胚胎发育期高雄激素诱导多囊卵巢综合征患者内分泌紊乱的中枢机制

许倩，刘斌，王道娟，王勇

多囊卵巢综合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）是一种常见的女性内分泌疾病，以稀发排卵或无排卵、临床或生化的高雄激素血症、B 超显示双侧卵巢呈多囊样改变为典型特征[1]。由于疾病的高度异质性，PCOS 在临床上采取排他性诊断，被定义为排除先天性肾上腺增生、高泌乳素血症等疾病后，具有雄激素过多和卵巢功能障碍的症状和体征的临床综合征。根据诊断标准的不同，绝经前妇女的PCOS发病率为6%～20%，是育龄期妇女最常见的内分泌和代谢紊乱综合征之一[2]。PCOS 的病因与发病机制尚不明确，因此其治疗也局限于改善高雄激素血症、卵巢功能障碍以及其他代谢紊乱，但目前观点认为PCOS是由雄激素过量带来的恶性循环导致[2]。尽管PCOS的临床表现与卵巢功能密切相关，但有观点认为在PCOS 的发病过程中雄激素的关键作用靶点是卵巢外的神经内分泌系统[3]。现对高雄激素引起PCOS 的神经内分泌机制及其分子信号通路进行综述。

1 雄激素是PCOS 发病的关键

雄激素在PCOS 的发病过程中起重要作用。高雄激素直接导致PCOS 的多种临床表现，成为PCOS的关键生化诊断标准[1]，针对高雄激素的治疗也是PCOS 治疗的关键部分。此外，高雄激素也常用作PCOS 动物模型的诱导方式[4]。

过量雄激素使个体出现PCOS 症状与体征。21-羟化酶缺乏症引起的非经典肾上腺增生（non-classic adrenal hyperplasia，NCAH）导致雄激素过量产生，患者出现高雄激素血症，进而引起多毛、多囊卵巢、月经稀发或闭经、胰岛素抵抗和不育等症状，这提示高雄激素血症可能是PCOS 相关症状出现的重要原因[5]。根据基因组学和蛋白质组学的研究，雄激素过多会导致脂肪组织代谢紊乱，引起脂肪在腹部沉积，大量证据表明腹部肥胖以及由此产生的胰岛素抵抗共同作用导致卵巢和肾上腺雄激素分泌过多，造成恶性循环[6]。

产前雄激素暴露可能会导致PCOS。妊娠高雄激素血症，如先天性肾上腺增生导致雌性后代出现生殖障碍、内分泌及代谢紊乱、心血管并发症，表现为循环雄激素水平升高、黄体生成激素（luteinizing hormone，LH）过量、无排卵、不育、胰岛素抵抗、糖耐量减低、高胰岛素血症、高血压等[7]。在妊娠第16、17、18 天对孕期雌鼠皮下注射250 μg 的二氢睾酮（dihydrotestosterone，DHT）来建立产前雄激素化（prenatally androgenized，PNA）小鼠，PNA 小鼠出现动情周期紊乱、血浆雄激素过多、生育能力明显降低以及卵巢形态改变如黄体数量减少等PCOS 样症状[8]。

高雄激素也普遍用于诱导PCOS 动物模型。雄激素在啮齿动物、绵羊和灵长类动物中都可以诱导出PCOS 的生殖、代谢和内分泌特征。在早期发育时暴露于睾酮（Testosterone，T）或DHT 的雌性啮齿动物、绵羊和猴子也表现出了多种PCOS 表型[9]。

高雄激素通过雄激素受体（androgen receptor，AR）参与PCOS 的致病过程。产前16～18 d 暴露于DHT 的雄激素受体基因敲除（AR knockout，ARKO）小鼠与对照组相比保持了正常的卵巢形态、动情周期与黄体数量[10]。AR 拮抗剂氟他胺的长期治疗恢复了PNA 小鼠的动情周期和正常排卵，改善了卵泡募集以及卵巢形态，显著降低了PNA 小鼠卵泡膜细胞层的厚度[11]。

2 雄激素引起PCOS 表型的关键机制在于胚胎发育早期的神经内分泌系统功能紊乱

2.1 雄激素通过卵巢外神经内分泌系统的AR 引起PCOS 表型 尽管PCOS 的命名与症状体征都与卵巢功能有关，但大量研究结果表明，PCOS 的发病与卵巢外组织有密切联系。对ARKO 小鼠做卵巢切除术后移植野生型小鼠卵巢，在DHT 的处理下仍表现出正常的动情周期与黄体数量[3]，提示卵巢外组织可能是PCOS 发生的关键部位。PCOS 妇女常表现为LH 脉冲频率增加、卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone，FSH）降低、促性腺激素释放激素（gonadotropinreleasing hormone，GnRH）频率增加[8-12]，升高的LH水平过度刺激卵泡膜细胞，导致过量雄激素产生，继而损伤类固醇激素的负反馈通路[11]，提示PCOS 妇女下丘脑-垂体-性腺轴功能发生改变。PCOS 患者脑脊液中睾酮水平较正常排卵者升高[12]，提示雄激素可能通过中枢作用诱发PCOS 样改变，而ARKO 雌性小鼠排卵性LH 激增时相紊乱以及LH 水平对卵巢切除术反应性降低证实AR 信号可以调节神经内分泌网络，尤其是类固醇激素的正负反馈调节功能[13]。因此，大脑可能是PCOS 发病的关键部位[14]。

为了确定PCOS 发病过程中雄激素的作用靶点，Caldwell 等[3]使用细胞特异性ARKO 小鼠进行验证，结果显示颗粒细胞特异性ARKO 小鼠使用DHT 处理后出现了动情周期紊乱、无排卵、卵泡形态异常、腹部肥胖、血脂异常，而神经元ARKO 以及非特异性ARKO 小鼠则较少或没有表现出PCOS 相关症状，这提示神经元特异性AR 信号是PCOS 排卵障碍、卵巢形态与功能异常以及代谢异常等症状体征发生的必须条件。

2.2 雄激素可能通过改变类固醇负反馈通路与GnRH/LH 脉冲发生器的活性引起PCOS 的神经内分泌功能紊乱 LH、FSH 的脉冲式分泌由下丘脑GnRH 神经元驱动，决定了卵泡发育、性腺类固醇激素的合成以及正常排卵。雌二醇为主的类固醇激素也通过激素敏感性神经元网络向GnRH 神经元提供负反馈信号[15]。在动物模型中，雄激素给药增加雌性LH 脉冲频率并干扰性腺类固醇激素对GnRH 神经元的反馈作用。PNA 小鼠行双侧卵巢切除后，循环LH 水平增加但幅度小于对照组，2 d 后注射17β-雌二醇，给药剂量为每20 g 体质量1 μg，对照组小鼠的循环LH 水平显著降低，而PNA 小鼠中未见明显抑制作用[8]。与正常妇女相比，PCOS 患者需要更高浓度的雌二醇和孕酮来抑制LH 脉冲释放，表明类固醇激素抑制GnRH/LH 脉冲发生器活性的能力受损[11]。这些结果提示PCOS 的发病起源于下丘脑GnRH 神经元功能紊乱，包括类固醇对GnRH 的负反馈调节受损和GnRH/LH 脉冲发生器的活性异常增加等[16]。

2.3 雄激素影响神经内分泌系统从而造成PCOS表型的关键时期在于胚胎发育早期 虽然雄激素过量影响神经内分泌系统导致PCOS 的时空机制尚不明确，但早有理论提出女性围生期发育过程中的雄激素水平升高可能导致大脑程序性改变，从而导致青春期PCOS 发病[17]。GnRH 的性别差异性分泌模式在胎儿和围生期的发育过程中逐渐建立，此阶段雄激素的存在与否决定了GnRH 神经元的发育方向[18]。进一步研究显示，雄激素可以在胎儿时期通过激活AR 来重新编程下丘脑视前区神经元，使其对雌二醇诱导孕酮受体增加的敏感性永久降低，从而改变GnRH 的分泌模式[18]。此外，PCOS 女性后代患PCOS以及相关并发症如2 型糖尿病的风险更高。早期发育中暴露于雄激素的人类与动物模型都在成年时表现出PCOS 的生殖和代谢特征。PNA 小鼠表现出雄激素过量、类固醇激素反馈受损和GnRH/LH 活性亢进。上述研究结果都提示雄激素影响神经内分泌的关键时期在于胚胎发育早期[11，19]，即神经内分泌改变可能发生在青春期出现PCOS 生殖、代谢异常之前。

PCOS 样小鼠的GnRH 神经网络变化取决于发育早期雄激素暴露而非成年雄激素过量。研究显示，产后25 d 的PNA 小鼠循环睾酮水平与对照组尚无明显差异，但GnRH 神经元上的囊泡γ-氨基丁酸（GABA）转运体（VGAT）同位密度已经显著增加，在青春期前，VGAT 与神经元胞体和树突的同位密度也显著高于对照组，GnRH 神经元棘突上检测到更多的GABA 能输入，这些改变均发生在循环雄激素增高、生殖障碍出现之前[11]。这提示雄激素可能通过在早期发育过程中影响神经内分泌网络引起PCOS患者成年后的生殖、代谢障碍。

3 雄激素诱导PCOS 的神经内分泌改变的相关分子通路

尽管越来越多的证据表明早期卵巢外的神经内分泌网络的改变是PCOS 发病的关键，但具体的调控机制尚不清楚。胚胎发育期不同性激素的暴露会改变大脑的结构和功能，从而产生神经内分泌系统的性别差异[20]。AR 作为配体激活型转录因子，激活后与DNA 上的激素反应元件结合或与其他转录调节因子相互作用，引起基因的表达改变[20]。因此，有研究提出AR 的替代剪接变体也可能参与PCOS 的形成与发展[21]。胚胎期雄激素调节神经内分泌系统发育方向的具体机制仍有待探索，目前在PNA 诱导的PCOS 模型中发现了几种与GnRH 神经元突触连接改变的神经元，如弓状核中的kisspeptin-神经激肽B-强啡肽（kisspeptin-neurokinin B-dynorphin，KNDy）神经元以及GABA 能神经元[14]。长期暴露于雄激素的青春期小鼠也显示出GnRH 神经元kisspeptin 和GABA 驱动的改变[22]，提示雄激素可能通过在胚胎期影响GnRH 上游的神经内分泌通路引起成年后PCOS 表型。

3.1 雄激素可能通过KNDy 神经元影响类固醇激素反馈调节 GnRH 的脉冲式释放受类固醇激素的反馈控制，但研究表明GnRH 神经元大多缺乏相关的类固醇反馈受体[23-24]。一项实验显示，为妊娠85 d的胎羊静脉注射Kisspeptin-10 或神经激肽B（neurokinin B，NKB）抑制剂，LH 释放增加，进一步诱导睾酮的分泌增加，且免疫组织化学和荧光原位杂交均显示2 种肽定位在大脑[25]。在另一项临床试验中，PCOS 患者使用人神经激肽3（neurokinin-3，NK3）受体拮抗剂AZD4901 80 mg/d 后，与给予安慰剂的对照组相比，LH 脉冲频率与基础分泌显著降低，循环睾酮浓度显著降低，排卵发生率增加[26]。而聚合酶链反应和荧光原位杂交技术都显示小鼠KNDy 神经元表达AR[23]，这提示NK3 受体参与调节生殖系统功能，可能与雄激素过量造成的PCOS 的神经元改变有关[27]。

女性下丘脑中表达kisspeptin 的神经元主要分布于室旁前核（anteroventral periventricular nucleus，AVPV）与弓状核，与GnRH 神经元有突触联系[28]。大量研究显示，KNDy 途径在GnRH 的分泌中起核心作用，kisspeptin 作为GnRH 的刺激因子，被认为是下丘脑-垂体-性腺轴的主要调节因子[28]，在NKB 和强啡肽的刺激下直接向GnRH 神经元传递信号，控制GnRH 搏动性释放，调节LH 的脉冲频率与分泌[29-30]。激活NK3 受体后，KNDy 神经元动作电位增加，激活强啡肽受体后动作电位减少，而雄激素和雌二醇均可以影响KNDy 神经元对自身速激肽产物的反应性以及KNDy 神经元自发放电频率[23]。此外，雌二醇作用于AVPV 的类固醇激素受体，诱导下丘脑组织中孕酮受体的表达，接受类固醇激素信号，从而控制排卵周期和GnRH 的释放。然而，在雄性大鼠以及PNA大鼠中，雌二醇的诱导作用消失，这可能是产前和围生期雄激素对神经内分泌系统的影响[18]。

3.2 雄激素可能通过GABA 能神经元影响GnRH神经元活性 PNA 诱导PCOS 模型中GABA 能神经元与GnRH 神经元突触输入也发生变化[14]。GnRH 神经元接收来自GABA 能神经元的信号输入，实验表明PNA 小鼠的GABA 能神经元突触后电流频率和大小均增加。氟他胺体内治疗可以逆转这一现象，提示雄激素以及AR 介导了相关的神经内分泌改变[31]。PCOS 妇女脑脊液中的GABA 水平升高[32]。与使用非丙戊酸钠药物治疗相比，GABA 受体激动剂丙戊酸钠在治疗双相情感障碍和癫痫时增加了患者循环雄激素水平，提高了高雄激素血症发生率并且导致月经周期紊乱[33]。另一方面，PNA 小鼠的GABA 能神经元突触后电流频率和大小的变化与动作电位的发生无关，提示PNA 可能通过增加GABA 能神经元和GnRH 神经元之间的连接来改变GnRH 神经元活性[31]。此外，使用钠通道阻滞剂河豚毒素验证PNA小鼠GABA 能传递，结果显示增加的递质传递频率与功能性突触连接数量的增加有关[34]。也有证据表明，PNA 小鼠中弓形核GABA 神经元对GnRH 神经元的神经支配显著增加[11]。

GABA 能神经元输入主要使GnRH 神经元去极化，这可能是GABA 能神经支配的增加导致GnRH/LH 脉冲频率增加的重要机制[14]。此外，PNA 改变了青春期前雌性小鼠GnRH 神经元对GABA 递质的反应性[34]。因此，GABA 能神经元异常投射导致的GnRH神经元过度活跃被认为是PCOS 神经内分泌障碍的潜在关键机制[35]。

4 胚胎发育期高雄激素血症诱导PCOS 神经内分泌紊乱理论的临床应用与研究方向

胚胎发育期高雄激素血症可能干扰神经内分泌系统，影响类固醇激素反馈通路。类固醇激素的反馈直接调节GnRH 的脉冲频率与分泌，引起LH/FSH 的分泌失调，造成下游性腺功能紊乱[16]。中枢内分泌紊乱导致雄激素合成过量，循环雄激素水平升高从而作用于外周器官诱发PCOS 的生殖、代谢表型。PCOS的神经内分泌起源提示恢复类固醇反馈敏感性以及正常的LH/FSH 脉冲应作为治疗的目标和靶点之一，包括增强神经内分泌网络中强啡肽的活性以及抑制GABA 递质的过度释放[16]，从而纠正PCOS 出现的下丘脑-垂体-卵巢轴功能紊乱。以中枢为靶点的药物治疗可以合理避免非特异性雄激素受体拮抗剂以及芳香化酶抑制剂带来的不良反应，为PCOS的治疗提供新的思路。

尽管如此，雄激素在发育过程中重新编程神经内分泌细胞的许多分子靶点仍有待进一步研究。例如，KNDy 亚群神经元具有异质性，不同亚群在ER、AR、KNDy 肽的表达水平、对速激肽的功能反应以及对GnRH 神经元的投射等方面有较大差异[23]，因此神经内分泌网络的治疗靶点还需要更多的研究支持。一方面，AR 在KNDy 神经元中表达[23]，AR 信号在正常的神经内分泌调节和排卵过程中起重要作用[13]，神经元特异性ARKO 小鼠也表现出了异常的神经内分泌特征[24]。另一方面，很多研究显示雄激素依赖AR 信号影响类固醇激素负反馈途径诱导GnRH 脉冲频率升高，也有证据表明雄激素可以通过独立机制直接改变GnRH 神经元活性，间接损伤负反馈通路[16]。此外，雄激素对于下丘脑-垂体-性腺轴外的器官系统也有干扰作用，如杏仁核、下丘脑-垂体-肾上腺轴、脂肪组织等[14]。因此，神经特异性AR 阻断的可行性与效果尚待进一步研究。

5 结语与展望

PCOS 是一种常见的内分泌疾病，以高雄激素与生殖障碍为主要特征，由于其病因尚不明确，治疗手段也比较局限。大量的临床数据与动物模型显示，雄激素在PCOS 的发病过程中起关键作用。在青春期出现高雄激素血症以及卵巢形态功能障碍之前，早期雄激素暴露已经改变神经内分泌系统。这可能是通过改变激素敏感型神经内分泌网络的基因、蛋白表达影响类固醇激素反馈。

目前的证据提示神经内分泌靶点的调控可能有益于部分PCOS 患者的下丘脑-垂体-性腺轴的功能恢复，但PCOS 发病机制复杂，涉及多器官、多系统，未来的研究应在关注PCOS 外周器官系统病理变化的同时继续探索雄激素作用于神经内分泌网络的病理生理过程与具体分子通路，以期获得PCOS 的临床治愈。