楊 立, 程 玲, 王 志, 黃冬梅△

1華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院中西醫(yī)結合研究所,武漢 430030 2同濟大學附屬東方醫(yī)院針灸科,上海200120

多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome,PCOS)是育齡期婦女最常見的內分泌紊亂性疾病,以卵巢多囊樣改變、排卵障礙、高雄激素血癥和胰島素抵抗(insulin resistance,IR)為主要特征,臨床上主要表現(xiàn)為月經(jīng)失調、不孕、肥胖、多毛、痤瘡和黑棘皮癥等。關于PCOS的發(fā)病機制,過去研究主要集中在內分泌、遺傳和環(huán)境等方面,但確切機制目前仍不明確,因此發(fā)病機制是PCOS的重要研究內容。

PCOS患者常伴有肥胖和胰島素抵抗,并且患2型糖尿病和心血管疾病的風險明顯增加。近年來,越來越多的研究表明PCOS患者存在著慢性炎性反應,表現(xiàn)為C反應蛋白(C-reactive protein,CRP)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)等炎癥細胞因子的增加[1]。然而,炎癥也被認為是代謝性疾病如肥胖和胰島素抵抗的特征[2]。那么PCOS患者的炎癥狀態(tài)是否與肥胖和胰島素抵抗有關呢?本文對肥胖、胰島素抵抗與炎癥的關系,以及肥胖和胰島素抵抗對PCOS患者炎癥狀態(tài)的影響進行了綜述,現(xiàn)報告如下。

1 肥胖、胰島素抵抗與炎癥

1.1 肥胖和炎癥

隨著生活水平的提高,人們的營養(yǎng)狀態(tài)也發(fā)生了明顯的改變,大多數(shù)人存在營養(yǎng)過剩。因此,肥胖已經(jīng)在全球范圍內流行起來。大量群集的脂肪細胞構成脂肪組織,脂肪組織作為能量儲存器官,當體內的營養(yǎng)過剩時,脂肪組織會大量的擴張,從而導致肥胖。然而,脂肪組織不僅僅是一個能量儲存器官,還是一個極其重要的內分泌器官。研究發(fā)現(xiàn),脂肪組織分泌特定的生物功能所必需的物質(如瘦素、脂聯(lián)素、抵抗素)和細胞因子(如IL-6、TNF-α)[3]。肥胖會導致脂肪組織的分泌物增加,而這些增加的分泌物對機體產(chǎn)生的生物學效應就會發(fā)生改變,從而導致新陳代謝紊亂[2]。脂肪細胞代謝功能紊亂會導致脂肪組織產(chǎn)生炎癥,脂肪組織中的巨噬細胞強化了炎癥過程[4]。Weisberg等[5]評估了小鼠的脂肪組織的轉錄表達,發(fā)現(xiàn)1304個轉錄本的表達與身體質量指數(shù)(body mass index,BMI)顯著相關。在100個最相關的基因中,30%編碼的蛋白質有巨噬細胞的特征,并與BMI呈正相關。脂肪組織中巨噬細胞和非巨噬細胞的表達分析表明,脂肪組織巨噬細胞與脂肪組織中TNF-α、誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和IL-6的表達密切相關。因此,Weisberg等[5]得出結論,肥胖者的脂肪組織中巨噬細胞增加,并參與肥胖者脂肪組織的炎癥反應。

1.2 胰島素抵抗與炎癥

胰島素抵抗(insulin resistance,IR)指的是靶細胞對胰島素的反應降低,或者,在整體水平上,循環(huán)或注射胰島素對血糖的降低作用受限[6]。炎癥與胰島素抵抗相互關聯(lián)的具體機制尚不清楚,但是炎癥與胰島素抵抗有關卻是毋庸置疑的。

Hotamisligil等[7]在1995年就發(fā)現(xiàn),肥胖者的脂肪組織中TNF-α的mRNA表達是瘦者的2.5倍之多,而脂肪組織中TNF-α的mRNA表達與高胰島素水平呈顯著正相關,并且體重減輕后,胰島素敏感性增加,TNF-α的mRNA表達下降,從而證明了TNF-α在肥胖者的IR形成中的重要作用。TNF-α在胰島素作用的靶組織中通過增加胰島素受體底物-1(insulin receptor substance-1,IRS-1)的絲氨酸磷酸化而介導IR的形成[8]。有研究提出,核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)信號軸以多種方式調節(jié)胰島素敏感性,在不同代謝組織中建立低水平炎癥狀態(tài)起著主要作用[9]。Priyanka等[10]的研究表明,脂肪細胞缺氧導致NF-κB通路激活,炎性細胞因子釋放,抑制IRS-1的磷酸化,從而促進胰島素抵抗。這為脂肪細胞缺氧導致的炎癥和胰島素抵抗提供了重要的聯(lián)系。以上均表明,炎癥與胰島素抵抗之間存在著重要的聯(lián)系,而NF-κB通路的激活是聯(lián)系兩者的核心機制。

1.3 炎癥關聯(lián)肥胖和胰島素抵抗

如前所述,肥胖與炎癥相關,胰島素抵抗亦與炎癥相關,而肥胖者常常伴有胰島素抵抗[6],那么炎癥是否在肥胖與胰島素抵抗之間充當著橋梁的作用呢?研究者們試圖從多個方面來解釋炎癥在肥胖和胰島素抵抗中的作用。Xu等[11]的研究結果表明,在病理性肥胖中,巨噬細胞起著積極的作用,巨噬細胞相關的炎癥活動可能參與了肥胖引起的胰島素抵抗的發(fā)病機制,因此認為肥胖相關的胰島素抵抗至少在某種程度上是脂肪組織引發(fā)的一種慢性炎性疾病。上文也談到巨噬細胞的浸潤是肥胖者炎癥反應的關鍵因素。隨后的研究中也發(fā)現(xiàn)在炎癥、胰島素抵抗、肥胖三者的關系中,巨噬細胞扮演著重要作用。如:Shin等[12]發(fā)現(xiàn)肥胖小鼠的脂肪組織巨噬細胞(adipose tissue macrophages,ATMs)中,極低密度脂蛋白受體(very low density lipoprotein receptor,VLDLR)顯著增加,通過上調神經(jīng)酰胺表達和促進M1類巨噬細胞極化,從而促進脂肪組織炎癥和葡萄糖耐受不良;造血細胞VLDLR的缺乏減少了飲食誘導的肥胖小鼠的脂肪組織中巨噬細胞的聚集,緩解了脂肪組織炎癥并改善了胰島素抵抗。這些發(fā)現(xiàn)表明,ATMs中VLDL-VLDLR信號的增加會加重肥胖者的脂肪組織炎癥和胰島素抵抗。最近,有學者從線粒體功能障礙方面研究了炎癥在肥胖和胰島素抵抗發(fā)病機制中的作用。肥胖使線粒體DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)釋放到細胞質中,激活環(huán)GMP-AMP合酶(cyclic GMP-AMP synthase,cGAS)-環(huán)磷酸腺苷(cyclic GMP-AMP,cGAMP)-干擾素刺激基因(stimulator of interferon genes,STING)通路,即cGAS-cGAMP-STING通路,導致脂肪組織的慢性無菌性炎性反應增強,從而加劇了肥胖誘導的胰島素抵抗[13]。一項小鼠實驗表明[14],飲食誘導的肥胖小鼠的T淋巴細胞(CD4+T細胞)中炎癥細胞聚集、促炎基因表達增強、OX40(輔刺激分子)呈高表達狀態(tài)。與野生型小鼠相比,敲除基因OX40的小鼠沒有明顯的脂肪組織炎癥、體重增加程度減少、較低的空腹血糖水平,從而說明輔刺激分子OX40具有促炎作用,可以誘導胰島素抵抗?？傊?以上研究提示,肥胖可以促進炎癥的發(fā)生,后者可進一步誘導IR的形成,炎癥在肥胖與IR之間可能充當著橋梁的作用。

2 PCOS與炎癥

2.1 PCOS患者存在著炎癥狀態(tài)

炎癥是對感染、傷害或其他刺激的先天免疫反應的結果,通常用白細胞計數(shù)、CRP、白細胞介素、TNF-α等來評估。首次提出PCOS患者存在著炎癥狀態(tài)的是Kelly等[15],他在研究中測定17名患有PCOS(高雄激素和低月經(jīng)量)的女性和15名BMI相匹配的健康女性的CRP濃度,發(fā)現(xiàn)PCOS患者的CRP濃度明顯高于健康女性。因此首次提出低水平的慢性炎癥作為一種新的機制,可增加PCOS患者發(fā)生冠心病和2型糖尿病的風險。在Kelly提出PCOS存在慢性低水平炎癥反應后,越來越多研究證實了PCOS的炎癥反應存在。如Nehir等[16]也證實了PCOS患者存在促炎狀態(tài),他們的研究發(fā)現(xiàn),所有PCOS患者的CRP、TNF-α和α-酸性糖蛋白(α1-acidglycoprotein,AAG)顯著增加。隨著相關研究的增多,還新增了評估PCOS患者炎癥狀態(tài)的炎癥標志物。如Rashad等[17]把降鈣素原(procalcitonin,PCT)作為PCOS患者,尤其是肥胖型PCOS患者慢性炎癥的一種新型標志物。近幾年,糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products,AGEs)[18]、無翅型MMTV整合位點家族成員5a(wingless type MMTV integration site family,member 5a,WNT5a)[19]也都被認為可作為評估PCOS的炎癥標志物,下文將具體闡述。

2.2 肥胖型PCOS患者的炎癥

30%～70%的PCOS患者伴有肥胖[20],如上文所述,PCOS患者存在著慢性低水平炎癥反應,肥胖者同樣也存在炎癥狀態(tài)。在肥胖型PCOS患者中,是肥胖還是PCOS本身導致機體呈現(xiàn)炎癥狀態(tài)存在爭議。

2.2.1 PCOS的炎癥反應與肥胖無關 WNT信號級聯(lián)在機體的各種發(fā)育和生物學過程的調控中起重要作用[21]。研究發(fā)現(xiàn)WNT5a作為一種炎癥標志物,在肥胖者中表達增強[22]。而PCOS患者的粒層細胞GCs中[19],表達增強,通過磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/AKT/NF-κB信號通路誘導炎癥相關基因的表達,而上調的促炎信號可以進一步通過NF-κB相關調控增強WNT5a的表達。而在PCOS患者中,WNT5a激發(fā)的炎癥反應卻與肥胖無關[19]。

CRP是肝細胞在促炎性細胞因子(如IL-6和TNF-α)刺激下產(chǎn)生的急性反應物。2011年,一項評估炎癥與PCOS之間相關性的Meta分析[23]顯示,與對照組相比,PCOS患者的血清CRP水平增加了96%,與BMI無關。一項BMI匹配病例對照研究[24]顯示,與BMI匹配的對照組相比,瘦型和肥胖型的PCOS患者的CRP水平都增加了,表明PCOS的炎癥可能與疾病本身有關,而與肥胖無關。Kelly等[15]的研究中PCOS患者的CRP濃度明顯高于相匹配的對照組,當調整BMI后,PCOS和對照組的CRP仍存在顯著性差異。

2.2.2 PCOS的炎癥反應與肥胖有關 雖然有研究表明PCOS患者的炎癥狀態(tài)與肥胖無關,但是更多的研究卻表明肥胖似乎才是PCOS患者出現(xiàn)炎癥的主要決定因素。如:Durmus等[25]將76名PCOS患者與38名年齡和BMI匹配的健康者分別作為實驗組和對照組,并將實驗組和對照組都按體質量指數(shù)(BMI)<25和≥25 kg/m2分為兩個亞組,測定了各組hsCRP的血清水平。結果發(fā)現(xiàn),在肥胖的PCOS和肥胖的對照組中hsCRP水平無明顯差異,在非肥胖型PCOS患者和非肥胖對照組中hsCRP水平也無明顯差異,而從整體上看,肥胖組的hsCRP水平明顯高于非肥胖組[(3.169±3.410)vs.(1.042±2.130) mg/L,P<0.01]。Barcellos等[26]研究顯示TNF-α、IL-6和hsCRP水平在PCOS組和對照組之間相似,TNF-α水平在肥胖組和非肥胖組之間相似,肥胖組的IL-6和hsCRP水平高于非肥胖組?？傊?Durmus和Barcellos的研究結果均顯示,在PCOS患者中主要是肥胖影響炎癥標志物水平。

Lindholm等[27]用實時PCR法測定了超重PCOS患者和超重健康者脂肪組織中的炎性標志物水平,發(fā)現(xiàn)兩組的炎性標志物水平?jīng)]有差異,從而認為PCOS患者的脂肪組織炎癥升高的主要解釋變量是超重,而不是PCOS本身。Alshammari等[28]比較了正常肥胖者和肥胖PCOS患者脂肪組織中炎性標志物的基因表達,發(fā)現(xiàn)兩者在脂肪細胞因子水平上沒有差異。Bhatt等[29]在單核苷酸多態(tài)性圖譜上對PCOS患者的80個炎性基因進行基因型分析,發(fā)現(xiàn)在MAP3K7、IKBKG、TNFRS11A、AKT2、IL6R和IRF1中,表面上觀察到一個關聯(lián)的顯著性證據(jù),但在多次測試調整后,結果都沒有統(tǒng)計學意義。這三項研究都從基因層面證明了肥胖才是影響PCOS患者炎癥的主要因素。

2.3 伴有胰島素抵抗的PCOS患者的炎癥

PCOS患者常常伴有胰島素抵抗,而該類患者也存在著炎癥狀態(tài)[30]。然而,其相關的發(fā)病機制仍不明確。這些年來,研究者們試圖從不同方面著手來闡明其機制。

高水平的糖基化終產(chǎn)物(AGEs)是代謝綜合征、2型糖尿病和心血管疾病的危險因素。AGEs作為一種促炎細胞分子在PCOS患者血清中升高,與PCOS的代謝和生殖異常有關[18]。研究還發(fā)現(xiàn)AGEs可能在2型糖尿病的胰島素分泌缺陷的發(fā)展或預測中發(fā)揮作用[31]。與PCOS患者胰島素抵抗的形成密切相關[32]。

對于PCOS患者來說,不論是否伴有肥胖,TNF-α的水平都升高[26]。然而當PCOS和肥胖聯(lián)合出現(xiàn)時,TNF-α水平增加更明顯,并且有助于IR的形成[33]。這和上文所說的炎癥關聯(lián)肥胖和胰島素抵抗相符合。同時,上文也說明了TNF-α在胰島素抵抗的發(fā)病機制中起重要作用。那么對于伴有胰島素抵抗的PCOS患者來說,TNF-α在胰島素抵抗形成的機制中應該也有著不可忽視的作用。如:TNF-α激活β細胞內的NF-κB,從而誘導內質網(wǎng)應激和β細胞凋亡[34],這似乎給PCOS患者的胰島素敏感性下降與TNF-α有關提供了一個證據(jù)[35]。另有研究發(fā)現(xiàn),PCOS患者的β細胞功能障礙與高血糖引起的單核細胞的NF-κB活化和全身炎性反應有關[36]。

有學者研究了PCOS患者的同型半胱氨酸(homocysteine,Hcy)血清水平狀態(tài),發(fā)現(xiàn)與年齡和BMI相匹配的對照組相比,PCOS患者的Hcy和CRP的血清水平明顯升高[37]。那么,對于伴有胰島素抵抗的PCOS患者來說,Hcy是否在其發(fā)病機制中起到了一定的作用呢?最近的一項動物研究則恰好說明了Hcy在其中的作用。該研究[38]表明,高同型半胱氨酸血癥(hyperhomocysteinemia,HHcy)通過降低脫氫表雄酮(dehydroepiandrosterone,DHEA)誘導的PCOS小鼠的血清雌激素水平來調節(jié)M2巨噬細胞極化,從而促進小鼠的胰島素抵抗和脂肪組織炎癥。

2.4 肥胖和(或)胰島素抵抗對PCOS患者炎癥的影響

前文討論了對于PCOS患者來說,其炎癥狀態(tài)似乎與肥胖和胰島素抵抗都有關。那么,PCOS患者的炎癥狀態(tài)是由肥胖還是胰島素抵抗,還是二者聯(lián)合所致呢?研究發(fā)現(xiàn)[39],與對照組相比,PCOS組的CRP水平和穩(wěn)態(tài)模型評估-胰島素抵抗指數(shù)(homeostasis model assessment-insulin resistance,HOMA-IR)升高,獨立于肥胖。然而Escobar-Morreale等[35]研究發(fā)現(xiàn),雖然PCOS患者的胰島素敏感性與CRP、IL-6、TNF-α、可溶性2型TNF-α受體和可溶性細胞間粘附分子-1均呈負相關。但是,在控制BMI后,只有CRP還與胰島素敏感性保持弱相關,說明肥胖才是絕經(jīng)前婦女血清炎癥心血管危險標志物的主要影響因素,而不是胰島素抵抗。Spritzer等[40]卻認為PCOS患者促炎狀態(tài)增強可能是由于肥胖和胰島素抵抗的共存率增高所致。

綜上所述,PCOS作為一種多因性疾病影響越來越多婦女的健康,但由于該病的病因及發(fā)病機制尚不清楚,因而臨床缺乏理想的治療措施,對它的治療也多是對癥處理。弄清PCOS的病因或發(fā)病機制,對其治療是有幫助的。本文對炎癥與PCOS的關系進行了梳理,發(fā)現(xiàn)炎癥對PCOS的發(fā)生發(fā)展有重要的影響,并且PCOS患者的炎癥與肥胖和胰島素抵抗之間相互關聯(lián)。是否也可以通過抗炎途徑來治療PCOS,還有待進一步的研究。