卵泡發生過程與能量代謝

摘要:

卵泡的生長和發育均受到來自顆粒細胞、 卵泡膜細胞和卵母細胞

自分泌或者旁分泌

的基因、 激素以及生長因子的作用和調控ꎮ 其中ꎬ 顆粒細胞糖酵解過程所產生的丙酮酸、 乳酸等代謝產物是卵泡發生最主要的能量來源之一在卵泡發生和卵母細胞成熟過程中發揮重要作用ꎮ 開展卵泡顆粒細胞糖酵解代謝產物及限速酶變化的研究有助於更好地闡明卵泡發生過程中能量需求的分子機制ꎬ 為臨床女性因卵泡發育異常導致的不孕症提供積極的治療手段奠定基礎ꎮ 本文總結了不同狀態下卵泡發生過程中的能量需求及調控機制

關鍵詞: 卵泡發生 顆粒細胞 糖酵解 調控機制

泡發生起始於

原始卵泡的募集以卵泡排卵或者卵泡閉鎖而終止卵泡發育從形態學上分為:

原始卵泡

初級卵泡

次級卵泡

三級卵泡和成熟卵泡

從動態學上分為

原始卵泡的發育和啟動募集

初級和次級卵泡的發育

優勢化卵泡的選擇

卵泡閉鎖

排卵和黃體生成

女性 １ 個典型的生理週期中約有 １０００個卵泡開始生長但是僅有 １ ~ ２ 個卵泡最終完成排卵１ 名女性的整個生命週期中大約有 ４５０ ~ ５００ 個卵泡發生排卵ꎬ 而在初情期開始到絕經期大約有 ２５０ ０００個。

卵泡發生閉鎖卵泡發育與女性生育力密切相關據相關統計表明我國不孕症發生率為 １０％ ~ １５％ 並且呈逐年上升趨勢［２］其中卵泡發育不良和排卵障礙佔該病發生的 ２０％ ~ ４０％［３］然而因卵泡發育不良所造成不孕症佔不孕症患者總數的 ２７％ 重複率高達６３。８％［４］

文獻報道顆粒細胞能量代謝的異常是造成女性卵泡發生異常、 生育力下降的重要原因[５￣６]

因此明確其調控機制找到療效確切、 方便可行的治療靶點成為學者們共同關注的熱點問題ꎮ 本文將著重從卵泡發生過程中的能量代謝需求及調控機制的研究現狀進行綜述。

正常卵泡發生中的能量供求

正常卵泡發生過程中的能量需求主要依靠顆粒細胞透過其細胞膜上葡萄糖轉運蛋白 （ ｇｌｕｃｏｓｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒＧＬＵＴ） 攝取周圍組織中的葡萄糖經糖酵解途徑生成丙酮酸和乳酸作為主要能量來源ꎮ 隨著卵泡直徑和卵泡液的增加卵泡液中的乳酸含量亦逐漸增加而葡萄糖的含量與卵泡直徑呈負相關ꎬ 卵泡直徑越大葡萄糖濃度越低［７］

同樣乳酸脫氫酶的 活 性 和 水 平 亦 有 此 趨 勢［８］Ｂｏｌａｎｄ等［９］發現發育中的卵泡具有很高的糖酵解活性當用高濃度的葡萄糖、 丙酮酸和乳酸聯合培養顆粒細胞時增殖能力顯著提高［１０］山羊卵母細胞中糖酵解速率是氧化磷酸化的 １。 ５ 倍而卵丘卵母細胞複合體中糖酵解速率是氧化磷酸化的 ３ 倍之多［１１］

特別在

低氧狀態下

卵泡中糖酵解相關基因 ＧＬＵＴ１、 ＧＬＵＴ３、己糖激酶、 丙酮酸激酶 Ｍ２ 和 ＬＤＨ 的表達顯著上調［１２￣１３］研究提示卵母細胞不能直接利用糖酵解進行供能從原始卵泡開始ꎬ 顆粒細胞就表現出較強的糖酵解活性［１４］顆粒細胞中磷酸果糖激酶 及 ＬＤＨ 的表達顯著高於卵母細胞在竇卵泡中表達最強其糖酵解產生的終產物丙酮酸和乳酸可作為卵母細胞的主要能量來源［１５］

研究發現ꎬ在體外培養的卵母細胞培養基中加入丙酮酸和乳酸可透過改善細胞內部的氧化還原狀態和能量供應顯著抑制卵母細胞老化的程序［１６］

因此闡明卵泡顆粒細胞糖酵解途徑生成的丙酮酸和乳酸的調控過程對卵泡發育和卵母細胞生長起著重要作用

疾病狀態下卵泡發生的能量供求關係及對卵泡發育的影響

早發性卵巢功能不全

早發性卵巢功能不全早發性卵巢功能不全 （ ＰＯＩ） 是指女性在４０ 歲以前出現卵巢功能減退ꎬ 主要表現為月 經異常 （閉經、 月 經稀發或頻發） 、 促性腺激素水平升高 ［ 促卵泡素 ＦＳＨ） >２５ Ｕ/Ｌ］、 雌激素水平波動性下降而卵巢早衰 （ＰＯＦ）是指女性 ４０ 歲 以前出 現閉經、 促性腺激素水平升高（ ＦＳＨ > ４０ Ｕ/Ｌ） 和雌激素水平降低並伴有不同程度的圍絕經期症狀是 ＰＯＩ 的終末階段［２２

］卵巢顆粒細胞和卵母細胞中線粒體的含量豐富能夠調節顆粒細胞及卵母細胞的 ＡＴＰ 水平為其發育提供能量研究發現ＰＯＦ 患者線粒體 ＤＮＡ （ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅ￣ｉｃ ａｃｉｄｍｔＤＮＡ） 含量比正常人低且

ｍｔＲＮＡ 突變可以影響細胞內氧化磷酸化水平降低電子呼吸鏈的傳遞從而影響顆粒細胞凋亡及卵泡發育

［２３］

卵泡的閉鎖與顆粒細胞的凋亡密切相關線粒體膜通透性增加及活性氧的增多均會導致顆粒細胞凋亡當大量卵泡發生閉鎖

就會引發 ＰＯＦ近年研究發現線粒體融合蛋白線上粒體中有著重要作用而 Ｍｆｎ２ 在卵母細胞成熟中起著重要的調控作用ꎮ 應用大鼠 ＰＯＦ 模型的研究發現Ｍｆｎ２ 與 ＰＯＦ 有一定的相關性透過降低線粒，體膜電位影響線粒體供能減少 ＡＴＰ 形成ꎬ 導致卵泡發育障礙可產生 ＰＯＦ［２４］但關於卵泡發生過程中能量代謝紊亂與 ＰＯＩ 的發病機制和治療方案的研究還鮮見報道。

調控卵泡發生過程中能量供求關係的影響因素

內分泌因素　

卵泡發育是一個複雜的過程主要受下丘腦—垂體—性腺軸分泌的生殖激素調控垂體分泌 ＦＳＨ 和促黃體生成素 ＬＨ作用於卵巢ＦＳＨ 在促進卵泡生長、 成熟對顆粒細胞增殖、 內膜細胞分化、 卵泡液的分泌均具有促進作用ＬＨ 可選擇性誘導排卵前的卵泡生長髮育ꎬ 並觸發排卵刺激顆粒細胞合成雌二醇［２５］

研究顯示ＦＳＨ 在 ＬＨ 協同作用下可調控卵泡能量代謝促進卵泡成熟、 排卵Ａｌｖａｒｅｚ 等［２６］在體外培養豬丘卵母細胞複合體 （ｃｕｍｕｌｕｓ￣ｏｏｃｙｔｅ ｃｏｍｐｌｅｘｓＣＯＣｓ） 中發現在促性腺激素 （ ＦＳＨ、ＬＨ） 作用下卵丘細胞對葡萄糖的攝取量增加同樣在體外培養人卵泡顆粒細胞中新增 ＦＳＨ 可增加乳酸的生成提高卵丘細胞的糖酵解速率［２６￣２７］

ＦＳＨ 可以增加大鼠卵巢顆粒細胞 ＧＬＵＴ１ /ＧＬＵＴ４ 的表達從而

增加葡萄糖的攝取[

２８］且 ＦＳＨ 可以透過促進 ＨＫ、 ＰＦＫ 活性上調促進乳酸生成增加腔前卵泡和刺激卵巢中 ＣＯＣｓ 的

糖酵解速率

［２９￣３０］

ＦＳＨ 和 ＬＨ 在卵泡的發育過程中側重於調控不同的糖酵解限速酶在小的腔前卵泡 （ < ９０ μｍ） 中ＬＨ 可上調 ＰＦＫ 活性而在較大腔前卵泡 （９０ ~２５０ μｍ）中ＦＳＨ 主要透過刺激 ＰＫＭ 的活性增加卵泡乳酸生成［３０］

ＬＨ 透過結合卵泡膜細胞 （ ｔｈｅｃａ ｃｅｌｌＴＣ） 上的 ＬＨ 受體使 ＴＣ 產生雄激素［３１］當發生 ＰＣＯＳ 時機體內

含有過多的雄激素阻止優勢卵泡發育導致卵泡閉鎖及卵子退化

［３２］因此透過結合生殖內分泌和卵泡代謝物含量的檢測對臨床上判斷 ＰＣＯＳ 卵泡發育異常有一定的指導義。

訊號轉導通路的調控　

近年研究發現

磷脂醯肌醇 ３ 激酶 (ＰＩ３Ｋ)/蛋白激酶Ｂ (ＰＫＢ/ＡＫＴ)

和

肝激酶 Ｂ１ ( ＬＫＢ１)/ＡＭＰ 活化蛋白激酶 ( ＡＭＰＫ) 訊號通路

相關因子共同 參與調控卵泡顆粒細胞增殖、 卵泡直徑變化、 成熟和週期性排卵等過程。

報道顯示活化的 ＰＩ３Ｋ 可以促進顆粒細胞的增殖和分化促進卵母細胞的生長及排卵等多個過程其失活可導致原始卵泡直接從靜止狀態死亡但過度啟用可使原始卵泡過早發育及卵泡過快凋亡［ ２１］

ＰＩ３Ｋ/ＡＫＴ 是胰島素調節糖代謝方向傳遞的關鍵通路活化的 ＰＩ３Ｋ 透過抑制烯醇式丙酮酸羧激酶（ ＰＥＰＣＫ） 而阻斷糖異生同時上調 ＧＬＵＴ 的表達增加葡萄糖利用並透過增強ＰＦＫ 的活性來調控糖酵解的程序［３３］

癌症相關研究顯示抑制 ＰＩ３Ｋ/ＡＫＴ 通路後可顯著降低食管癌細胞的糖酵解速率同 時 ＧＬＵＴ 和 ＨＫ 蛋白 的 表達也著降低［３４］Ｊｉａｎｇ 等［３５］發現 ＬＫＢ１ /ＡＭＰＫ 訊號通路也參與了卵泡的發生ＬＫＢ１ 的缺失可以降低 ＡＭＰＫ 活性導致原始卵泡池過早啟用甚至造成 ＰＯＦ。

相關研究表明ＡＭＰＫ （ＡＭＰ 依賴性蛋白激酶） 為葡萄糖感受器ＬＫＢ１是其上游激酶ꎬ多年以來人們認為 ＡＭＰ/ＡＴＰ 比值為ＡＭＰＫ 啟用的調控核心。

而林聖彩等［３６］發現ＬＫＢ１可透過調節糖酵解關鍵酶—醛縮酶的機制啟用 ＡＭＰＫ有學者發現當 ＡＭＰＫ 啟用後心肌的葡萄糖攝取量增加啟用 ＰＦＫ增加糖酵解通量同時減少 ＰＥＰＣＫ 和葡萄糖￣６￣磷酸酶 （ ｇｌｕｃｏｓｅ￣６￣ｐｈｏｓｐｈａｔａｓｅＧ６Ｐ） 的表達來抑制糖異生［３７￣３８］

本課題組尚未發表的前期研究顯示ＰＣＯＳ 大鼠卵巢中的 ＡＫＴ 和 ＡＭＰＫ 的表達水平顯著降低與卵巢中糖酵解相關限速酶的表達趨勢一致可以相信一定程度上啟用 ＰＩ３Ｋ/ＡＫＴ 及 ＬＫＢ１ /ＡＭＰＫ 訊號通路可調控顆粒細胞糖酵解的活性並促進卵泡發育但目 前關於 ＰＩ３Ｋ/ＡＫＴ 和 ＬＫＢ１ /ＡＭＰＫ 訊號通路在調控卵泡發育中的能量代謝的機制還需進一步研究證實。

ｍｉｃｒｏＲＮＡ 對卵泡發生能量代謝的調控　

ｍｉｃｒｏＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ） 是由長約 ２２ 個核苷酸構成的內源性非編碼的單鏈小 ＲＮＡ 分子在不同哺乳動物卵巢中 ｍｉＲＮＡｓ都大量表達並參與調控卵泡生長、 閉鎖、 排卵和類固醇生成［３９￣４０］

有研究發現ｍｉＲ￣１５５ 可顯著上調 ＨＫ、ＧＬＵＴ、 ＰＦＫ、 ＰＫＭ２、 ＬＤＨ 的表達同時過表達的ｍｉＲ￣１５５ 透過靶向 啟用細胞 Ｃ /ＥＢＰβ （ ｍｉＲＮＡ￣１４３ 轉錄啟用劑） 的表達抑制 ｍｉＲ￣１４３增加細胞葡萄糖的消耗和乳酸的形成促進細胞糖酵解代謝［４１￣４２］

不僅如此許多 ｍｉＲＮＡ 也參與抑制糖酵解通路研究發現 ｍｉＲ￣９３ 也與 ＧＬＵＴ４ 相關在機體中平衡胰島素抵抗起著重要作用尤其是在 ＰＣＯＳ 患者中透過上ｍｉＲ￣９３ 的表達來調節胰島素從而控制機體對葡萄糖的攝入［４３］ｍｉＲ￣１４３ 的過表達被證明在諸多癌症中如：

結直腸癌、 宮頸癌、 前列腺癌等中具有抑制生長作用它透過抑制 ＨＫ 的表達來抑制葡萄糖的代謝［４４】ｍｉＲ￣３２６ 表達增加可以降低 ＰＫ 的表達致使細胞凋亡［４５］ｍｉＲ￣３４ａ 透過對 ＬＤＨ 的抑制來下調糖酵解速率減緩細胞的生長髮育儘管卵巢中 ｍｉＲＮＡ 的功

能研究越來越多但是關於卵巢中 ｍｉＲＮＡ 如何透過調控卵泡能量代謝參與卵泡發生特別是卵泡液外泌體中 ｍｉＲＮＡ 作為鑑定卵泡發育異常指標的研究將成為卵泡發生領域研究的熱點

。

乙醯化修飾對卵泡發生能量代謝的影響

組蛋白乙醯化修飾是表觀轉錄調控的重要機制主要透過

組蛋白乙醯化酶 ( ＨＡＴ)

和

組蛋白去乙醯化酶 (ＨＤＡＣ)

分別介導乙醯化和去乙醯化程序幾乎參與了細胞所有的正常活動調控生命程序［４６］同時

敲除 ＨＤＡＣ１ 及 ＨＤＡＣ２ 則會導致小鼠的生殖功能障礙各級卵泡數量減少並且卵泡閉鎖及卵母細胞凋亡數量增多

［４７￣４８］

研究發現糖酵解的關鍵限速酶如： ＰＫＭ２、 ＬＤＨＡ 和 ＰＥＰＣＫ１ 受到乙醯化的調控［４９］ＰＫＭ２ 在高糖狀態下可發生乙醯化導致細胞中乳酸集聚促進腫瘤細胞的增殖和生長［５０］ＬＤＨ 乙醯化後活性被抑制腫瘤細胞增殖和轉移受阻而當 ＬＤＨ 發生去乙醯修飾時其活力增加促進癌細胞生長和代謝［５１］

Ｓｉｒｔｕｉｎｓ 家族 （ ＳＩＲＴ１￣７） 屬於高度保守並依賴 ＮＡＤ＋的 ＨＤＡＣ研究發現 ＳＩＲＴ１ 在卵巢中表達量顯著高於其他組織在卵巢顆粒細胞的表達中顯著高於卵巢其他細胞［５２］ＳＩＲＴ１ 可使肝臟中糖異生相關基因過氧化物酶體增殖物啟用受體 γ 輔助啟用因子￣１α （ ｐｅｒｏｘｉｓｏｍｅ ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｏｒ￣ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ｇａｍ￣ｍａ ｃｏａｃｔｉｖａｔｏｒ￣１￣ａｌｐｈａ ＰＧＣ￣１Ａ） 去乙醯化抑制葡萄糖輸出上調 ＰＫＭ 及葡萄糖激酶糖酵解基因的表達［５３］

ＳＩＲＴ２ 可使癌細胞中乳酸脫氫酶 Ａ （ ｌａｃｔａｔｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎ￣ａｓｅ ＡＬＤＨＡ） 發生去乙醯化提升 Ｗａｒｂｕｒｇ 效應增強癌細胞的增殖和分化［５４］ＳＩＲＴ６ 被報道可以透過去乙醯化修飾組蛋白 Ｈ３Ｋ９ 來抑制糖酵解基因抑制 ＬＤＨ的轉錄將丙酮酸轉移至線粒體三羧酸迴圈以產生高效 ＡＴＰ［５５］ 因此闡明卵泡發生過程中能量代謝的乙醯化修飾機制對臨床治療因卵泡發育不良導致的女性不孕具有重要意義。

綜上， 能量代謝貫穿卵泡發生的全過程在卵泡生長髮育中發揮著重要作用ꎮ 儘管本文已從傳統的內分泌、 訊號傳導通路以及近年來熱門的 ｍｉＲＮＡ、 表觀遺傳 ４ 個方面初步闡述卵泡發生過程中 能量調控機制但各因素協作調控分子機制還有待深入研究相信隨著分子生物技術的不斷髮展與進步探索卵泡發生過程中能量代謝及其調控機制ꎬ 將成為當前生殖醫學研究的熱點ꎮ 探討能量代謝產物變化及其調控機制的關係破解其在卵泡發生過程中的重要作用可為全面闡述卵泡發生過程中能量代謝的分子機制奠定理論基礎併為臨床上治療女性不孕及女性生殖系統疾病提供新的指導。