前沿综述丨炎症因子对卵泡发育的影响
摘要
白细胞介素（interleukin，IL）-1家族、IL-6、肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor，TNF）-α、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocytemacrophage-colonystimulatingfactor，GM-CSF）等炎症因子所介导的生理性炎症反应参与卵泡发育、成熟及排卵过程，炎症因子异常表达引发病理性炎症反应，可导致排卵障碍及不孕，主要见于多囊卵巢综合征（polycysticovarysyndrome，PCOS）、子宫内膜异位症（endometriosis，EMS）、早发性卵巢功能不全（prematureovarianinsufficiency，POI）、肥胖、甲状腺功能减退等疾病。本文围绕炎症因子对卵泡发育的生理作用以及在不同疾病中影响卵子发育的可能机制进行阐述，以期为排卵障碍性不孕的诊疗提供帮助。
炎症是对病原体、损伤和代谢应激等有害刺激的固有免疫反应［1］，而炎症因子则是介导炎症反应过程的细胞因子，包括白细胞介素（interleukin，IL）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）、集落刺激因子（colony stimulating factor，CSF）、干扰素、趋化性细胞因子以及生长因子。众所周知，卵巢中卵泡的正常发育、成熟及排出是女性孕育的重要条件，从始基卵泡发育至排卵前卵泡的过程中大量相关炎症因子活跃存在，而排卵作为卵泡破裂和卵母细胞释放期间卵巢组织重塑和修复的一部分，是一种由性激素协同多种蛋白酶及细胞因子参与的生理性炎症反应，由此说明炎症因子在卵巢周期中卵泡生长发育的各个阶段起着不可或缺的作用［2-3］。然而，任何影响卵母细胞质量、卵泡发育、成熟及排出过程的因素均有机会引起排卵障碍进而导致女性不孕，据世界卫生组织（World Health Organization，WHO）统计，20%~40%的不孕女性存在排卵障碍，部分可能与慢性炎症相关［4］。慢性炎症指的是不受调控的、持续的趋化因子和细胞因子的合成和分泌［5］，是细胞及组织被破坏进而形成各种疾病的重要原因，这种由病理性炎症反应引起的排卵障碍性不孕逐渐受到生殖领域专家及学者的重视，常见于多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）［6-7］、子宫内膜异位症（endometriosis，EMS）［8］、早发性卵巢功能不全（premature ovarian insufficiency，POI）［9］、肥胖［5］、甲状腺功能减退症［10］等疾病，此外长期的慢性炎症还可引起炎性衰老［11］，严重影响患者生育力。其中参与炎症过程的相关炎症因子可能经由免疫系统、下丘脑-垂体-卵巢轴（hypothalamic-pituitary-ovarian axis，HPO轴）等途径影响卵泡发育及破裂，最终造成生育障碍，但目前其作用途径及机制尚未完全明晰［12］。
一.炎症因子对卵泡发育的生理作用
自胚胎形成后原始生殖细胞逐步通过有丝分裂、减数分裂等过程形成始基卵泡储备于卵巢中，而后部分卵泡不断闭锁、退化。从步入青春期起由颗粒细胞所围绕的始基卵泡开始逐步转化为窦前卵泡、窦卵泡，而后窦卵泡经过募集选择发育形成成熟的排卵前卵泡，最终卵细胞及其周围的卵丘颗粒细胞以及伴随物质共同排出。整个过程中如IL-1家族［13］、IL-6［14］、TNF-α［15］、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte macrophage colony stimulating factor， GM-CSF）［16］等相关炎症因子对不同发育时期的卵泡具有重要影响，这些炎症细胞因子可能主要依赖免疫系统调控HPO轴的相关激素分泌以促进卵泡发育、成熟与排卵［12］。
卵泡液作为卵泡正常生长发育的重要组成部分是免疫细胞、炎症因子及激素等存在的主要场所，其中免疫细胞包括自然杀伤细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞、树突状细胞以及巨噬细胞，炎症因子包括IL-1家族、IL-6、TNF-α、GM-CSF等，这些成分在卵子发育的不同阶段参与并发挥作用［17］。在卵泡期，Wu等［18］经免疫组织化学定位到此时的卵巢存在有T淋巴细胞、巨噬细胞、单核细胞和中性粒细胞。在排卵期，黄体生成素（luteinizing hormone，LH）激增可首先作用于颗粒细胞及卵泡膜细胞产生炎症介质继而激活免疫细胞［19］。Akison等［3］研究显示给小鼠注射人绒毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotropin，hCG）前和hCG注射后12 h卵巢内中性粒细胞数量较少，然而hCG注射后16 h中性粒细胞数量增加了5倍。此外Fainaru等［20］报道排卵前成熟卵母细胞卵泡液中的树突状细胞是免疫细胞的重要成分，并且树突状细胞的成熟度与卵巢对促性腺激素的反应呈正相关关系。在卵泡发育成熟及排卵过程中，这些免疫细胞及颗粒细胞等可产生大量炎症因子并且相互作用共同调节卵巢功能［17，19］。如卵巢中IL-1在排卵前及排卵时的表达增加，而IL-1家族可影响卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone，FSH）受体、LH受体和睾酮、雌二醇的生成以及孕酮的释放，这可能暗示炎症因子IL-1在排卵机制中的重要生理作用，IL-18亦属于IL-1细胞因子家族，可诱导TNF-α的产生并参与卵泡发育和闭锁、排卵和类固醇发生，但目前具体生理机制均不清晰［21-22］。此外，IL-1还可刺激前列腺素（prostaglandin，PG）从而帮助卵泡排卵。Imai等［23］研究表明排卵过程中颗粒细胞所产生的IL-6可在其分化过程中增加FSH诱导的LH受体的表达，进而形成具备对LH反应性的排卵前卵泡。而Diego等［15］的动物研究证实TNF-α依赖性增加PGF2α的产生，是LH在排卵前激增作用于卵巢并通过刺激卵泡壁蛋白水解与卵泡细胞凋亡从而触发排卵前卵泡破裂、最终成熟卵母细胞释放的必要条件。
以上可知相关炎症因子与免疫细胞具有相互调控作用，部分炎症因子可通过影响垂体促性腺激素FSH受体、LH受体表达以及卵巢中雌、孕激素的浓度以促进卵泡发育及排卵。而垂体FSH及LH的合成与分泌受到下丘脑分泌的促性腺激素释放激素（gonadotropin-releasing hormone，GnRH）调节，一定水平的雌孕激素又对下丘脑、垂体具有反馈调节作用。由此推测，尽管生理炎性反应在卵泡形成中的具体机制尚未完全明晰，但相关炎症因子通过免疫系统影响HPO轴的神经内分泌活动，可能是介导炎症过程从而促进卵子发育、排卵的重要途径之一。
二.炎症因子在不同疾病中对卵泡发育的影响
卵巢中相关炎症因子的生理表达是卵泡发育、成熟及排卵这一生殖过程所必需的，而对于可引起排卵障碍性不孕的疾病如PCOS、EMS、POI、肥胖及甲状腺功能减退等而言，尽管其发病机理各不相同，但作为非感染性疾病，它们形成的病理性慢性炎症状态均有可能通过刺激免疫细胞、颗粒细胞等来源的相应炎症因子异常表达，进而在卵子发育的不同阶段干扰其正常生长。此外，这些疾病可能并不独立存在，例如PCOS患者部分可存在肥胖情况、甲状腺功能减退可并发卵巢早衰（premature ovarian failure，POF）。不同疾病的炎症状态涉及免疫网络相当复杂，其中相关炎症因子的来源、种类及生物学功能繁多［24-27］，核转录因子-κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）、有丝分裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和Janus激酶/信号转导与转录激活子（janus kinase/signal transducers and activators of transcription，JAK/STAT）是炎症因子信号转导介导炎症反应的主要通路［28］，即使作用途径不同，但其中阻碍卵泡发育及排卵过程的相关炎症细胞因子或许有所重叠。
1.炎症因子与PCOS致卵泡发育异常间的关系：PCOS作为一种慢性炎症性疾病，持续性无排卵为其重要特征，是排卵障碍性不孕最常见病因。Xie等［27］发现PCOS小鼠的卵巢中促炎因子干扰素-γ、TNF-α、IL-1β水平异常升高，经间质干细胞治疗后促炎因子下降并且外周血中的中性粒细胞、M1-巨噬细胞和B淋巴细胞显著降低，提示PCOS的慢性炎症可能通过干扰素-γ、TNF-α、IL-1β影响卵巢功能。其中促炎细胞因子TNF-α在PCOS中的高表达可通过诱导卵泡膜细胞增殖促使雄激素水平升高以及颗粒细胞的凋亡导致无排卵［29-30］。另外，PCOS患者生殖系统IL-1的过度表达可能通过增加雄激素水平从而抑制非优势卵泡的闭锁，抑制FSH受体表达从而在卵泡发育早期阻碍优势卵泡的选择和（或）在卵泡发育晚期限制优势卵泡的进一步发育，此外还有可能抑制排卵前卵泡的颗粒细胞黄素化从而使孕酮生成减少、影响排卵［13，31］。然而与Xie等［27］的研究不同，Li等［32］发现PCOS患者及小鼠血清中干扰素-γ低于正常水平，并且认为干扰素-γ作用于颗粒细胞，能促进其增殖但抑制其凋亡。
2.炎症因子与卵巢局部EMS致卵泡发育异常间的关系：EMS，即子宫内膜组织在子宫体之外的部位出现，是一种雌激素依赖的炎症性疾病。异位内膜侵犯部位广泛，卵巢作为产生及排出卵子且最易受到异位内膜侵犯的场所，被累及后有进一步影响卵巢功能导致排卵障碍的可能，现今大量证据表明其具体影响排卵的作用机制与炎症因子密切相关。Yland等［33］研究表明，单侧卵巢EMS患侧卵泡液与另一侧正常卵巢及正常女性卵巢卵泡液相比，炎症因子IL-6、IL-8和单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）的水平相对更高的同时，卵巢EMS患者的卵母细胞数量更少，表明卵巢EMS的局部炎性微环境可能不利于卵母细胞的发育。另有研究发现EMS患者卵泡液中较高水平的炎症因子IL-1β和IL-6可能通过调节卵巢中的G蛋白偶联雌激素受体（G protein coupled estrogen receptor，GPER）以及巨噬细胞从而影响卵泡形成［34］。而IL-1可通过MAPKs和NF-κB信号通路上调IL-6水平，IL-6作为调节卵巢功能的炎症因子具有生理病理双重调节，生理上可以促进LH受体表达、卵丘-卵母细胞复合体的扩增，病理上抑制FSH诱导相关甾体激素的生成［14］。此外， EMS还有可能通过TNF-α激活颗粒细胞中的NF-κB通路影响卵母细胞成熟从而损害卵母细胞的质量，但仍需进一步证实［8］。
3.炎症因子与POI致卵泡发育异常间的关系：POI指的是40岁以下的女性出现卵巢功能减退，以月经稀发或频发、闭经，以及高促性腺激素、低雌激素水平改变为主要表现，最终可因偶发排卵或无排卵导致生育力降低或不孕，而POF为POI发展的终末阶段。慢性低度炎症为POI发生的重要原因之一，而Ağaçayak等［35］观察到既往无炎症且无用药史的POI患者中中性粒细胞与淋巴细胞之比显著升高并且和FSH呈正相关，表明机体的炎症状态有可能是POI的结果。但无论原因还是结果，不可否认炎症与POI的发生发展密切相关。有研究结果显示，POI患者卵泡液及血清中IL-1α明显升高，卵泡液中IL-1α、IL-1β及TNF-α水平明显高于其血清水平，且凋亡调节因子Bax mRNA表达增加、抗凋亡因子Bcl-2 mRNA表达下降，推测POI患者卵泡液中IL-1的升高可能引起卵泡凋亡加速卵巢储备的消耗，从而引发炎症并损害卵巢功能［9］。除此之外，动物研究发现POF小鼠血清及卵巢中TNF-α和IL-6水平显著高于正常小鼠而IL-10水平显著低于正常，此时几乎不能检测到卵泡，然而经白藜芦醇治疗的POF小鼠卵巢重量、卵泡数量明显增加且卵泡闭锁率下降，同时卵巢中检测到的TNF-α和IL-6显著降低、IL-10显著上升，提示POF中炎症因子TNF-α、IL-6、IL-10在影响卵巢功能上或许有着重要作用［36］。
4.炎症因子与肥胖致卵泡发育异常间的关系：肥胖作为一种慢性炎性疾病亦是排卵障碍的重要危险因素，主要存在TNF-α、IL-6、MCP-1等炎症因子的异常升高，其中TNF-α、IL-6可能通过HPO轴影响卵泡质量、扰乱卵泡发育最终降低女性生育力，而MCP-1则可能独立于HPO轴以外通过增加卵巢巨噬细胞渗透，破坏卵巢微环境进而损害卵母细胞发育能力而直接影响卵巢功能［5，37］。Gonzalez等［38］通过分析非PCOS的肥胖女性卵泡液中炎性标志物与脂质水平的关系，发现其中炎症因子TNF-α、IL-6、IL-10与脂质水平呈正相关，此时卵巢微环境所存在的高脂及炎症状态可能影响卵母细胞发育、排卵和黄体化，但确切影响及机制还需进一步研究。有所不同的是，Ruebel等［39］研究发现与正常体质量女性相比，肥胖女性血清中炎症介质C反应蛋白（cryoprecipitate-reduced plasma，CRP）、CC趋化因子配体2（C-C motif chemokine ligand 2，CCL2）及卵泡液中CRP升高均有统计学意义且卵母细胞中CXC趋化因子配体2（CXC chemokine ligand 2，CXCL2）的基因表达增加，而血清炎症因子（IL-6、TNF-α）、促性腺激素（FSH、LH）、雌激素及卵泡液中CCL2、TNF-α差异均无明显统计学意义，但确定了血清中多不饱和脂肪酸与卵泡液中TNF-α和CCL2、血清CRP及卵母细胞炎症基因表达之间具有相关性，或许肥胖女性的全身炎症反应可以引起卵泡液和卵母细胞中的炎症反应从而导致卵母细胞发育不良并且无需依赖HPO轴发挥作用。
5.炎症因子与甲状腺功能减退致卵泡发育异常间的关系：甲状腺功能减退，是一种以高CRP、TNF-α、IL-6等炎症介质为特征的炎症性疾病［40］。大量证据表明［10，41-42］，甲状腺功能减退对卵泡发育具有负面影响，可引发排卵障碍性不孕，发病机制可能与炎症相关但涉及何种炎症因子及其如何在卵泡发育过程中起干扰作用，证据尚不充分。Rodríguez-Castelán等［10］经动物研究发现甲状腺功能减退不影响功能性或闭锁性卵泡的百分比，但与正常组相比其卵巢周围脂肪细胞肥大、脂肪组织中存在CD68 巨噬细胞大量浸润，并且卵巢中与甾体激素合成相关的芳香化酶表达降低、卵泡体积缩小。而Meng等［41］报道从胎儿/新生儿期开始的慢性甲状腺功能减退大鼠发育至成年期时，窦前卵泡和窦卵泡数量减少、闭锁卵泡比例增加以及排卵率下降。此外，甲状腺功能减退患者血清中IL-1、IL-6、IL-10、干扰素-γ、TNF-α在治疗后显著降低，表明这些炎症因子与甲状腺功能减退密切相关［42］。已知它们在卵泡发育的这一生理过程中共同促进卵泡生长、成熟及排卵，但甲状腺功能减退引起的排卵障碍中与这些炎症因子的内在联系仍需深入探究。
三.小结
在卵泡发育、成熟及排卵的生殖生理过程中，多种炎症因子可能通过免疫系统-HPO轴在卵泡不同的发育阶段发挥作用共同促进卵子发育，如IL-1家族、IL-6、TNF-α、GM-CSF等。近年来，PCOS、EMS、POI、肥胖、甲状腺功能减退等疾病的慢性炎症状态导致排卵障碍性不孕越来越受到人们重视，这些病理性慢性炎症状态均可能通过刺激相应炎症因子在卵子生长、排出过程中异常表达，进而经由免疫系统、HPO轴等途径影响生育健康。以上主要围绕相关炎症因子对卵泡发育的影响做出论述，除提到的白藜芦醇等外，另有研究证实二甲双胍、维生素D等药物可有效降低促炎因子、改善机体炎症状态，从而利于各级卵泡发育［43-44］。故此，深入挖掘不同疾病中涉及的炎症因子和相应作用网络，及以炎症机制为靶点、提高排卵率的有效药物，或许可以给未来排卵障碍性不孕的临床诊疗提供新思路和新方法。
参考文献略
作者：张文洁 宋佳怡 窦真 夏天
本文刊登于《中华生殖与避孕杂志》2021, 41(4):377-381.