早发性卵巢功能不全病因学及发病机制的研究进展_孙璐.pdf
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1、第 49 卷 第 2 期2023年 3 月吉林大学学报(医学版)Journal of Jilin University(Medicine Edition)Vol.49 No.2Mar.2023DOI:10.13481/j.1671587X.20230232早发性卵巢功能不全病因学及发病机制的研究进展Research progress in etiology and pathogenesis of premature ovarian insufficiency孙璐1,郑群2,范晓东1,杨潇潇3,李雯4,朱颖军1(1.天津市中心妇产科医院普通妇科,天津 300100;2.成都市温江区人民医院妇产科
2、,四川 成都 611130;3.合肥工业大学 重大疾病代谢及营养调控安徽普通高校重点实验室,安徽 合肥 230601;4.天津市中心妇产科医院妇产科研究所 天津市人类发育与调控重点实验室,天津 300100)摘要 早发性卵巢功能不全(POI)是女性 40 岁前发生的内分泌疾病,引起的低雌激素症状、不孕及代谢改变严重影响女性健康。目前 POI主要的治疗目的是改善低雌激素症状及促进生育,治疗手段主要有激素替代治疗(HRT)及辅助生殖技术。然而由于病因及发病机制尚未明确限制了 POI治疗研究的进展。POI发病涉及复杂的遗传背景,主要包括 X 染色体异常、X 染色体-常染色体易位、端粒异常、基因缺陷、
3、蛋白及多肽表达改变和表观遗传改变等遗传因素,还涉及免疫因素、医源性因素(化疗、放疗和手术)、环境因素、代谢因素、感染因素和疫苗注射等。POI主要发病机制包括细胞凋亡、自噬过度和氧化应激等,而细胞凋亡、自噬和氧化应激三者相互影响,共同导致 POI的发生。与POI发生有关的信号通路包括磷酸酶及张力蛋白同源基因(PTEN)/磷脂酰肌醇 3-激酶(PI3K)/蛋白激酶 B(Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路、血管内皮生长因子(VEGF)信号通路、转化生长因子 (TGF-)信号通路和 Wnt/连环蛋白(Wnt/-catenin)信号通路等。现通过对 POI的病因学和发病机制的相关研究进
4、行简要综述,为 POI的治疗提供思路。关键词 早发性卵巢功能不全;病因学;表观遗传;细胞凋亡;氧化应激中图分类号 R711.59文献标志码 A早 发 性 卵 巢 功 能 不 全(premature ovarian insufficiency,POI)指女性 40岁前出现卵巢功能衰退,甚至卵巢功能衰竭,表现为月经异常(月经频发、稀发或闭经),促 性 腺 激 素 水 平(卵 泡 刺 激素 25 U L1)的升高及雌激素水平下降1,可并发骨质疏松和心脑血管疾病,严重影响女性患者的 身 心 健 康。既 往 POI 也 被 称 为 卵 巢 早 衰(premature ovarian failure,PO
5、F),随着研究的深入,研究者意识到 POF 无法真实反映卵巢功能间歇性恢复的情况。2016 年欧洲人类生殖与胚胎学会将 POF 更 名 为 POI。POI 的 发病率为 1%,在30岁前女性的发病率为 12。随着我国女性生育年龄的增加,与 POI相关的不孕问题越来越凸显,POI 病因复杂,有 50%以上的患者病因不明。近年来,基因测序技术迅猛发展,一系列与发育有关的基因被发现,其中涉及 POI发病的基因包含卵泡细胞 DNA 修复、卵母细胞翻译和颗粒细胞存活等方面,因此 POI被认为是遗传性疾病3。但 POI的发病还涉及免疫因素、环境因素、感染、医源性因素和疫苗注射等很多方面,且目前尚无针对 P
6、OI的文章编号 1671587X(2023)02053408收稿日期 20220506基金项目 国家自然科学基金青年科学基金项目(81801456);天津市科技局自然科学基金项目(20JCQNJC01750);天津市卫健委科技项目(ZC0093);天津市人类发育与生殖调控重点实验室开放基金项目(2021XHY01)作者简介 孙 璐(1982),女,天津市人,主治医师,医学硕士,主要从事子宫内膜异位症和早发性卵巢功能不全方面的研究。通信作者 朱颖军,教授,硕士研究生导师(E-mail:)534孙璐,等.早发性卵巢功能不全病因学及发病机制的研究进展有效治疗手段,其治疗方式也仅停留在改善症状方面,亟
7、需明确 POI的发病机制及病因,拓宽治疗思路。国内外对 POI发生的遗传因素、发病机制(细胞凋亡、自噬及多种信号通路)及治疗进行了大量的研究,但相关综述报道较少且不全面,现综合近年来国内外 POI相关的研究进展,深入探讨 POI发生的病因及发病机制,旨在为 POI的治疗提供理论依据。1 POI病因 1.1遗传因素遗传因素1.1.1染色体因素X 染色体异常:约 13%的POI患者存在 X 染色体数量和结构的改变。常见的有 X 单体型(Turner 综合征)(45,X)、三体型(47,XXX)、X 染色体长臂部分缺失、倒位和平衡易位等4。Turner综合征女性的生殖障碍由 X 染色体全部或部分缺失
8、引起。单体 X染色体的基因不足以满足卵母细胞发育,导致胎儿 12 周后卵母细胞凋亡及出生后 10 年内卵母细胞耗竭。X 染色体-常染色体易位:该平衡易位多与 Xq21 区域有关。易位衍生染色体的不正确配对会影响卵母细胞减数分裂,引发凋亡。染色体重排可致拓扑相关域破坏和三维结构紊乱,改变调控元件及其靶基因之间的相互作用干扰基因表达。基因贫乏区域的染色体断裂或缺失,可能会干扰远离断点区域的基因表达,引起卵巢功能衰退5。端粒异常:端粒是一种特殊的非编码双链重复 DNA 蛋白复合物,在真核染色体末端形成保护帽,通过激活 DNA 损伤反应或形成端到端融合来维持基因组完整性。端粒酶是依赖 RNA 的 DN
9、A 聚合酶,通过延长富含鸟嘌呤的端粒单链维持端粒长度,使 DNA 聚合酶合成相反链,避免 DNA 在每个复制周期中逐渐丢失。随着年龄增长白细胞端粒长度缩短,活性降低6。研究7显示:POI患者颗粒细胞端粒长度缩短,端粒酶活性降低,且 POI患者伴有白细胞端粒长度的降低。1.1.2 基 因 缺 陷 脆 性 X 智 力 低 下 基 因 1(fragile X mental retardation 1,FMR1):FMR1 基因突变多见于脆性 X 综合征,其 5末端出现 200个以 上 的 CGG 三 核 苷 酸 重 复 序 列,引 起 细 胞 内mRNA 浓度升高,致使 RNA 不能与 CGG 结合
10、蛋白有效结合导致转录失败引发 POI。脆性 X 综合征和 FMR1 基因突变的患者中 13%15%会发展为POI,其发病风险与 CGG 三核苷酸的重复次数有关。FMR1基因突变及 FMR2微缺失均与卵巢功能衰退有关8,但 FMR2微缺失在 POI患者中检出率为 1.5%,在普通女性人群中检出率仅为 0.04%,推测 FMR2 微缺失影响 FMR2 或相邻基因的转录,从而导致 POI 的发生。叉头盒 L2(forkhead box L2,FOXL2)基因:FOXL2 基因在卵巢分化早期、维持卵巢功能和卵巢胆固醇代谢中起重要作用,其突变可导致小睑裂综合征,型小睑裂综合征患者多存在 FOXL2 基因
11、突变,其女性患者同时并 发 POI9。核 受 体 亚 家 族 5A1(nuclear receptor subfamily 5 group A,member 1,NR5A1)基因:NR5A1 基因是性腺功能的关键基因,其变异与性发育障碍表型谱相关。JAILLARD 等10 首次发现 NR5A1 基因突变在卵巢功能障碍患者中发生率为 2.8%。Klotho 基因:Klotho 基因与下丘脑-垂体-卵巢轴密切相关,其突变可导致 HPO 轴调节异常、Wnt信号失调、氧化应激累积和自噬抑制,最终影响卵泡的发生、发育和卵泡排出11。范 可 尼 贫 血 互 补 组 A(fanconi anemia com
12、plementation group A,FANCA)基 因:FANCA 基因参与促性腺激素受体和糖蛋白激素的表达,是促性腺激素释放激素的信号转导分子,在DNA 的损伤和修复中发挥重要作用,其突变可导致染色体断裂而无法修复,影响生殖细胞有丝分裂12。FANCA 基因多态性研究13显示:FANCA基因突变与 POI发生有关,FANCA 发生纯合子突变 可 引 起 家 族 性 POI。基 质 抗 原 3(stromal antigen 3,STAG3)基因:STAG3 基因与减数分裂有关,其位于 7 号染色体 q22 区,参与调节染色体的连接、排列及纺锤体的正确装配,如敲除该基因 可 导 致 小
13、鼠 模 型 的 卵 母 细 胞 减 数 分 裂 停 滞。STAG3基因突变呈隐性遗传模式,STAG3基因突变 家系 的女 性有 原发 性闭 经和 性腺 发育 不良 表现14。碱性核蛋白 1(basonuclin1,BCN1)基因:POI 患者存在染色体 15q25.2 近端微缺失15,在其涉及的基因中 BCN1基因与生殖有关,其缺失可引起单倍体不足,从而导致 POI。染色体微小维 持 体(minichromosome maintenance,MCM)8基因和 MCM9 基因:MCM8 和 MCM9 基因负责DNA 双链断裂修复,在 DNA 的损伤和修复中起重要作用,属于 DNA 解旋酶。在 P
14、OI 家族中可检测到 MCM8 和 MCM9 基因突变,表现为 DNA 损伤处募集和染色体断裂修复缺陷,该基因突变患者表现为性腺功能减退及闭经16。535第 49 卷 第 2 期 2023 年 3 月吉林大学学报(医学版)1.1.3蛋白及多肽哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target protein of rapamycin,mTOR):mTOR 是细胞生长和增殖的重要调节因子,为细胞自噬通路的核心蛋白。在环磷酰胺制备的 POF小鼠模型中 mTOR 表达水平升高,提示 mTOR 信号途径调控与细胞增殖有密切关联17。核糖体蛋白 26(ribosomal protein S26,R
15、PS26):核糖体是细胞内蛋白质的合成场所,核糖体蛋白在细胞增殖、细 胞 周 期 进 程 和 RNA 转 录 中 起 重 要 作 用。RPS26基因是一种核糖体蛋白编码基因,在卵巢中高度表达。小鼠卵母细胞特异性敲除 RPS26 基因会导致窦前卵泡向窦性卵泡的发育迟缓,卵母细胞染色质结构从非包围核仁型向包围核仁型过渡受阻,最终使卵母细胞在小鼠出生后 84 d凋亡,导致POI18。脑 源 性 神 经 生 长 因 子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF):BDNF 是神经营养素的一种,神经营养素通过神经营养素酪氨酸受体激 酶(neurotrophic tyr
16、osine receptor,NTRK)发挥作用。卵巢中 BDNF-NTRK2 通路与卵巢发育、卵泡募集、卵泡生长和卵母细胞成熟过程有关19。淀粉样 前体蛋白结合家族 A 成员 3(amyloid beta precursor protein binding protein A3,APBA3):全基因组关联分析研究20结果显示APBA3 与 POI 有关。缺氧诱导因子 1(hypoxia inducible factor-1,HIF-1)通过调节细胞增殖因子和促卵泡激素介导的自噬,促进颗粒细胞增殖。APBA3 蛋白可通过结合缺氧诱导因子 1(hypoxia inducible factor-1
17、,HIF 1)抑 制 因 子(factor inhibiting HIF-1,FIH-1),抑制 HIF-1 的作用而诱发 POI。与 POI相关的蛋白还包括铜蓝蛋白、补体 C3、纤维蛋白原 和纤维蛋白原 等。1.1.4表观遗传修饰mRNA 修饰:N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)是普遍存在于哺乳动物 mRNA 分子上的修饰,具有表观遗传调控的作用,其水平波动可影响 mRNA 转运,干扰细胞减数分裂和凋亡。m6A 可被脂肪质量与肥胖相关(fat mass and obesity-associated,FTO)蛋白去甲基化而代谢。在 POI患者和 POI小鼠模型中均检
18、测到 m6A 水平升高,在 POI患者中检测到 FTO蛋白水平降低,推断由于 POI 患者体内 FTO 蛋白水平下降引起 m6A 水平升高,诱发 POI21。微小 RNA(microRNA,miRNA):miRNA 属于非编码 RNA,主要负责转录后调控,与卵巢衰老有密切关联,其在不同周龄小鼠中表达水平存在差异,可能与 FOX0 和 mTOR 信号通路有关。在 POI 患者可观察到 miR-23A 和 miR-27A 水平升高,两者分别通过增加含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶3(cysteinyl aspartate specific proteinase-3,caspase-3)裂解及激活 F
19、as 配 体 介 导 颗 粒 细 胞 凋 亡22-23。DNA 甲基化和组蛋白乙酰化修饰:DNA 甲基化水平与衰老有关,年龄越大 DNA 甲基化水平越低。在卵巢组织中同样存在与年龄有关的 DNA 甲基化修饰。研究24表明:4245 周龄小鼠较 56 周龄小鼠 DNA 甲基化和组蛋白乙酰化水平低,卵子DNA 甲基化水平降低可能与混合系白血病基因 2(mixed lineage leukemia 2,MLL2)基因突变有关。1.2免疫因素免疫因素免疫系统在卵巢生理学中起着至关重要的作用,4%30%POI 患者均存在免疫系统异常。自身免疫主要攻击排卵前卵泡及黄体中类固醇细胞,但也可观察到卵泡的闭锁和
20、纤维化25。卵巢特异性抗原或调节因子引起的自身炎性免疫可导致 POI的 发 生。抗 卵 巢 抗 体(anti-ovarian antibodies,AOAs)和淋巴细胞性卵巢炎的发现证实免疫因素是 POI的发病原因之一。针对卵巢的特异性抗体还包括抗黄体抗体和促性腺激素受体抗体等。与 POI有关的常见的免疫性疾病包括甲状腺功能减退、自身免疫性肾上腺功能不全和自身免疫性多腺体综合征及自身免疫性 Addison s病等。卵巢子宫内膜异位症被称为“自身免疫综合征”,也与 POI发病有关,40%60%子宫内膜异位症患者出现自身抗体滴度升高,如 AOAs、抗核自身抗体和抗磷脂抗体等26。1.3医源性因素医
21、源性因素1.3.1化疗因素化疗相关性卵巢功能衰竭是指因暴露于化疗药物而导致卵巢内分泌和生殖功能紊乱。化疗诱导 POI的可能机制:加速卵泡成熟。化疗药物可诱导成熟卵泡凋亡,雌激素和抗苗勒氏管激素降低引起垂体促性腺激素的负反馈,加速未成熟卵泡的成熟,导致卵泡耗竭。这个过程可能与磷脂酰肌醇 3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/磷酸酶张力蛋白同源物基因(phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten,PTEN)/蛋白激酶 B(protein kinase B,Akt)信号通路介导有关。损伤
22、静止卵泡。细胞周期非特异性化疗药物,如烷化剂、顺铂和阿霉素可诱导休536孙璐,等.早发性卵巢功能不全病因学及发病机制的研究进展眠卵母细胞 DNA 交联形成,激活促细胞内凋亡途径。卵巢血管破裂。化疗可损害卵巢血管系统,使血管痉挛和卵巢皮质纤维化。如造血干细胞移植使用的三联药物组合(环磷酰胺、甲氨蝶呤和氟尿嘧啶)均具有生殖毒性。癌症治疗后 POI发生率与年龄有关,年轻患者浸润性癌治疗后 POI发生率是非浸润性癌患者的 23倍27-28。1.3.2放疗因素放疗产生的电离辐射使原子或分子电离,打断化学键,破坏细胞染色体,使细胞停止生长。放疗可导致卵母细胞损伤,其损伤程度与患者年龄、照射范围、照射类型和
23、照射时间有关。一次大剂量照射较分次照射对卵母细胞的破坏性更大,盆腔和腹部照射发生 POI的风险最高,即使卵巢不在辐射范围内的散射辐射也会对卵巢造成实质性损害。6例中位年龄为 13.2岁的女性患者在接受 14.4 Gy 剂量的全身照射后诊断为卵巢早衰,据此推算,2 Gy 剂量的全身照射可以摧毁 50%的原始卵泡29。1.3.3手术因素卵巢肿瘤和卵巢相关手术与POI的发生密切相关。卵巢的部分切除或卵巢肿物剔除可能损伤卵巢组织,卵巢供血的损伤也会引起POI的发生。子宫切除并保留卵巢的患者发生卵巢衰竭的风险是未切除子宫患者的 2 倍。鞠宏姝30对 75 例中青年子宫切除患者进行回顾性分析,结果表明:子
24、宫切除术中同时行输卵管切除是术后POI发生的危险因素。1.4环境因素环境因素家庭和工作环境中释放的生殖毒性化合物,如杀虫剂、异种雌激素和塑化剂均可造成卵巢功能损伤。烟草中含有的芳香烃和尼古丁等均会导致成熟卵泡数量下降、卵母细胞凋亡及雌孕激素波动。邻苯二甲酸盐是广泛应用的增塑剂,邻苯二甲酸单异丁酯是邻苯二甲酸盐的代谢产物。研究31表明:邻苯二甲酸单异丁酯浓度升高与 POI发生率增加有关联。塑料衍生物双酚 A、间苯二甲酸二丁酯、化妆品、防腐剂,食物中的氧化脂质醛类、过渡金属、镍 和 铜 衍 生 的 纳 米 颗 粒 也 有 较 高 的 生 殖毒性32。1.5代代 谢谢半乳糖血症是一种罕见的代谢性疾病
25、,是由半乳 糖-1-磷 酸 尿 苷 转 移 酶(galactose-1-P uridylyltransferase,GALT)缺乏引起。GALT 缺乏会引起肝脏、肾脏、卵巢和心肌组织中半乳糖堆积,导致卵母细胞半乳糖中毒,诱导卵母细胞或卵巢基质细胞凋亡,导致青春期前 POI33。半乳糖血症是遗传性疾病,应在发育不良、牛乳喂养不耐受并存在半乳糖血症家族史的新生儿中进行筛查。营养不良也是 POI发生的危险因素之一,低碳水化合物和低膳食纤维摄入可引发代谢异常,影响下丘脑促性腺激素释放激素的生成,导致 POI34。1.6感染和疫苗感染和疫苗POI 的发生与腮腺炎和盆腔结核感染35及人类获得性免疫缺陷病毒
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