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生长激素对卵巢功能影响的研究进展
生长激素(GH)是由腺垂体前叶嗜酸性细胞分泌的一种肽类激素,体内和体外实验显示GH可调节生殖过程,它直接与卵巢上的生长激素受体(GHR)结合或通过胰岛素样生长因子(IGF)系统间接发挥作用,从而刺激卵泡的生长、成熟,易化排卵,调节雌、孕激素的水平。近期研究证实GH可提高线粒体活性,直接改善卵母细胞的质量。临床上,GH常作为卵巢低反应(POR)或高龄患者的辅助治疗药物。关键词:生长激素(GH);卵巢;卵泡;类固醇激素;卵巢低反应(POR)
生长激素(GH)是由腺垂体前叶嗜酸性细胞分泌的一种肽类激素,呈脉冲式分泌,受下丘脑产生的生长激素释放激素(GHRH)和生长激素抑制激素(GHIH)的调节,具有促进生长、调节代谢的作用,并参与机体的应激反应。生殖细胞也能分泌少量GH,呈连续性分泌。GH广泛地应用于因内源性GH分泌不足所致的生长发育障碍、成人GH替代治疗、烧伤、骨折、急性坏死性胰腺炎等方面。近年来研究显示,GH可以促进性成熟及性腺细胞增殖,有利于卵泡发育和成熟,提高卵巢对促性腺激素的反应,调节类固醇生成,增强子宫内膜容受性,促进胚胎发育,在辅助生殖中常应用于卵巢低反应(POR)患者。本文综述GH对卵巢功能影响的研究进展。
1GH的概述
人的生长激素(hGH)含有个氨基酸,相对分子质量,基因定位于17q24.2。GH化学结构与人催乳素相似,故具有弱的催乳素作用,且具有种属特异性,不同种属动物的GH在化学结构和免疫特异性等方面存在较大差别。腺垂体GH分泌细胞占腺垂体细胞总数的45%~50%,GH是腺垂体中含量最多的激素,多达5~10mg。
GH的分泌受多种因素的影响。正常情况下,GH的分泌受GHRH和GHIH的双重调节,GHRH呈脉冲式释放,使腺垂体GH也呈现同步性脉冲性分泌,而GHIH只在应激状态下于GH分泌过多时发挥抑制性调节作用。胰岛素样生长因子(IGF)-I可分别通过下丘脑和腺垂体2个水平对GH的分泌进行负反馈调节。GH还有昼夜节律波动并受睡眠的影响,在觉醒状态下,hGH分泌较少,在入睡45~90min时血浆GH水平明显升高,最高可达50~60mg/L,以后逐渐降低。除此之外,低血糖、血中游离脂肪酸降低、创伤、低蛋白饮食、运动等都能刺激GH分泌,而血糖增加、血中游离脂肪酸增加、老年、肥胖等可抑制GH分泌。
GH的促生长作用是由于它能促进骨骼、软骨、肌肉以及其他组织细胞分裂、增殖和蛋白质合成,用重组人GH(rhGH)治疗特发性矮小症患者可以提高其成年身高。GH/IGF-I是骨生长的关键调节因子,维持成骨细胞和破骨细胞的平衡,应用于骨折和骨质疏松患者效果显著。GH的抗炎因子作用、免疫与代谢调节作用有助于外科术后、急性重症胰腺炎的治疗与康复。GH在生殖领域的应用始于年,Homburg等联合应用人绝经期促性腺激素(hMG)和hGH后明显提高了患者的卵巢反应性,降低了hMG的使用总量和每日用量,缩短了治疗程。GH通过作用于子宫内膜上的受体与IGFs一起促使子宫内膜间质疏松,丰富血管和腺体,腺腔增大,使子宫内膜发育更趋成熟,临床上对子宫内膜发育不良的患者给予GH进行辅助治疗,有望改善内膜厚度及子宫内环境,提高子宫内膜的容受性,进而提高临床妊娠率。2GH对卵巢功能的作用机理
2.1GH通过GH受体(GHR)直接影响卵巢功能生殖系统中有GHR表达,GH可通过GHR直接影响卵巢功能。多种动物如牛、鸡、鼠、灵长类等的生殖系统被证实有GHR,GHR可以表达在颗粒细胞、卵泡膜细胞、卵母细胞、卵丘细胞、子宫、胎盘、乳腺中。类似的,人的卵泡中也有GHR,Weall等用荧光免疫法成功定位了人类卵母细胞膜周上的GHR。GH与GHR的直接作用由环磷酸腺苷(cAMP)和cAMP依赖性蛋白激酶A(PKA)介导,有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPK)和酪氨酸激酶(JAK)家族也参与其中。GH和GHR结合后,胞质中的JAK(命名为JAK1JAK2、JAK3)与GHR的胞质部分结合并激活,紧接着JAK2引导活化信号转导与转录活化因子91(STAT91)和MAPK磷酸化,激活的STAT91和MAPK进入细胞核内,启动GH目标基因的转录,发挥生物学效应。
2.2GH通过IGF系统间接影响卵巢功能人体内存在GHRH/GH/IGF-I轴,GH可通过IGF-I间接影响卵巢功能。肝脏和体内许多组织器官如脑、心脏、生殖器官都能产生IGF。与以往研究不同,GH对生殖系统的作用并不是由肝源性的IGF-I介导的,颗粒细胞本身能产生IGFs,并能表达IGFs的受体(IGFR)和结合蛋白(IGFBP),构成旁-自分泌系统,肝源性的IGF-I只参与GH分泌的反馈调节。IGF-I与其受体结合后,激活3-磷酯酰肌醇激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)通路,启动2条信号通路:一是PI3K通过磷酸化4,5二磷酸酯磷酸肌醇合成3,4,5三磷酸酯磷酸肌醇(PIP3),PIP3激活包括Akt在内的多种下游因子调节细胞活性;二是激活MAPK即细胞外信号调节激酶(ERK),当IGF-I与受体结合后,解除了b-亚单位上的酪氨酸激酶的抑制,促使MAP/ERK磷酸化,ERK把信号传递到细胞核内,发挥生物学效应。3GH对卵泡的调节
卵泡发育分为3个阶段:①从始基卵泡向初级卵泡转变并形成次级卵泡;②基础窦卵泡的发育,即从早期窦卵泡窦的形成到促性腺激素依赖阶段;③终末窦卵泡的发育,即从窦卵泡的发育到排卵前卵泡。GH在这3个阶段中都发挥对卵泡的调节作用。3.1GH与卵泡的生长
GH刺激小卵泡的生长,抑制卵泡闭锁。在灵长类动物的始基卵泡、初级卵泡、次级卵泡中都检测到GH和GHRmRNA,牛、鼠的卵母细胞、卵丘、颗粒细胞和鼠的卵泡膜细胞有GHR表达,人类早期卵泡的卵母细胞和颗粒细胞也有GH和GHR蛋白以及mRNA的表达,说明GH在卵泡的生长发育过程中发挥效应。尽管只在山羊窦卵泡的颗粒细胞和卵泡膜细胞检测到GHmRNA,而窦前卵泡中未能检测到,但也有部分GHR表达在围绕窦前卵泡的基质中,提示GH间接调控卵泡的早期发育阶段,而通过GHR直接控制晚期卵泡的形成。事实上,在促性腺激素非依赖阶段,激活素、瘦素等可介导GH发挥功能。GH对卵泡的发育是必需的,当鼠卵泡的GHR和生长激素结合蛋白(GHBP)被破坏后,始基卵泡会增多,初级卵泡、次级卵泡、窦卵泡减少,闭锁卵泡增多。在山羊实验中,加入GH的实验组与对照组相比,GH组卵泡的窦腔形成率比对照组更高。由此表明GH刺激了小卵泡的生长,增加了卵泡的大小和数量以及卵巢的相对重量,抑制卵泡闭锁。3.2GH与卵泡的成熟
GH能促进卵母细胞的成熟。把山羊的卵泡经过6d的培养后,添加GH的实验组卵泡恢复减数分裂的百分率、成熟率都比对照组高,同时添加GH和IGF-I后,到达MII期的马卵母细胞比仅添加IGF-I组的多,从而验证了GH对卵母细胞成熟起到积极作用。核成熟是卵泡成熟的关键一环,共同添加GH、E2、促性腺激素、胎牛血清可以促进马卵母细胞核的成熟和细胞骨架分离。研究认为,GH是通过调节卵丘细胞的扩张来间接影响核成熟的,GH通过刺激增殖和抑制凋亡促进卵丘细胞扩张,卵丘细胞也能分泌各种抑制因子从而保持卵母细胞的减数分裂。卵丘细胞和卵丘-卵母细胞复合物中GHR基因的表达在卵泡成熟之初比结束时多,卵丘细胞、卵母细胞和颗粒细胞中都有GHR的表达。在人类卵母细胞成熟过程中,rGH恢复了随卵泡增大而出现的骨形态发生蛋(BMP)的下调现象,从而改善了卵泡选择作用,促进卵泡成熟,并减少了细胞的凋亡率。细胞质的成熟伴随细胞核的成熟同时发生,表现在皮质颗粒的分配上,GH可以显著提高皮质的再分配。3.3GH与排卵
GH可以易化排卵,但对排卵不起决定性作用。动物实验证实,仅GH不能促发排卵,但在有促性腺激素的情况下,GH协同使用可以显著提高排卵率。GHR/GHBP基因被敲除后,鼠的排卵率下降,而在GH转基因鼠中排卵率则增加。GH缺乏会使窦卵泡数和排卵前卵泡数下降,黄体数下降。类固醇生成关键酶的mRNA表达水平在GHR基因敲除鼠和对照组中相似,提示GHR基因敲除鼠的卵泡有充足的类固醇生成潜能。因此,GHR基因敲除鼠排卵率下降可能反映了可募集卵泡和/或终末卵泡生长和发育的破坏,而不是因为促性腺激素分泌减少或卵泡对促性腺激素的敏感性下降。GH能够促进排卵是因为GH增强了促性腺激素的敏感性,促进卵泡的生长发育,促进卵泡的成熟,减少卵泡的凋亡和闭锁,从而使排卵前卵泡增多,增加排卵率。3.4GH直接改善卵母细胞质量
GH可以上调自身受体,提高线粒体活性,直接改善卵母细胞质量。免疫荧光定位证实,人类卵母细胞膜周有GHR表达,GH可直接作用于卵母细胞。随着年龄的增长,GHR在卵母细胞的表达下降,有功能的线粒体也下降,因生物能量不足,故卵泡发育受阻,染色体分离障碍,常常导致受精失败。在高龄妇女中使用GH,可以上调GHR,提高线粒体功能,从而起到改善卵母细胞质量的作用。
4GH对类固醇的调节GH可直接或间接调节雌、孕激素的水平。给鸡注射GH后,性成熟时的E2和P水平都会增高。GHR和GHBPmRNA在鸡的卵泡中主要表达于颗粒细胞,说明GH可直接调节类固醇产生。GH能刺激P产生是因为刺激了CYP11A1mRNA的表达,编码限速酶即侧链裂解酶P,这个酶催化裂解胆固醇侧链和调节类固醇合成。然而,也有研究结果显示,GH降低芳香化酶的表达,从而抑制FSH诱导的E2产生,而通过诱导类固醇产生的急性调节蛋白、侧链裂解酶P和3b羟类固醇脱氢酶,从而提高P水平,产生这样的结果可能是因为GH与催乳素受体有密切关系,GH的催乳素样作用能降低FSH诱导的E2产生和提高P水平;也有可能是因为GH对卵巢作用取决于GH的来源和物种以及颗粒细胞所处的阶段。
GH还能通过颗粒细胞的内源性IGF-I来调节E2和P的产生,由GH诱导的JAK/STAT和ERK通路功能性参与到IGF-I的表达和调节颗粒细胞的类固醇产生中。外源性的GH能提高IGF-I、IGF-I受体和FSH受体在颗粒细胞的表达,IGF-I协同FSH明显加强颗粒细胞的分化和E2的产生;IGF-I增加FSH诱导的细胞内、外糖蛋白的合成,使FSH诱导颗粒细胞的LH受体结合容量增加,并提高P的产量。GH/IGF-I和BMP信号强度之间的平衡也是调控类固醇产生的关键,GH/IGF-I下调内源性BMP系统的活性,IGF-I可抑制BMPR-Smad1/5/8信号,相反,BMP系统也可抑制颗粒细胞GHR、IGF-I和IGF-I受体的表达,从而中和GH-IGF-I轴的生理作用。5GH在生殖领域的临床应用
GH联合促性腺激素(Gn)应用于促排卵中,可以提高POR人群的反应性。对于POR人群,应用GH的实验组比对照组有更多质量好的卵母细胞。一项Meta分析显示,在拟进行体外受精(IVF)或卵胞质内单精子注射(ICSI)的POR患者中应用GH,可以提高hCG注射日的血清E2水平、MII卵母细胞数、双原核(2PN)数、可利用胚胎数,但种植率和临床妊娠率与对照组相比无统计学差异。另一项研究显示,在前次妊娠失败患者的下一周期中加用低剂量GH,Gn的剂量和促排卵方案不变,结果显示加用GH后临床妊娠率为34.4%,优质胚胎数和冷冻胚胎数提高。
在高龄患者中联合使用GH是一个合适的选择。国内有学者把年龄≥35岁的患者分为加用GH的实验组和不用GH的对照组,结果提示实验组的Gn用量显著低于对照组,hCG注射日的E2水平、获卵数显著高于实验组。GHR和有功能的线粒体数量都随着年龄的增加而下降,添加GH可以使GHR的数量上升,同时也可以提高线粒体的活性,GH正是通过这2条途径来提高高龄患者卵子的质量。
GH也越来越多地应用于多囊卵巢综合征(PCOS)的患者中。患有PCOS的女性GHRH对GH的调控能力受损,是因为雄激素过多,直接刺激GHIH的释放,导致GH分泌减少。注射GH能降低雄激素的浓度,主要机制是促进雄激素向E2的转化,有利于GH多巴胺能的控制。PCOS患者中GH水平明显降低,肥胖者更为明显,而应用GH辅助促排卵治疗,可以明显减少hMG用量1~12支,缩短hMG刺激时间3~12d,增加优势卵泡的数量。
6结语综上所述,GH通过直接或间接作用调节卵巢功能,促进卵泡的生长发育与成熟,改善卵母细胞质量,有助于类固醇合成,常作为POR患者促排卵方案的辅助用药。然而,GH对卵巢的直接作用和通过IGF系统的间接作用机制尚需充分认识,其调节线粒体的具体机制仍需阐明,对类固醇激素的影响也存在不同的见解。目前多数研究多借助动物模型,鉴于GH的种属特异性,研究结果应用于人类有一定的局限性。在临床的应用中,GH的剂量、使用时机、适用范围也尚未获得共识。因此,需要开展更多的研究以使GH更好地应用于生殖领域。参考文献（略）
作者单位：医院生殖医学中心
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