殷露，穆楊，楊菁

(武漢大學人民醫(yī)院，武漢 430060)

多囊卵巢綜合征(PCOS)是一種常見的內分泌疾病，具有復雜的代謝異常，育齡婦女的PCOS患病率約為5%～10%[1]。其發(fā)病機制復雜，病因至今尚未闡明，主要以月經(jīng)不規(guī)律、多囊卵巢、高雄激素癥、胰島素抵抗和肥胖為主要臨床表現(xiàn)。大多數(shù)PCOS患者伴有超重或肥胖，并以腹型肥胖為主。PCOS婦女中約有50%～70%存在胰島素抵抗(IR)及代償性的高胰島素血癥[2]，IR也是PCOS的主要病理生理過程。PCOS婦女腹型肥胖、IR、雄激素過多三者之間形成惡性循環(huán)，加重PCOS的代謝紊亂。因此，PCOS是伴隨多種代謝紊亂的復雜綜合征，這種綜合征可能還會增加2型糖尿病、高血壓、血脂紊亂、心血管疾病和惡性腫瘤(如乳腺癌和子宮內膜癌)等疾病的發(fā)生風險[3]。然而，PCOS的診斷未有統(tǒng)一標準，目前較多采用修訂版的2003年鹿特丹標準[4]。因PCOS的臨床表現(xiàn)存在異質性，并缺乏特異性診斷標志物，因此，PCOS的早期預防、診斷以及有效的治療對于改善PCOS患者的臨床預后尤為重要。

近年來，新型診斷技術代謝組學通過考察生物體系受刺激或擾動后其代謝產(chǎn)物的變化，來研究生物體系的代謝途徑。在所有生物體內，代謝物及其改變包含著基因表達和蛋白功能改變等豐富的生物學信息[5]。先進的分析檢測技術結合模式識別和專家系統(tǒng)等計算機分析方法是代謝組學研究的基本方法。檢測方法包括核磁共振光譜技術(NMR)、高效液相色譜(HPLC)、質譜技術(MS)、氣相色譜(GC)和高效毛細管電泳等技術，其中NMR的應用尤為廣泛[6]。本文通過總結概括NMR在PCOS的中應用，為PCOS的診斷和治療提供新的技術支撐和研究思路。

一、NMR概述

NMR技術主要是基于某些原子核的磁性特性，活性核通過磁場的快速變化，使核自旋位于磁場外磁場中，然后記錄由于出現(xiàn)弛豫而產(chǎn)生的電磁輻射。當使用某一特定頻率的電磁波時，只有具有共振頻率的原子核才能吸收它[7]。該技術主要是通過分析樣本中每個分子其原子核自旋方向上的旋轉方向信號，結合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫，將標本中每一個單獨的信號與光譜中某個特定的化合物一一對應，從而明確其成分[8]。NMR技術因其樣品處理流程簡單，并且不會破壞樣品的結構和性質以及低成本而受到青睞。在使用NMR對物質成分進行量化時，因其核磁共振光譜中的譜峰與樣品中各化合物的原子是一一對應的，所測樣品在圖譜中信號的相對強弱反映樣品中各組分的相對含量，對所有化合物沒有偏向性，量化時也無需特定的內部標準，因此應用更加廣泛[9-10]。

基于NMR的代謝組學已經(jīng)應用于許多疾病的病理生理研究、疾病診斷、探討發(fā)病機制、藥物篩選和安全性評價、治療效果的檢測等，在重大疾病的早期診斷、個性化治療、中醫(yī)藥現(xiàn)代化等科學領域中都有著極其廣泛和重要的應用前景[11-14]。近期許多研究已經(jīng)使用了不同的代謝組學平臺，從PCOS患者的體液和其他組織中收集數(shù)據(jù)，從而可以非靶向地發(fā)現(xiàn)新的代謝相關分子，進一步明確PCOS代謝紊亂的具體機制。

二、PCOS患者不同標本的NMR檢測

許多研究基于NMR的代謝組學來分析PCOS患者的血液及尿液標本，結果表明PCOS患者體液中代謝物顯示不同的表達失調，包括碳水化合物代謝、脂質代謝、氨基酸代謝、蛋白質代謝等多種代謝途徑均參與到PCOS代謝紊亂的發(fā)生過程中，并且受PCOS表型影響明顯。

(一)血液

1.碳水化合物代謝：RoyChoudhury等[15]研究發(fā)現(xiàn)PCOS患者乳酸水平升高，而葡萄糖濃度降低。PCOS患者存在嚴重的碳水化合物代謝紊亂，表現(xiàn)為糖酵解途徑的增強和三羧酸循環(huán)(TAC)途徑的抑制。尚有其它研究報道，與PCOS非肥胖患者相比，肥胖患者胰島素敏感性降低，提示肥胖可能會進一步加重PCOS患者的胰島素抵抗[16]。

2.脂質代謝：Sun等[17]利用非靶向NMR的代謝組學方法發(fā)現(xiàn)了PCOS患者低密度脂蛋白(LDL)水平的升高及高密度脂蛋白(HDL)、磷脂酰膽堿水平的降低。以上脂質代謝的改變可能增加PCOS患者的心血管疾病(CVD)患病風險[18]。此外，Couto等[19]研究發(fā)現(xiàn)PCOS患者載脂蛋白A1(ApoA1)及白蛋白的含量顯著降低，同時存在脂質代謝紊亂。也有學者發(fā)現(xiàn)，PCOS患者的血清睪酮水平與脂質代謝之間存在一定的相關性。當腰圍(WC)>98 cm時，睪酮水平與PCOS患者中極低密度脂蛋白(VLDL)和血清脂質水平呈顯著正相關。調整WC后，較高的睪酮水平與胰島素水平和IR無明顯的相關性。PCOS患者腹型肥胖、睪酮升高和血脂異常三者之間存在著明顯的相互作用，并且腹型肥胖、IR、雄激素過多形成惡性循環(huán)，進一步加重PCOS的血脂異常和其他代謝異常，這些都可能對PCOS患者長期健康產(chǎn)生負面影響。

3.氨基酸代謝：Atiomo等[20]研究發(fā)現(xiàn)與對照組相比，PCOS患者氨基酸(精氨酸、賴氨酸、脯氨酸、谷氨酸和組氨酸)水平顯著降低。并有文獻報道低水平氨基酸與2型糖尿病相關[21]，側面提示了PCOS患者發(fā)生糖尿病的風險要高于正常人群。Sun等[17]發(fā)現(xiàn)具有肥胖、代謝綜合征或雄激素升高的PCOS患者亞組比沒有這些因素的相應亞組顯示更大的代謝偏差，進而提示以上因素會進一步加重PCOS的氨基酸代謝紊亂。在評估肥胖和胰島素抵抗對PCOS代謝異常的潛在干擾時，Zhao等[22]發(fā)現(xiàn)伴有肥胖和胰島素抵抗的PCOS患者與非肥胖且胰島素敏感性正常的PCOS患者相比，絲氨酸與蘇氨酸水平顯著降低；與之相反，在PCOS組中非肥胖且胰島素敏感性正?；颊吲c正常對照組相比，絲氨酸與蘇氨酸水平明顯升高，表明PCOS及其兩個常見特征對絲氨酸和蘇氨酸代謝的存在反向調節(jié)作用。PCOS患者支鏈氨基酸(BACC)與芳香族氨基酸(AAA)濃度增加，并且在無排卵性PCOS患者中觀察到較高水平的丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、鳥氨酸和酪氨酸，而在正常排卵的PCOS患者的血漿絲氨酸和蘇氨酸水平降低。這些氨基酸代謝途徑異?？赡苁菍е翽COS排卵功能障礙的重要原因，并且與PCOS的發(fā)展直接相關。改變上述排卵障礙患者的氨基酸代謝異常，可能對有生育要求的PCOS患者有一定的治療價值。

4.其它：血液中其它代謝產(chǎn)物如N-乙酰糖蛋白水平的升高可能與PCOS患者低度慢性炎癥相關。Bauls等[23]發(fā)現(xiàn)代謝綜合征加劇了PCOS患者體內的炎癥反應。并且機體長期慢性炎癥狀態(tài)可以激活氧化應激與內質網(wǎng)應激，增強白細胞-內皮相互作用，從而增加CVD的發(fā)生風險。PCOS患者慢性炎癥反應發(fā)病機制復雜，可能與機體代謝紊亂及細胞氧化應激密切相關，然而具體分子機制尚需要更多的研究去探索。

(二)其他體液及組織

采用血液標本來分析PCOS代謝的研究較多，但為了更好了解PCOS的發(fā)病機制與病因，還需要從不同的組織標本及其它體液中綜合分析PCOS的代謝改變。

1.卵泡液：卵泡液為卵母細胞的生長提供了特殊的局部微環(huán)境，其代謝物對卵母細胞發(fā)育至關重要。并且卵泡液可以提供關于卵泡生長的局部生化信息。曾有研究報道卵泡液代謝產(chǎn)物水平改變與胚胎的發(fā)育能力和卵母細胞的質量密切相關[24]。然而，基于NMR的代謝組學在PCOS患者卵泡液方面研究甚少。Zhang等[1]研究發(fā)現(xiàn)PCOS患者卵泡液中丙酮酸、乳酸、丙氨酸及谷氨酰胺均顯著降低，而乙酰乙酸和3-羥基丁酸水平增高。表明因PCOS患者丙酮酸代謝和糖酵解受損，使脂肪酸氧化及氨基酸分解替代能量通路增強。并且發(fā)現(xiàn)乙酰乙酸和3-羥基丁酸與PCOS患者的2PN受精率也呈正相關，谷氨酰胺與胚胎高質量率呈正相關。這可能表明，在能源不足的情況下，能量替代對于胚胎發(fā)育至關重要。而甘油與脂質水平明顯增加、HDL降低，可能與PCOS患者脂肪酶表達受損和胰島素抵抗引起的脂肪分解改變相關。在所有的卵泡液樣本中，優(yōu)胚率與幾種氨基酸(包括肌酸、亮氨酸、異亮氨酸和酪氨酸)呈顯著負相關性。

2.尿液：Whigham等[25]利用呼吸碳穩(wěn)定同位素及總尿氮(N)排泄，發(fā)現(xiàn)PCOS婦女脂肪氧化減少、氨基酸代謝增加的趨勢，并且其血清的NMR結果表明患者存在糖酵解增加以及氨基酸調節(jié)的代謝損傷。Wang等[26]采用超高效液相色譜-質譜聯(lián)用技術，檢測PCOS患者和對照組患者尿液代謝組學特征，發(fā)現(xiàn)PCOS患者中存在59種不同濃度代謝物，進一步分析后認為睪酮葡糖苷和11α-羥孕酮以及幾個候選的尿液標志物(吡草酮、甲硫氨酰基-苯丙氨酸、2-甘油)可能是PCOS患者的尿液標志物。因PCOS患者的尿液標本NMR代謝組學研究較少，尚需要我們進行更多的研究，從而發(fā)現(xiàn)更有效的依據(jù)來探索PCOS的發(fā)病機制以及可能的標志性代謝物。

3.組織器官：組織器官代謝組學的研究從其局部的代謝異常，來解釋疾病發(fā)生的機制。但基于組織樣本在提取過程中常采用有創(chuàng)傷性技術，且往往難以獲得，致使樣本量偏小，故研究尚少。已有文獻利用蛋白質組學方法檢測PCOS卵巢組織中的蛋白表達差異[27]，來探索疾病的發(fā)生發(fā)展過程。Selen等[28]利用產(chǎn)前糖皮質激素(GC)誘導的PCOS小鼠模型，檢測小鼠血漿和腎臟中的代謝變化。結果表明在腎臟代謝分析中，TAC代謝途徑產(chǎn)物(檸檬酸鹽、富馬酸鹽、琥珀酸鹽)和戊糖磷酸(PP)途徑產(chǎn)物(次黃嘌呤核苷和尿嘧啶)顯著改變。血漿和腎臟中代謝底物與氨基酸代謝的改變，增加了細胞質PP水平，從而增加線粒體活性，影響PCOS的發(fā)生與發(fā)展，并且可以作為早期預測的PCOS患者發(fā)生氧化應激代謝紊亂的生物標志物。PCOS代謝相關的器官如胰腺、卵巢等均會影響疾病的發(fā)生發(fā)展，其代謝物可能改變體內代謝途徑，提供了一種新的方法來研究PCOS的發(fā)病機制。

三、NMR在PCOS治療中的應用

基于NMR的代謝組學不僅可以應用于PCOS的發(fā)病機制及代謝標志物的探索，還可以用于評估藥物治療后的效果。

Vinaixa等[29]檢測了接受低劑量氟他胺、二甲雙胍和吡格列酮聯(lián)合治療的PCOS患者在1個月療程后的血清中代謝物水平，發(fā)現(xiàn)藥物治療降低了血清中氧化的LDL顆粒的水平，并升高HDL膽固醇水平、降低雄激素水平和頸動脈內膜中層厚度。藥物治療后重塑脂肪分布，從而減輕了低度炎癥，促進良好的脂肪細胞因子譜的形成，潛在地改善動脈粥樣硬化狀況。尚有研究報道，在PCOS小鼠模型中給予3-碘代氨甲蝶呤治療，增加代謝過程關鍵代謝物(葡萄糖、氨基酸、肉堿和檸檬酸鹽)水平，從而增強對氧化應激損傷的保護[30]。藥物治療PCOS后代謝組學分析，從病理生理學角度開辟了新的途徑設計藥物用于PCOS的靶向治療，進而提高患者的生活質量。

綜上所述，我們總結了近年來利用NMR技術檢測PCOS代謝紊亂的研究，從不同體液或組織、不同代謝途徑綜合介紹了PCOS患者的代謝異常。結果提示，PCOS患者存在碳水化合物、氨基酸、脂質等多種途徑的代謝異常，并且在不同的體液和組織中均有所體現(xiàn)，進一步證明PCOS的代謝異常并非卵巢局部，而是一種全身性的代謝紊亂。而這種全身性的代謝紊亂會增加PCOS患者多種疾病的遠期發(fā)病風險。因此，進一步深入揭示PCOS代謝紊亂的具體機制，以期得出明確的結論對于改善PCOS的臨床預后意義重大。同時，PCOS患者代謝紊亂受其表型影響明顯。近年來，盡管PCOS患者的代謝紊亂已得到廣泛重視與關注，基于PCOS臨床表現(xiàn)多種多樣，PCOS的代謝組學研究也是錯綜復雜，尚未發(fā)現(xiàn)公認的生物學標志物用于PCOS的早期預防、診斷和評估治療效果。而NMR作為一種簡單有效的檢測方式，仍然值得在此領域展開更加廣泛的應用。

盡管如此，前人的研究仍然給予我們許多提示，總結如下：首先，PCOS的臨床表現(xiàn)復雜，因此納入研究的對象應是相同表型的PCOS患者和與之嚴格匹配的正常女性，并且可以收集不同類型標本對PCOS的代謝異常進行綜合分析；其次，基于人體標本的干擾因素較多，可能無法得出一致的結論，許多現(xiàn)象也由于納入人群個體特征的差異而被掩蓋，或許可以考慮以動物模型作為切入點進行研究，此后再通過人體標本進行驗證；最后，小樣本實驗說服力差，若要得到有較強說服力的結論，尚需要大規(guī)模、多中心的前瞻性隨機對照實驗進行驗證。

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