP的合成。随着卵泡直径的增大，颗粒细胞中PGC-1α和NRF-1的mRNA和蛋白表达量显著升高，表明PGC-1α和NRF-1基因能促进卵泡发育[18]。

3.2 PGC-1α与卵泡闭锁PGC-1α通过线粒体途径调控卵泡闭锁。研究表明，与健康卵泡相比，在闭锁卵泡的颗粒细胞内，PGC-1α和NRF-1基因的表达量有下降的趋势，说明在山羊卵泡发育过程中，PGC-1α和NRF-1基因表达的降低使线粒体结构及功能发生改变，线粒体数量减少，进而诱导颗粒细胞发生凋亡，导致卵泡闭锁[18-19]。Zhang等[20]通过对山羊的首次传代颗粒细胞的培养发现，在山羊的颗粒细胞中敲低PGC-1α会减少线粒体DNA的拷贝数并改变线粒体的超微结构，诱导颗粒细胞凋亡，从而引发卵泡闭锁。2015年的一项研究发现，与卵巢功能正常人群相比，卵巢功能减退者卵丘颗粒细胞中的PGC-1α呈现低表达状态，表明线粒体作为细胞质中最重要的细胞器，在卵母细胞成熟和胚胎发育过程中起关键作用，线粒体基因在卵泡闭锁中起重要作用[21]。

3.3 PGC-1α与激素合成PGC-1α通过促进孤儿核受体类固醇生成因子（steroidogenic factor 1，SF-1）转录参与调节激素的合成过程。SF-1是核受体超家族成员之一，通过对某些关键基因的调控，在类固醇激素生成、性腺及肾上腺的发育中具有重要影响[22]。黄体生成激素（luteinizing hormone，LH）参与卵泡成熟、诱发排卵和影响黄体生成等多种生殖过程。SF-1在LHβ基因的表达中起重要作用。已有多项研究表明，PGC-1α与ERR家族成员共同促进SF-1的转录及翻译，过表达PGC-1α导致SF-1的表达量显著提高，增强了促性腺激素释放激素（GnRH）对LHβ的激活[23]。Yazawa等[24]研究表示PGC-1α在大鼠的卵巢颗粒细胞中特异表达，能结合在核受体5A（NR5A）基因的启动子区域并促进其转录，在大鼠卵巢颗粒细胞中敲低PGC-1α会减少孕酮的产生；且PGC-1α可能调节抑制素和抗苗勒管激素（anti-Müllerian hormone，AMH）基因的启动子活性或表达。在体质量指数（BMI）正常的育龄女性中，PGC-1α可明显抑制ROS-p38通路、降低氧化低密度脂蛋白和LH水平，进而减少颗粒细胞损伤[25]。

4 PGC-1α与卵巢疾病

4.1 PGC-1α与多囊卵巢综合征（PCOS）PCOS是常见的生殖内分泌紊乱性疾病，主要表现为高雄激素血症、稀发或无排卵、卵巢多囊样改变、胰岛素抵抗等，育龄女性中其发病率为5%～10%[26]。PCOS患者多处于一种氧化应激状态，氧化剂通过产生过量的活性氧簇（ROS）而对身体造成不同程度的伤害[27]。高雄激素血症、腹部肥胖、胰岛素抵抗可能会导致局部和全身性氧化应激的进一步发展。有研究表明PGC-1α增加了抗氧化剂的表达，如线粒体抗氧化剂peroxiredoxin-3和thioredoxin-2，可迅速降低细胞内ROS水平，减轻氧化应激反应[28]。此外，关于山羊颗粒细胞的研究表明，PGC-1α增强了抗氧化和抗凋亡能力，敲除PGC-1α会减弱抗氧化剂相关基因（SOD2、GPx和CAT）的表达，这提示PGC-1α的异常表达可能改变细胞内的氧化还原平衡[29]。Liu等[25]的研究表明PGC-1α表达上调可能通过降低p38的激活，减少ROS的合成，从而减轻氧化应激作用，减轻肥胖PCOS诱导颗粒细胞损伤能力，说明PGC-1α可能是一个潜在的肥胖PCOS的治疗靶点。也有研究报道PGC-1α中Gly482Ser多态性与胰岛素抵抗及PCOS有关[30]。但目前对PGC-1α Gly482Ser多态性与PCOS发病的关系结论不一。

4.2 PGC-1α与卵巢癌卵巢癌是女性常见的妇科恶性肿瘤之一，其病死率一直高居妇科肿瘤之首。巴一等[31]用腺病毒感染人卵巢上皮癌细胞株H08910过表达PGC-1α后，通过流式细胞仪定量检测发现，病毒感染48 h后H08910细胞凋亡率增加，说明PGC-1α对卵巢癌细胞H08910具有促进凋亡的作用。Zhang等[32]研究表明，与正常卵巢相比，晚期上皮性卵巢肿瘤中的PGC-1α表达水平显著降低，推测PGC-1α低表达可抑制PPAR-γ相关的凋亡通路，从而间接地促进了卵巢肿瘤的发展。在卵巢癌中，由于细胞周期蛋白E1的影响多胺代谢增加，通过对PGC-1α沉默的卵巢癌细胞侵袭实验表明，PGC-1α可影响卵巢癌中多胺的合成，抑制卵巢癌细胞生长[33]。这表明若能充分利用PCG-1α的生物学作用，将有可能为上皮性卵巢癌精准靶向治疗带来希望。

综上所述，PGC-1α在调节卵巢功能中发挥重要的作用。PGC-1α可以通过调节颗粒细胞增殖与凋亡影响卵泡的发育与闭锁；通过调控下游转录因子和氧化应激等过程参与卵巢激素合成与分泌。PGC-1α可以引起相关的氧化应激和凋亡异常与PCOS、卵巢癌等疾病的发生发展有关。但目前对于PGC-1α在卵巢中的认识还有所欠缺，随着生殖医学的不断发展，需要更多学者对PGC-1α在调控卵巢功能方面进行更加深入的研究，为卵巢相关疾病的精准靶向治疗提供理论依据，带来新的契机。