多囊卵巢综合征诊断分型与候选基因研究进展

吕欣璐,刘 瑞,耿 珊

（1. 重庆市大足区人民医院内分泌科，重庆 402360；2. 重庆医科大学附属第二医院肿瘤科，重庆400010）

多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是一种女性内分泌疾病，特别是在育龄期妇女中较为常见，其患病率为5%～10%，且逐年上升[1]。激素对于卵巢功能的维持和调节起着至关重要的作用，可维持女性月经周期和生育功能。若女性体内激素水平失衡，会干扰卵巢功能，导致囊肿的形成和激素分泌紊乱。高雄激素血症是PCOS 女性激素紊乱的一个重要特征。PCOS 的诊断较为困难，因其临床表现相对复杂，青春期和育龄期主要表现为月经稀发、闭经、不排卵、多毛、肥胖、痤疮、不孕不育以及高雄激素血症引起的临床特征；绝经期以内分泌紊乱和心血管疾病为主。PCOS 会引起不孕，同时还伴有肥胖、胰岛素抵抗及高胰岛素血症等高危因素，这些因素会增加患者糖耐量受损、2 型糖尿病、血脂异常、心血管疾病、高血压及代谢综合征等疾病的发生风险。研究表明，PCOS患者具有认知消极、自尊心低下、抑郁等不良情绪，以及对身体形象的负面感受，这些因素会影响其心理健康[2]。

研究表明，PCOS 是一种多因素疾病，单个基因、基因-基因相互作用或基因-环境相互作用都会影响体内微环境，从而促进PCOS 的发展[3]。迄今为止，还没有鉴定出导致或实质性促进PCOS 表型发展的基因[4]。因此，本研究通过基因组学中的候选基因分析、全基因组相关性研究(genome-wide association studies，GWAS)及功能尖端基因技术全面探索PCOS 的病因学，以期为该疾病的诊疗提供新思路。

1 PCOS分型

1.1 PCOS表型A型和B型——经典型PCOS

A 型和B 型是经典型PCOS，均表现为月经功能紊乱及高雄激素水平，其中A 型的多毛症状最为明显。除此之外，经典型PCOS 还表现为抗苗勒管激素（anti-Müllerian hormone，AMH）水平显著升高[5]，该指标反映了卵巢储备功能。研究表明，PCOS 患者的血清AMH浓度仅为正常女性的1/3～1/2[6-7]。这可能是由于PCOS患者排卵减少或停止、窦前卵泡数目增加、选择卵泡能力减弱和无优势卵泡的产生，导致卵巢内早期卵泡生长发育失调。而AMH主要表达于卵巢初级卵泡、次级卵泡和小窦状卵泡的颗粒细胞，因此AMH 水平与PCOS 患者异常发育过多的小卵泡密切相关。高表达的AMH 能够抑制在颗粒细胞卵泡刺激素和黄体生成素诱导的芳香化酶表达，从而阻断雌激素的产生。同时，AMH 能够抑制卵巢特异性芳香化酶启动子Ⅱ的活性，导致卵泡局部的雄激素水平过高，进而引起小卵泡的发育和成熟受阻，加重小卵泡积累的程度[8]。相较于其他表型及雄激素正常的PCOS，经典型PCOS 肝脂肪变性的风险更高[9]。研究表明，相比非经典型PCOS，经典型PCOS 更容易伴随代谢性疾病的发生[10]。虽然经典型PCOS 和非经典型PCOS 患者血糖和血脂代谢情况相似，但经典型PCOS 患者的胰岛素水平和胰岛素抵抗指数（HOMA resistance，HOMA-IR）更高，伴随的肥胖、动脉粥样硬化及血脂异常等临床症状也更为明显，其次是C 型，D 型最低[11]。研究发现，在经典型PCOS 患者中，无论体质量是否正常，胰岛素水平均明显增高[12]。胰岛素水平可能与患者体内的雄激素水平密切相关。高胰岛素水平促进下丘脑分泌促性腺激素释放激素，从而增加垂体黄体生成素的释放量；而黄体生成素作用于卵泡膜细胞，促进雄激素的合成。同时，高胰岛素还抑制肝合成性激素结合球蛋白(sex hormone-binding globulin,SHBG)表达，导致血清游离睾酮水平升高，从而促进卵泡的发育和闭锁。相反，升高的雄激素可抑制人体外周组织对胰岛素的敏感性，加重胰岛素抵抗，形成恶性循环，加重PCOS 病情。因此，在经典型PCOS 患者中高雄激素水平和胰岛素抵抗发生率更高[13]。

1.2 PCOS表型C型——排卵型PCOS

PCOS 表型C 型最常见的临床表现包括血清胰岛素轻度升高、动脉粥样硬化、雄激素升高和多毛症。相较于其他表型的PCOS，C 型PCOS 患者代谢综合征的发病率较高[14]。在意大利调研的一组PCOS患者中，排卵型PCOS 主要发生在社会经济地位较高的群体中，不良饮食习惯造成的脂肪组织分布异常和胰岛素水平轻度升高可能是该类型的主要原因[14]。C 型PCOS患者中肥胖并不常见（仅10%），但该表型的肥胖患者的胰岛素抵抗增加和血脂谱改变与肥胖的A型和B型PCOS患者相似[15-16]。

1.3 PCOS表型D型——非高雄激素性PCOS

PCOS表型D型的临床表现为雄激素水平正常，伴随其他内分泌激素轻微升高，代谢综合征的发病率低于其他表型[17-18]。内分泌激素主要包括SHBG 水平升高，T3、T4 和黄体生成素/卵泡刺激素降低。此类型患者月经周期基本正常，偶尔会出现不规律[19]。

2 PCOS各表型的临床意义

根据阿姆斯特丹诊断标准，PCOS 表型共有A、B、C、D 4 种分型[20]。其中，最常见的是A 型，发生率为44%～65%；其次是B 型，发生率为8%～33%；C 型发生率为3%～29%；而D 型发生率为0～23%[21]。总的来说，4 种分型的PCOS 患者中，A 型和B 型的生化特点较为相似，但A 型的雄激素水平更高。D 型的病情最轻，C型介于A 型和D 型之间。A 型和B 型患者的黄体生成素水平和黄体生成素/卵泡刺激素最高，而C 型最低。50%～70%的PCOS患者存在胰岛素抵抗和脂质代谢异常现象[22]。一项研究显示，A 型和B 型PCOS 患者的BMI 和腰臀比高于C 型、D 型，但各分型BMI＞25 kg/m2的患者比例并无显著差异[16]。研究表明，经典型PCOS（A 型、B 型）患者高胰岛素血症和高雄激素血症伴发的代谢疾病风险高于非经典型PCOS（C 型、D 型）患者[23]，并且经典型PCOS 患者肥胖、胰岛素抵抗和代谢综合征的发生风险最高，因此应重视该型患者的预防和治疗，尤其是生活方式调整和体质量管理，以改善卵子质量，并促进顺利受孕。

阿姆斯特丹诊断标准能够很好地体现不同分型PCOS 患者在排卵模式和雄激素分泌方面的差异，但不能区分代谢模式发生改变的肥胖患者和代谢模式正常的体质量正常患者。实际上，无论A 型、B 型或C型，代谢改变与肥胖患者均表现为胰岛素水平升高、胰岛素抵抗改变和脂质谱改变。而在A 型和B 型中，体质量正常的PCOS 患者则表现为胰岛素循环水平正常、无临床相关的胰岛素抵抗及脂质谱正常。因此，需要通过更多的研究来证明PCOS 患者的体质量是否与其排卵状态相关。

3 PCOS基因多态性与遗传学

PCOS 是一种极其复杂的异质性疾病，其复杂性和异质性源于单一基因或相关基因。目前的研究表明，PCOS 具有家族群聚现象。一级亲属中如果存在肥胖、糖尿病、冠心病、男性早秃或女性月经稀发，则可能是PCOS 的独立遗传表型，且月经稀发起着主导作用[24]，这提示PCOS 与遗传密切相关。此外，表观遗传学研究发现，PCOS 在不同细胞组织中存在DNA 甲基化、组蛋白修饰等特征，与PCOS 高雄激素血症和胰岛素抵抗密切相关[25-26]。PCOS 的GWAS 发现了11 个易感位点和17 个单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism,SNP)，提示PCOS 是一种多因素疾病，所有能影响卵巢的因素，包括基因突变都有可能导致其发生。

4 肥胖和2型糖尿病相关基因与PCOS

4.1 FTO基因

肥胖相关基因FTO是脂肪含量和肥胖相关的等位基因，位于16号染色体上，呈双螺旋结构，一个副本来自父体，另一个来自母体。如果体内FTO基因的2个副本都有变异，肥胖的概率比无变异副本的人高出70%[27]。

PCOS 患者多存在肥胖。FTO 基因与超重或肥胖密切相关，因此被认为是PCOS的候选基因[28]。研究发现，FTO 基因的rs9939609 多态性与PCOS 的高雄激素血症和代谢紊乱显著相关[29]。此外，Yuan 等[30]的研究表明，FTO 基因的rs9939609 与MC4R 基因的rs17782313 联合作用，对PCOS 的发展具有直接影响，并且受BMI的影响。

4.2 钙蛋白酶-10（Calpain-10，CAPN-10)基因

CAPN-10 位于染色体2q37，对胰岛素的转移与分泌起作用。由于胰岛素抵抗是PCOS 和2 型糖尿病共同的病理生理特征，因此CAPN-10 也成为PCOS 的一个候选基因[31]。Dasgupta 等[32]通过对印度南部250 例PCOS 患者和299 例对照组受试者进行CAPN-10 基因SNP 检测发现，携带UCSNP-44 和UCSNP-19 变异体的单倍型患者PCOS 的风险增加了2 倍，但含有SNP-56和SNP-19 变异体的单倍型似乎对PCOS 具有保护作用。提示CAPN-10 基因的UCSNP-44 可能在PCOS 的发生中发挥作用。

5 芳香化酶相关基因与PCOS

类固醇生成酶包括芳香化酶，是细胞色素P450家族的复杂成员，负责体内类固醇的转换。芳香化酶协助雄激素转化为雌激素，当芳香化酶缺乏时，会导致该过程停止[33]。这种缺陷会影响卵巢功能，并且由于未能将C19 转化为C18，会导致雄激素水平增加。在PCOS 数据库中报告的关于芳香化酶的基因包括CYP11A1、CYP11B2、CYP17A1、CYP19A1、CYP1A1、CYP21A2、CYP3A7等，细胞色素P450家族中任何一个基因的异常都会增加PCOS的发生风险[34-35]。

5.1 CYP11A

卵巢内主要有颗粒细胞、卵泡膜细胞和黄体细胞合成类固醇激素[36]。卵泡的发育容易受到体内外因素的干扰，导致发育不良、静止或异常。例如，接受放射辐射后，卵泡和粒层细胞的凋亡加速，其中粒层细胞的凋亡尤为明显。成熟卵泡相对未成熟卵泡则更为敏感，而始基卵泡和初级卵泡受到的损害最显著[37]。生长的卵泡和黄体中均表达CYP11A、3β-HSD、CYP17、CYP19 和17β-HSD1（其主要作用是使雌酮转化为雌二醇）等酶[38-40]，其中CYP11A 是细胞色素P450家族的成员之一，是合成类固醇激素的关键和限速酶，催化胆固醇转化为孕烯醇酮。CYP11A 基因由10个外显子组成，位于染色体15q24。CYP11A基因突变会导致卵巢和肾上腺雄激素分泌增加[40]。研究发现，CYP11A 基因存在多态性，其翻译起始区上游-528 bp 处的戊核苷酸重复序列(TTTTA)的重复次数不同，这种差异形成了一种微卫星多态性，该多态性与血清睾酮水平相关，被认为是PCOS 的危险分子标记，与PCOS 激素水平密切相关[41]。Wang 等[42]的研究显示，CYP11A(TTTTA)n 等位基因的变异与PCOS 有一定相关性。n 位于C 的启动子，该区域含有cAMP 调节位点，(TTTTA)n 与转录活性和基因表达相关。(TTTTA)n的变异可能导致CYP11A 的突变，从而改变酶蛋白的表达。研究发现，CYP11A(TTTTA)等位基因是中国女性中最常见的基因型[42]。(TTTTA)6//(TTTTA)6 基因型定义为PCOS 女性与对照组女性CYP11A 多态性显著差异，与PCOS 患者BMI 升高相关，提示(TTTTA)6//(TTTTA)6 重复等位基因变异在PCOS 女性的发病机制中发挥一定作用。

5.2 CYP21

CYP21 位于染色体6p21.3，编码21-羟化酶。研究表明，G972R 基因突变位于胰岛素受体底物1（insulin receptor substrate 1,IRS-1）基因，可能是女性CYP21 基因突变杂合子携带者中的一个修饰位点，可能会导致PCOS 患者肾上腺源性雄激素过多[43]。CYP21的突变会引起21-羟化酶活性降低、类固醇合成代谢无效化，从而进一步导致PCOS。Witchel 等[44]报道，CYP21无义突变携带者通常无症状，而V281L错义突变携带者似乎会表现出PCOS 表型。评估新的修饰位点有助于识别与PCOS相关的新遗传标记。

6 其他相关基因与PCOS

6.1 肿瘤相关蛋白TP53

TP53 是一种细胞周期调节基因。一项关于伊朗人群中TP53 基因的3 个SNP 与PCOS 发生风险的研究发现，TP53 基因的变异可能是伊朗女性PCOS 的遗传危险因素[45]。但需要对其他种族进行基于人群的重复研究，以发现位于其他肿瘤抑制基因(tumor suppressor genes, TSG)中的TP53 基因或SNP 的变异对这种内分泌疾病病因的遗传贡献。

6.2 Mg2+/Mn2+依赖性蛋白磷酸酶1K（protein phosphatase Mg2+ /Mn2+ -dependent 1K,PPM1K）

近年来，研究者对卵巢多种细胞类型的基因表达进行了更深入的研究发现，PPM1K 缺陷小鼠表现出了PCOS 样特征，包括高雄激素血症和卵泡发育异常。下调PPM1K 会促进人颗粒细胞糖酵解转化为戊糖磷酸途径，并抑制线粒体氧化磷酸化[46]。因此，抑制PPM1K 会干扰卵泡微环境中的能量代谢稳态，从而影响卵泡的发育。

综上所述，PCOS 是一种慢性代谢性疾病，在育龄期女性中高发，因此研究PCOS 的病理生理学机制对于该病的预防和治疗具有重要意义。PCOS 是遗传因素和环境因素共同作用的结果，其中多种基因与该病的易感性有关。目前，该病的确切发病机制尚不清楚，也没有统一的诊断标准。因此，寻找新的生物标志物和关键基因对于PCOS 的准确诊断和治疗具有重要的临床意义。但目前相关研究均具有局限性，大部分临床研究只是横断面研究，不能反映基因在PCOS长期过程中的变化。急切需要新方法全面评估PCOS导致的机体功能紊乱，为调控PCOS 提供更确切的诊断和分型依据。本综述总结了PCOS 相关关键基因，对PCOS 的诊断具有重要价值。表型混淆是PCOS 遗传学研究的特征。尽管已经提出了几个与PCOS 相关的基因，包括CYP11A、胰岛素基因、卵泡抑素基因和胰岛素受体基因附近的区域，但支持连锁的证据并不充分。在这些基因中，胰岛素受体基因附近的区域（但不包括该基因本身）被认为是最有力的证据，因为其已经在两项独立的研究中得到了确认，而且至今尚未被更大规模的研究所否定。然而，尚未确定染色体19p13.3 上负责PCOS 的基因，仍需要进行进一步研究，包括对不同类型PCOS 的多基因联合分析和体内动物模型的实验验证，以确定有前途的上游或下游靶点分子和可行的治疗方法，为PCOS的诊疗提供参考。