中医药调控磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信号通路治疗早发性卵巢功能不全的研究进展※

米 雪 刘文琼

(1.山东中医药大学2020级硕士研究生,山东 济南 250014;2.山东中医药大学附属医院妇科,山东 济南 250014)

早发性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency,POI)是指女性在40岁之前由于各种因素出现卵泡破坏甚至衰竭而出现卵巢功能减退的临床综合征,其发病率约为1%[1-2]。POI患者由于长期的月经异常、血清促性腺激素水平升高及雌二醇(E2)的缺乏,可造成心血管疾病风险增加、外阴阴道萎缩、骨密度降低、生育能力显著降低等,严重损害患者的身心健康[3]。目前研究认为,导致POI发病的主要原因有X染色体或常染色体的遗传异常以及基因突变,自身免疫性的卵巢损伤,外科手术或放化疗后的医源性损伤,感染、环境及生活因素影响,代谢性疾病如半乳糖血症,以及子宫内膜异位症等[4-5],主要机制则包括多因素导致的卵泡数目减少、卵泡间相互破坏、氧化应激、卵泡闭锁凋亡加速、卵泡发育阻滞、间质纤维化、卵巢血管损伤等[6-9]。现代医学研究表明,磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信号通路可动态介导调控卵母细胞,PI3K/Akt信号通路的过度激活是目前非遗传因素导致POI的主要分子机制[10-11]。近年来,大量临床研究表明中医药在治疗POI方面疗效颇佳。现将中医药调控PI3K/Akt信号通路参与POI治疗的相关研究进行综述。

1 PI3K/Akt信号通路的概念

PI3K和Akt均存在于卵母细胞中,PI3K是一种具有独特磷脂酰肌醇激酶活性的蛋白质,是细胞内重要的信号转导分子,生长因子、细胞因子、激素、缺氧等细胞外信号刺激均可激活PI3K[12],PI3K可启动大分子生物合成与细胞周期进程的耦合,将细胞外生长信号转化为促进生长的细胞内活动。Akt是PI3K的主要工作载体,活化的Akt通过直接磷酸化参与葡萄糖摄取、糖原合成、细胞生长及细胞凋亡的蛋白质来传播生长信号[13]。PI3K/Akt信号通路可通过调控下游信号分子哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、叉头框蛋白O3a(FoxO3a)、B细胞淋巴瘤-2(Bcl-2)/Bcl-2相关X蛋白(Bax)、核转录因子κB(NF-κB)等,调节卵巢细胞的生长、增殖、分化、自噬、凋亡等,参与POI的发生和发展。

2 PI3K/Akt/mTOR信号通路

2.1 PI3K/Akt/mTOR信号通路参与POI的作用机制 mTOR属于磷酸肌醇激酶家族中的活性蛋白,作为一种非典型丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(CLKB),在哺乳动物细胞增殖、生长、分化、迁移、凋亡中起着核心作用[14],参与卵泡生长、增殖的过程。mTOR调控主要受到PI3K/Akt/mTOR信号通路及丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(LKB1)/腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)/mTOR这两条信号通路的调节,mTOR分子羧基端的催化结构域与PI3K激酶脂激酶结构域高度同源[15],Akt被PI3K激活后可以直接磷酸化激活,mTOR通路,或者通过抑制结节性硬化症复合物(TSC)1、TSC2的活性,使上游靶蛋白Rheb的活性受到抑制,诱导Rheb与三磷酸鸟苷(GTP)结合,mTOR通路激活,抑制颗粒细胞自噬的发生。总之,mTOR通过上游Akt的直接或间接作用,调控其下游具有调节卵泡发育作用的主要效应分子核糖体p70S6蛋白激酶1(S6K1)、eIF4E结合蛋白(4E-BPs)对特定亚组的mRNA翻译,来调节促进卵泡增殖、发育[16]。

2.2 中药调控PI3K/Akt/mTOR信号通路治疗POI 刘小虎等[17-18]研究发现,人参中的重要药理活性成分人参皂苷Rg1能够有效地诱导自噬标志性蛋白微管相关蛋白1轻链3-Ⅱ(LC3 -Ⅱ)的表达,激活卵巢组织的自噬,靶向调控卵巢组织中组蛋白脱乙酰化酶(SIRT1),激活SIRT1,使之与TSC2结合相互作用,使PI3K、磷酸化Akt(p-Akt)、磷酸化mTOR(p-mTOR)蛋白表达量下调,抑制mTOR水平,负向调节自噬信号通路,提高自噬水平,从而减少机体代谢副产物,加速清除衰老细胞,延缓卵巢衰老。相关研究也表明,S6K1基因敲除小鼠可出现热量限制(CR)特征,人参皂苷Rg1能降低S6K1的表达来延缓卵巢衰老[19]。蔡竞等[20]观察补肾活血中药复方新加归肾丸(药物组成:菟丝子、淫羊藿、枸杞、山茱萸、干地黄、当归、茺蔚子、肉苁蓉)对体外培养大鼠卵巢颗粒细胞增殖的影响,结果发现新加归肾丸能够激活PI3K/Akt/mTOR信号通路,上调其下游分子细胞周期蛋白D2的表达,促进颗粒细胞由G1期向S期转化,使卵巢颗粒细胞的增殖和周期进程加快,进而促进卵泡的生长发育。刘柳青等[21]观察补肾调肝方(药物组成:熟地黄、黄精、枸杞、桑寄生、郁金、丹参、鳖甲、葛根)过对卵巢储备功能下降合并慢性心理应激模型大鼠的影响,结果发现补肾调肝方能够调控卵巢组织及海马体组织中PI3K/Akt/mTOR信号通路的表达与活化,上调Akt/mTOR关键蛋白mRNA的表达,进而促进卵巢及海马体的血管增生和血液循环,升高海马神经递质5-羟色胺(5-HT)水平,增加卵巢中卵泡、黄体,促进原始卵泡的生长发育,从而改善卵巢功能和心理应激状态。陈燕霞等[22]研究发现,补肾促卵方(药物组成:菟丝子、女贞子、枸杞、桑寄生、川续断、川牛膝、当归、赤芍、泽兰等)可以下调卵巢储备功能低下模型大鼠PI3K、Akt、mTOR mRNA相对表达量,改善血清激素水平,增加卵巢指数,促进卵泡正常发育成熟和减少卵泡异常闭锁,认为补肾促卵方通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路的过度活化,减少原始卵泡的过度激活,来保护卵巢的储备功能。刘阳等[23]基于mTOR通路研究大补元煎(药物组成:人参、山药、熟地黄、杜仲、当归、山茱萸、枸杞、炙甘草)治疗POI的作用机制,发现大补元煎对mTOR信号通路有正向调节作用,可以使PI3K、Akt、mTOR磷酸化程度上升、表达上调,使PI3K信号通路的终止信号的mRNA及蛋白表达下调,进而促进颗粒细胞的增殖,抑制卵泡闭锁,保证卵泡正常发育至成熟。

3 PI3K/Akt/FoxO3a信号通路

3.1 PI3K/Akt/FoxO3a信号通路参与POI的作用机制 FoxO3a是Fox家族的重要成员之一,可作为细胞凋亡的触发因子参与多种疾病。近年来研究表明,FoxO3a参与调控颗粒细胞的凋亡[24],FoxO3a基因敲除可导致小鼠原始卵泡库全部激活、卵母细胞死亡,且FoxO3a功能的缺乏会导致卵巢的固有缺陷,特别是卵泡生长[25],FoxO3a可能是通过抑制卵巢对卵泡生长的启动,进而减少卵泡发育的激活[26]。FoxO3a是PI3K/Akt通路中重要的下游转录因子之一,PI3K/Akt通路激活,可促使FoxO3a磷酸化,使FoxO3a特异性结合细胞核中的结构蛋白14-3-3从细胞核转移到细胞质中,通过泛素化降解,进而减少细胞凋亡。当Akt被抑制时,大多数去磷酸化的FoxO3a进入细胞核,可促进细胞凋亡。研究还表明,FoxO3a可以负调控Akt及其下游分子,还可以与内源性Akt形成复合物,促进细胞凋亡[27]。此外,FoxO3a参与调控细胞凋亡因子的表达,通过调节促凋亡蛋白Bim的表达,来调控细胞周期和细胞凋亡[25]。同时,FoxO3a还可以改变细胞周期阻滞蛋白P27kip1和细胞周期蛋白D的表达,来调控卵泡发育。总之,FoxO3a通过调控卵泡过度激活和卵巢颗粒细胞凋亡,来维持卵泡的储备量和延缓卵巢衰老,在保护哺乳动物卵巢功能方面发挥关键作用。

3.2 中药调控PI3K/Akt/FoxO3a信号通路治疗POI 蒋珊珊等[28]研究发现,当归芍药散(药物组成:当归、芍药、川芎、茯苓、白术、泽泻)可以使卵巢功能下降小鼠PI3K/Akt信号通路激活,p-PI3K mRNA、p-Akt mRNA水平上升,FoxO3a磷酸化和降解加速,FoxO3a蛋白表达量下调,使原始卵泡的过早发育及原始卵泡的过多闭锁受到抑制,从而保护卵巢中原始卵泡的消耗,改善卵巢组织形态结构,改善卵巢功能。王勇等[29]观察研究大补元煎(药物组成:人参、当归、枸杞、熟地黄、山药、牛膝、山茱萸、杜仲、甘草)对卵巢储备功能下降大鼠相关蛋白表达和血清激素水平的影响,结果显示高剂量的大补元煎可以使PI3K/Akt的表达量恢复至接近正常卵巢细胞,使FoxO3a磷酸化,FoxO3a表达量下降,卵巢组织的卵泡数量、颗粒层厚度、层次数和排列密集程度明显增加,闭锁卵泡数量减少,从而起到抑制卵巢早衰、促进卵泡发育及改善卵巢储备功能的作用。赵笛[30]研究探讨FoxO3a转录因子参与下的二仙汤(药物组成:仙茅、淫羊藿、巴戟天、当归、知母、黄柏)对顺铂损伤大鼠卵巢颗粒细胞的保护机制,发现二仙汤通过降低FoxO3a转录因子的表达,进而下调细胞周期阻滞蛋白p27kip1和促凋亡蛋白Bim的表达,促进卵巢颗粒细胞的增殖,抑制卵巢颗粒细胞的凋亡,来实现对损伤卵巢颗粒细胞的保护和卵巢功能的修复。

4 PI3K/Akt/Bcl-2/Bax信号通路

4.1 PI3K/Akt/Bcl-2/Bax信号通路参与POI的作用机制 Bcl-2和Bax均为Bcl-2基因家族的成员,研究表明Bcl-2基因家族可精准调控线粒体介导的细胞凋亡[31]。Bcl-2基因是人体长寿基因也是原癌基因,作为细胞凋亡的信号因子,可以抑制卵巢颗粒细胞凋亡,促进其分裂,减少卵泡闭锁,延长细胞寿命,而Bax与Bcl-2同源拮抗,可以促进颗粒细胞的凋亡[32]。现代研究表明,位于内质网上的Bax可感知内质网的损伤,被启动内质网应激反应的物质所诱导,Bax构象发生变化和寡聚化,并插入线粒体外膜,同时还可以诱导线粒体膜上的Bax寡聚化,细胞膜通透性改变,将细胞色素C从线粒体释放到细胞质中,细胞色素C与凋亡蛋白酶激活因子1(Apaf-1)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶9(Caspase-9)结合,导致Caspase-9激活,随后激活Caspase-3和Caspase-7,最终导致细胞死亡[33]。研究表明,Bcl-2蛋白可以通过改变其C-末端一段疏水氨基酸的结构,干扰细胞内质网中钙离子(Ca2+)的释放,发挥其抗氧化作用和抑制自由基产生等形式抑制细胞凋亡,其中细胞的凋亡取决于Bcl-2/Bax的比值,当两者蛋白表达失衡时,可形成Bcl-2/Bcl-2或Bax/Bax同二聚体以及Bcl-2/Bax异二聚体来参与颗粒细胞凋亡,当颗粒细胞凋亡达10%以上时可触发卵泡闭锁,大量卵泡高于生理代谢速度的闭锁则可能诱发卵巢功能下降[34]。总之,PI3K/Akt信号通路激活后作用于下游的凋亡相关蛋白Bcl-2和Bax,通过诱导或抑制卵巢细胞凋亡,来调控卵巢功能。

4.2 中药调控PI3K/Akt/Bcl-2/Bax信号通路治疗POI 张慧等[35]观察研究益肾养卵方(药物组成:熟地黄、鹿角胶、菟丝子、女贞子、山药、枸杞、丹参、山茱萸、淫羊藿、覆盆子、陈皮、砂仁)对POI患者PI3K/Akt信号通路Bcl-2/Bax蛋白表达的影响,发现益肾养卵方可通过激活PI3K/Akt信号通路,增加Bcl-2蛋白表达,抑制Bax蛋白表达,上调Bcl-2/Bax的比值,抑制卵巢颗粒细胞过度自噬,使卵巢颗粒细胞抗凋亡能力增强,进而提高卵巢储备功能,改善POI症状。董晓英等[36]研究认为,补肾养血古方毓麟珠(药物组成:当归、熟地黄、菟丝子、人参、炒白术、茯苓、白芍、杜仲、鹿角霜、川椒、川芎、炙甘草)可上调卵巢早衰小鼠卵泡及卵巢间质Bcl-2蛋白表达,下调Bax蛋白表达,使Bcl-2/Bax比值增高,抑制卵泡过早、过多凋亡,进而调控卵巢颗粒细胞的凋亡,改善卵巢功能。梁策等[37]研究表明,补肾调冲方(药物组成:菟丝子、黄精、熟地黄、肉苁蓉、巴戟天、当归、川芎、紫石英、五味子)能够调节卵巢早衰大鼠卵巢性激素水平,上调Bcl-2/Bax比值,维持二者表达平衡,进而抑制卵泡过早凋亡,预防卵巢功能下降。

5 PI3K/Akt/NF-κB信号通路

5.1 PI3K/Akt/NF-κB信号通路参与POI的作用机制 NF-κB是B淋巴细胞中κB轻链表达的调节因子,研究表明NF-κB在次级卵泡向窦状卵泡转变期间被激活,PI3K/Akt/NF-κB信号通路激活后可以促进卵巢颗粒细胞的分化、增殖和卵泡发育,抑制卵泡闭锁和颗粒细胞的凋亡[38]。

5.2 中药调控PI3K/Akt/NF-κB信号通路治疗POI 倪瑞珺等[39]研究探讨补肾方药通过PI3K/Akt/NF-κB信号通路抑制卵巢颗粒细胞凋亡的作用机制,认为补肾方药可以通过抑制NF-κB核移位和转录功能,控制炎性反应,增强NF-κB核转位能力,进而促进白细胞介素2(IL-2)基因的表达,延缓细胞免疫功能的衰退,调节NF-κB信号通路相关凋亡蛋白表达,来抑制颗粒细胞过度凋亡和促进卵泡发育。

6 小结

目前POI的部分潜在病因与发病机制尚不明确,深入探寻切实有效的治疗方法仍是临床面临的难点问题。中医药在POI的防治方面具有巨大的优势,从中医药通过PI3K/Akt信号通路调控mTOR、FoxO3a、Bcl-2/Bax、NF-κB下游信号分子治疗POI的角度进行分析发现,中医药可以通过该通路来调控卵巢细胞的自噬,调节卵泡的生长、发育、成熟、凋亡、过度激活及闭锁,调控卵巢颗粒细胞的分化、增殖和凋亡等多种途径发挥治疗作用。深入研究中医药调控PI3K/Akt信号通路治疗POI的作用机制和靶点,可为中医药的现代化发展和治疗POI的新药研发提供方向和理论依据。