胰島素抵抗對(duì)女性生殖功能的影響

韓樂(lè)，馬瑞紅，趙志梅，夏天

胰島素抵抗（insulin resistance，IR）是指各種原因使胰島素促進(jìn)葡萄糖攝取和利用的效率下降，機(jī)體代償性地分泌過(guò)多胰島素產(chǎn)生高胰島素血癥，以維持血糖的穩(wěn)定[1]。IR 是代謝綜合征的主要病理生理機(jī)制和中心環(huán)節(jié)，也是誘發(fā)心血管疾病、血脂代謝異常、代償性高胰島素血癥和2 型糖尿病等遠(yuǎn)期并發(fā)癥的高危因素，并且在妊娠狀態(tài)下，蛋白質(zhì)和皮下脂肪合成明顯增加，許多生理性變化表現(xiàn)為特殊的IR，導(dǎo)致代謝紊亂加重。IR 對(duì)女性生殖功能也會(huì)產(chǎn)生重要影響。IR 患者體內(nèi)過(guò)多的胰島素刺激卵母細(xì)胞，使卵母細(xì)胞質(zhì)量受損，影響子宮內(nèi)膜的糖代謝，使子宮內(nèi)膜容受性下降，導(dǎo)致不良妊娠結(jié)局。綜述IR 對(duì)女性生殖功能的影響，并探討其引起生殖功能障礙的可能機(jī)制，以期為生殖功能障礙女性的診療提供新的方向。

1 IR 與卵母細(xì)胞

1.1 IR通過(guò)影響線粒體功能影響卵母細(xì)胞質(zhì)量 卵母細(xì)胞的內(nèi)在質(zhì)量是決定女性生育能力的關(guān)鍵因素。然而，目前IR 影響卵母細(xì)胞質(zhì)量的精確分子機(jī)制仍不明確。有研究發(fā)現(xiàn)IR 可通過(guò)刺激線粒體功能影響卵母細(xì)胞質(zhì)量[2]。線粒體是卵母細(xì)胞質(zhì)中的主要能量產(chǎn)生物，是活性氧（reactive oxygen species，ROS）的主要產(chǎn)生器，也是第一個(gè)氧化應(yīng)激影響的細(xì)胞器，與卵母細(xì)胞的質(zhì)量密切相關(guān)[3]。胰島素會(huì)刺激線粒體功能，是線粒體氧化磷酸化的主要調(diào)節(jié)因子[4]，并且IR 會(huì)增加ROS 的形成并損害線粒體功能[5]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IR 導(dǎo)致第二次減數(shù)分裂中期（MⅡ期）卵母細(xì)胞中ROS 增加，谷胱甘肽（glutathione，GSH）降低，卵母細(xì)胞中氧化與抗氧化的失衡促進(jìn)了氧化應(yīng)激的發(fā)生，氧化應(yīng)激誘導(dǎo)小鼠MⅡ期卵母細(xì)胞中線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）拷貝數(shù)的減少，卵母細(xì)胞質(zhì)量下降。氧化應(yīng)激和線粒體功能受損導(dǎo)致紡錘體形成和染色體分離的缺陷，并降低卵母細(xì)胞的發(fā)育潛力[6]。

1.2 線粒體損傷加重IR線粒體損傷產(chǎn)生大量ROS，ROS 誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激激活核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB），促進(jìn)腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的轉(zhuǎn)錄，TNF-α 可通過(guò)激活磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B/mammalian target of rapamycin，PI3K/Akt/mTOR）通路來(lái)?yè)p害胰島素信號(hào)傳導(dǎo)。此外，氧化應(yīng)激產(chǎn)生的炎癥因子如TNF-α、白細(xì)胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）和IL-6 在胰腺β 細(xì)胞功能障礙中起關(guān)鍵作用，進(jìn)一步加重IR[7]。IR、線粒體損傷及炎癥之間形成惡性循環(huán)，卵母細(xì)胞質(zhì)量進(jìn)一步下降。有研究發(fā)現(xiàn)，NF-κB 是評(píng)估多囊卵巢綜合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）患者低度慢性炎癥較敏感的指標(biāo)，且Pearson 相關(guān)性分析結(jié)果表明，血清NF-κB 水平與PCOS 不孕癥患者的卵子成熟率、受精率、臨床妊娠率和胚胎種植率均相關(guān)（r 分別為0.315、0.301、0.352 和0.413，P＜0.05）。由此認(rèn)為，慢性炎癥反應(yīng)不僅影響卵子成熟率，也對(duì)子宮內(nèi)膜容受性造成了一定影響[8]。

西格列汀是一種二肽基肽酶4 抑制劑，可增強(qiáng)腸促胰島素的作用，腸促胰島素是降低血糖、調(diào)節(jié)胰島素分泌和調(diào)節(jié)脂肪酸代謝所必需的。Daneshjou等[9]研究表明，PCOS 患者用西格列汀治療后，正常MⅡ期卵母細(xì)胞和一級(jí)胚胎的數(shù)量顯著增加，未成熟卵母細(xì)胞的數(shù)量顯著減少，其機(jī)制可能是西格列汀使炎癥因子的表達(dá)恢復(fù)正常并減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而提高卵母細(xì)胞的質(zhì)量。

1.3 IR影響卵母細(xì)胞的能量代謝 IR 還會(huì)影響卵巢顆粒細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（glucose transporter 4，GLUT4）的表達(dá)，GLUT4 表達(dá)的減少阻礙了葡萄糖的攝取和利用，卵巢顆粒細(xì)胞供應(yīng)不足，從而對(duì)卵母細(xì)胞的質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響[10]。此外，IR 可以刺激卵巢分泌過(guò)多的雄激素，過(guò)多的雄激素抑制乙醛酸酶Ⅰ的活性，導(dǎo)致糖基化終產(chǎn)物的沉積，糖基化終產(chǎn)物具有細(xì)胞毒性，它們?cè)诼殉仓械姆e累會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激和卵巢組織結(jié)構(gòu)的畸變，從而使卵母細(xì)胞受損，導(dǎo)致其功能改變[11-12]。

2 IR 與子宮內(nèi)膜容受性

IR 除了影響卵母細(xì)胞質(zhì)量，還會(huì)通過(guò)多種途徑影響子宮內(nèi)膜容受性，如能量代謝、AMP 活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）、胰島素激活的胰島素受體（insulin receptor，IRS）/PI3K/Akt通路以及慢性炎癥，進(jìn)而影響女性生殖功能。

2.1 IR通過(guò)能量代謝影響子宮內(nèi)膜容受性 子宮內(nèi)膜容受性是指子宮內(nèi)膜上皮經(jīng)歷一系列功能和形態(tài)變化以允許胚胎植入的能力。胚胎植入是一個(gè)能量密集型的過(guò)程，所以能量的供應(yīng)對(duì)子宮內(nèi)膜容受性至關(guān)重要。IR、高血糖和糖生成減少導(dǎo)致能量供應(yīng)不足，這在著床期負(fù)面影響子宮內(nèi)膜功能，阻礙胚胎著床[13]。其可能機(jī)制為：①在子宮內(nèi)膜增生的晚期，IR 可能導(dǎo)致GLUT4 和其他葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的水平降低，從而導(dǎo)致子宮內(nèi)膜細(xì)胞葡萄糖供應(yīng)不足，從而引起子宮內(nèi)膜發(fā)育障礙。②IR 引起的雄激素過(guò)多也可以通過(guò)干擾葡萄糖的代謝來(lái)抑制子宮內(nèi)膜細(xì)胞的生長(zhǎng)和活性，從而抑制蛻膜的分化[14]。

2.2 IR通過(guò)AMPK 途徑影響子宮內(nèi)膜容受性 AMPK是一種重要的能量敏感分子，隨著細(xì)胞能量需求的增加，其會(huì)被磷酸化激活以調(diào)節(jié)多種細(xì)胞中的葡萄糖代謝[15]。研究表明，IR 會(huì)使子宮內(nèi)膜處于能量供應(yīng)不足、能量需求增加的狀態(tài)，這使AMPK 得以激活，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞中的葡萄糖代謝[13]。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，1 型糖尿病小鼠子宮內(nèi)膜中AMPK 的異常激活增加糖原分解，擾亂子宮內(nèi)膜葡萄糖穩(wěn)態(tài)，從而影響胚胎著床過(guò)程，最終導(dǎo)致胚胎著床失??；用胰島素抑制子宮內(nèi)膜AMPK 活性后，改善了1 型糖尿病小鼠子宮內(nèi)膜葡萄糖穩(wěn)態(tài)，恢復(fù)部分小鼠的胚胎著床，而二甲雙胍聯(lián)合胰島素治療雖然可以改善妊娠小鼠的血糖，但不能改善子宮內(nèi)膜由AMPK 調(diào)節(jié)的葡萄糖穩(wěn)態(tài)失衡，也不能改善胚胎著床的損傷，這可能與二甲雙胍對(duì)AMPK 的激活有關(guān)[15]。然而，另有研究發(fā)現(xiàn)，AMPK 可能不參與2 型糖尿病期間子宮內(nèi)膜葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)：用二甲雙胍改善了懷孕小鼠的血糖濃度，也異常激活了AMPK，但并沒(méi)有改善子宮內(nèi)膜的葡萄糖代謝，對(duì)胚胎植入也沒(méi)有產(chǎn)生影響[13]。這表明AMPK 在子宮內(nèi)膜中的作用可能是組織特異性的，有待進(jìn)一步研究。

2.3 IR通過(guò)PI3K/磷酸化蛋白激酶B（p-Akt）途徑影響子宮內(nèi)膜容受性 IR 在分子水平上的一個(gè)特征是IRS-PI3K-Akt 通路受損[16]。體內(nèi)高水平胰島素通過(guò)PI3K/p-Akt 途徑調(diào)節(jié)的細(xì)胞凋亡，使胚胎著床部位和子宮內(nèi)膜的蛻膜標(biāo)志物牛血清白蛋白2（bone morphogenetic protein 2，BMP2）、雌激素受體和孕激素受體的數(shù)量顯著減少，還會(huì)損壞子宮內(nèi)膜間質(zhì)細(xì)胞，增高線粒體跨膜電位，從而損害早期懷孕小鼠的蛻膜化[17]。脂聯(lián)素（adiponectin，APN）具有抗炎、抗氧化的特性，還可以增加胰島素敏感性和抑制細(xì)胞凋亡。APN 可能通過(guò)激活A(yù)MPK 來(lái)激活PI3K/Akt 途徑，同時(shí)，其增強(qiáng)了脂肪細(xì)胞的胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，改善了PCOS 患者的IR 和早期胚胎發(fā)育，抑制了滋養(yǎng)細(xì)胞的凋亡，從而降低了妊娠早期的胚胎丟失率。有對(duì)照模型小鼠實(shí)驗(yàn)研究顯示，PCOS 組磷酸化AMP活化蛋白激酶（p-AMPK）、磷酸化磷脂酰肌醇3 激酶（p-PI3K）和p-Akt 的蛋白表達(dá)水平顯著低于對(duì)照組（P＜0.001），APN+PCOS 組p-AMPK、p-PI3K、p-Akt的表達(dá)水平顯著高于對(duì)照組和PCOS 組（P＜0.001），并且APN+PCOS 組的妊娠率高于PCOS 組（66.67%vs.35.29%，P＜0.05），流產(chǎn)率低于PCOS 組（27.5%vs.40.9%，P＜0.05），表明APN 對(duì)妊娠早期PCOS 小鼠的保護(hù)作用可能部分是由于AMPK、PI3K 和Akt 的磷酸化增強(qiáng)以及AMPK、PI3K 和Akt 的mRNA 表達(dá)水平增加[18]。

2.4 IR通過(guò)慢性炎癥影響子宮內(nèi)膜容受性 正常妊娠情況下，子宮在分子層面的炎癥調(diào)節(jié)機(jī)制為接受半異體胎兒和協(xié)調(diào)產(chǎn)婦免疫耐受創(chuàng)造了適當(dāng)?shù)沫h(huán)境，PCOS 患者子宮中的慢性炎癥狀態(tài)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的妊娠并發(fā)癥，如流產(chǎn)和胎盤功能不全等[19]。IR 是PCOS 患者高血糖狀態(tài)的一個(gè)主要因素，高血糖在PCOS 患者的炎癥過(guò)程中發(fā)揮重要作用。葡萄糖是單核循環(huán)細(xì)胞的主要氧化還原底物，在氧化還原過(guò)程中可以誘導(dǎo)ROS 的形成，導(dǎo)致NF-κB 的激活，這與炎癥因子的表達(dá)有關(guān)，例如TNF 或IL-6 的表達(dá)[20]。慢性炎癥狀態(tài)會(huì)誘導(dǎo)環(huán)氧合酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而使血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子表達(dá)上調(diào)，最終影響子宮內(nèi)膜血管通透性和血管發(fā)生；此外，COX-2 可調(diào)節(jié)半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Caspase-3）等基因表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞凋亡，這可能是慢性炎癥細(xì)胞因子導(dǎo)致PCOS 患者子宮內(nèi)膜容受性下降的因素[8]。

2.5 IR通過(guò)其他微小分子影響子宮內(nèi)膜容受性 子宮內(nèi)膜容受性的建立和維持還受到多種因素的精細(xì)調(diào)節(jié)，其中包括微小RNA（microRNA，miRNA）。研究發(fā)現(xiàn)抗炎miR-126-3p 和miR-146a 的基因表達(dá)水平與血清TNF-α 和IL-6 濃度呈負(fù)相關(guān)（P＜0.001）；miR-122 的基因表達(dá)水平與血清TNF-α 和IL-6 濃度呈正相關(guān)（P＜0.001），并且還觀察到miR-122 與IR 呈正相關(guān)（P＜0.000 1），miR-126-3p 和miR-146a 與IR 呈負(fù)相關(guān)（P＜0.001）[21]。另有研究發(fā)現(xiàn)miR-491-3p 和miR-1910-3p 的表達(dá)與子宮內(nèi)膜容受性有關(guān)：二甲雙胍可能通過(guò)下調(diào)miR-491-3p 和miR-1910-3p 的表達(dá)，增加PCOS 婦女子宮內(nèi)膜容受性重要分子標(biāo)志物同源盒基因A10（HOXA10）和整合素β3 的表達(dá)，從而改善子宮內(nèi)膜容受性，改善PCOS 不孕患者的妊娠結(jié)局[22]。但I(xiàn)R 對(duì)miRNA 表達(dá)水平影響的確切作用機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步研究。此外，Li 等[23]認(rèn)為與建立子宮內(nèi)膜容受性相關(guān)的分子水平異?？赡苤苯佑绊懪咛ブ?，如雌激素受體1（estrogen receptor-1，Esr1）、Esr2 和HOXA10，在小鼠植入胚胎第5 天后，高胰島素血癥小鼠的Esr1、Esr2 和HOXA10 明顯失衡，在小鼠植入胚胎第6 天后這些分子水平顯著降低，推測(cè)母體高胰島素血癥可能會(huì)改變子宮內(nèi)膜容受性的建立過(guò)程。

3 IR 導(dǎo)致不良妊娠結(jié)局

3.1 自然流產(chǎn)有研究顯示IR 是接受輔助生殖治療的PCOS 患者發(fā)生自然流產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)增加的危險(xiǎn)因素[24]。一項(xiàng)回顧性研究顯示，患有2 型糖尿病的女性由于妊娠前較高的體質(zhì)量指數(shù)和妊娠早期的IR 而具有比1 型糖尿病女性更高的自然流產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)（P=0.037）[25]。目前認(rèn)為IR 導(dǎo)致自然流產(chǎn)的可能因素包括ROS 水平過(guò)高、免疫異常和子宮內(nèi)膜功能受損。①升高的ROS 使毛細(xì)血管通透性增加、微血管的血管舒張能力受損和炎癥細(xì)胞異常募集，從而抑制血管生成過(guò)程，而胎盤血管網(wǎng)的建立和重塑是胎兒生長(zhǎng)的關(guān)鍵決定因素，胎盤-胎兒的通訊受損，從而導(dǎo)致胎兒丟失[26]。②免疫異常：正常情況下，淋巴細(xì)胞亞群的百分比保持動(dòng)態(tài)平衡，異常的淋巴細(xì)胞群通過(guò)多重相互作用及多種可能的機(jī)制影響免疫激活和胚胎抗原耐受之間的平衡，從而影響妊娠結(jié)局[27]。然而IR 和細(xì)胞免疫之間的潛在相關(guān)機(jī)制仍無(wú)定論，需要進(jìn)一步研究。③子宮內(nèi)膜功能受損：高胰島素血癥和IR 使母體的妊娠生理環(huán)境發(fā)生變化，包括對(duì)妊娠和圍生期結(jié)局有持久影響的子宮內(nèi)分泌、代謝和妊娠期蛻膜化、胎盤相關(guān)基因的表達(dá)的改變，子宮內(nèi)膜功能受損導(dǎo)致妊娠結(jié)局不佳，其原因可能與胎盤線粒體氧化與抗氧化失衡有關(guān)[28]。

3.2 妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus，GDM）妊娠前IR 會(huì)增加GDM 的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，且可能是PCOS 患者發(fā)生GDM 的主要相關(guān)因素之一[29]。IR 也是GDM 患者妊娠結(jié)局不良的主要原因[30]。一項(xiàng)多中心隨機(jī)試驗(yàn)顯示，在單胎妊娠中，與血糖正常的婦女相比，妊娠前糖耐量受損（impaired glucose tolerance，IGT）婦女患GDM 的風(fēng)險(xiǎn)更高（OR=3.13，95%CI：1.23～7.69），孤立性空腹血糖受損（isolated impaired fasting glucose，i-IFG）婦女在單胎妊娠中也具有較高的GDM 患病風(fēng)險(xiǎn)（OR=3.08，95%CI：1.19～8.01）；在雙胎妊娠中，與i-IFG 或血糖正常的婦女相比，妊娠前IGT 的婦女GDM 的患病風(fēng)險(xiǎn)顯著增加（OR=7.69，95%CI：2.78～20.00）[31]。

3.3 新生兒結(jié)局IR 可能有潛在遺傳傾向，胎兒在子宮內(nèi)暴露于母體高血糖可能會(huì)增加后代出現(xiàn)葡萄糖耐受不良、巨大兒、肥胖和高血壓等的風(fēng)險(xiǎn)[32]。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)妊娠期母體血糖越高，新生兒臍帶C 肽越高，10～14 歲兒童IR 越嚴(yán)重，調(diào)整妊娠期母體血糖水平后，臍帶C 肽與兒童期胰島素敏感性呈負(fù)相關(guān)（β=-0.746，95%CI：-1.188～-0.304，P＜0.001），即臍帶C 肽越高，兒童期的IR 越嚴(yán)重[33]。一項(xiàng)隊(duì)列研究顯示，28 周時(shí)GDM 患者的口服葡萄糖耐量試驗(yàn)（OGTT）結(jié)果與10～14 歲兒童的OGTT 結(jié)果呈正相關(guān)（P＜0.000 1），與胰島素敏感性呈負(fù)相關(guān)（β=-76.3，95%CI：-130.3～-22.4，P=0.006 3）；與非GDM 母親的后代相比，未經(jīng)治療的GDM 母親的后代具有IR 和有限的β 細(xì)胞補(bǔ)償，孕婦GDM 的發(fā)生率與兒童IGT的發(fā)生率顯著且獨(dú)立相關(guān)（P＜0.000 1）[34]。另有研究發(fā)現(xiàn)，與血糖正常（34.7%vs.19.8%，OR=2.13，95%CI：1.19～3.85）和i-IFG（34.7% vs.15.4%，OR=2.94，95%CI：1.33～6.25）的婦女相比，妊娠前IGT 婦女的后代發(fā)生巨大兒的風(fēng)險(xiǎn)更高[31]。

4 結(jié)語(yǔ)

IR 患者體內(nèi)會(huì)存在慢性炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，使卵母細(xì)胞中線粒體功能受損，進(jìn)而使卵母細(xì)胞的質(zhì)量下降，IR 還會(huì)通過(guò)影響能量代謝、AMPK 途徑、PI3K/p-Akt 途徑、炎癥反應(yīng)以及其他微小分子等影響子宮內(nèi)膜容受性，進(jìn)而導(dǎo)致不孕、自然流產(chǎn)、GDM和巨大兒等多種不良妊娠結(jié)局。因此，臨床上應(yīng)高度重視對(duì)IR 的糾正，對(duì)于伴有IR 的患者在助孕前應(yīng)調(diào)整其生活方式，糾正代謝相關(guān)指標(biāo)，必要時(shí)應(yīng)用胰島素增敏劑，改善由IR 引起的代謝紊亂及體內(nèi)慢性炎癥狀態(tài)，以期能夠通過(guò)糾正IR 來(lái)降低不孕率和改善妊娠結(jié)局。然而，由IR 導(dǎo)致生殖功能受損的機(jī)制仍需進(jìn)一步的深入探討，這對(duì)研發(fā)新的治療靶點(diǎn)及思路具有重要的意義，同時(shí)也需要高質(zhì)量的隨機(jī)對(duì)照研究來(lái)證實(shí)藥物治療IR 是否能夠改善IR 患者的妊娠結(jié)局。