劉召遠(yuǎn)，張正紅，吳佳琦，王正朝

福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 福建省發(fā)育與神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350007

在哺乳動物中，促黃體生成素(luteinizing hormone，LH)峰誘導(dǎo)成熟卵泡破裂排卵，隨后黃體形成。黃體是由分化的卵泡顆粒細(xì)胞與內(nèi)膜細(xì)胞組成，排卵前可以合成并分泌17β-雌二醇。在LH峰之后，這些細(xì)胞迅速分化為黃體細(xì)胞，并分泌孕酮。黃體由顆粒細(xì)胞分化的大黃體細(xì)胞、內(nèi)膜細(xì)胞分化的小黃體細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞和一些基質(zhì)細(xì)胞組成[1- 13]。從卵泡到黃體過程中卵巢組織的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生了巨大的變化，這與血管增生密切相關(guān)[5- 8]。隨著卵巢卵泡的發(fā)育，卵泡液中氧濃度持續(xù)降低[9- 13]。由此可見，卵泡的成熟、卵巢的排卵及黃體的形成是在缺氧條件下進(jìn)行的[1- 13]。因此，本文從排卵前與排卵后卵巢局部缺氧情況闡述黃體形成過程中卵巢功能與組織結(jié)構(gòu)的變化情況，旨在進(jìn)一步理解缺氧在黃體形成與卵巢生理調(diào)節(jié)中的重要作用。

卵巢的血流

20世紀(jì)70年代，一些研究采用電磁探針監(jiān)控綿羊和牛卵巢動脈的血流，發(fā)現(xiàn)卵巢動脈血流的周期性變化，即在黃體期血流保持在較高的水平，在黃體退化時降低，直到排卵后第5～6天一直維持較低的水平，隨后到黃體階段開始升高[14- 15]。使用多普勒彩色B超對卵巢內(nèi)血流進(jìn)行監(jiān)測[16- 17]，結(jié)果顯示排卵前卵泡的血流面積與速度在LH峰之后短暫升高，這與血漿17β-雌二醇濃度升高及LH峰密切相關(guān)[16- 17]。通過注射促性腺激素釋放激素誘導(dǎo)排卵，可以導(dǎo)致血流面積和速度持續(xù)升高120 h，并伴隨著血漿孕酮的升高[16- 17]。血流的增加與血漿孕酮濃度之間的相關(guān)性與利用電磁探針的經(jīng)典研究結(jié)果一致，表明卵巢的血液供應(yīng)與卵巢中孕酮合成顯著相關(guān)[14- 15]。由于血液供應(yīng)影響組織中氧的水平，這些變化表明氧供應(yīng)與類固醇激素合成之間存在密切聯(lián)系。從黃體退化到黃體形成，卵巢血流量較低被認(rèn)為是卵巢供氧量下降的基礎(chǔ)[14- 15]，包括排卵前后卵泡顆粒細(xì)胞和內(nèi)膜細(xì)胞的黃體化過程。

排卵前缺氧

有研究已經(jīng)證實(shí)缺氧與缺氧誘導(dǎo)因子- 1(hypoxia-inducible factor- 1，HIF- 1)一樣，參與類固醇基因的表達(dá)調(diào)控[1- 3]。缺氧(1%～3% O2)可以顯著減少大鼠和豬顆粒細(xì)胞以及牛黃體細(xì)胞中孕酮合成[1- 3]。在3%、5%和10%氧濃度下培養(yǎng)牛中期黃體細(xì)胞24 h可顯著減少孕酮合成，且3%氧濃度培養(yǎng)可顯著降低細(xì)胞色素P450家族成員11A1(cytochrome P450 11A1，CYP11A1)(也稱為P450scc)mRNA表達(dá)與活性[1- 3]。HIF- 1化學(xué)激動劑氯化鈷處理睪丸間質(zhì)細(xì)胞，可顯著減少CYP11A1 mRNA的表達(dá)與孕酮的產(chǎn)生。研究顯示HIF- 1可以結(jié)合并激活睪丸間質(zhì)細(xì)胞中HSD3B基因的啟動子，而在其他細(xì)胞類型中，缺氧可以降低芳香化酶的表達(dá)和活性。在人滋養(yǎng)層細(xì)胞中，HIF- 1通過雌激素相關(guān)受體α降低芳香化酶的表達(dá)，HIF- 1α還可以通過激活H295R細(xì)胞中miR- 98抑制CYP19A1 mRNA的表達(dá)[1- 3]。然而，目前尚不清楚缺氧是否也能抑制卵巢顆粒細(xì)胞內(nèi)的芳香酶活性。

在哺乳動物卵巢中，大卵泡液中氧含量比小卵泡液中氧含量更低，其可以通過HIF- 1促進(jìn)顆粒細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的產(chǎn)生[9- 11]。在靈長類動物中，HIF- 1α幾乎不在卵巢生長卵泡與有腔卵泡的細(xì)胞核中表達(dá)，但排卵時在卵泡顆粒細(xì)胞核中顯著表達(dá)。排卵前卵泡迅速改變功能，排卵后黃體形成，伴隨著劇烈的血管增生[9- 11]。由此可見，HIF- 1-VEGF誘導(dǎo)的血管生成系統(tǒng)可能參與了卵泡發(fā)育的后期階段與排卵后黃體形成的起始階段。在牛黃體細(xì)胞與人顆粒細(xì)胞中，HIF- 1α的表達(dá)受cAMP與缺氧互作的調(diào)控。化學(xué)性缺氧可以增加HIF- 1α蛋白的表達(dá)，并通過促黃體生成素和cAMP進(jìn)一步增強(qiáng)其表達(dá)，表明HIF- 1α是在轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后水平被誘導(dǎo)的。首先是促黃體生成素誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)錄，然后在缺氧條件下HIF- 1α蛋白的穩(wěn)定性及蛋白水平進(jìn)一步增加。在排卵前卵泡發(fā)育的后期，缺氧情況通過多種現(xiàn)象的調(diào)節(jié)參與卵泡功能，如類固醇激素合成與血管增生。這種調(diào)控僅是整個排卵/黃體化系統(tǒng)的一小部分，且缺氧在這個階段卵巢功能中的絕大部分作用仍不清楚，但缺氧產(chǎn)生的信號已經(jīng)表明其在黃體化及黃體形成中具有非常重要的作用[4- 8]。

排卵中缺氧

在哺乳動物卵巢排卵時，許多趨化因子表達(dá)水平升高，如白介素- 8、單核細(xì)胞趨化蛋白- 1、生長調(diào)節(jié)的原癌基因-α、趨化因子配體5與胸腺表達(dá)趨化因子[18- 21]。CXC趨化因子家族的基質(zhì)細(xì)胞衍生因子- 1及其受體CXCR4在排卵前調(diào)節(jié)卵泡功能，如CXCR4在排卵前表達(dá)升高。孕酮是排卵必需的，通過孕酮受體(progesterone receptor，PGR)發(fā)揮作用，同時還調(diào)節(jié)小鼠HIF- 1α、HIF- 2α和HIF- 1β基因的表達(dá)。另外，敲除孕酮受體的小鼠在促性腺激素誘導(dǎo)其超數(shù)排卵時，HIF- 1α、HIF- 2α和HIF- 1β的表達(dá)顯著低于野生型小鼠，同時利用棘霉素抑制HIF- 1的轉(zhuǎn)錄功能明顯減少3個排卵相關(guān)基因(ADAMTS1、VEGF、EDN2)的表達(dá)[9- 13，18- 19]，表明孕酮、PGR、HIF- 1和HIF- 2在排卵過程中具有重要作用。雖然缺氧的重要性及排卵過程中產(chǎn)生的信號得到越來越多的關(guān)注，但還需要進(jìn)一步研究來了解缺氧信號與排卵信號之間的對話，以闡明缺氧在排卵中的作用。排卵后，破裂的卵泡組織立即形成黃體，同時伴隨著功能與結(jié)構(gòu)的變化。這些變化需要快速的血管增生來支持，而這種血管增生是由缺氧引起的[1- 13]。

排卵后缺氧

排卵后，由于出血、未成熟的血管以及沒有血流供應(yīng)的細(xì)胞增殖，破裂的卵泡被認(rèn)為處于缺氧狀態(tài)[4- 8]。在靈長類動物卵巢中，缺氧條件的已知標(biāo)志蛋白HIF- 1α在排卵后第2天新形成的黃體中表達(dá)顯著增高，同時發(fā)現(xiàn)在牛卵巢中，在排卵后第2～6天早期發(fā)育黃體組織中HIF- 1α的表達(dá)顯著高于發(fā)情周期的其他階段[9- 13]。盡管目前還沒有確定某一物種黃體中的氧濃度，但關(guān)于HIF- 1α蛋白表達(dá)這些發(fā)現(xiàn)已經(jīng)表明新生黃體組織是處于缺氧狀態(tài)的。

在20世紀(jì)90年代早期，最早進(jìn)行黃體形成過程中血管增生的研究。Ferrarra和Henzel于1989年首次證明VEGF是一種強(qiáng)有力的促血管生成因子，并發(fā)現(xiàn)其促進(jìn)奶牛和婦女黃體形成過程中血管增生[22]。在1995年HIF- 1α發(fā)現(xiàn)后不久，研究表明HIF- 1α是VEGF的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子[9]。為了證實(shí)HIF- 1α參與黃體形成，HIF- 1的蛋白分析至關(guān)重要，因?yàn)镠IF- 1主要受蛋白質(zhì)羥基化調(diào)控[5- 8]。通常，HIF- 1α通過泛素-蛋白溶酶體途徑迅速降解，但缺氧抑制HIF- 1α降解，并與HIF- 1β結(jié)合后發(fā)揮功能[5- 8]。在靈長類動物中，HIF- 1α免疫染色結(jié)果顯示HIF- 1α在早期黃體細(xì)胞核中表達(dá)[23]。另外，在牛早期及發(fā)育階段黃體中，HIF- 1α的表達(dá)比其他階段黃體中的表達(dá)要高；在體外培養(yǎng)的牛早期黃體細(xì)胞中，缺氧誘導(dǎo)HIF- 1α及VEGF的表達(dá)；在牛黃體化顆粒細(xì)胞和人顆粒細(xì)胞中，化學(xué)性缺氧(氯化鈷)也可以誘導(dǎo)HIF- 1α蛋白和VEGF mRNA的表達(dá)，且可以被LH進(jìn)一步誘導(dǎo)[9- 13]。在卵巢類固醇合成細(xì)胞中，缺氧可以增加VEGF、內(nèi)皮素- 2及成纖維細(xì)胞生長因子- 2的表達(dá)[18- 21]，表明這些因子也在黃體形成所需要的缺氧信號中發(fā)揮作用。例如，內(nèi)皮素- 2可以誘導(dǎo)黃體發(fā)育特性的改變，如細(xì)胞增殖、VEGF/COX- 2增加；缺氧可以誘導(dǎo)人顆粒細(xì)胞中促血管生成因子白介素- 8的表達(dá)，且在牛黃體早期階段白介素- 8的表達(dá)顯著高于發(fā)情周期的其他階段[18- 21]。因此，缺氧/白介素- 8系統(tǒng)誘導(dǎo)的血管增生對黃體形成具有輔助作用。由此可見，缺氧通過HIF產(chǎn)生的信號對黃體形成中的血管增生是必需的。

另外，缺氧可以促進(jìn)黃體形成過程中黃體內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，如同黃體類固醇合成細(xì)胞。但排卵后黃體快速生長主要是由于類固醇合成細(xì)胞體積的增加，而不是數(shù)量的增多。黃體類固醇合成細(xì)胞在缺氧刺激下也表達(dá)VEGF，導(dǎo)致黃體血管增生過程中內(nèi)皮細(xì)胞的增殖。目前，缺氧是如何誘導(dǎo)類固醇合成細(xì)胞增殖的機(jī)制仍不清楚，可能與HIF- 1α通路有關(guān)。

細(xì)胞缺氧反應(yīng)

在哺乳動物中，幾乎所有的細(xì)胞都具有一種保守的細(xì)胞機(jī)制來適應(yīng)缺氧條件。缺氧可以特異性地激活HIF，其由α和β兩個亞單元組成，形成二聚體，發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的功能。通常情況下，HIF與其靶基因上的缺氧反應(yīng)元件結(jié)合，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄水平。HIF可通過多種機(jī)制啟動對缺氧的防御，如缺氧誘導(dǎo)腎臟促紅細(xì)胞生成素的合成，刺激紅細(xì)胞生成，增加血氧量。同時，缺氧還可以誘導(dǎo)組織蛋白質(zhì)合成，調(diào)節(jié)局部血流，如VEGF、內(nèi)皮型一氧化氮合酶及血紅素氧化酶- 1[4- 13]。VEGF刺激血管增生，并增加血管的通透性。內(nèi)皮型一氧化氮合酶和血紅素氧化酶- 1可以產(chǎn)生血管擴(kuò)張物質(zhì)一氧化氮和一氧化碳，增強(qiáng)缺氧組織的灌注[24- 26]。另外，缺氧可以誘導(dǎo)糖酵解酶的表達(dá)，如磷酸激酶- 1、烯醇化酶- 1和乳酸脫氫酶- 1；同時增加葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，從而增加葡萄糖的攝取。

總結(jié)與展望

HIF- 1的發(fā)現(xiàn)闡明了許多類型細(xì)胞對缺氧的反應(yīng)，其與病理性或生理性組織生長有關(guān)，如癌癥及雌性生殖系統(tǒng)。HIF在多種器官中表達(dá)，表明這些器官細(xì)胞有能力對缺氧條件做出響應(yīng)。在生殖生理中，缺氧是一個重要信號，缺氧產(chǎn)生響應(yīng)在所有物種黃體形成中是必不可少的。然而，缺氧對黃體形成的一些調(diào)控機(jī)制仍不清楚，如HIF- 1α在缺氧和不缺氧條件下均受生殖激素人絨毛膜促性腺激素和LH的調(diào)控。深入理解缺氧產(chǎn)生的信號與生殖激素誘導(dǎo)的信號之間的對話有助于進(jìn)一步闡明缺氧在黃體形成以及卵巢生理調(diào)控中的作用。