肥胖对卵巢颗粒细胞功能的影响及研究进展

殷宇辰 徐望明 肖卓妮

近二十年来，肥胖症的患病率急剧上升[1]，成为全球范围内的主要公共卫生问题。在生殖领域，肥胖与月经失调、不育、流产、多囊卵巢综合征(polycystic ovarian syndrome,PCOS)和产科并发症密切相关，但其致病机制尚不清楚。卵巢颗粒细胞在卵巢卵泡形成中至关重要，为卵泡发育和卵母细胞成熟提供了适当的微环境。新的证据表明，肥胖症会影响女性的卵巢功能和卵泡发育[2]。本文重点阐述肥胖相关疾病对颗粒细胞的发育影响。

一、肥胖影响女性生育力

肥胖现已成为影响全球的流行病，根据世界卫生组织(WTO)的标准[3]，依据体重指数BMI分为低体重(<18.5 kg/m2)、正常体重(18.5≤～<25.0 kg/m2)、超重(25.0≤～<30.0 kg/m2)、肥胖Ⅰ级(30.0≤～<35 kg/m2)、肥胖Ⅱ级(35≤～<40.0 kg/m2)、肥胖Ⅲ级(≥40.0 kg/m2)。2004年至2018年间，中国的肥胖率增加了一倍多，成人肥胖总人数增加了两倍多[4]。肥胖的特征是脂肪组织和其他代谢器官中脂质储存增加，导致细胞脂质毒性、炎症和氧化应激，它们是胰岛素抵抗和糖尿病、心血管疾病、阿尔茨海默病、多种癌症以及生活质量显著下降和死亡风险增加的主要原因[5]。

此外，肥胖还可导致生育能力受损，主要与生殖激素的代谢失调有关，与同年龄段的非肥胖女性相比，肥胖女性患排卵性低生育力和无排卵性不孕症的风险更高[6]。肥胖女性可能出现因下丘脑-垂体-卵巢(hypothalamic pituitary-ovarian axis，HPO)轴功能失调发生排卵障碍[7]、卵母细胞/胚胎质量下降[8]和子宫内膜容受性降低[5]。与正常体重的女性相比，超重或肥胖女性的不孕时间更长，生育率降低，对促性腺激素的需求增加，流产率更高[9]。一项针对1 782名妇女的辅助生殖研究[10]结果发现，超重组和肥胖组的促性腺激素剂量更大和持续时间更长，获卵数和可移植胚胎数减少，胚胎植入率、临床妊娠率、足月分娩率和活产率没有差异；超重和肥胖组的周期取消率低于正常体重组，肥胖组流产率高于正常体重组，并且异常体重指数是流产的独立危险因素。

生活方式干预(如减肥)可以提高肥胖女性的生育能力，主要是增加自然怀孕的机会[11]。肥胖患者接受减肥手术后，生育能力也会有所提高，一个回顾了18项研究[12]的荟萃分析发现，肥胖手术治疗改善了女性的激素水平和妊娠率，但还需要进一步的研究来评估哪种类型的减肥手术在改善肥胖生育能力方面最有效。

二、肥胖影响颗粒细胞发育和功能

1.脂毒性：脂毒性指的是非脂肪组织中的异位脂质积累，它诱导与胰岛素抵抗和炎症密切相关的氧化应激和内质网应激[13]。高脂饮食雌性小鼠的排卵前后卵母细胞中均有脂质积累，卵巢细胞中的脂质积累、内质网应激、线粒体功能障碍和细胞凋亡显著增加[14]。CD36是脂肪酸转位酶，可调节细胞对长链脂肪酸的摄取，肥胖患者颗粒细胞中的CD36表达水平高于正常体重患者，且CD36的过量表达抑制了细胞增殖，促进了细胞凋亡，并通过在细胞中沉积甘油三酯和增加细胞脂质过氧化物水平来抑制雌二醇的分泌[15]。

肥胖女性卵泡中发生内质网应激抑制颗粒细胞中人绒毛膜促性腺激素(hCG)诱导的孕酮生成而导致孕酮缺乏[16]。棕榈酸盐处理小鼠颗粒细胞可通过内质网应激和胰岛素受体底物1(IRS1)途径损害胰岛素促进的雌二醇生成[17]。

肥胖女性的血清和排卵前卵泡中氧化低密度脂蛋白(oxLDL)水平较高，脂质过氧化物和循环oxLDL水平升高引起的氧化应激可导致的肥胖女性不孕，oxLDL可通过降低缺氧诱导因子1α(HIF1α)及其靶基因的表达，抑制hCG诱导的小鼠黄素化颗粒细胞的分化[18]。oxLDL与凝集素样受体1 (LOX-1)、CD36和toll样受体4 (TLR4)结合，导致人颗粒细胞(GCs)死亡，抗氧化剂白藜芦醇(RES)和去铁氧胺(DFO)对GCs有保护作用[19]。

程序性细胞死亡4 (PDCD4)是一种凋亡相关基因，在包括胚胎发育在内的许多生物学过程中起着重要作用，PDCD4基因表达和体重指数之间统计学没有显著相关性，而在PCOS组中，PDCD4表达与BMI显著相关(r=0.52，P<0.0001)，这表明PDCD4表达与PCOS患者的肥胖程度有关，而且PDCD4的表达可促进脂质积累和颗粒细胞凋亡[20]。由此可见，脂毒性可从氧化应激和内质网应激等多条途径损害肥胖女性的颗粒细胞正常功能。

2.氧化应激：活性氧(reactive oxygen species，ROS)的积累导致的氧化应激增加是肥胖女性不孕的重要因素。活性氧是氧化磷酸化的副产物，同时在线粒体中产生，并且它们的水平在肥胖女性卵母细胞中显著升高。Sirtuins是NAD+依赖性脱乙酰酶的一个蛋白质家族，Sirt3是卵母细胞发育过程中调节ROS稳态的重要因素，它可以保护肥胖条件下卵母细胞的氧化应激和减数分裂缺陷[21]。藻蓝蛋白是螺旋藻中的一种蛋白质，具有抗氧化、抗炎和清除自由基的特性，肥胖相关的活性氧积累、细胞凋亡增加和卵母细胞异常表达在给予藻蓝蛋白后可部分逆转[22]。

趋化素(chemerin)是一种新的脂肪因子，主要由脂肪组织分泌，调节脂肪细胞的发育和代谢功能。肥胖小鼠的血清、卵巢和颗粒细胞中趋化素及其受体(chemerin/CMKLR1)信号通路被上调，且chemerin抑制小鼠颗粒细胞(mGC)活性，并导致mGC中活性氧的积累和凋亡。此外，chemerin可激活核因子-KB(nuclear factor-kB)和腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信号通路并抑制蛋白激酶B(AKT)信号通路，通过三种信号途径导致活性氧积累和细胞凋亡,chemerin和CMKLR1的上调可能解释了肥胖小鼠卵巢氧化应激和凋亡的增加[23]。高雄激素血症也可上调chemerin水平并调控卵巢的免疫稳态，chemerin诱导CMKLR1+单核细胞迁移到卵巢分化为 CMKLR1+ M1巨噬细胞，并导致颗粒细胞凋亡[24]。

3.瘦素抵抗和缺乏：瘦素是一种脂肪细胞分泌的激素，具有多种作用，越来越多的证据表明，瘦素参与生殖异常的发病机制。人类肥胖通常与高瘦素血症(瘦素抵抗)有关，高瘦素水平直接抑制卵巢类固醇生成，导致卵泡不能成熟[25]。超重/肥胖妇女中，瘦素水平在外周血和卵泡液(FF)中显著增加，在体外试验中颗粒细胞被瘦素剂量依赖性的通过上调caspase-3和下调Bcl-2来抑制细胞增殖和促进细胞凋亡[26]。肥胖小鼠的卵巢也发生瘦素抵抗，并且其卵丘细胞(CCs)中的全局基因表达(global gene expression)与体重显著相关，在肥胖早期，瘦素升高导致细胞运输和细胞骨架组织基因的表达增加和CCs中表观遗传调节相关基因的抑制，而在肥胖晚期产生瘦素抵抗，改变的基因信号主要与炎症反应有关[27]。

瘦素在体外和体内都诱导卵泡颗粒细胞(GCs)中可卡因-安非他明转录调节肽(CART)的表达，CART对细胞内cAMP水平、MAPK信号和芳香酶基因表达产生负面影响，导致GCs中雌二醇合成降低并抑制排卵。体重指数、GCs中CARTmRNA表达和卵泡液中CART水平之间存在显著的正相关性，提示在肥胖条件下，CART在卵巢中充当瘦素的局部介质，导致卵巢功能障碍和生育能力下降[28]。瘦素缺乏也与卵巢卵泡生成障碍和卵巢颗粒细胞凋亡增加有关，瘦素可抑制神经肽Y2受体(NPY2R)的表达，神经肽Y/神经肽Y2受体(NPY/NPY2R)可通过JAK2/STAT3信号途径在瘦素影响卵巢颗粒细胞凋亡和卵巢类固醇生成中发挥作用[29]。不论是瘦素抵抗还是缺乏，肥胖女性多有瘦素途径的慢性代谢失调，这使肥胖患者卵巢颗粒细胞功能障碍愈发严重。

4.胰岛素抵抗：肥胖相关的胰岛素抵抗存在于多种胰岛素靶组织中，如骨骼肌、脂肪组织和肝脏等。卵巢同样存在胰岛素抵抗，其发生方式类似于在胰岛素的经典靶组织中观察到的方式，并且胰岛素信号的改变与导致肥胖的有害因素持续时间有关[30]。用棕榈酸(PA)刺激可通过激活JNK途径损害胰岛素诱导的葡萄糖代谢并干扰卵巢GCs中的PI3K-Akt通路[31]。胰岛素可以降低FSHR和芳香化酶蛋白表达水平，肥胖女性的FSHR表达和E2产生减少可能与胰岛素抵抗有关，糖原合成酶激酶-3 (GSK-3) 是一种丝氨酸-苏氨酸激酶并可抑制细胞对胰岛素的反应，GSK3b抑制剂可改善肥胖妇女GCs和KGN细胞中FSHR表达的减少，这可能是改善肥胖妇女FSH刺激不敏感的潜在机制[32]。激活转录因子4(ATF4)属于cAMP反应元件结合蛋白家族，被发现在葡萄糖代谢中起重要作用，ATF4在PCOS肥胖和胰岛素抵抗患者的人颗粒细胞中高表达，胰岛素诱导ATF4在颗粒细胞中的表达，这反过来通过抑制AKT的磷酸化损害胰岛素敏感性[33]。低维生素D血症与胰岛素抵抗有关，肥胖患者卵泡液中维生素D水平和颗粒细胞中的VDR基因表达降低，且其维生素D水平与BMI相关[34]。

5.炎症：肥胖可导致卵巢周围脂肪组织中免疫细胞浸润和炎症，并在卵巢组织中诱导炎症标记物的基因表达。小鼠实验中，饮食导致的肥胖会改变NF-κB炎症通路和类固醇生成信号通路的表达，从而对卵巢功能产生不利影响[35]。过量饮食的肥胖小鼠增加了卵巢中的促炎基因信号并上调了特异性定位于颗粒细胞的早期生长反应因子-1(Egr-1)的蛋白水平[36]。Progranulin(PGRN)是一种脂肪因子，可以诱导低度慢性炎症状态，并在与肥胖相关的胰岛素抵抗中起作用，超重患者的卵泡液PGRN水平和GCs的PGRN基因表达高于正常体重患者，卵泡液中的PGRN可能通过调节卵泡液中TNF-α水平和血清睾酮浓度来调节卵巢微环境，影响卵泡发育并减少获卵数[37]。辣椒素(CAP)已被用于治疗与多种疾病相关的疼痛和炎症，包括类风湿性关节炎和糖尿病神经病变、肥胖症以及心血管和胃肠疾病，小剂量和短时间使用CAP可促进颗粒细胞增殖，而高剂量CAP可诱导颗粒细胞凋亡[38]。肥胖的慢性低度炎症状态使卵巢长期处于低度炎症环境中，这也改变了卵巢颗粒细胞的正常功能。

6.其他因素：内脂素是一种可调节葡萄糖代谢、脂质代谢、炎症和血管生成等过程的脂肪因子，存在于人类卵泡中，包括卵母细胞和卵丘细胞，内脂素增加胰岛素样生长因子1(IGF-1)诱导的类固醇生成和细胞增殖，二甲双胍可通过AMPK/SIRT1信号通路调节内脂素的表达[39]。脂联素是一种主要由脂肪细胞产生的激素，脂联素/PPARα信号调节GCs中的类固醇生成，促性腺激素和脂联素之间的信号串扰可影响超重和肥胖妇女的卵巢类固醇生成[40]。多不饱和脂肪酸(PUFAs)，包括必需脂肪酸亚油酸和α-亚麻酸以及衍生的长链和超长链ω3-和ω6-多不饱和脂肪酸，是哺乳动物膜系统和信号分子的重要结构，肥胖患者的PUFA代谢失衡。小鼠实验提示PUFA合成缺陷导致卵泡发育停止、卵泡闭锁和不育，卵泡颗粒细胞间隙连接网络的解体，而补充PUFA可逆转这种变化[41]。上述研究表明，肥胖通过多种机制影响着女性卵巢颗粒细胞的发育和功能，需要更多更深入的探索来为不孕的肥胖女性带来更好的治疗方案。

三、总结

总之，肥胖对卵巢颗粒细胞基因表达、发育及功能均会产生影响。与正常体重的女性相比，肥胖女性在体外受精治疗中使用诱导排卵药物剂量增加、可移植胚胎数减少且流产率升高[9-10]。肥胖导致的细胞脂毒性、氧化应激、慢性炎症、瘦素抵抗、胰岛素抵抗等对颗粒细胞生长和卵巢类固醇生成都有不利影响，可以部分解释为肥胖女性的排卵障碍和生育力下降。未来的研究仍需进一步解释上述机制，并找寻提高肥胖女性生育能力的方法。