内质网应激与多囊卵巢综合征关系的研究进展

吴晓瑜 施岚 陈怡洁 邓妙 张治芬

[摘要] 多囊卵巢综合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）是女性内分泌系统常见疾病之一。近年来研究发现，内质网应激在胰岛素抵抗、糖脂代谢紊乱等慢性代谢性疾病中发挥作用。有学者认为，内质网应激在PCOS 的发生发展过程中发挥重要作用。适当的内质网应激可调节卵母细胞发育、卵泡生长成熟、胚胎发育等；但过强过久的内质网应激会引起PCOS 患者体内颗粒细胞凋亡率升高，阻碍卵泡发育，进而引发不孕。本文就内质网应激与PCOS 的相关性研究进展作一综述，以期为探索PCOS 的致病原因和发病机制提供理论基础，为PCOS 的预防和治疗寻找新的靶点。

[ 关键词] 多囊卵巢综合征；内质网应激；胰岛素抵抗

[中图分类号] R711.75 文献标识码] A DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2023.12.027

多囊卵巢综合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）是一种主要发生在育龄期女性，与生殖功能障碍和内分泌代谢紊乱相关的疾病1]。临床上以慢性无排卵、高雄激素血症、高胰岛素血症或胰岛素抵抗为特征，表现为月经不调、不孕、多毛、痤疮、肥胖等。因PCOS 临床表现具有高度异质性，其致病原因和发病机制仍不明确。

内质网是真核细胞中重要的细胞器之一，是细胞内主要的钙库。内质网不仅可储存体内钙离子、维持体内钙离子动态平衡，参与糖类、类脂、类固醇的合成与代谢，还在蛋白质合成、细胞内信号传导等方面发挥重要作用2]。细胞结构的保持、细胞功能的行使均需内质网平衡稳态的保障。一旦内质网内部环境失衡，易触发并激活内质网应激。有学者认为，内质网应激可能与PCOS 的发病机制相关3]。本文因此探讨内质网应激在PCOS 发病机制中的作用，对PCOS 的预防和治疗有重要意义。

1 内质网应激

内质网应激是细胞的一种应激反应，适当的内质网应激可在一定程度上保护细胞，维持细胞的正常结构与功能。在缺氧、氧化应激、糖代谢紊乱等病理情况下，可能会引起细胞内钙离子稳态失衡、未折叠蛋白质聚集等异常现象2-3]。当内质网无法处理过多蛋白质负载时，便会激活内质网应激；细胞触发未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR），以应对内质网应激；UPR 可提高内质网处理未折叠或错误折叠蛋白质的能力，维持内质网蛋白质平衡，促进细胞存活；当内质网应激持续存在、未折叠和错误折叠蛋白质超过UPR 处理能力时，过多的未折叠和错误折叠蛋白质将无法被及时清理，细胞的结构和功能便会被破坏，导致细胞凋亡4]。

2 内质网应激在PCOS 中的作用

研究表明，内质网应激与炎症反应、糖脂代谢紊乱、肝纤维化、脑血管疾病以及肿瘤等多种疾病的发生密切相关5]。与正常女性相比，PCOS 患者远期发生非胰岛素依赖型糖尿病、心脑血管疾病、静脉血栓栓塞、子宫内膜癌、肥胖等疾病的概率显著增加，发生妊娠期合并症、情绪紊乱及心理障碍的风险更高6]。刘碧娟等7]研究发现，PCOS 患者白细胞内质网应激相关蛋白质表达异常，推测内质网应激通过激活氨基末端激酶信号通路发挥作用，与PCOS 的发生有一定的相关性。高雄激素血症、慢性炎症、氧化应激、胰岛素抵抗、肥胖与PCOS 密切相关。有研究证实2]，内质网应激参与PCOS 的发生发展过程，可能会加重患者的炎症反应，影响糖脂代谢平衡，促进卵巢纤维化，加重排卵障碍，加速PCOS 进展。

2.1 内质网应激与PCOS 患者卵巢纤维化的关系

Takahashi 等8]研究发现，PCOS 患者及PCOS模型小鼠颗粒细胞内质网应激生物活性物质X 盒结合蛋白1（X-box binding protein 1，XBP1）和转录激活因子6（activating transcription factor 6，ATF6）水平均较正常组显著升高，提示PCOS 患者会出现卵巢胶原蛋白沉积和卵巢纤维组织增加的现象，引起卵巢包膜和间质增厚等。在人卵巢腔前卵泡中，转化生长因子（transforming growth factor，TGF）-β 超家族成员及其相应受体和下游效应物均有表达；研究显示，TGF-β1 在促进卵巢胶原蛋白沉积和卵巢细胞外基质重塑方面发挥积极作用，对卵泡正常生长发育产生消极影响9]。内质网应激会刺激颗粒细胞表达TGF-β1。Kunitomi 等10]研究推测，PCOS 患者卵泡微环境中的高雄激素血症和内质网应激协同诱导颗粒细胞芳香烃受体， 激活下游信号通路，促进卵巢纤维化；予PCOS 小鼠内质网应激抑制剂治疗后，其卵巢颗粒细胞TGF-β1 表达减少，卵巢间质纤维化速度变慢，胶原沉积减少。

2.2 内质网应激与PCOS 患者慢性炎症的关系

研究发现，PCOS 患者长期处于慢性低度炎症状态，慢性炎症与PCOS 的病理、生理密切相关11]。Spritzer 等12]研究显示，与健康对照组比较，PCOS患者全身炎症因子、肿瘤坏死因子的水平显著升高。慢性低度炎症状态会破坏细胞内稳态，诱发内质网应激。核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）转录的基因包括促炎症细胞因子，NF-κB 是促炎信号通路中樞介质之一；在NF-κB 抑制蛋白作用下，NF-κB通常处于非活性状态，RNA 依赖的蛋白激酶样内质网激酶（ protein ki-nase RNA-like endoplasmicreticulum kinase，PERK）和ATF6 可促进NF-κB 抑制蛋白的降解，激活NF-κB，促进炎症反应13]。白藜芦醇为一种天然多酚，具有抗炎和抗氧化作用，可抑制白细胞介素（interleukin，IL）-1b、IL-6 和环氧合酶-2 等促炎症细胞因子的生成14]。既往研究证实，PCOS 患者经白藜芦醇治疗后，体内内质网应激标志物葡萄糖调节蛋白78（glucose-regulated protein78kD，GRP78，也称BIP）、PERK 和XBP1 水平下降，说明白藜芦醇可能通过抑制URP，阻碍NF-κB激活，减少炎症因子的产生，抑制PCOS 的炎症反应15]。Brenjian 等16]研究发现，与安慰剂组相比，使用白藜芦醇治疗的PCOS 组患者卵巢颗粒细胞中XBP1 信使核糖核酸、BIP 信使核糖核酸、NF-κB、IL-1b、IL-6、IL-18、C 反应蛋白和环氧合酶-2 水平显著降低。以上研究表明，内质网应激参与PCOS患者慢性炎症的发生发展，白藜芦醇可改善PCOS患者卵巢颗粒细胞内质网应激，减轻PCOS 患者的炎症反应。

2.3 内质网应激与PCOS 患者卵泡发育的关系

PCOS 患者的典型临床症状之一是卵巢多囊样改变，表现为多个未成熟的较小有腔卵泡，这些卵泡在2～9mm 时便停止生长，无法形成优势卵泡。内质网应激在正常卵泡的生长成熟、卵母细胞的发育以及胚胎发育中发挥不可或缺的作用。据报道，人卵母细胞的受精能力与周围卵丘细胞中XBP1 的水平呈正相关，说明适当的内质网应激可激活颗粒细胞或卵母细胞中的UPR，有助于卵母细胞的成熟；但当卵母细胞中的内质网应激被过度激活时，氨基末端激酶、C/EBP 同源蛋白（ C/EBP homologyprotein，CHOP）等表达增加，触发细胞凋亡信号通路，加速卵母细胞凋亡，致使卵泡闭锁17]。Takahashi等8]研究发现，PCOS 患者颗粒细胞中UPR 基因表达增加，PCOS 患者颗粒细胞内的内质网应激被激活。使用内质网应激抑制剂治疗PCOS 模型小鼠，小鼠卵巢颗粒细胞凋亡减少，颗粒细胞内质网应激减弱。研究发现，颗粒细胞与卵母细胞间存在细胞缝隙连接，颗粒细胞通过细胞缝隙向卵母细胞传递各种信息，包括细胞凋亡；当颗粒细胞凋亡率≥10%时，便会发生卵泡闭锁18]。颗粒细胞凋亡是卵泡发育主导过程的重要组成部分，也是卵泡周期发育阶段卵泡闭锁的直接原因。上述研究表明，内质网应激参与调节卵巢颗粒细胞和卵母细胞凋亡，引起卵泡闭锁，不利于卵泡的正常发育。

综上，内质网应激引起的颗粒细胞异常凋亡可能是PCOS 发生的重要因素。而关于内质网应激在颗粒细胞、卵母细胞凋亡中的作用机制尚不完全清楚，亟待进一步深入研究。

2.4 内质网应激与PCOS 患者胰岛素抵抗、肥胖的关系

1980 年，Burghen 等19]首次提出，胰岛素抵抗可能参与PCOS 的发生过程。胰岛素的合成和分泌是一个极其复杂的生理过程，内质网在这个过程中发挥重要作用。胰腺β 细胞含有大量内质网，参与调控胰岛素原成熟以及胰岛素分泌等。一旦胰腺β细胞内质网稳态失衡，胰岛素原的合成超出内质网的处理和折叠能力，便会影响其生理功能。未折叠的胰岛素原大量积聚，导致促凋亡UPR 的发生，引起胰岛素抵抗。Amirruddin 等20]研究发现，内质网应激增强时，胰岛素的运输和分泌途径均会受损。Liu 等21]研究发现，胰岛β 细胞可通过XBP1 和ATF6两条UPR 通路，维持高效的内质网蛋白质折叠环境，促进内质网降解，加速降解错误折叠的胰岛素原，并在一定程度上维持正常胰腺β 细胞成熟分化，维持人体正常糖代谢。据报道，约44%～85%的PCOS患者合并有胰岛素抵抗22]。PCOS 患者体内胰岛素抵抗状态持续存在，机体以代偿方式分泌更多的胰岛素，刺激卵巢分泌更多的雄激素。研究表明，PCOS患者的胰岛素抵抗和高雄激素血症是相互影响的，内质网应激同时参与了二者的病理过程。Zhu 等23]研究了PCOS 小鼠高雄激素血症、内质网应激和胰腺β 细胞功能之间的分子调控机制，发现睾酮使__PCOS 小鼠胰腺β 细胞中胰岛素过度表达，诱导PCOS小鼠内质网应激的发生，促进胰腺β 细胞凋亡；给予小鼠雄激素受体拮抗剂和内质网应激抑制剂治疗，小鼠内质网应激和胰腺β 细胞凋亡率显著降低，体内稳态得以恢复，提示内质网应激和相应凋亡机制是PCOS 小鼠胰岛β 细胞功能障碍和胰岛抵抗的重要原因。

研究证实，高脂饮食PCOS 小鼠出现高脂血症和胰岛素抵抗，小鼠脂肪细胞中UPR 信号转录因子CHOP 表达上调，诱发内质网应激，说明肥胖诱导的内质网应激可改变胰岛素分泌，促进胰岛素抵抗24]。在内质网应激、高炎症细胞因子和高脂肪酸等刺激下，机体对胰岛素的敏感性降低，内质网应激可阻碍胰岛素受体信号传导，进一步促进胰岛素抵抗25]。肾上腺髓质素（adrenomedullin，ADM）是一种内源性血管扩张多肽，在调节细胞凋亡、内質网应激、葡萄糖代谢、脂质代谢等方面发挥重要作用。有研究提出，ADM 水平升高可能在糖尿病的发病机制以及胰岛素抵抗的发生中发挥作用26]。El-saka 等27]对PCOS 大鼠行ADM 治疗，发现ADM 治疗组PCOS大鼠胰岛素抵抗和血脂异常情况得到明显改善，推测其机制可能与ADM 抑制内质网应激有关。综上，内质网应激可能在一定程度上加剧了PCOS 患者的胰岛素抵抗。

2.5 内质网应激与PCOS 患者高雄血症的关系

研究表明，大多数患有PCOS 的患者均存在高雄激素血症。雄激素通过激活固有细胞凋亡途径，减少卵泡生长因子的产生，诱导颗粒细胞的凋亡。研究发现，与对照组相比，高雄激素诱导的PCOS 大鼠颗粒细胞中内质网应激相关基因和蛋白质的水平显著增加28]。Azhary 等29]研究发现，PCOS 患者颗粒细胞中UPR 相关转录因子CHOP 和晚期糖基化终产物表达上调，促进细胞凋亡。PCOS 高雄激素血症可通过激活卵巢颗粒细胞中的内质网应激，使颗粒细胞异常凋亡，不利于卵泡的正常发育。综上，内质网应激抑制剂可能是治疗PCOS 患者高雄激素血症的研究新方向。

2.6 内质网应激与PCOS 患者胚胎发育的关系

内质网应激的持续存在可能会引起细胞凋亡。谷胱甘肽是一种抗氧化剂，在卵母细胞的形成、受精和胚胎发育的启动中起着重要作用。Ali 等30]在小鼠胚胎培养液中加入谷胱甘肽，发现其可促进抗凋亡蛋白Bcl-2 的表达，降低促凋亡蛋白Bax 以及内质网应激相关基因的表达，促进小鼠胚胎发育，减少凋亡细胞数量；谷胱甘肽可通过将非天然的二硫键转化为二硫键，帮助蛋白质重折叠，减少内质网管腔中错误折叠的蛋白质数量，减轻内质网应激。Dicks等31]研究发现，在猪晚期分裂发育胚胎中存在内质网应激和基因组损伤，用牛磺熊脱氧胆酸处理猪卵裂晚期胚胎可降低内质网应激，显著改善胚胎质量和发育。Deng 等32]研究发现，卵胞质内单精子注射组胚胎中的BIP 信使核糖核酸和蛋白质表达水平明显高于体外受精组胚胎，提示卵胞质内单精子注射组胚胎表现出比体外受精组胚胎更高的内质网应激，具有较高的凋亡率；使用牛磺熊脱氧胆酸后可缓解内质网应激，抑制细胞凋亡，促进卵胞质内单精子注射组胚胎发育，提高胚胎着床率。上述研究表明，早期胚胎内存在内质网应激，持续存在的内质网应激在早期发育胚胎中发挥抑制作用，内质网应激的减少可降低细胞凋亡，维持胚胎的正常发育31-33]。因此，减少内质网应激是改善胚胎质量、提高胚胎发育能力的潜在手段。

综上所述，内质网应激在PCOS 患者中普遍存在，参与POCS 患者胰岛素抵抗、肥胖、高雄激素血症、排卵障碍等病理生理过程。内质网应激还可引起PCOS 患者体内颗粒细胞凋亡率上升，影响正常卵母细胞发育、胚胎发育等，导致女性排卵障碍，引发不孕。研究发现，使用内质网应激抑制剂在一定程度上可改善PCOS 患者的糖脂代谢紊乱、高雄激素血症、卵泡和胚胎发育。但目前内质网应激与PCOS 二者之间的相互作用机制无明确结论，仍需更多的基础和临床试验研究进一步证实，研发新型靶向药物，抑制病理性凋亡的发生，维持细胞动态平衡，为PCOS 的预防、治疗及长期监测提供理论基础。

[ 参考文献]

[1] SADEGHI H M， ADELI I， CALINA D， et al. Polycysticovary syndrome： A comprehensive review of pathogenesis，management， and drug repurposingJ]. Int J Mol Sci，2022， 23（2）： 583.

[ 2] WANG C， ZHANG Y. Endoplasmic reticulum stress： Anew research direction for polycystic ovary syndrome？J].DNA Cell Biol， 2022， 41（4）： 356–367.

[ 3] BAH荅CI E， KAYA C， KARAKA? S， et al. SerumX-box-binding protein 1 levels in PCOS patientsJ].Gynecol Endocrinol， 2021， 37（10）： 920–924.

[ 4] XU W， WANG C， HUA J. X-box binding protein 1（XBP1） function in diseasesJ]. Cell Biol Int， 2021，45（4）： 731–739.

[ 5] HETZ C， CHEVET E， HARDING H P. Targeting the__unfolded protein response in diseaseJ]. Nat Rev DrugDiscov， 2013， 12（9）： 703–719.

[6] ESCOBAR-MORREALE H F. Polycystic ovary syndrome：Definition， aetiology， diagnosis and treatmentJ]. NatRev Endocrinol， 2018， 14（5）： 270–284.

[7] 劉碧娟， 魏锦虹， 陈志群. 多囊卵巢综合征患者白细胞中内质网应激标志物表达情况J]. 中国妇幼保健，2019， 34（23）： 5529–5531.

[8] TAKAHASHI N， HARADA M， HIROTA Y， et al.Activation of endoplasmic reticulum stress in granulosacells from patients with polycystic ovary syndromecontributes to ovarian fibrosisJ]. Sci Rep， 2017， 7（1）：10824.

[ 9] CHANG H M， FANG Y， LIU P P， et al. Connectivetissue growth factor mediates growth differentiationfactor 8-induced increase of lysyl oxidase activity inhuman granulosa-lutein cellsJ]. Mol Cell Endocrinol，2016， 434： 186–198.

[ 10] KUNITOMI C， HARADA M， KUSAMOTO A， et al.Induction of aryl hydrocarbon receptor in granulosa cellsby endoplasmic reticulum stress contributes to pathologyof polycystic ovary syndromeJ]. Mol Hum Reprod，2021， 27（3）： gaab003.

[11] 孙博洋， 韩世愈. 慢性低度炎症与多囊卵巢综合征关系的研究进展J]. 中国优生与遗传杂志， 2022， 30（1）：161–164.

[12] SPRITZER P M. Inflammatory mediators in polycysticovary syndrome： The case of interleukin-18J]. ArchEndocrinol Metab， 2022， 66（1）： 1–2.

[ 13] GARG A D， KACZMAREK A， KRYSKO O， et al. ERstress-induced inflammation： Does it aid or impededisease progression？J]. Trends Mol Med， 2012， 18（10）：589–598.

[14] YANG L， ZHANG Z， ZHUO Y， et al. Resveratrolalleviates sepsis-induced acute lung injury bysuppressing inflammation and apoptosis of alveolarmacrophage cellsJ]. Am J Transl Res， 2018， 10（7）：1961–1975.

[15] AHMADI A， HAYES A W， KARIMI G. Resveratrol andendoplasmic reticulum stress： A review of the potentialprotective mechanisms of the polyphenolJ]. PhytotherRes， 2021， 35（10）： 5564–5583.

[16] BRENJIAN S， MOINI A， YAMINI N， et al. Resveratroltreatment in patients with polycystic ovary syndromedecreased pro-inflammatory and endoplasmic reticulumstress markersJ]. Am J Reprod Immunol， 2020， 83（1）：e13186.

[17] HARADA M， TAKAHASHI N， AZHARY J M， et al.Endoplasmic reticulum stress： A key regulator of thefollicular microenvironment in the ovaryJ]. Mol HumReprod， 2021， 27（1）： gaaa088.

[ 18] WANG C L， FAN Y C， CHUN-HSIEN TSENG， et al.Salmonella enteritidis infection slows steroidogenesisand impedes cell growth in hen granulosa cellsJ]. AvianDis， 2014， 58（4）： 511–517.

[19] BURGHEN G A， GIVENS J R， KITABCHI A E.Correlation of hyperandrogenism with hyperinsulinismin polycystic ovarian diseaseJ]. J Clin EndocrinolMetab， 1980， 50（1）： 113–116.

[ 20] AMIRRUDDIN N S， TAN W X， TAN Y S， et al.Progressive endoplasmic reticulum stress over time dueto human insulin gene mutation contributes to pancreaticbeta cell dysfunctionJ]. Diabetologia， 2021， 64（11）：2534–2549.

[21] LIU M， WEISS M A， ARUNAGIRI A， et al. Biosynthesis，structure， and folding of the insulin precursor proteinJ].Diabetes Obes Metab， 2018， 20（Suppl 2）： 28–50.

[ 22] JEANES Y M， REEVES S. Metabolic consequences ofobesity and insulin resistance in polycystic ovarysyndrome： Diagnostic and methodological challengesJ].Nutr Res Rev， 2017， 30（1）： 97–105.

[23] ZHU B， CHEN Y， XU F， et al. Androgens impair β-cellfunction in a mouse model of polycystic ovary syndromeby activating endoplasmic reticulum stressJ]. EndocrConnect， 2021， 10（3）： 265–272.

[24] SUN Y， ZHANG D， LIU X， et al. Endoplasmic reticulumstress affects lipid metabolism in atherosclerosis viaCHOP activation and over-expression of miR-33J]. CellPhysiol Biochem， 2018， 48（5）： 1995–2010.

[25] FERNANDES-DA-SILVA A， MIRANDA C S， SANTANAOLIVEIRAD A， et al. Endoplasmic reticulum stress asthe basis of obesity and metabolic diseases： Focus onadipose tissue， liver， and pancreasJ]. Eur J Nutr， 2021，60（6）： 2949–2960.

[ 26] LI M Y， ZHU X L， ZHAO B X， et al. Adrenomedullinalleviates the pyroptosis of leydig cells by promotingautophagy via the ROS-AMPK-mTOR axisJ]. CellDeath Dis， 2019， 10（7）： 489.

[27] EL-SAKA M H， BARHOMA R A， IBRAHIM R R， et al.Potential effect of adrenomedullin on metabolic andendocrinal dysfunctions in the experimentally inducedpolycystic ovary： Targeting implication of endoplasmicreticulum stressJ]. J Biochem Mol Toxicol， 2021， 35（5）：e22725.

[ 28] ZHANG Y， WENG Y， WANG D， et al. Curcumin incombination with aerobic exercise improves folliculardysfunction via inhibition of the hyperandrogen-inducedIRE1α/XBP1 endoplasmic reticulum stress pathway inPCOS-like ratsJ]. Oxid Med Cell Longev， 2021， 2021：7382900.

[29] AZHARY J M K， HARADA M， KUNIYOMI C， et al.Androgens increase accumulation of advanced glycationend products in granulosa cells by activating ER stressin PCOSJ]. Endocrinology， 2020， 161（2）： bqaa015.

[30] ALI I， LIU H X， ZHONG-SHU L， et al. Reducedglutathione alleviates tunicamycin-induced endoplasmicreticulum stress in mouse preimplantation embryosJ]. JReprod Dev， 2018， 64（1）： 15–24.

[31] DICKS N， BOHRER R C， GUTIERREZ K， et al. Reliefof endoplasmic reticulum stress enhances DNA damagerepair and improves development of pre-implantationembryosJ]. PLoS One， 2017， 12（11）： e0187717.

[32] DENG T， XIE J， GE H， et al. Tauroursodeoxycholic acid（TUDCA） enhanced intracytoplasmic sperm injection （ICSI）embryo developmental competence by amelioratingendoplasmic reticulum （ER） stress and inhibitingapoptosisJ]. J Assist Reprod Genet， 2020， 37（1）： 119–126.

[ 33] 賈甜甜， 文扬， 高蕾蕾， 等. 内质网应激对哺乳动物卵母细胞成熟的影响研究进展J]. 动物医学进展，2020， 41（4）： 110–114.

（收稿日期：2022–08–16）

（修回日期：2023–01–09）