李荔 周嘉禾 李末娟 鐘明琳 張小偉 許秋儀 梁蓮云

1廣東省婦幼保健院婦女兒童健康研究所（廣州 511442）；2廣州醫(yī)科大學(xué)（廣州 510182）；3華南理工大學(xué)附屬第六醫(yī)院（佛山市南海區(qū)人民醫(yī)院）婦產(chǎn)科（廣東佛山 528200）；4東莞市婦幼保健院婦產(chǎn)科（廣東東莞 523125）

多囊卵巢綜合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是育齡女性最常見的生殖內(nèi)分泌疾病，也是無排卵性不孕的最常見原因。PCOS 患病率約5% ～15%，我國是全球PCOS 患病率增長最快的國家之一，2017年中國PCOS 發(fā)病率比2007年增長3.68%［1］。PCOS 不僅影響生育，導(dǎo)致不孕、流產(chǎn)及妊娠期高血壓、糖尿病，早產(chǎn)等不良妊娠結(jié)局，還常伴隨高脂血癥、腹型肥胖、糖代謝異常、心血管疾病等多種代謝相關(guān)疾病［2-3］。2015年一項回顧性隊列研究納入2 566 例PCOS 住院女性及25 660 例年齡匹配的非PCOS 女性，發(fā)現(xiàn)PCOS 患者不孕及不良妊娠結(jié)局發(fā)生風(fēng)險顯著高于非PCOS 人群［4］。2017年一項meta 分析納入PCOS 孕婦13 378 例，非PCOS 孕婦49 395 例，發(fā)現(xiàn)PCOS 患者常伴有妊娠糖尿病及高血壓、剖宮產(chǎn)、早產(chǎn)及巨大兒等各種妊娠并發(fā)癥［5］。此外，多項研究發(fā)現(xiàn)，較非PCOS人群，PCOS 患者罹患糖尿病、高血壓、非酒精性脂肪肝、心血管疾病等代謝疾病發(fā)生率顯著升高［6-7］。

PCOS 是影響婦女生殖健康及生活質(zhì)量的常見疾病，由于其發(fā)病機制尚未明確，病因復(fù)雜，與遺傳及后天環(huán)境均有關(guān)系，是生殖內(nèi)分泌領(lǐng)域最為復(fù)雜的研究熱點之一；同時由于疾病的高度異質(zhì)性，缺乏預(yù)后標(biāo)志物，早期診斷困難，導(dǎo)致20%患者延遲診斷或誤診，患者不孕不育、反復(fù)流產(chǎn)，遠(yuǎn)期并發(fā)癥升高。近年來表觀遺傳學(xué)、代謝組學(xué)、腸道微生物等生物技術(shù)的進(jìn)展，為PCOS 患者的診療帶來了新的曙光。本文就PCOS 的遺傳學(xué)機制、代謝組學(xué)、腸道菌群的研究進(jìn)展進(jìn)行前沿述評，從新的視角再認(rèn)識PCOS 致病機制，以期深入理解疾病發(fā)病機制，為臨床治療提供新方向。

1 PCOS 的表觀遺傳學(xué)機制及治療新方向

PCOS 是一種復(fù)雜的多基因功能障礙，遺傳和表觀遺傳調(diào)控在PCOS 表型形成中發(fā)揮重要的作用。遺傳因素被認(rèn)為是PCOS 發(fā)病的主要原因，中國及歐洲人群的多個全基因組關(guān)聯(lián)分析證實PCOS遺傳位點涉及雄激素合成、促性腺激素、卵巢局部功能、代謝等［8-10］。PCOS的發(fā)病常具有家族聚集性，且認(rèn)為與常染色體有關(guān)，在一級親屬中發(fā)病率更高。多項家族性和雙胞胎研究證實了遺傳因素在PCOS 的發(fā)病中有著舉足輕重的作用，其遺傳率高達(dá)70%［11-12］。PCOS 患者的女兒罹患該病幾率升高5 倍［12］，但胎兒期宮內(nèi)高雄激素、高抗苗勒管激素（AMH）環(huán)境也是導(dǎo)致子代罹患PCOS 的重要原因，這已經(jīng)在人類及大鼠模型上被證實［13-16］。

環(huán)境改變可能是PCOS 的誘因之一，但是先前的研究極少關(guān)注PCOS 的表觀遺傳學(xué)變化。直至2018年，表觀遺傳與PCOS 的發(fā)生發(fā)展的研究才逐漸開始受到關(guān)注［17-19］。2021年2月，法國里爾大學(xué)醫(yī)學(xué)院的MIMOUNI 團隊在《Cell Metabolism》發(fā)表的一項創(chuàng)新性研究［20］，證明PCOS 神經(jīng)內(nèi)分泌和代謝功能障礙在PAMH 小鼠（概括了PCOS 高雄激素、高AMH、排卵障礙、不孕、代謝異常等生理特征的模型小鼠）中傳播至少三代。該項研究闡明了PCOS 可能的表觀遺傳學(xué)機制：環(huán)境因素（宮內(nèi)高雄激素、高AMH）通過誘導(dǎo)表觀遺傳變化（如DNA 甲基化）發(fā)揮其作用，這些修飾會導(dǎo)致PCOS 子代疾病易感性增加，造成子代神經(jīng)內(nèi)分泌及代謝障礙。同時，研究人員用甲基供體S-腺苷甲硫氨酸處理PCOS 小鼠模型后，發(fā)現(xiàn)DNA 甲基化程度升高可以緩解PCOS 小鼠的轉(zhuǎn)錄組學(xué)、神經(jīng)內(nèi)分泌和代謝缺陷。表明用甲基化藥物治療PAMH F3 雌性后代可以挽救PCOS 的神經(jīng)內(nèi)分泌和代謝改變，從而提出了PCOS 表觀遺傳治療的新方向（圖1）。

圖1 PCOS 表觀遺傳學(xué)機制及其治療新方向Fig.1 New directions in mechanism and treatment of epigenetics in PCOS

該團隊研究人員首先建立宮內(nèi)高AMH 小鼠模型（PAMH），并驗證了PCOS的強遺傳性。與對照組相比，PAMH 小鼠后代表現(xiàn)出更多的PCOS 癥狀，交配后產(chǎn)仔的數(shù)量也減少；出生后6 個月，PAMH動物模型的代謝發(fā)生了改變，包括體質(zhì)量和脂肪量更高，PAMH F1 后代的葡萄糖耐量和胰島素敏感性較低等，呈現(xiàn)出跨代遺傳的現(xiàn)象。隨后，研究人員對第三代PCOS 樣小鼠及對照組小鼠的卵巢組織進(jìn)行甲基化DNA 免疫共沉淀測序（MeDIP-seq），分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：DNA 低甲基化可以調(diào)節(jié)與PCOS關(guān)鍵基因的表達(dá)。研究者進(jìn)一步證實了甲基供體S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的治療潛力，SAM 是一種重要的天然存在的生物分子，廣泛存在于所有活細(xì)胞中，并作為所有轉(zhuǎn)甲基化反應(yīng)的主要甲基供體，用于促進(jìn)低甲基化組織的甲基化。研究人員用SAM 處理PCOS 小鼠模型后，發(fā)現(xiàn)DNA 甲基化程度升高可以緩解PCOS 小鼠的轉(zhuǎn)錄組學(xué)、神經(jīng)內(nèi)分泌和代謝缺陷。最后，研究人員通過臨床樣本分析，發(fā)現(xiàn)PCOS 患者的血液樣本中同樣存在差異甲基化，從PAMH 小鼠全基因組甲基化譜篩選出的六個基因中，可以鑒定出五個甲基化基因，分別為：ROBO-1、CDKN1A、HDC、IGFBPL1 和IRS4，均定位于這些基因的啟動子區(qū)域。該研究發(fā)現(xiàn)了DNA 甲基化水平降低是PCOS 重要的表觀跨代異常特征，首次提出SAM 可逆轉(zhuǎn)PCOS 的神經(jīng)內(nèi)分泌及代謝障礙，為PCOS 的治療提供了新的基于表觀遺傳的PCOS 治療策略。2021年，ABBOTT等［21］同期在《Cell Metabolism》撰文，評價“該項研究是基于PCOS 表觀遺傳領(lǐng)域方面的全新的、具有深刻洞察力的研究”，為PCOS 的治療指出了新的方向。

同時，該研究仍然存在局限性，例如：尚未進(jìn)行PCOS 動物模型的低甲基化組織的全基因組DNA 甲基化分析、RNA 測序、轉(zhuǎn)錄后組蛋白修飾的研究；尚未證實SAM 是否能逆轉(zhuǎn)PAMH 小鼠模型的生殖障礙；尚未進(jìn)行哺乳類動物實驗（如獼猴）等等。未來可在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行全基因組DNA 甲基化分析、組蛋白乙酰化等研究，并與PCOS 患者的臨床表型關(guān)聯(lián)分析，同時，還需要進(jìn)一步分析對PCOS 促進(jìn)甲基化的治療對患者的遠(yuǎn)期繼發(fā)副反應(yīng)。

近年來，大量研究表明，非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNAs）參與了PCOS 的發(fā)生發(fā)展。非PCOS 人 群中 比 較，PCOS 患 者ncRNA 的表達(dá)在血清、顆粒細(xì)胞、濾泡液等組織中均存在顯著差異，有可能成為診斷性生物標(biāo)志物和治療靶點。其中，miRNA、LncRNA、siRNA 是三種常見的ncRNA。研究表明，在顆粒細(xì)胞、卵泡液中，PCOS 組的miR-93、miR-21 表達(dá)顯著性增高［22］，差異表達(dá)的miRNAs 參與多種信號通路，包括氨基酸代謝、激素調(diào)節(jié)、細(xì)胞分化等［23］。作為ncRNA 家族的重要一員，lncRNA 在細(xì)胞增殖、分化、凋亡和腫瘤發(fā)生中發(fā)揮重要作用。研究顯示，PCOS 患者外周血白細(xì)胞中l(wèi)ncRNA H19 的表達(dá)水平明顯增高。一項動物實驗中顯示，PCOS 大鼠模型子宮組織的lncRNA CD36-005 明顯上調(diào)，表明lncRNA 的表達(dá)水平可能是PCOS 發(fā)生的一個重要誘因［24-25］。而關(guān)于siRNA的研究，更多的關(guān)注點在于它和miRNA 結(jié)合來發(fā)揮基因沉默的功能，已有研究證實了siRNA 介導(dǎo)的基因沉默和PCOS 存在密切的關(guān)系，可導(dǎo)致卵泡生長減速，進(jìn)而造成不孕［26］。

2 PCOS 代謝組學(xué)機制研究

PCOS 不僅影響生殖、導(dǎo)致不孕，還與機體代謝密切聯(lián)系，嚴(yán)重影響患者的生命質(zhì)量、生育及遠(yuǎn)期健康。2007-2011年間北京大學(xué)第三醫(yī)院牽頭的“十二五”國家科技支撐計劃，通過對來自中國10 個省市的15 924 例19～45 歲的育齡婦女，進(jìn)行大規(guī)模的分層隨機抽樣調(diào)查，明確我國育齡女性PCOS 患者有更高的代謝綜合征的發(fā)病情況［27］。PCOS 女性不僅存在嚴(yán)重的內(nèi)分泌激素紊亂，還合并多種代謝功能異常，包括胰島素抵抗、高胰島素血癥、過度肥胖等，導(dǎo)致患者最終發(fā)展為2 型糖尿病、非酒精性脂肪肝、高脂血癥、高血壓、心腦血管疾病等，并成為患者的主要死因［28-29］。由于機體代謝物的變化是對疾病、環(huán)境以及遺傳變異等壓力因素影響的最終應(yīng)答，利用代謝組學(xué)技術(shù)進(jìn)行PCOS 病因?qū)W研究，是對于PCOS 這類遺傳和環(huán)境因素共同發(fā)揮作用的重要研究方法，質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展如：液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（liquid chromatographytandem mass spectrometric，LC-MS），氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（gas chromatography-tandem mass spectrometric，GC-MS），也為代謝產(chǎn)物的分析提供了有利的工具。這些前沿技術(shù)手段可發(fā)現(xiàn)新的、無創(chuàng)的代謝診斷標(biāo)記物，并從代謝角度進(jìn)一步認(rèn)識PCOS 的發(fā)病機制。

PCOS 包括許多代謝途徑的異常，包括類固醇激素、氨基酸、碳水化合物、脂質(zhì)、嘌呤和檸檬酸循環(huán)的代謝紊亂［30］。其中，PCOS 患者循環(huán)氧化應(yīng)激（OS）的循環(huán)生物標(biāo)志物升高是獨立于超重的另一異常要素，氧化應(yīng)激被認(rèn)為是PCOS 發(fā)病的因素之一，且與其臨床癥狀的發(fā)生及進(jìn)展有密切關(guān)系。循環(huán)中異常增高的OS 產(chǎn)物還會導(dǎo)致該類患者發(fā)生心腦血管疾病、肝病、腫瘤的風(fēng)險上升，甚至影響子代的健康［31］。氧化應(yīng)激通過釋放TNF-α 等炎癥因子，促進(jìn)胰島素抵抗的產(chǎn)生，同時，氧化應(yīng)激和高胰島素血癥又增加了TNF-α 和白細(xì)胞介素合成，下調(diào)翻譯后修飾和PI3k/AKT 通路，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙，從而誘發(fā)PCOS 遠(yuǎn)期心血管疾?。?2］。2021年首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院研究發(fā)現(xiàn)，在DHEA 誘導(dǎo)的PCOS 大鼠模型血清中過氧化物增加，抗氧化能力下降，特別是卵巢組織中超氧化物歧化酶（SOD）蛋白表達(dá)量下降。由此，研究從氧化應(yīng)激角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)Tempol 可能通過抑制小腸組織的氧化應(yīng)激，恢復(fù)腸道微生態(tài)平衡，調(diào)節(jié)腸道菌群和宿主代謝物間相互作用，從而發(fā)揮PCOS 治療作用［33］。同時，通過對PCOS 患者不同組織樣本如血清、尿液、卵泡液的代謝組學(xué)技術(shù)也檢測出許多與氧化應(yīng)激相關(guān)的差異指標(biāo)。卵泡液是卵母細(xì)胞賴以生存的微環(huán)境，其代謝物組成氨基酸、脂肪酸、有機酸等間接反映卵母細(xì)胞代謝水平，對卵母細(xì)胞的成熟發(fā)揮著重要作用［34］。在一項對PCOS患者卵泡液的研究發(fā)現(xiàn)：7β-羥基膽固醇是一種脂質(zhì)代謝物，與PCOS 診斷高度相關(guān)，可能是PCOS 的潛在生物標(biāo)志物，可以誘導(dǎo)氧化應(yīng)激并干擾脂肪酸的代謝，通過激發(fā)卵泡液中7β-羥基膽固醇氧化應(yīng)激干擾PCOS 中卵母細(xì)胞的生長［35］。有研究對PCOS 患者的血清進(jìn)行代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)PCOS患者的甘油磷脂代謝、脂肪酸降解/生物合成、醚脂質(zhì)代謝等脂質(zhì)代謝紊亂，并鑒定出多種代謝產(chǎn)物，如3-（4-羥基苯基）丙酸，以及多種二肽代謝物異亮氨酸-丙氨酸、異亮氨酸-纈氨酸、甘氨酸-纈氨酸為PCOS 診斷的潛在生物標(biāo)志物［36］。2021年的一項研究采用一種非侵入性方法，對PCOS 患者的尿液進(jìn)行代謝組學(xué)技術(shù)分析，研究顯示3-苯基丙酸和丙酮酸可作為檢測PCOS 伴高胰島素血癥的代謝產(chǎn)物［37］。然而相反的是，丙酮酸既是糖酵解的終末產(chǎn)物，又是三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TCA）的起始底物，還具備清除細(xì)胞內(nèi)活化氧自由基（reactive oxygen species，ROS）H2O2和OH-的作用［38］。

此外，多項研究顯示PCOS 患者卵巢組織的、內(nèi)臟脂肪和外周血T 淋巴細(xì)胞中氧化應(yīng)激相關(guān)蛋白升高［39-40］。氧化應(yīng)激可能是誘導(dǎo)PCOS 的重要因素之一，利用抗氧化劑降低氧化應(yīng)激、維持機體氧化還原穩(wěn)態(tài)可能是PCOS 治療的新手段。PCOS不同組織樣本的代謝組學(xué)研究提供了豐富的PCOS代謝產(chǎn)物譜，但目前研究仍存在局限性，例如不同人群、不同年齡、月經(jīng)周期不同階段，PCOS 患者代謝產(chǎn)物存在差異，需要進(jìn)行大樣本、多中心研究，深入挖潛代謝產(chǎn)物與PCOS 病理生理機制。

3 PCOS 與腸道微生態(tài)失衡

許多PCOS 患者可能都會面臨肥胖的問題，這與PCOS 患者腸道微生態(tài)失衡有關(guān)。腸道微生物被稱為獨立的“微生物器官”，它依靠腸道生活，幫助宿主完成多種生理生化功能，與宿主形成相互依賴且相互制約的微生態(tài)系統(tǒng)，被稱為人體的“第二基因組”。腸道菌群的紊亂通過影響炎癥水平以及調(diào)控能量代謝水平影響疾病的發(fā)生發(fā)展，并可以分泌、產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物作用于遠(yuǎn)端器官。2019年喬杰等［41］通過宏基因組學(xué)的方法，發(fā)現(xiàn)PCOS 患者腸道菌群特點為普通擬桿菌豐度顯著升高。腸道代謝產(chǎn)物膽汁酸甘氨脫氧膽酸（GDCA）與牛磺去氧膽酸（TUDCA）的水平降低，并與普通擬桿菌的豐度呈負(fù)相關(guān)。將PCOS 患者的腸道菌群移植給模型小鼠或喂養(yǎng)普通擬桿菌后，小鼠呈現(xiàn)出PCOS 的表型，同時出現(xiàn)腸道代謝產(chǎn)物GDCA與TUDCA 水平降低，且伴有腸道免疫因子IL-22的水平下降。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：補充IL-22 或者膽汁酸可改善PCOS 樣表型，其機制在于膽汁酸—IL-22 軸可促進(jìn)白色脂肪組織棕色化、抑制卵巢局部的炎癥反應(yīng)及提高能量代謝進(jìn)而改善PCOS 樣表型。2021年YANG 等［42］發(fā)現(xiàn)PCOS 患者及來曲唑誘導(dǎo)的PCOS 小鼠模型中擬桿菌顯著富集，通過抗生素清除菌群可以改善PCOS 表型及胰島素抵抗，并增加回腸法尼酯X 受體（FXR）水平和血清成纖維生長因子15（FGF15）的水平。PCOS 糞便移植小鼠在10 周時出現(xiàn)胰島素抵抗，但未出現(xiàn)類似PCOS 的表型。同時，用鵝去氧膽酸（FXR 的激活劑）治療PCOS 小鼠可改善其葡萄糖代謝。該研究認(rèn)為：擬桿菌屬是PCOS 的關(guān)鍵微生物標(biāo)志物，PCOS 的生物失調(diào)與胰島素抵抗有關(guān)，而FXR 的激活可能對PCOS 產(chǎn)生有益的影響。

PCOS 相關(guān)臨床表現(xiàn)與腸道菌群也存在相關(guān)性。動物實驗發(fā)現(xiàn)腸道菌群可以影響血液中睪酮含量，通過移植“有益”菌群后，類似PCOS 表型得到改善［41-43］。非酒精性脂肪肝、代謝綜合征在PCOS 患者中發(fā)病率較高。近年來腸道菌群被認(rèn)為是誘發(fā)代謝性疾病的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)：肥胖型PCOS 女孩的腸道菌群多樣性減少，血清睪酮水平升高，這表明腸道菌群的變化可能是多囊卵巢綜合征的早期表現(xiàn)［44］。研究者認(rèn)為目前尚不清楚血清睪酮水平與腸道菌群之間是何種關(guān)系。近年研究表明肥胖與腸道菌群密切相關(guān)?；诖?，或可以通過改變腸道菌群來預(yù)防和控制肥胖，改善代謝，提高患者生育能力［43］。WU 等［45］中發(fā)現(xiàn)腸缺氧誘導(dǎo)因子2α（HIF-2α）的異?；罨?，在食源性肥胖和相關(guān)脂肪肝病的發(fā)生發(fā)展中有重要作用，通過進(jìn)一步研究，將腸HIF-2α 基因敲除后，腸道內(nèi)的乳酸水平降低，腸道細(xì)菌失去平衡，進(jìn)而通過改變膽汁酸譜來促進(jìn)白色脂肪組織生熱，改善宿主代謝。該研究揭示了宿主腸HIF-2α 與腸道菌群互作調(diào)節(jié)肥胖的新機制。在糖尿病和肥胖小鼠飲食模型中，乳雙歧桿菌B420 菌株被證明有助于改善胰島素抵抗，同時可降低脂肪含量［46-47］。已有臨床研究發(fā)現(xiàn)使用乳酸雙歧桿菌可改善PCOS 患者性激素水平［48］。未來益生菌或許會成為干預(yù)PCOS 肥胖的重要手段。

傳統(tǒng)的相關(guān)性研究中多從宏觀的角度研究腸道菌群與疾病的關(guān)系。近年的一些關(guān)于腸道菌群的研究中，通過鑒定出差異菌株，在特定菌株的層面進(jìn)行精細(xì)化研究，這一類研究方法值得關(guān)注［41-42，49］。

4 展望

多囊卵巢綜合征是與遺傳、神經(jīng)內(nèi)分泌、代謝、環(huán)境、生活習(xí)慣等因素均有關(guān)系的疾病，是一種慢性疾病，發(fā)病機制仍不明確。隨著下一代測序技術(shù)及表觀遺傳修飾、代謝組學(xué)相關(guān)研究的不斷發(fā)展，對PCOS 的病理機制的理解越來越深入，表觀遺傳學(xué)、代謝組學(xué)、腸道微生態(tài)與PCOS 的相關(guān)性也逐漸被揭示，這些為PCOS 的研究提供了新的思路及治療策略?；诒碛^遺傳修飾的小分子調(diào)節(jié)劑、基于代謝組學(xué)的抗氧化劑、基于腸道菌群的菌株移植都將作為PCOS 藥物研發(fā)的新靶標(biāo)，不斷開發(fā)并應(yīng)用于臨床實踐，這也是PCOS 未來值得去關(guān)注與探索的方向。