戚儀雯，郭路，李斌

復旦大學附屬婦產科醫(yī)院婦科，上海200011

卵泡發(fā)育及其調控機制是生殖內分泌學領域的研究熱點。卵泡發(fā)育需要在卵巢內、外部因素的嚴密調控下進行。氨基酸作為體內蛋白質和核酸的前體，可通過卵母細胞的轉運系統(tǒng)進入細胞內，通過參與蛋白合成、能量產生和細胞內緩沖等過程調節(jié)卵泡的發(fā)育[1]，在卵泡發(fā)育的不同階段可觀察到卵母細胞、顆粒細胞及卵丘細胞中多種氨基酸的轉運與代謝過程。然而氨基酸代謝水平的異?？蓪е侣雅莅l(fā)育異常，誘發(fā)卵巢早衰等卵巢功能衰退相關疾病，但其具體調控機制尚不明確。本文主要對氨基酸代謝對卵巢功能影響及其可能的作用機制進行綜述。

1 氨基酸轉運系統(tǒng)參與卵泡發(fā)育過程

卵泡除了受到環(huán)境的影響和調節(jié)，其發(fā)育離不開卵母細胞及周圍的顆粒細胞、卵丘細胞間相互作用。氨基酸的攝入與代謝與卵泡發(fā)育密切相關，研究表明必需氨基酸限飼的大鼠動情周期發(fā)生紊亂，且多數(shù)具有排卵功能障礙，蛋白質限制飼喂會擾亂大鼠的氨基酸代謝動力學并改變大鼠卵泡中線粒體的結構和功能[2]。

Colonna 等[3]首次在小鼠卵泡形成的過程中觀察到氨基酸轉運系統(tǒng)，GV 期的卵母細胞主要通過L 型和ASC 型氨基酸轉運體。隨后，Pelland 等[4]實驗測量了小鼠卵泡中9 種氨基酸的轉運特性和11 種氨基酸轉運系統(tǒng)的活動，表明b0，+、L 和ASC 型氨基酸轉運系統(tǒng)在整個卵母細胞的生長發(fā)育和成熟過程中都處于活躍狀態(tài)；XAG-，B0，+，A 和CAT/+氨基酸轉運系統(tǒng)不參與卵母細胞生長或減數(shù)分裂的過程，與之相反，GLY，和Xc-氨基酸轉運系統(tǒng)在卵母細胞減數(shù)分裂的過程中被激活。

在顆粒細胞及卵丘細胞中同樣也觀察到氨基酸轉運體的表達，并可通過細胞縫隙連接在卵泡發(fā)育的不同階段促進卵母細胞氨基酸轉運，但顆粒細胞與卵丘細胞中的優(yōu)勢氨基酸轉運體的表達并不盡相同，人溶質載體家族38 成員3（solute carrier family 38,member 3，SLC38A3，一種編碼鈉耦合中性氨基酸轉運蛋白的轉錄物）在卵丘細胞中大量表達，而顆粒細胞中則較多表達甘氨酸、丙氨酸、牛磺酸和賴氨酸的轉運體，這些轉運體將上述氨基酸轉運至卵母細胞，參與調節(jié)卵泡的發(fā)育[5]。

卵泡中氨基酸轉運系統(tǒng)的存在表明卵泡可充分利用內外環(huán)境中的氨基酸。業(yè)已證實谷氨酰胺可作為能量基質支持卵泡發(fā)育。谷氨酰胺可再啟動小鼠及馬的卵丘-卵母細胞復合體中卵母細胞減數(shù)分裂，在培養(yǎng)基中加入谷氨酰胺還可促進牛、狗、兔和恒河猴等多種動物卵泡的成熟[6]。甘氨酸則可參與卵母細胞容積的調節(jié)，卵泡中甘氨酸的轉運體GLYT1 在卵母細胞GV 期處于靜息狀態(tài)，直至排卵期被激活，隨后GLYT1 通過轉運甘氨酸調控卵母細胞的細胞容積[7]。另外，谷氨酰胺和甘氨酸還可通過三羧酸循環(huán)形成的ATP 為卵泡提供能量，維系卵泡的發(fā)育。研究表明在竇前卵泡轉變?yōu)楦]卵泡的過程中，可觀測到卵泡中亮氨酸攝入的升高；卵母細胞減數(shù)分裂成熟的過程中可觀察到絲氨酸的攝入量也在逐步提高，但亮氨酸及絲氨酸在卵泡發(fā)育中的具體作用機制尚不明確[8]。目前仍需要更多的研究來進一步鑒別不同氨基酸在卵泡發(fā)育中發(fā)揮的具體作用及機制。

2 氨基酸代謝異常可能導致卵巢功能衰退

研究表明，氨基酸代謝紊亂會導致卵母細胞無法受精。氣相色譜-質譜法分析反復種植失?。╮epeated implantation failure，RIF）患者與對照組（即IVF 第1 周期妊娠者）的卵泡液，結果表明RIF 組卵泡液中纈氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、絲氨酸和丙氨酸等11 種氨基酸含量顯著升高[9]。在卵巢過度刺激綜合征（ovarian hyperstimulation syndrome，OHSS）患者的卵泡液中可觀察到酪氨酸含量較對照組顯著降低[10]。卵泡液中支鏈氨基酸（branched chain amino acid,BCAA）比例升高可能會誘導卵巢局部產生胰島素抵抗，Zhang 等[11]研究發(fā)現(xiàn)多囊卵巢綜合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）患者中亮氨酸、纈氨酸和谷氨酸水平升高，且與胰島素抵抗水平呈正相關性。代謝譜分析提示PCOS 組卵泡液中丙氨酸、甘氨酸、瓜氨酸及脯氨酸含量較少，精氨酸濃度明顯升高，且精氨酸的濃度與獲卵數(shù)、獲胚數(shù)皆呈負相關性[12]。綜上所述，1 種或多種的氨基酸代謝異?？赡軙绊懧涯讣毎l(fā)育，導致卵巢功能衰退。

3 氨基酸代謝異常導致卵巢功能衰退的可能機制研究

卵巢發(fā)育離不開氨基酸代謝的調控，氨基酸代謝紊亂會誘發(fā)卵巢早衰等卵巢功能衰退疾病的發(fā)生，但目前關于氨基酸代謝對卵巢功能影響具體作用機制的詳細研究較少。

3.1 氨基酸代謝通過氧化應激水平導致卵巢功能衰退 氧化還原是生物體維持生命活動的基本反應，線粒體氧化物質產生ATP 的過程有一系列具有氫和電子傳遞功能的酶復合體，并按照一定的順序組成的氧化還原體系稱為電子傳遞鏈，并在這個過程中使O2還原成超氧自由基和一系列活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）。研究表明，機體氧化應激水平較高會影響卵子的發(fā)育成熟，卵母細胞線粒體可通過顆粒細胞調控相應的卵母細胞生理功能，當機體處于氧化應激狀態(tài)時，線粒體膜通透性增加，過多Ca2+流入線粒體內降低跨膜電位，同時ROS 含量激增，2 者共同作用誘導顆粒細胞凋亡[13]。與此同時，氧化應激水平的改變已經在早發(fā)性卵巢功能不全（primary ovarian insufficiency,POI）患者及POI 模型中得到了證實，POI 患者血清ROS 水平較正常人顯著升高，并且血清FSH 水平與血清ROS、總氧化應激量、氧化應激指數(shù)呈正相關改變，總抗氧化應激量呈負相關改變[14]。由此可見，氧化應激水平升高會導致卵巢功能衰退并誘導卵巢早衰的發(fā)生。

氨基酸代謝與體內氧化應激水平密切相關，目前已有較多研究證實BCAAs 可調控體內氧化應激水平。D'Antona等[15]在2010年建立BCAAs 攝入過剩小鼠模型，發(fā)現(xiàn)BCAAs攝入的過?？稍黾有∈缶€粒體的合成并降低ROS的產生，改善體內氧化應激水平，延長小鼠生命周期。

氨基酸代謝可通過調控氧化應激水平調控卵巢功能。谷胱甘肽（glutathione，GSH）是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的小分子三肽，由于其具有游離的巰基，GSH 可參與體內氧化還原過程，清除體內大量的ROS。正常卵泡液中谷氨酰胺占卵泡液中氨基酸總量的比例較高。谷氨酰胺可作為底物形成GSH 參與抗氧化作用，保護卵子受氧化應激的損傷。同時，在卵母細胞成熟過程中也觀察到甘氨酸及胱氨酸轉運活躍，表明其亦參與GSH 的合成[16]。Ocal 等[17]對50 例ART 輔助生殖技術助孕患者的卵泡液進行代謝組學分析，研究表明妊娠組卵泡液中同型半胱氨酸水平顯著下降，并推測由于同型半胱氨酸其分子中的巰基具有高度的反應性，消耗體內大量的氧自由基，降低了卵巢氧化應激水平，繼而改善患者的生殖力。

3.2 氨基酸代謝通過mTOR 信號通路導致卵巢功能衰退 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路具有促進物質代謝作用、參與細胞凋亡、自噬等過程，參與多種疾病的信號通路調控。mTOR 信號通路與始基卵泡激活之間的關系已有較多成熟的研究結果。始基卵泡是女性基本的生殖單位，也是卵細胞儲備的唯一形式，始基卵泡的激活與卵巢功能及卵巢衰老密切相關。Ernst 等[18]的實驗說明始基卵泡向初級卵泡轉化的過程中，可檢測到mTOR信號在卵母細胞和顆粒細胞中的表達上調。若去除mTOR 的抑制基因TSC1 和TSC2，會導致mTOR 信號通路持續(xù)激活，此時始基卵泡亦會持續(xù)激活、募集，并加速卵泡池消耗殆盡，最終誘發(fā)卵巢早衰等卵巢功能衰退疾病的發(fā)生。雷帕霉素作為mTOR 的抑制劑，具有改善始基卵泡過度激活的保護作用。研究[19]表明體內應用雷帕霉素的小鼠，始基卵泡激活量減少，同時蛋白組學實驗可觀察到mTOR 及其下游靶蛋白S6 磷酸化受到抑制。由此可見mTOR 及其下游信號通路共同參與調控始基卵泡的激活。

研究[20-22]表明，氨基酸可通過刺激TSC1-TSC2 復合物調控Rheb（Ras homologue enriched in brain）及Rag GTPases（guanosine triphosphatases），從而調節(jié)并激活mTORC1 及其下游通路。氨基酸代謝可在體內多種器官中參與mTOR信號通路的激活：亮氨酸可通過mTOR 通路提高機體肌肉中蛋白質的合成，精氨酸可在龐貝氏病模型中調節(jié)mTOR信號通路，調節(jié)支鏈氨基酸中亮氨酸、纈氨酸和異亮氨酸的比例亦會影響mTOR 信號通路的表達[23-25]。氨基酸可介導mTOR 信號通路調控卵泡的激活，亮氨酸、谷氨酰胺和精氨酸可通過參與mTOR 信號通路提高始基卵泡的激活水平，小鼠卵泡體外培養(yǎng)基中加入亮氨酸，RT-PCR 實驗結果顯示Gdf9 及Bmp15 基因表達水平升高，這2 種基因對早期卵泡細胞的增殖、分化起到重要作用；培養(yǎng)基中加入谷氨酰胺的小鼠卵泡則可觀測到PI3K 基因上調，PI3K 是mTOR 信號通路的上游分子，證實谷氨酰胺參與mTOR 信號的調節(jié)與激活[26]。

4 調節(jié)氨基酸攝入可能改善卵巢功能

前文已述，氨基酸代謝紊亂可導致卵巢功能衰退。研究表明，通過調節(jié)氨基酸攝入量可影響女性的卵泡發(fā)育、排卵及月經周期。氨基酸的攝入缺乏會導致卵泡發(fā)育減緩，卵泡無法發(fā)育成熟，始基卵泡無法轉化為初級卵泡，同時造成女性月經周期的紊亂。Narita 等[27]報道大鼠飼喂缺乏必需氨基酸的飼糧會導致大鼠卵巢重量降低，動情周期紊亂且排卵停止，同時，血液和卵巢中必需氨基酸含量均顯著降低。其中纈氨酸缺乏組動情周期影響最為顯著，蛋氨酸缺乏組和色氨酸缺乏組受到的影響最少。反之，攝入過量的蛋白質可能會促進卵泡的發(fā)育。Zhou 等[28]實驗證明高蛋白飲食的大鼠較正常飲食組和低蛋白飲食組有更多大于4 mm 的卵泡，且達到減數(shù)分裂Ⅱ期的卵母細胞遠多于低蛋白飲食組。Geppert 等[29]報道母牛分別喂養(yǎng)國際研究委員會（NRC）規(guī)定的標準代謝性蛋白質飼料（metabolizableprotein，MP）量的125%和150%飼料，MP150 組的優(yōu)勢卵泡，黃體的大小均大于MP125 組，竇狀卵泡數(shù)量亦多于MP125組，證實了過量氨基酸的攝入可能會促進卵泡發(fā)育和改善卵巢功能。但是，目前對特定氨基酸對卵巢功能的改善作用尚不清楚，還有很大研究空間，仍需要更多的研究來進一步分析如何調節(jié)氨基酸的攝入與種類達到預防及延緩卵巢衰老的目的。

5 小結

女性卵泡發(fā)育需要氨基酸代謝的參與，大量研究證明，氨基酸參與正常卵泡發(fā)育的過程，通過氨基酸轉運、合成及代謝調控卵泡的激活、成熟及維系卵泡的正常功能，而氨基酸代謝紊亂可導致卵巢功能衰退。氨基酸代謝主要通過改變卵巢氧化應激水平、激活mTOR 信號通路等方式參與調控卵巢功能，誘發(fā)卵巢早衰等卵巢功能衰退疾病，與此同時，通過調節(jié)氨基酸攝入量可能改善卵巢功能，延緩卵巢衰老。然而其具體調控機制仍不明確，因此，對氨基酸代謝影響卵巢功能及其機制的進一步的深入研究有助于增進對卵泡的發(fā)育機制的全面理解，為提高女性的卵泡發(fā)育、卵巢功能及生殖健康提供新的臨床思路。