馮曉玲，陳瑤，王穎

多囊卵巢綜合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是育齡期女性常見的生殖內(nèi)分泌疾病，伴有高雄激素、持續(xù)無排卵和卵巢多囊樣改變等特征，其中胰島素抵抗（insulin resistance，IR）和肥胖在臨床中較為常見。PCOS的臨床發(fā)病率高達5%～10%[1]，并且近年有逐漸升高的趨勢。PCOS患者易出現(xiàn)不孕癥、妊娠結(jié)局不良以及糖脂代謝異常等遠期并發(fā)癥[2]，這將對患者的身心健康產(chǎn)生消極影響。研究表明，PCOS患者體內(nèi)支鏈氨基酸（branched-chain amino acid，BCAA）的含量較高[3-4]。BCAA是指α碳上有分支側(cè)鏈的氨基酸，包括纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸，血漿BCAA作為重要的營養(yǎng)信號和代謝調(diào)節(jié)劑與骨骼肌生長和維持、能量產(chǎn)生、神經(jīng)遞質(zhì)和糖異生前體的生成有關(guān)[5]。已有研究表明BCAA對女性的代謝和生殖存在影響[6-7]，在PCOS患者中BCAA與IR、肥胖和生殖也存在一定的相關(guān)性，然而其相關(guān)作用機制并不十分明確。本文結(jié)合近年國內(nèi)外針對BCAA的研究進展，探討有關(guān)BCAA對PCOS患者代謝與生殖方面的影響。

1 BCAA的代謝

BCAA只能通過食物攝取，不能在體內(nèi)直接合成，人體中約有35%的必需氨基酸為BCAA。BCAA可以激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路，調(diào)控多種物質(zhì)的代謝，因此也與多種疾病密切相關(guān)[8]。人體中的BCAA維持穩(wěn)態(tài)對健康有著重要的意義，BCAA攝入過量或在體內(nèi)積聚過多對人體會產(chǎn)生直接負面作用[9]，如引起IR、糖尿病、肝臟疾病和心血管疾病等。

BCAA通過支鏈氨基酸轉(zhuǎn)移酶的催化在骨骼肌和脂肪組織中發(fā)生可逆的氨基酸轉(zhuǎn)移反應，生成的支鏈α酮酸再次進入肝臟[10]，經(jīng)肝內(nèi)支鏈氨基酸脫氫酶復合物催化發(fā)生不可逆的氧化脫羧，3種BCAA的終產(chǎn)物不同，亮氨酸生成乙酰乙酸、乙酰輔酶A，異亮氨酸生成琥珀酰輔酶A、乙酰輔酶A，纈氨酸生成琥珀酰輔酶A，最終均進入到三羧酸循環(huán)[9,11]。

BCAA還可以作為信號分子參與胰島素的調(diào)節(jié)。體內(nèi)的BCAA通過多途徑激活mTOR復合物1（mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1），亮氨酸通過與抗氧化激酶Sestrin2（SESN2）結(jié)合促進mTORC1激活；亮氨酸t(yī)RNA合成酶在液泡分選蛋白34-磷脂酶D1（vacuolar protein sorting34-phospholipase D1，Vps34-PLD1）的作用下也可以激活mTORC1[12]。同時，溶酶體液泡ATP酶（vacuolar ATPase，V-ATPase）與Rag GTPase可將mTORC1吸至溶酶體表面，參與mTORC1的激活，而V-ATPase形成的復合物可通過氨基酸依賴性方式調(diào)節(jié)mTORC1的活性[13]。通過mTORC1使mTOR下游蛋白真核翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1（eukaryotic translation initiation factor 4Ebinding protein 1，4E-BP1）和p70核糖體蛋白S6激酶1（S6 kinase 1，S6K1）磷酸化，這一過程調(diào)控了細胞內(nèi)蛋白的合成。此外，BCAA可以通過激活磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）和蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）的信號相互轉(zhuǎn)導，激活mTORC2，從而調(diào)節(jié)并控制細胞的生長發(fā)育和增殖。PI3K/Akt/mTOR信號通路是葡萄糖攝取和利用的主要通路，也是機體發(fā)生IR和2型糖尿病的潛在影響途徑[9,14]。

BCAA在脂肪生成與分化過程中起著重要作用，其分解代謝的主要場所在線粒體中。在脂肪組織生成過程中，BCAA分解代謝酶表達的增強可以為合成奇鏈脂肪酸和膽固醇提供中間物質(zhì)。ATP檸檬酸裂解酶（ATP citrate lyase，ACLY）是一種合成脂肪酸的關(guān)鍵酶，可以調(diào)節(jié)脂肪酸氧化。糖類應答元件結(jié)合蛋白β（carbohydrate response element binding proteinβ，ChREBP-β）是肝臟中的一種碳水化合物反應性轉(zhuǎn)錄因子，可以與糖酵解和脂肪合成相關(guān)基因結(jié)合而調(diào)控機體的糖脂代謝。White等[15]認為ChREBP-β可以調(diào)節(jié)Mg2+/Mn2+依賴的蛋白磷酸酶1K（protein phosphatase 1K，PPM1K）和支鏈α酮酸脫氫酶（branched-chainα-keto acid dehydrogenase，BCKD）激酶的表達，當攝入碳水化合物時，肝內(nèi)的ChREBP-β被激活并啟動一系列的調(diào)控機制影響糖脂代謝。BCKD可通過BCKD激酶和PPM1K的作用調(diào)節(jié)BCAA分解，分別對ACLY磷酸化或去磷酸化，從而影響脂肪的從頭合成途徑[15]。此外，BCAA可通過促進機體的白色脂肪棕色化來增強脂肪細胞內(nèi)的線粒體活動，促進脂肪產(chǎn)熱分解。同時，白色脂肪棕色化有助于改善胰島素敏感性、減輕體質(zhì)量和降低脂肪含量[16]。棕色脂肪組織中的轉(zhuǎn)運體可以將BCAA轉(zhuǎn)運到線粒體中，以消耗循環(huán)中的BCAA，有效預防IR和減少肥胖的發(fā)生。BCAA通過調(diào)節(jié)沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1（silence information regulator 2 homolog 1，SIRT1）來調(diào)控脂代謝基因的表達，從而減少脂肪[14,17]。

2 過量BCAA加劇PCOS糖脂代謝紊亂

2.1 BCAA水平升高增加PCOS IR的發(fā)生風險IR是PCOS的主要癥狀之一，有50%～70%的PCOS患者會出現(xiàn)IR[2]。IR是指體內(nèi)胰島素作用的靶器官對胰島素作用的敏感性降低，導致機體對葡萄糖代謝能力下降，是2型糖尿病的病理基礎。

在PCOS患者中，血漿BCAA的增加與IR具有相關(guān)性。Tang等[4]研究發(fā)現(xiàn)PCOS患者血漿中存在氨基酸代謝異常，且PCOS組的BCAA水平高于健康組（P＜0.001）。Zhao等[18]對217例PCOS患者和48例健康女性進行了人血漿代謝組學分析，結(jié)果表明PCOS患者與對照組相比血漿中纈氨酸和亮氨酸水平升高（P＜0.05）。血漿BCAA的濃度與胰島素抵抗指數(shù)（homeostasis model assessment-insulin resistance，HOMA-IR）呈明顯正相關(guān)[5，19]。正常情況下，機體通過mTOR/S6K1和PI3K/Akt/mTOR信號通路調(diào)節(jié)葡萄糖和胰島素等營養(yǎng)因子。BCAA的水平過高會促進IR。血清中有80%的BCAA來自飲食攝取，剩余的20%與其自身的分解代謝有關(guān)。當BCAA攝入過多或存在BCAA代謝異常時，體內(nèi)BCAA累積量過高，mTOR活性增加，導致mTOR/S6K1信號通路過度激活，從而使胰島素受體底物1（insulin receptor substrate 1，IRS1）的絲氨酸殘基磷酸化，降低IRS1活性，減少其與胰島素之間的相互作用，加劇IR。此外，IRS1活性下降的同時抑制PI3K/Akt的信號傳導，在此基礎上胰島素敏感性降低，糖原合成減少。值得注意的是，在IR患者體內(nèi)，長期高于正常水平的氨基酸導致mTOR/S6K1始終保持著過度激活的狀態(tài)，因此，BCAA代謝異常會加重IR，同時IR也會促進BCAA積累，使機體陷入惡性循環(huán)[10,14]。此外，在動物模型和糖尿病患者的研究中發(fā)現(xiàn)，研究對象血漿中BCAA水平升高，3羥基異丁酸（3-hydroxyisobutyrate，3-HIB）作為纈氨酸的代謝產(chǎn)物分泌增加，3-HIB通過刺激毛細血管內(nèi)皮細胞促進脂肪酸的跨內(nèi)皮運輸，使肌肉中脂質(zhì)大量積聚，從而干擾脂質(zhì)氧化而引起IR[20]。

Newgard等[21-22]發(fā)現(xiàn)游離BCAA代謝失調(diào)預示糖耐量異常和IR。Asghari等[23]通過3年的隨訪研究了1 205名受試者在攝入不同量的BCAA后血清胰島素的水平，結(jié)果顯示總BCAA攝入過多，尤其是亮氨酸和纈氨酸攝入過量時，會使成人IR的發(fā)生率增加超過60%，而異亮氨酸攝入的增多與IR的發(fā)生沒有顯著關(guān)系。另有研究指出，低異亮氨酸飲食可以重新編程肝臟和脂肪代謝，增加肝臟胰島素敏感性，且減少異亮氨酸或纈氨酸可迅速恢復飲食誘導的肥胖小鼠的代謝[24]。因此，高氨基酸血癥可能是PCOS患者IR的一種非常早期的表現(xiàn)，且預示著糖尿病的臨床發(fā)生[19]。

2.2 BCAA水平升高促進PCOS肥胖的發(fā)生PCOS患者常受到肥胖的影響，約30%～70%的PCOS患者出現(xiàn)肥胖癥狀[25]。研究表明PCOS患者血液中的BCAA水平較高，且與肥胖發(fā)生呈正相關(guān)[3,18-19]。

PCOS肥胖患者循環(huán)中過高水平的BCAA，可能是由于調(diào)控BCAA分解代謝的酶基因表達異常，從而影響B(tài)CAA參與正常的糖脂代謝調(diào)節(jié)。在肥胖動物模型中，調(diào)控BCAA分解代謝的酶基因表達受到抑制，使BCAA氧化速率降低；與此同時，肝臟中的PPM1K表達減少，BCKD激酶的表達增強，肝臟中支鏈氨基酸脫氫酶復合物減少，因此血液循環(huán)中的BCAA增多。Serralde-Zú?iga等[26]認為BCAA升高可能是脂肪組織紊亂或編碼關(guān)鍵BCAA分解代謝酶基因的特異性表達的結(jié)果。同時，Hajitarkhani等[27]的研究表明，脂肪組織中BCAA分解代謝基因的破壞可能是PCOS發(fā)生的主要相關(guān)因素之一。

有研究表明BCAA在正常機體中處于平衡狀態(tài)，當機體受肥胖影響或是BCAA攝入過高時，則會打破原有平衡，引起糖脂代謝異常，促進肥胖的進展。Yu等[24]發(fā)現(xiàn)當膳食中異亮氨酸攝入量相對于總蛋白質(zhì)增加一個百分點時，體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）增加2.46 kg/m2，但未發(fā)現(xiàn)亮氨酸和纈氨酸與BMI的相關(guān)性。Newgard等[22]認為過量的BCAA在高脂飲食或組織脂肪酸利用率升高的條件下可能會促進IR的發(fā)展。White等[28]的研究也驗證了這一觀點。因此，我們認為循環(huán)中高水平的BCAA會影響脂肪堆積，增加脂質(zhì)的含量。

然而，有研究發(fā)現(xiàn)在高脂飲食誘導的動物模型中適當補充BCAA會使促進脂肪分解的解耦聯(lián)蛋白（uncoupling protein，UCP）基因和促進白色脂肪組織棕色化的成纖維細胞生長因子21（fibroblast growth factor 21，F(xiàn)GF21）的表達上調(diào)，而調(diào)節(jié)脂肪合成的酶及相關(guān)基因均受到抑制[14]。盡管如此，Newgard等[21-22]認為循環(huán)中過量的BCAA仍會擾亂正常的代謝?？梢?，BCAA過量雖然會在一定程度上對體質(zhì)量有積極影響，減少脂肪堆積，但仍會影響正常的糖脂代謝，長期可導致糖耐量異常，最終發(fā)生IR和肥胖。

3 BCAA過量對PCOS生殖產(chǎn)生消極影響

PCOS患者常出現(xiàn)排卵障礙，與健康女性相比其妊娠率較低或妊娠結(jié)局不良。研究發(fā)現(xiàn)，BCAA在PCOS患者體內(nèi)的水平過高會對患者的排卵和妊娠結(jié)局存在一定程度的影響[18]。

BCAA水平過高導致的IR會使PCOS患者更傾向于出現(xiàn)排卵障礙及不良妊娠結(jié)局。由于PCOS患者存在循環(huán)中BCAA代謝異常，體內(nèi)胰島素的水平較高，高胰島素血癥可通過促進卵巢和腎上腺分泌雄激素，且胰島素促使肝臟合成性激素結(jié)合球蛋白減少，導致游離睪酮和雌二醇濃度升高，使雄激素的水平升高。而PCOS患者循環(huán)中雄激素的水平通常較高，高雄激素血癥又會加重IR，從而使機體處于惡性循環(huán)狀態(tài)[29]。另外，IR可以通過干擾下丘腦-垂體-卵巢軸，引起PCOS患者排卵功能障礙。這也提示PCOS代償性高胰島素血癥可促進高雄激素血癥和排卵功能障礙。此外，有研究表明卵泡液中BCAA升高導致的IR會引起PCOS患者妊娠結(jié)局不良。梁寶珠等[30]證明了PCOS導致的復發(fā)性流產(chǎn)與IR呈正相關(guān)。Zhang等[6]前瞻性研究表明，卵泡BCAA的升高可能通過誘導卵巢局部IR對妊娠結(jié)局產(chǎn)生負面影響。BCAA通過激活mTORC1調(diào)控細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成[14]。Xu等[31]通過鏈脲佐菌素誘導建立糖尿病大鼠模型發(fā)現(xiàn)，妊娠大鼠胎盤中mTORC1的活性降低可使胎盤滋養(yǎng)細胞中氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白的表達減少。這也進一步說明高糖使mTORC1的活性降低，導致胎盤中氨基酸表達減少，胎兒的營養(yǎng)支持不足，無法滿足生長發(fā)育的需要，從而引起胎兒生長受限，造成不良妊娠結(jié)局。因此，PCOS患者血液和卵泡液中的BCAA升高，機體的胰島素處于高值狀態(tài)，IR程度增強，由此引起排卵障礙和不良妊娠結(jié)局的風險增加。

高水平的BCAA會導致BMI較高的PCOS患者妊娠失敗的風險增加。在體內(nèi)、體外動物實驗中均發(fā)現(xiàn)高脂狀態(tài)會刺激卵丘-卵母細胞復合物開啟一系列氧化應激反應，這將會增加顆粒細胞的凋亡、導致卵母細胞的成熟異常，影響胚胎發(fā)育潛能，使血脂異常的PCOS患者流產(chǎn)的風險增加[32]。Zhang等[6]認為卵泡中BCAA主要受BMI影響，而BCAA水平升高可能會增加BMI較高患者流產(chǎn)和妊娠失敗的概率。Bartolacci等[33]回顧性分析發(fā)現(xiàn)，與BMI正常的女性相比，超重或肥胖的女性產(chǎn)生的卵母細胞更少更小，這些卵母細胞產(chǎn)生胚泡的速率更低，胚胎細胞數(shù)量更少，并且葡萄糖和氨基酸代謝受到干擾，這些都表明母親的肥胖和超重與胚胎發(fā)育遲緩有關(guān)。因此大多數(shù)PCOS患者BMI較高，BCAA水平較高，血脂代謝異常，這類患者的胚胎種植率低于血脂正常的PCOS患者。

4 結(jié)語

綜上，PCOS患者循環(huán)中過量的BCAA與代謝和生殖密切相關(guān)。較高水平的BCAA使mTOR信號通路過度激活，患者對胰島素的敏感性降低，胰島素分泌增加，引起糖代謝紊亂；BCAA分解代謝受損，干擾脂肪酸代謝，影響脂肪的生成與分化。同時，育齡期PCOS患者血液和卵泡液中BCAA含量較高，可導致卵巢局部IR或產(chǎn)生質(zhì)量欠佳的卵母細胞，也可導致BMI過高而影響卵細胞和胚胎質(zhì)量，降低胚胎種植率。有研究發(fā)現(xiàn)PCOS患者中特定氨基酸的升高可能是PCOS發(fā)生的原因或結(jié)果[34]。所以進一步研究PCOS患者的氨基酸代謝，可能為確定PCOS在代謝與生殖方面的潛在病理生理機制和開發(fā)新的治療方法提供依據(jù)。因此，以BCAA作為靶點對PCOS患者進行早期監(jiān)測與干預，可以提早預防IR或2型糖尿病的發(fā)生、調(diào)節(jié)BMI水平，以及改善因BCAA糖脂代謝紊亂引起的排卵障礙和不良妊娠結(jié)局，對減輕PCOS患者的遠期并發(fā)癥、緩解心理負擔和提高生活質(zhì)量起著重要作用。