2020, Vol. 27
不孕症一直是生殖医学中的一项重大挑战。女性不孕的原因包括排卵障碍、排卵卵母细胞缺陷、异常受精、黄体功能不足等。其中，排卵障碍是女性不孕的主要原因。排卵是由黄体生成素(luteinizing hormone，LH)激增引发的复杂连续性生理过程，包括排卵前卵泡的生长、卵母细胞减数分裂成熟、卵丘-卵母细胞复合物扩张、卵泡破裂、排卵卵泡新生血管形成和颗粒细胞黄体化。颗粒细胞合成的前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)作为一种排卵卵泡中关键的调节分子，在促进卵泡成熟和构建卵丘-卵母细胞复合物(cumulus-oocyte complexs，COCs)方面起关键作用。此外，PGE2还在颗粒细胞-卵母细胞双向信号传导中对卵母细胞的发育及排卵过程起重要作用。本文对PGE2在排卵过程中的作用及相关研究进展作一综述。
1 PGE2在卵泡颗粒细胞中的合成调控PGE2的生物合成前体是花生四烯酸(arachidonic acid，AA)，其合成主要受到3种酶调控，即磷脂酶A2(phospholipase A2，PLA2)、环氧合酶(prostaglandin-endoperoxide synthase，PTGS或cyclooxygenase，COX)、前列腺素E合成酶(prostaglandin E synthase，PGES)。其中，PLA2具有3种形式，即PLA2G4A(phospholipase A2 group ⅣA)、PLA2G2A(phospholipase A2 group ⅡA)及PLA2G5A(phospholipase A2 group Ⅴ)[1]，前者为胞质型，后两者为分泌型。在PLA2的作用下，卵泡颗粒细胞从膜磷脂中释放AA。在小鼠、大鼠、牛、猴以及人的排卵过程中，卵泡颗粒细胞中PLA2G2A和PLA2G5A的表达量低且保持不变，而PLA2G4A的表达量随着促性腺激素激增而增加[2]。在给予PLA2G4A抑制剂或缺乏PLA2G4A基因表达的小鼠中，PGE2浓度及合成率降低，其排卵数量及繁殖成功率也降低。因此，PLA2G4A可能是排卵卵泡颗粒细胞内合成PGE2的关键酶之一。
PTGS能将AA转化为前列腺素H2(prostaglandin H2，PGH2)。PTGS存在2种形式：PTGS1(或COX-1)和PTGS2(或COX-2)。PTGS1和PTGS2具有明显的同源性，但组织分布和表达调控有显著差异[3]。PTGS1属于组成性表达酶，可调节血小板聚集和胃酸分泌等功能。PTGS2属于诱导性酶。在炎性因子、激素和肿瘤启动子等刺激下，PTGS2在特定细胞中的表达量会迅速增加。Choi等[4]发现，在啮齿动物、家畜和猴的卵巢卵泡颗粒细胞中，PTGS2在LH激增前的表达量很低，而在LH激增后转录和蛋白水平均显著增加，并在临近排卵时达高峰。其进一步研究[5]证明，应用排卵剂量的促性腺激素后，人类卵泡颗粒细胞中PTGS2的表达量显著增加，且PTGS2增加发生在排卵及卵泡液中PGE2浓度升高之前，据此推测PTGS2可能是排卵卵泡中PGE2合成的限速酶。应用PTGS2选择性抑制剂以及缺乏PTGS2基因的小鼠模型中，卵巢卵丘细胞扩张受限，排卵和受精速率均降低。相反，缺乏PTGS1基因的小鼠模型无排卵缺陷表现[6]。因此，PTGS2是排卵过程发生中必不可少的一个关键分子。
PGES将PGH2转化为具有生物活性的PGE2。PGES在小鼠、牛、猴及人类的排卵卵泡颗粒细胞中表达，并随着排卵时促性腺激素的激增而增加。应用绒毛膜促性腺激素(human chorionic gonadotropin，hCG)刺激小鼠卵巢颗粒细胞后发现，PTGS2与PGES在其中的表达一致，说明两者均受到hCG的诱导，并存在偶联性。因此，PGES可能同样是排卵卵泡颗粒细胞合成PGE2的限速酶[7]。
2 PGE2在卵丘细胞扩张过程中的作用LH激增引发的排卵过程中，卵母细胞释放之前，包绕卵母细胞的卵丘细胞发生扩张。当扩张的卵丘细胞达到足够数量时，卵泡破裂，COCs从卵泡壁脱离，将卵母细胞释放到输卵管中。LH波动增加了卵泡中PGE2水平，以调节促性腺激素对卵丘细胞扩张和卵泡破裂相关蛋白酶的表达[8]。
PGE2受体(PTGERs)属于鸟嘌呤核苷酸偶联G蛋白受体家族。PTGERs包括4种亚型：PTGER1、PTGER2、PTGER3和PTGER4。小鼠卵细胞中以PTGER2、PTGER3和PTGER4为主，而在卵泡颗粒细胞上大量分布着PTGER2。缺乏PTGER2的雌性小鼠模型出现卵丘颗粒细胞扩张异常及卵泡破裂异常，导致其不孕或低生育力[9]。
卵丘细胞扩张过程中，诱导并负责扩张的相关基因包括：卵母细胞成熟相关基因，如双调蛋白(amphiregulin，Areg)、表皮调节素(epidermal growth factor receptor，Ereg)和β细胞素(betacellulin，BTC)；基质形成及稳定相关基因，如透明质酸合成酶2(hyaluronan synthase 2，HAS2)和肿瘤坏死因子α诱导蛋白6(tumor necrosis alphainduced protein 6，TNFAIP6)。PGE2通过调节卵丘颗粒细胞上的PTGER2，增加细胞内环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)含量，并激活蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途径，而上调上述卵丘颗粒细胞扩张相关基因的表达，最终促进卵丘颗粒细胞扩张[10]。
3 PGE2在卵母细胞减数分裂成熟过程中的作用卵母细胞减数分裂成熟是一个复杂的多阶段精细调控的过程。cAMP是卵母细胞减数分裂成熟过程中重要的调控分子。小鼠卵母细胞体外研究[11]显示，选择性应用PTGER2激动剂可增加卵泡内cAMP含量，并提高排卵率。相反，在缺乏PTGER2的雌性小鼠模型中，卵母细胞减数分裂成熟过程受到抑制[12]。PTGER2在调节卵泡发育及排卵过程中起关键作用。因此，PGE2能通过调节卵丘颗粒细胞上PTGER2，并激活腺苷酸环化酶，增加细胞内cAMP含量[13]，促进卵母细胞减数分裂成熟。在卵母细胞减数分裂成熟过程中，纺锤体结构的完整性决定了染色体分裂的正确性，而纺锤体结构的完整性受到多种因素的调控，其中MAPK通路发挥重要作用。MAPK能通过磷酸化自身或底物的丝氨酸和苏氨酸，使其产生活性。而在卵母细胞减数分裂成熟过程中，PGE2可以促进MAPK发生磷酸化[14]。因此，PGE2可能通过激活MAPK，维持纺锤体结构完整性，间接诱导卵母细胞减数分裂成熟。
卵母细胞减数分裂的恢复是由LH激增引起的。LH激增前，卵母细胞长期阻滞在减数分裂Ⅰ前期的双线期。卵丘颗粒细胞上不表达LH受体。LH激增后通过激活卵泡壁层颗粒细胞上的LH受体，以卵泡旁分泌途径和缝隙连接介导的小核苷酸交换途径到达卵母细胞，诱导卵母细胞减数分裂的恢复[15]。牛卵母细胞体外研究[16]显示，应用吲哚美辛可阻断由血管紧张素Ⅱ诱导的牛卵母细胞减数分裂成熟过程，而应用PGE2可恢复该过程。该研究提示，LH激增后，可通过增加卵泡液中PGE2浓度，刺激血管紧张素Ⅱ产生，促进卵母细胞的减数分裂成熟。hCG是LH的替代物，在辅助生殖中用于促进卵母细胞成熟和排卵。通过应用hCG促进颗粒细胞表面前列腺素转运体(prostaglandin transporter，PGT)表达，使卵泡内PGE2及与排卵相关的基因表达增加，最终促进卵母细胞成熟[17]。
4 PGE2在排卵卵泡新生血管形成中的作用血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是内皮细胞特异性的有丝分裂原，主要通过促使细胞内蛋白的酪氨酸磷酸化，促使细胞内钙离子的释放，激发血管内皮细胞增殖和迁移，最后促进血管新生。LH激增之前，血管仅存在于卵泡周围基质中，颗粒细胞层无血管形成。在猕猴中发现，LH激增24 h后，颗粒细胞层内形成血管内皮细胞网络[18]。LH激增促进卵泡颗粒细胞和卵泡膜细胞产生VEGF[19]，并在卵泡内呈梯度分布，颗粒细胞层中较高，而卵泡周围的基质中较低。VEGF浓度梯度刺激卵泡周围基质中血管内皮细胞迁移，使排卵卵泡中产生新生小血管[20]。因此，VEGF在卵泡发育及排卵卵泡血管生成中具有重要作用。
VEGF家族包括VEGFA、VEGFB、VEGFC、VEGFD及胎盘生长因子。卵巢组织中主要为VEGFA。在人类卵巢周期中，原始卵泡、初级卵泡均无VEGFA表达，但在窦状卵泡和排卵前卵泡膜细胞和颗粒细胞中VEGFA明显表达。VEGFA表达强度随着卵泡发育而增强，在黄体早期及胚胎植入时最强。因此，排卵前VEGFA升高可间接地反映颗粒细胞和卵泡膜细胞的增殖和成熟[21]。
LH激增后，卵泡液和颗粒细胞中PGE2和VEGFA蛋白水平大幅升高。研究[22]发现，通过阻断PGE2或VEGFA，可抑制卵泡中血管生成、破坏卵泡破裂及卵母细胞释放和影响黄体功能，表明PGE2和VEGFA信号传导在排卵和黄体形成过程中必不可少。
Trau等[23]通过对人排卵卵泡中分离出的卵巢微血管内皮细胞(human ovarian microvascular endothelial cells，hOMECs)的研究显示，PGE2和所有PTGER激动剂均可促进hOMECs迁移，但对hOMECs增殖无影响；选择性应用PTGER1和PTGER2激动剂可促进hOMECs表面新生血管形成，而PTGER3和PTGER4激动剂则无此效果。VEGFA通过VEGF受体1和2起作用。VEGFA可促进hOMECs的迁移；VEGFR1激动剂促进hOMECs增殖，而VEGFR2激动剂对hOMECs增殖无影响。因此，卵泡新生血管形成过程中，PGE2和VEGFA通过信号转导通路作用于卵泡中的特异性受体而发挥作用。最新研究[24]证明，PGE2通过PTGER2受体激活环磷酸腺苷-蛋白激酶A通路，上调人单核巨噬细胞株THP-1中VEGF蛋白表达，促进新生血管形成。因此，LH激增后，排卵卵泡中PGE2浓度升高可能是卵泡血管生成的关键启动因素，并随后与VEGFA协同促进卵泡新生血管的形成。
5 PGE2与排卵障碍相关疾病多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是育龄妇女常见的排卵障碍性疾病，约50%的PCOS患者伴有不孕症。PCOS患者的特征包括高雄激素血症、多毛症、少尿、闭经和无排卵，且经常与高胰岛素血症、胰岛素抵抗综合征、心血管疾病、脂代谢紊乱和糖尿病相关[25]。PCOS患者卵巢中存有大量的卵泡，但均在早期到中期状态，并停滞发育，即使应用正常剂量的卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，FSH)也不能使其成熟。已有研究[26]显示，卵泡游离脂肪酸(follicular free fatty acids，FFAs)的升高与卵丘-卵母细胞复合物的质量存在关联，FFAs过多可影响卵泡功能。Huang等[27]应用气/液相色谱-质谱联用技术在PCOS大鼠循环血液和卵巢组织中仅检测到3种多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids，PUFAs)，包括亚油酸、AA和二十二碳六烯酸，并且卵巢组织中PUFAs的浓度明显低于血清中的浓度；而PCOS大鼠卵泡液中AA浓度明显高于对照组。上述研究提示，AA及其代谢产物物可能通过COX-2途径，使卵泡液中PGE2水平升高，促进PCOS的发生。
未破裂卵泡黄素化综合征(luteinized unruptured follicle syndrome，LUFS)是排卵异常的一种常见类型，也是导致不育的常见原因。在猴模型中，应用正常排卵剂量的促性腺激素并同时应用COX-2抑制剂，可导致LUFS的发生；进一步研究表明，在排卵期间应用COX-2抑制剂可延缓自然月经周期中的卵泡破裂，而黄体功能轻微破坏或没有被破坏[28]。这些数据表明，PGE2可能在卵泡破裂中起重要作用，而对卵泡黄体化及黄体功能影响小。在母马模型中，应用COX-2抑制剂易导致LUFS，推测COX-2抑制剂通过使卵泡液中PGE2浓度降低，导致卵泡微环境改变而发挥作用[29]。
早发性卵巢功能不全(primary ovarian insufficiency, POI)特征表现为在女性40岁之前出现闭经(≥4个月)，伴有性类固醇缺乏症及FSH浓度升高(检测2次且间隔至少1个月，2次均大于40 U/L)。POI是一种妇科内分泌性疾病[30]。在大鼠POI模型中，卵泡中PLA2G4A分子的转录及蛋白水平明显升高，同时PGE2、LH和FSH水平升高，而雌二醇(estradiol 2，E2)水平降低；而在敲除PLA2G4A的小鼠模型中，卵泡液中的PGE2浓度明显降低，小鼠排卵和受精率降低[31]。因此，卵巢中PLA2G4A分子可能通过增加卵泡液中的PGE2导致POI的发生和发展[32]。
综上所述，排卵是一种复杂、连续性的生理过程，涉及多种激素、多种因子的相互调节。本文对PGE2在排卵过程中的作用进行了总结，希望能为完整体内排卵体系的建立及女性排卵障碍发病机制的研究提供线索。此外，排卵期PGE2信号传导调节机制的深入研究可为某些类型的不孕症提供治疗方案，并促进新的非激素避孕药物的研发。
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