常 惠，張躍輝，沈文娟，Chi Chiu Wang，王喜軍，吳效科＊＊

（1. 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)博士后流動站 哈爾濱 150040；2. 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院 哈爾濱 150040；3. 香港中文大學(xué) 香港 999077）

多囊卵巢綜合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是女性常見的內(nèi)分泌疾病，主要以閉經(jīng)、不孕、高雄激素血癥為臨床表現(xiàn)，伴有糖尿病、心血管疾病的遠(yuǎn)期并發(fā)癥，青春期主要表現(xiàn)為無排卵性閉經(jīng)、月經(jīng)稀發(fā)、肥胖、多毛、痤瘡；到了生育年齡，不孕是困擾大多數(shù)PCOS 女性的主要癥狀，由此影響家庭和睦；到了圍絕經(jīng)，其2 型糖尿病、心血管疾病、子宮內(nèi)膜癌及代謝綜合征等問題是該病嚴(yán)重的并發(fā)癥。因此，PCOS困擾女性一生，嚴(yán)重的危害女性健康。目前，PCOS 的病因尚不明確，診斷標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。本文就PCOS 的診斷標(biāo)準(zhǔn)及代謝組學(xué)在PCOS 中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，旨在服務(wù)于臨床PCOS的診斷和治療。

1 PCOS的診斷標(biāo)準(zhǔn)

PCOS 是一種女性常見的內(nèi)分泌代謝疾病，其發(fā)病率為5-10%[1]。1935 年首次被提出PCOS，主要以多囊形態(tài)變化，月經(jīng)稀發(fā)或者閉經(jīng)、不孕、多毛為主要表現(xiàn)。PCOS 患者常常伴隨著不孕，并且伴有不良的妊娠結(jié)局、代謝、心血管和社會心理因素[2]。目前PCOS沒有確切的治療措施，其病理機(jī)制也尚不明確。PCOS的臨床表現(xiàn)主要包括無排卵或者稀發(fā)排卵引起的閉經(jīng)或者月經(jīng)失調(diào)，雄激素過高引起的高雄激素血癥和多毛和超聲下的卵巢呈多囊樣改變。此外，PCOS 患者存在明顯的糖脂代謝異常，表現(xiàn)為代謝綜合征發(fā)病率升高3-5倍，妊娠期流產(chǎn)、糖尿病和高血壓病等升高2-3 倍，遠(yuǎn)期的心腦血管等慢病發(fā)病率顯著增加。而且，PCOS 的癥狀嚴(yán)重程度不同，主要受年齡、體重、種族和環(huán)境因素的影響[3]。因此，PCOS 是生殖與代謝并存的慢性非傳染性疾病的代表性模型。目前PCOS 的診斷標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下5種（圖1）。

1.1 1990年NIH診斷標(biāo)準(zhǔn)[4]

①高雄激素的臨床表現(xiàn)和/或高雄激素血癥；②慢性無排卵；③除外高泌乳素血癥和甲狀腺疾病、先天性腎上腺皮質(zhì)增生等其他內(nèi)分泌疾病。

1.2 2003年Rotterdam診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]

①高雄激素的臨床或者生化改變；②稀發(fā)排卵或者無排卵；③超聲發(fā)現(xiàn)卵巢呈多囊樣改變。符合上述三項中的任何兩項，診斷為PCOS。

圖1

1.3 2006年AES診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]

①臨床或者生化的高雄激素血癥為必需條件；②稀發(fā)排卵或無排卵，和/或卵巢成PCO 改變；③排除其他內(nèi)分泌疾病。

1.4 2007年日本診斷標(biāo)準(zhǔn)[7]

①月經(jīng)異常，包括閉經(jīng)、月經(jīng)稀發(fā)或無排卵；②卵巢呈多囊樣改變：超聲可見雙側(cè)卵巢呈小卵泡，至少一側(cè)卵巢內(nèi)卵泡大小為2-9 mm，數(shù)目在10 個以上。③血清雄激素升高，或基礎(chǔ)LH 水平升高而FSH 正常。三項均具備者診斷為PCOS。

1.5 2011 年中華醫(yī)學(xué)會制定《PCOS 診斷和治療專家共識》[8]

①月經(jīng)稀發(fā)、閉經(jīng)或不規(guī)則子宮出血；②臨床或者生化的高雄激素血癥；③超聲下發(fā)現(xiàn)的卵巢呈PCO改變。①為必需條件，②③具備一項即可診斷為PCOS。然而，盡管PCOS 診斷標(biāo)準(zhǔn)是有爭議的，但仍然被各種指南廣泛采納，并且被婦產(chǎn)科醫(yī)生和其他?？漆t(yī)生廣泛使用[4,9,10]。從表1 中可以看出，PCOS 的診斷標(biāo)準(zhǔn)隨著時間的推移范圍被擴(kuò)大。

PCOS 診斷標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)大，使PCOS 的發(fā)病率升高，從原來的4-6.6%升高到21%[11]，這一增長伴隨著PCOS 臨床表型的增多，以及肥胖，疾病診療意識，測試的敏感性提高[12]。過度診斷往往導(dǎo)致癥狀較輕的PCOS 的增多。事實(shí)上，在好多非PCOS 的人群中也常常伴有卵巢的多囊樣改變[13]。痤瘡和月經(jīng)稀發(fā)也是許多青春期女孩向成年發(fā)育的常見的特征[14]。而且，月經(jīng)不規(guī)律和輕度升高的游離睪酮在年輕女性中占很大比例[15]。而且，非高雄表型的長期缺乏導(dǎo)致下丘腦性閉經(jīng)[16]。因此，介于PCOS 的高度異質(zhì)性[17]，很難提供一種適合所有PCOS特征的診斷標(biāo)準(zhǔn)。

更重要的是，不同的PCOS 表型和不同的診斷標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上將預(yù)測不同的生殖結(jié)局[18]。不同表型的PCOS 與并發(fā)癥以及治療療效之間的聯(lián)系沒有區(qū)別[19]。目前的治療選擇是否對PCOS 的不同表型產(chǎn)生療效，尚不明確。我們期待采用多技術(shù)、多途徑了解PCOS 的病因和特點(diǎn)，如代謝組學(xué)技術(shù)在PCOS 中的應(yīng)用，以期待為PCOS的診斷標(biāo)準(zhǔn)作出修訂或者補(bǔ)充。

2 代謝組學(xué)在流行病學(xué)研究中的應(yīng)用

代謝組學(xué)是近年加入組學(xué)技術(shù)平臺的，組學(xué)技術(shù)平臺還包括基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)。代謝組學(xué)是對生化過程的所有的代謝物進(jìn)行收集研究[20]，通過分析生物樣本代謝過程中產(chǎn)生的多個小分子代謝產(chǎn)物，主要考察生物體系受刺激或擾動后其內(nèi)源性代謝產(chǎn)物的變化，從而研究生物體系的代謝途徑?；蚪M學(xué)是檢測與疾病相關(guān)的基因的變異，這些變異只占疾病風(fēng)險的一小部分。這可能是因?yàn)榧膊“l(fā)生的機(jī)制不同，環(huán)境因素的影響，以及基因交互影響的復(fù)雜性。然而轉(zhuǎn)錄和蛋白組學(xué)基因的表達(dá)，能夠反應(yīng)一系列代表細(xì)胞功能的基因產(chǎn)物。代謝圖譜能夠反應(yīng)瞬間的生理過程。代謝圖譜包含大量的信息，能夠預(yù)測預(yù)測復(fù)雜的全球個體表型的復(fù)雜調(diào)控效應(yīng)，反應(yīng)疾病的狀態(tài)和研究基因變異和環(huán)境作用的結(jié)果。因此，代謝組學(xué)被廣泛的應(yīng)用于流行病學(xué)研究中，在許多疾病中來確定風(fēng)險特征，如風(fēng)濕性疾病[21]和心臟病[22]。目前，一些代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)一些重要的代謝物和PCOS 表型相關(guān)的特定的代謝，但大多數(shù)研究是小規(guī)模的，而且是靶向性的代謝物和定性的[23-25]。

代謝組學(xué)研究作為基因表達(dá)的下游技術(shù)，與基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)相比更能真實(shí)的反應(yīng)PCOS 的表型。在臨床代謝組學(xué)研究中，通過代謝組學(xué)技術(shù)檢測臨床樣本，利用大數(shù)據(jù)分析方法篩選出特異性強(qiáng)和高靈敏度的代謝物群作為疾病的潛在診療標(biāo)志物，進(jìn)一步通過基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)探索引起代謝標(biāo)志物變化的分子基礎(chǔ)，最終通過分子生物學(xué)手段揭示疾病的發(fā)病機(jī)制。Thomas 等[26]利用液相色譜質(zhì)譜（LCMS）的代謝組學(xué)方法研究了糖尿病發(fā)展進(jìn)程中代謝物的改變情況。對2422 例血糖正常的參與者隨訪12年，有201 例發(fā)展為糖尿病。研究者檢測了基線水平氨基酸、胺類及其他極性代謝物，發(fā)現(xiàn)異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸的改變與糖尿病的發(fā)展有顯著的相關(guān)性，聯(lián)合后三個氨基酸的升高能夠預(yù)示未來糖尿病的高發(fā)率。2014 年，Mathé 等[27]先通過前期篩選對469 例肝癌患者和536 例健康人群尿液樣本的代謝物進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)分析。通過對吸煙相關(guān)代謝物的檢測，發(fā)現(xiàn)可以很好的將吸煙人群和非吸煙人群區(qū)分開，驗(yàn)證了分析方法的可行性。在綜合考率臨床基本信息及治療等多方面因素后，鑒定出四個差異代謝物影響肝癌患者的存活率。后期驗(yàn)證80例肝癌患者和78 例健康人，并通過靶向代謝組學(xué)，驗(yàn)證了這四種代謝物與疾病的相關(guān)性。最終回歸到腫瘤組織檢測這四種代謝物的含量也有所升高。2017年Celiktas 等[28]利用蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、PCR 分析、免疫組化等多重實(shí)驗(yàn)研究方法對肺腺癌的診斷生物標(biāo)記物篩選，并對肺腺癌相關(guān)蛋白LKB1 和CPS1 功能機(jī)制進(jìn)行深入而細(xì)致的研究，結(jié)果表明在肺腺癌中，CPS1是一個極具應(yīng)用潛力的治療靶點(diǎn)和預(yù)后的生物標(biāo)記物。

課題組團(tuán)隊開展了從口服藥物含藥血清中分析鑒定藥物體內(nèi)直接作用物質(zhì)的系統(tǒng)研究工作，完成了茵陳蒿湯、六味地黃丸等11個方劑的體內(nèi)成分的系統(tǒng)研究，代謝組學(xué)成功應(yīng)用到中醫(yī)藥領(lǐng)域?；谥兴帍?fù)方給藥形式的特殊性及方證對應(yīng)療效的專屬性，以證候?yàn)槠瘘c(diǎn)，從方劑入手，開拓性的建立了系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)“證候診斷-方劑效應(yīng)評價-體內(nèi)直接作用物質(zhì)分析”的方法[29]。

3 PCOS的代謝組學(xué)研究

關(guān)于PCOS 代謝組學(xué)的研究，主要集中在PCOS 伴發(fā)的胰島素抵抗、痰濕證型和排卵障礙患者代謝物的檢測和代謝途徑的研究。

3.1 PCOS胰島素抵抗的特點(diǎn)

胰島素抵抗是PCOS 的重要特征，2 型糖尿病是PCOS 患者遠(yuǎn)期的重要并發(fā)癥之一。英國諾丁漢大學(xué)醫(yī)學(xué)院[30]對所有已發(fā)表的關(guān)于IGT 或2 型糖尿病生物標(biāo)記物的代謝組學(xué)研究進(jìn)行了檢索，鑒定出PCOS 發(fā)展成IGT 或2 型糖尿病風(fēng)險的代謝生物標(biāo)記物可能包括亮氨酸、異亮氨酸、檸檬酸、葡萄糖、肌酐、纈氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸和高密度脂蛋白等9種代謝標(biāo)記物。喬杰團(tuán)隊研究[31]表明，PCOS 患者血清中乳酸、長鏈脂肪酸、甘油三酯和低密度脂蛋白水平升高，而葡萄糖、磷脂酰膽堿和高密度脂蛋白水平降低。纈氨酸、亮氨酸水平升高，甘氨酸水平下降可使胰島素敏感性增強(qiáng)，而纈氨酸、亮氨和甘氨酸被認(rèn)為是產(chǎn)生遠(yuǎn)期糖尿病風(fēng)險的潛在生物標(biāo)記物。一項研究[32]二甲雙胍治療多PCOS 的代謝組學(xué)研究，PCOS 患者存在糖脂和氨基酸代謝異常，PCOS組存在63種代謝差異物，二甲雙胍治療前后存在27 中代謝差異物，PCOS 主要存在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝、檸檬酸循環(huán)、丙酮酸代謝等通路的改變，二甲雙胍能改善?；撬岷蛠喤；撬岽x、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝等通路。

對93 例PCOS 和對照組進(jìn)行GC-MS 分析，發(fā)現(xiàn)肥胖型PCOS 患者卵泡液中棕櫚酸、油酸均高于正常型PCOS 患者，兩組胚胎碎片得分均與其FF 中油酸含量呈正相關(guān)[33]。Ebru 研究表明，NMR 代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，糖皮質(zhì)激素造模的PCOS 模型動物中，血中氨基酸（纈氨酸、酪氨酸和脯氨酸）及其中間體（2-羥基丁酸、4-氨基丁酸和?；撬幔?，和腎臟中的TCA 循環(huán)代謝（檸檬酸，富馬酸，琥珀酸）和戊糖磷酸鹽（PP）通路產(chǎn)物（肌苷和尿嘧啶）顯著改變的，在8-16 周。腎臟中NADH,NAD+,NAD+/NADH,和NADH 氧化還原，說明線粒體的氧化應(yīng)激增加。這些代謝物異常與氨基酸代謝異常有關(guān)，增加細(xì)胞質(zhì)聚丙烯，進(jìn)而增加線粒體活性，導(dǎo)致更多氧化態(tài)，確定了與腎臟線粒體代謝功能障礙相關(guān)的生物標(biāo)志物，這些標(biāo)志物可能是PCOS女性氧化應(yīng)激的早期預(yù)測生物標(biāo)志物[34]。A Couto Alves 研究145 例PCOS 患者和687 例對照組進(jìn)行NMR代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)PCOS 具有有害的代謝物，低密度脂蛋白進(jìn)行不同的分類，4 個脂質(zhì)分類與PCOS 有關(guān)，腰圍大的PCOS 患者具有更高的高密度脂蛋白、Apo A1 和白蛋白值，低密度脂蛋白、血清脂類與雄激素相關(guān)[35]。álvaro Anzai 使用代謝組學(xué)的方法發(fā)現(xiàn)，PCOS非酒精性脂肪肝的患者中，支鏈氨基酸代謝受損有機(jī)氧離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ELOVL2，SLC22A4 和SLC16A9 活性受損有關(guān)[36]。lice Y. Chang 對比20 例肥胖的PCOS 和18 例肥胖的健康對照組，發(fā)現(xiàn)PCOS 顯著的代謝變化不僅僅與雄激素相關(guān)的代謝途徑、肥胖和代謝綜合征相關(guān)，在PCOS中，必需氨基酸和BCAA的濃度增加，說明與胰島素抵抗具有相關(guān)性[37]。

3.2 痰濕型PCOS的代謝特點(diǎn)

關(guān)于PCOS 痰濕證代謝組學(xué)的研究國內(nèi)主要是山東中醫(yī)藥大學(xué)團(tuán)隊和黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)侯麗輝教授團(tuán)隊。山東中醫(yī)藥大學(xué)劉家義團(tuán)隊研究表明[38]，PCOS痰濕證患者代謝物1-甲基組氨酸、檸檬酸、乙醇、甘油磷酸膽堿、低密度脂蛋白L1、脂質(zhì)L6 降低，乙酰乙酸、極低密度脂蛋白L5、脂質(zhì)L7、乳酸、賴氨酸、N-乙酰糖蛋白、蘇氨酸上升13中代謝物升高，與健康人比較，提示這13種代謝物可能是PCOS痰濕證潛在的生物標(biāo)志物。因此說明PCOS 痰濕證患者血清代謝組分的變化主要表現(xiàn)為三羧酸循環(huán)障礙、糖代謝緩慢、脂肪動員加強(qiáng)。

侯麗輝教授團(tuán)隊研究[39]表明，代謝組學(xué)方法鑒定出與小檗堿治療相關(guān)的差異代謝物，包括2 個磷脂酰膽 堿（phosphatidylcholine，PC）（PC（32∶0）和PC（34∶1））、1 個鞘磷脂（sphingomyelin，SM）（SM（d18:1/15:0））、芥子酸酰胺（erucamide）和硬脂酸（stearic acid）。這幾個差異代謝物均為脂類，與治療前相比，治療后血清中的含量都顯著性升高。此外，小檗堿治療后6種中長鏈肉堿（carnitine）：carnitine 10∶0、carnitine 10∶1、carnitine 12∶0、carnitine 12∶1、carnitine 14∶1 和carnitine 14∶2下降。這些數(shù)據(jù)表明小檗堿可以改善超重/肥胖型PCOS 患者的脂類代謝，而這些脂質(zhì)通路與胰島素抵抗有關(guān)，結(jié)合生化小檗堿改善胰島素抵抗。另外一項研究[40]運(yùn)用代謝組學(xué)的方法評估補(bǔ)腎化痰復(fù)方對PCOS 的作用，30 例PCOS 患者，13 例胰島素正常組（NI），17例高胰島素（HI）組，治療后賴氨酸，苯酚硫酸鹽，苯丙氨酸降低，鳥氨酸，脯氨酸，甜菜堿，乙酰膽堿升高，說明補(bǔ)腎化痰復(fù)方通過降低炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激。

3.3 PCOS排卵障礙代謝特點(diǎn)

課題組基于PCOS 大樣本、多中心、隨機(jī)對照試驗(yàn)（PCOSAct）項目，在1000 例PCOS 受試者發(fā)現(xiàn)，排卵障礙的PCOS 患者，使用克羅米芬促排卵后活產(chǎn)率顯著高于對照組[41]，目前尚無PCOS患者克羅米芬用藥后代謝組學(xué)的相關(guān)研究，而研究發(fā)現(xiàn)[42]PCOS患者中排卵功能障礙者往往伴有絲氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和鳥氨酸水平升高。也有研究發(fā)現(xiàn)[43,44]，卵母細(xì)胞的成熟障礙和排卵障礙患者與亞油酸水平升高相關(guān)，其作用機(jī)制可能是亞油酸阻礙了卵母細(xì)胞成熟和發(fā)育的潛能。亞油酸可以增加致炎因子的活性，促進(jìn)了PCOS 患者潛在的慢性炎癥的發(fā)生。在牛卵卵泡液研究中發(fā)現(xiàn)，發(fā)育潛能較好的卵母細(xì)胞與總脂肪酸和棕櫚酸含量顯著降低，而亞麻酸含量顯著升高[45,46]。推測RIF 組氨基酸代謝異常的原因：①卵子發(fā)育成熟所需的蛋白質(zhì)合成沒有對照組旺盛，導(dǎo)致卵泡液中的必需氨基酸濃度升高；②部分氨基酸含量升高, 破壞了卵子內(nèi)、外部的滲透壓平衡，影響了卵子質(zhì)量和胚胎的進(jìn)一步發(fā)育；③卵泡液丙氨酸顯著升高可能是其卵子產(chǎn)生過量的氨（氨的濃度達(dá)到一定水平時就會抑制胚胎發(fā)育）合成丙氨酸所致；④氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)存在障礙，卵子不能有效地把卵泡液中的氨基酸快速地轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，并利用這些氨基酸合成卵子發(fā)育所需要的物質(zhì)[47]。

行IVF的PCOS患者卵泡液中糖蛋白、醋酸鹽和膽固醇顯著升高，乳酸、谷氨酰胺、丙酮酸和丙氨顯著降低，而且Pearson 相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，ART 結(jié)局與NRM 代謝物相關(guān)（組氨酸與優(yōu)質(zhì)胚胎率負(fù)相關(guān)，谷氨酰胺與優(yōu)質(zhì)胚胎率呈正相關(guān)）。說明PCOS 卵泡液中血脂異常，輕度的炎癥，糖代謝紊亂，丙酮酸和氨基酸代謝異常[48]。對4 例肥胖的PCOS 的D3 的胚胎進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)飽和脂肪酸是降低的[49]。代謝組學(xué)和體外研究發(fā)現(xiàn)，雄激素活化酶AKR1C3能夠增加雄激素的合成，產(chǎn)生更多的脂肪和胰島素抵抗，造成PCOS 患者的脂肪毒性[50]。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著代謝組學(xué)技術(shù)的興起與成熟，該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到婦產(chǎn)科疾病的治療機(jī)制的研究方面，對疾病標(biāo)志物的識別具有重要貢獻(xiàn)。利用代謝組學(xué)技術(shù)對PCOS 的代謝物譜進(jìn)行檢測，從代謝途徑評價PCOS 與正常人群的代謝物特點(diǎn)，是對PCOS 機(jī)制研究的重要突破。本文綜述近年基于代謝組學(xué)對PCOS 的研究進(jìn)展，基于課題組前期研究結(jié)果，下一步我們擬分析1000例PCOS患者克羅米芬組與對照組以及用藥前后代謝物的變化，研究PCOS 不孕患者排卵障礙的機(jī)制及克羅米芬促排卵后的療效機(jī)制，以期為克羅米芬治療PCOS 排卵障礙提供代謝組學(xué)證據(jù)，為臨床中PCOS的治療和診斷提供一定的參考意義。