MicroRNA参与多囊卵巢综合征代谢紊乱的研究进展

徐若翔，尹徳，张玮，黄伊里，邹海超，符晓倩

微小RNA(microRNA，miRNA)是一类小分子非编码RNA，广泛存在于多囊卵巢综合征(polycystic ovarian syndrome,PCOS)患者的外周血和组织液中，影响PCOS代谢紊乱的发病及进展，其通过与靶基因信使RNA(messenger RNA,mRNA)的特定位点结合，抑制该基因编码蛋白的合成或诱导mRNA的降解，从而参与基因表达的转录后调控[1]。miRNA能够调节人体近1/3的基因，广泛参与细胞生长、发育、分化、凋亡及细胞周期调控等活动，在生理、发育和控制基因转录后表达的过程中扮演着至关重要的角色[2]，近年来其在代谢紊乱中的作用也逐渐显现。PCOS是育龄期女性常见的内分泌及代谢紊乱性疾病，全球育龄期女性 PCOS 的患病率约为10%[3]，并且呈逐年上升趋势，其主要的临床特征为高雄激素血症、慢性无排卵、卵巢多囊样改变，常伴有胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)、肥胖、轻度慢性炎症等[4]。PCOS的病因复杂，其发生与代谢紊乱在一定程度上和miRNA表达水平变化密切相关。本文综述了近年来关于miRNA在PCOS代谢紊乱致病机制方面的研究进展，以分析其在未来疾病诊断、治疗中的应用潜力。

1 PCOS与糖脂代谢

IR是PCOS患者发生代谢紊乱的主要表现。IR可以降低胰岛素对糖代谢的作用，造成高胰岛素血症和慢性高血糖[5]。研究发现，IR与月经周期的长短、体质量指数(body mass index，BMI)的高低、高雄激素症及多囊卵巢的发生有相关性[6]，并更易发生于PCOS患者。主要原因是胰岛素受体和胰岛素受体底物-1丝氨酸磷酸化增加和酪氨酸磷酸化减少，导致胰岛素信号通路失活，进而改变了经典胰岛素靶细胞(如脂肪细胞、骨骼肌)和卵巢的糖代谢途径。同时，IR与高睾酮和低性激素结合球蛋白浓度密切相关[7]，也是导致PCOS高雄激素血症的因素之一。

脂质代谢异常在PCOS患者中也占有较大比例。PCOS患者的平均甘油三酯水平高于非PCOS女性，高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平较低，非高密度脂蛋白胆固醇水平较高[8]。肥胖和IR加重了动脉粥样硬化等心血管疾病的发生[9]，同时肥胖与月经周期、IR及高雄激素体征呈明显的相关性[10]。既往研究认为，过氧化物酶增殖物激活受体-γ(peroxisome proliferator-activated receptors γ,PPAR-γ)基因的一些突变是导致PCOS肥胖发病的主要机制[11]，它促进脂肪生成，改变饮食行为(主要与高雄性激素与食欲增加有关)[12]。

但是，以上理论不能完全解释PCOS的所有代谢问题。近年来随着研究的深入，发现miRNAs参与包括2型糖尿病(diabetes mellitus type 2,T2DM)、不孕症、动脉粥样硬化、子宫内膜异位症、肿瘤等疾病的发生发展，其在PCOS代谢紊乱中的作用受到关注。在众多已被分类的miRNA中，通过影响代谢途径参与PCOS发病的主要有以下4种： miR-27、miR-21、miR-29a和miR-141-3p。

2 miR-27参与PCOS发病相关机制

Mourelatos Z等[13]于2002年首次从HeLa细胞中检测到miR-27，它包含miR-27a和miR-27b两个亚型。miR-27不仅与肿瘤的发生、发展有关[14]，在激素代谢、肥胖、胰岛素信号转导等过程中也扮演着重要角色。

2.1 miR-27对糖代谢的影响

miR-27可能通过抑制叉头框转录因子O1(forkhead frame transcription factor O1,FOXO1)和PPAR-γ等调控因子介导IR，调节血糖浓度，影响糖代谢。

在血糖正常人群中，Setyowati KD等[15]的研究发现miR-27a的表达与空腹血糖水平具有很强的正相关关系，提示其可能在早期高血糖症中扮演了重要角色。然而，在高血糖合并肥胖型IR患者中，miR-27a表达与血糖水平呈负相关[4]。由于核转录因子FOXO1在胰岛β细胞中高表达并参与调控胰岛β细胞多种生理功能，而miR-27a可以抑制FOXO1 mRNA表达，上调胰岛素合成分泌相关蛋白PDX1-GLUT2/GPR40 mRNA及相关蛋白水平，从而促进胰岛β细胞胰岛素合成分泌增加[10]。结果提示，miR-27a可以促进肥胖型IR患者胰岛β细胞分泌胰岛素，从而使血糖浓度降低[4]。PPAR-γ是miR-27a的直接靶点[16]，研究发现，miR-27a通过靶向PPAR-γ影响磷脂酰肌醇(-3)激酶(phosphatidylinositol 3-kinase regulatory,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)通路进而负向调节GLUT4表达，或通过抑制胰岛素信号通路中胰岛素受体底物1(insulin receptor substrate 1,IRS1)、AKT的磷酸化[17]，最终升高细胞外血糖浓度，介导3T3-L1细胞IR发生。这与上文提到的miR-27a在肥胖型IR患者中的调控效果相反，提示miR-27a对机体血糖调节表现双相作用。

作为代谢综合征的重要组成部分，T2DM的特征是持续性高血糖。在T2DM大鼠或糖尿病患者脂肪组织中miR-27a表达量均上调[18]。同时，Krentowska A等[19]研究指出，PCOS患者血清miR-27a水平的变化与糖代谢受损相关，可作为PCOS患者葡萄糖代谢紊乱的潜在生物标志物。

以上结果提示，miR-27对于血糖水平表现出双向调节作用，在IR、T2DM以及代谢紊乱的发生、发展过程的不同阶段，可能发挥了完全不同的作用，参与糖代谢进程。其表达量可能与体内胰岛素和血脂水平相关，具体机制有待进一步研究。

2.2 miR-27对脂代谢的影响

多项研究提示，miR-27可通过抑制PPAR-γ、cAMP反应元件结合蛋白(cyclic AMP response-element binding protein,CREB)和 CCAAT/增强子结合蛋白α(CCAAT enhancer-binding protein alpha，C/EBPα)等抑制脂肪细胞分化以及脂类的合成和转运，最终对PCOS的发病与进展产生保护作用。

miR-27对脂肪细胞分化有着负向调控作用。Schachner-Nedherer AL等[20]研究结果表明，miR-27a在3T3-L1脂肪前体细胞中表现出明显的抗脂肪生成作用。Zhu Y等[21]发现，miR-27通过抑制CREB从而抑制3T3-L1脂肪前体细胞向脂肪细胞分化。这种抑制作用可以改善PCOS小鼠卵巢功能，增加小鼠排卵前卵泡数量，可能对PCOS有缓解和治疗作用[22]。

此外，PPAR-γ作为脂肪代谢的关键转录因子，在人体中起着调控脂肪细胞分化、脂肪酸代谢和胆固醇代谢的重要作用。过表达的miR-27可通过靶向调节抑制PPAR-γ和C/EBPα的基因和蛋白的表达水平抑制脂肪细胞生成[23]。郑燕[24]在关于PCOS患者的研究中发现，PCOS组的外周血单个核细胞中PPAR-γ mRNA的表达水平均显著低于对照组，并认为外周血单个核细胞PPAR-γ表达下调可能促进PCOS患者高胰岛素血症和高雄激素血症的发生，而高胰岛素和高雄激素可以在脂肪干细胞水平影响脂肪内分泌的调节作用下，降低PPAR-γ的表达量[22]。

综上，miR-27表达对于脂肪细胞数量和脂肪合成有抑制作用，然而脂肪细胞的减少对于PCOS的发病机制影响结果并不统一，与卵巢内成熟卵泡数量、体内胰岛素、雄激素水平有密切关系，具体机制有待进一步研究。

3 miR-21参与PCOS发病相关机制

miR-21由其初级转录物pri-miR-21加工成熟而来，与多种疾病密切相关。近年来国内外研究者对miR-21进行了大量的研究工作，发现miR-21不仅在肿瘤的发生、进展和转移中起着关键性的作用，也可通过调控人体代谢通路，参与疾病发生。

3.1 miR-21对糖代谢的影响

miR-21在高血糖患者的血清中明显升高，同时参与了PCOS患者代谢紊乱。La Sala L等[25]在糖耐量减低和T2DM受试者中观察到miR-21明显上调，认为miR-21与糖尿病前期状态相关，是糖尿病早期重要的预测因子。白爱红等[26]对PCOS患者外周血清miR-21与肥胖、糖脂代谢指标的相关性分析发现，miR-21与BMI、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、IR指数(HOMA-IR)均存在显著正相关，提示miR-21可能参与了糖代谢异常的进程。然而，Ghorbani S等[27]在T2DM患者与健康组对照研究中发现，miR-21与BMI、腰围、胰岛素和HOMA-IR水平之间存在显著的负相关关系，提示miR-21水平可能对肥胖及其相关的代谢特征(如高胰岛素血症)等起到保护作用。这些研究结果存在差异可能与入组人群的基础疾病不同(PCOS和T2DM)有关。此外，体液中的miRNA可依靠细胞外囊泡(外泌体、微粒体和凋亡膜泡)、高密度脂蛋白(HDL)和低密度脂蛋白(LDL)以及RNA结合蛋白等多种载体运输。故相同体液(如血清)中miRNA的来源不同可能是引起结果差异的另一个原因。因此，需要进行额外的研究来区分游离miRNA和膜包裹miRNA，以保证结果的严谨性。

总而言之，以上结果仍然提示miR-21参与了PCOS糖代谢异常和肥胖的发生。未来期待更多更深入的机制研究，以明确miR-21在糖代谢中的作用。

3.2 miR-21对脂代谢的影响

miR-21可通过调控FOXO1相关通路和靶基因脂肪酸延长酶5(elongation of very long chain fatty acid enzyme 5,ELOVL5)的表达，影响脂质代谢和PCOS发病。

FOXO1是人体重要的转录因子，与脂质代谢密切相关，是调控脂肪干细胞生长分化通路的重要组成部分[28]，调控细胞内脂滴的合成和生长。AKT已被证实是FOXO1最重要的调控因子之一，可诱导其磷酸化和降解[29]。Lin Z等[30]研究表明，外周血中被抑制的miR-21-3p靶向调控AKT和细胞周期依赖性激酶2(cyclin dependent kinase 2,CDK2)，使其表达水平下调，使肾小管上皮细胞内FOXO1总水平和核内FOXO1(nuclei-FOXO1)水平显著降低，磷酸化的FOXO1(p-FOXO1)水平显著升高，从而促进甘油三酯的合成，即通过对AKT/CDK2-FOXO1通路的调控影响脂质代谢。同时，在卵巢中FOXO1作为一个重要的转录调节因子参与PCOS发病[31]。肥胖PCOS患者中，囊性纤维化跨膜传导调节因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator,CFTR)和FOXO1表达水平在颗粒细胞中降低[32]，CFTR基因沉默，使得FOXO1表达减少，进而减少糖异生，促进脂肪生成[33]。这些结果提示，外周血中miR-21通过FOXO1相关通路的调控影响脂质代谢，可能是PCOS的发病因素之一。

在牛组织中，bta-miR-21-3p在乳脂率高的牛乳腺上皮细胞中显著上调[34]，并可能通过抑制ELOVL5 mRNA和蛋白质表达促进甘油三酯生成[35]；在人类体液中，miR-21的表达水平在高血脂患者血清中显著上调[36]，与血清脂质、炎症指标呈正相关。这些结果提示miR-21-3p促进甘油三酯合成，参与脂质代谢调节，可能与血脂升高相关。

4 miR-29a参与PCOS发病相关机制

miR-29a在PCOS患者卵泡液[37]和血清[38]中的表达均显著降低，这使得miR-29a可能成为PCOS诊断和治疗的生物标志物。研究表明，miR-29a可能通过参与糖代谢和脂代谢影响PCOS的发生和进展。

4.1 miR-29a对糖代谢的影响

miR-29a可能通过调控PI3K/AKT通路调节胰岛素信号调节因子[39]，提示miR-29参与调节糖代谢。Kurtz CL等[40]研究发现，在IR动物模型中，肝内的miR-29a、miR-29b、miR-29c上调，使用胰岛素增敏药物吡格列酮治疗，能下调上述因子的水平；miR-29下调肝脏中FOXA2基因，FOXA2转录激活HMGCS2，后者被miR-29直接抑制。由此解释了IR动物模型中miR-29a显著上升，但经过吡格列酮治疗后恢复正常的部分原因。该项研究揭示了miR-29作为肝脏代谢途径中潜在关键调节剂的作用。Udesen PB等[41]发现，使用二甲双胍治疗后，PCOS患者miR-29a水平降低，表明miR-29a与高血糖相关。

然而，另一些研究表明，miR-29a对于PCOS疾病的影响可能并不通过糖代谢实现。对于诊断不足一年的早期PCOS患者，血清miR-29a与正常人相比无统计学差异[38]；PCOS患者接受改善IR治疗后，miR-29a的表达亦无明显差异，但观察到miR-29a的表达水平与促性腺激素水平呈负相关[42]，提示miR-29a可能抑制促性腺激素的合成，但不参与病理性胰岛素信号传导。

目前的IR动物模型和临床研究结果尚不能明确miR-29a表达差异与血糖水平之间的关系。先前关于miR-29a与糖代谢的研究，绝大多数在动物模型上完成，鲜有临床数据支撑。miR-29a是糖代谢紊乱和IR的原因还是结果，目前仍缺乏深入的机制研究。虽然miR-29a参与PCOS发病的机制可能和激素水平、糖代谢等都有一定关系，但动物模型与PCOS患者的临床研究结果缺乏一致性，有待进一步优化实验方案，进行深入研究。

4.2 miR-29a对脂代谢的影响

miR-29a与PCOS患者的脂代谢紊乱密切相关。PCOS患者miR-29a与HDL-C和HDL的表达呈显著正相关，与LDL呈负相关，表明miR-29a可能参与了肝脏脂质代谢的调节[37-38]。Swiderska E等[39]发现miR-29a几乎参与了脂肪合成的各个过程。Kurtz CL等[40]研究发现，miR-29a可以充当前馈负调节剂，微调 FOXA2 介导的肝脏脂代谢基因的调节。这些结果提示，miR-29a对于脂类代谢起到了保护作用，这种作用在PCOS的发生和发展过程中有可能起到保护作用，但具体机制有待进一步的研究。

5 miR-141-3p参与PCOS发病相关机制

miRNA-141-3p是miR-200家族成员。有研究报道，miR-141-3p在多种恶性肿瘤中存在异常表达，包括乳腺癌、结直肠癌、膀胱癌和肾透明细胞癌等[43]。同时，miR-141-3p在PCOS患者中表达下调，对PCOS有较高的诊断价值，并与糖脂代谢有关[44]。

5.1 miR-141-3p对糖代谢的影响

miR-141-3p通过靶向调节磷酸酶和紧张素同源物(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten,PTEN)水平在PCOS肥胖患者的糖代谢中发挥作用[44]，PTEN在PCOS患者血清中高表达，并与miR-141-3p呈负相关。PTEN的高表达抑制了AKT和PI3K的磷酸化，同时增加IRS1的磷酸化，从而降低糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β,GSK-3β)的磷酸化水平，减少糖原的合成[45]。

5.2 miR-141-3p对脂代谢的影响

肥胖是PCOS的危险因素。miR-141-3p可能通过PI3K信号通路影响PCOS的发生发展[46]。PI3K-AKT信号可以通过调节蛋白激酶A的磷酸化抑制脂肪细胞脂解作用。此外，PKA还与脂肪细胞分化有关。当使用PI3K-AKT信号通路的抑制剂wortmannin时，AKT的磷酸化和细胞外信号调节激酶1减少，脂肪细胞分化程度降低，甘油三酯和脂肪酸的合成被显著抑制。以上分析表明，当PI3K-AKT信号通路被抑制时，脂肪细胞分化的程度降低[47]。

6 其他miRNA对糖脂代谢的影响

糖代谢方面，多项研究关注miRNAs对GLUT4表达水平的调节，认为后者是介导IR发生的重要因素。miR-320已被证实在PCOS女性卵泡液中大量存在，通过抑制GLUT4表达,降低3T3-L1脂肪细胞对胰岛素的敏感性[48]。在PCOS女性脂肪组织中，miR-93可靶向下调GLUT4表达；抑制miR-93活性可促进GLUT4表达，该结果提示miR-93通过调节GLUT4表达参与IR的发生[49]。miR-33b-5p在IR性PCOS大鼠的卵巢组织中过表达，通过靶向抑制高迁移率蛋白A2来抑制GLUT4的产生[50]。这些研究结果表明，多种miRNAs通过抑制GLUT4的表达，在PCOS患者IR的发生中起重要作用。此外，miRNAs还能调控胰岛素信号通路中多种蛋白的表达水平，其中PI3K-AKT信号通路受到广泛关注。miR-194、miR-193b和miR-122可以靶向PI3K-AKT通路，并在糖耐量受损的PCOS患者中明显上调[51]；miR-143抑制AKT激酶活性，miR-126、miR-1和miR-19a激活PI3K表达，从而影响细胞对葡萄糖摄取能力[52]。

脂质代谢方面，miR-33已被证明可抑制ATP结合盒转运体A1 (ATP-binding cassette transporter A1,ABCA1)表达，升高HDL- C的水平并促进胆固醇在肝脏代谢[53-54]。同时miR-33调控参与反向胆固醇转运(RCT)的基因，如ABCG1、ABCB11等[55]，还可以通过调节线粒体功能基因ATP的产生影响巨噬细胞胆固醇外排能力[56]。此外，miR-33还被证明可以通过靶向N-乙基马来酰亚胺敏感因子来限制肝脏分泌VLDL。miR-30c通过调节胆固醇生物合成和VLDL-C分泌控制LDL-C生成，也可通过靶向微粒体甘油三酯转移酶蛋白来降低Apo B[57]。在鸡组织中，miR-223通过靶向GPAM抑制脂肪细胞分化[58]，均可影响脂质代谢。miR-23a/b和 miR-103在PCOS患者中与BMI呈正相关[59-60]。其中miR-103靶向抑制膜蛋白CD90表达，进而促进人类和小鼠细胞中的脂肪生成[61]。此后研究发现，PCOS患者中miR-103的表达明显高于未患PCOS的女性[59]。

综上，这些发现表明多种miRNA与IR、糖代谢异常、肥胖和血脂异常之间存在很强的相关性，提示其作为PCOS代谢方面治疗靶点的潜力。

7 总结与展望

综上所述，miR-21、miR-27、miR-29a和miR-141-3p的表达与PCOS的发生发展有着密切的关系，其异常表达可能参与PCOS的代谢紊乱。然而，目前很多研究仅停留在miRNA和代谢紊乱现象的相关性研究，不同研究之间存在标本取材差异、样本量少、数据一致性差等问题，使得相关研究重复性较低，结果存在争议，因此迫切需要以miRNA具体作用通路为重点的作用机制研究，以期为PCOS的预防、诊断和治疗提供新的思路和依据。