胰岛素样生长因子与卵泡发育关系的研究进展

马小红 ，何盛昱，徐　仙，李晓荣

(1.宁夏医科大学总医院生殖医学中心/宁夏生殖与遗传重点实验室/生育力保持教育部重点实验室，宁夏 银川 750004；2.宁夏回族自治区第五人民医院石嘴山中心医院妇产科，宁夏 石嘴山 753200 )



【生殖健康研究】

胰岛素样生长因子与卵泡发育关系的研究进展

马小红1，何盛昱2，徐仙1，李晓荣1

(1.宁夏医科大学总医院生殖医学中心/宁夏生殖与遗传重点实验室/生育力保持教育部重点实验室，宁夏 银川 750004；2.宁夏回族自治区第五人民医院石嘴山中心医院妇产科，宁夏 石嘴山 753200 )

体外受精-胚胎移植(IVF-ET)技术的不断创新为越来越多的不孕症患者解决了生育问题，其中卵的质量是一个关键的技术参数。卵泡的生长发育不仅受中枢神经系统和下丘脑的调控，同时也存在卵巢局部的调节机制。IVF-ET中胚胎质量与卵泡发育密切相关，卵泡液作为卵子发育的微环境包含了对卵母细胞生长发育有重要影响的细胞因子。近年来研究表明，胰岛素样生长因子(IGF)与卵泡生长、成熟或闭锁、优势卵泡选择、卵子成熟、甾体激素形成和黄体功能密切相关。目前研究认为IGF主要来自血液循环，但有关卵泡中IGF与卵泡发育的关系的研究报道甚少。该文就胰岛素样生长因子与卵泡发育关系的进展作一综述。

胰岛素样生长因子；卵泡发育；不孕症；体外受精-胚胎移植

[Abstract]Increasing innovation of in vitro fertilization-embryo transfer (IVF-ET) technology has solved problems for more and more infertility patients, in which the quality of egg is one of the key technical parameters. Follicle’s growth not only is regulated by central nervous system and hypothalamus, but also partially regulated by ovary. In IVF-ET embryo quality is closely related to follicle development, and follicular fluid, as the micro environment of egg development, contains cytokines which are important to oocyte growth and development. In recent years, studies have shown that insulin-like growth factor (IGF) is closely correlated with follicle growth, maturity or atresia, dominant follicle selection, eggs mature, formation of steroid hormones and corpus luteum function. Current studies suggest that IGF mainly comes from blood circulation, but the relationship between IGF and follicular development in follicle is rarely reported. This article made a summary on progress of the relationship between IGF and follicular development.

[Key words]insulin-like growth factor (IGF); follicular development; infertility; in vitro fertilization-embryo transfer (IVF-ET)

随着人类生存环境的演变，不孕不育已成为危害健康的第3大类疾病。它不仅损害夫妇双方的心理与健康，且可造成家庭婚姻关系的破裂并严重影响社会的安定，是一个尤为重要的社会问题，因此对其进行积极的治疗和深入的研究，帮助他们实现生育的美好愿望有着及其重要的社会意义，同时与优生优育密切关联的不孕治疗也是我国计划生育基本国策的重要组成部分。宁夏地处西北偏远，经济发展相对落后，基础医疗条件较差及人口教育水平较低，因此，宁夏回族自治区不孕不育的发生率也日趋增高。体外受精-胚胎移植(in vitro fertilization-embryo tansfer, IVF-ET)技术的不断创新为越来越多的不孕症患者解决了生育问题，其中卵的质量是一个关键的技术参数。卵泡的生长发育不仅受中枢神经系统和下丘脑的调控，同时也存在卵巢局部的调节机制。IVF-ET中胚胎质量与卵泡发育密切相关，卵泡液作为卵子发育的微环境包含了对卵母细胞生长发育有重要影响的细胞因子。不同细胞因子间形成复杂的网络体系，协同发挥生物学功能, 影响着卵母细胞的发育、成熟、排出、受精、着床以及胚胎的发育, 因而加强这方面的研究将有助于提高IVF-ET的临床妊娠率和足月出生率。近年来研究表明，胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor, IGF) 与卵泡生长、成熟或闭锁、优势卵泡选择、卵子成熟、甾体激素形成和黄体功能密切相关[1]。目前研究认为IGF主要来自血液循环，但有关卵泡中IGF与卵泡发育的关系的研究报道甚少。本文就胰岛素样生长因子与卵泡发育关系的进展作进一步研究。

1胰岛素样生长因子系统概述

自从1978年Rinderknekt和Humbel首先纯化IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ后，人们发现卵巢可以产生IGF，因其结构与胰岛素相似而得名。此外，人类肝脏、肌肉、骨骼等多种组织亦可合成IGF，其中大部分在肝脏合成。IGF系统是一组多功能细胞增殖调控因子，包括IGF、IGF受体(IGFR)、IGF结合蛋白(IGF binding protein, IGFBP)和IGFBP水解酶。在正常生理和疾病状态下IGF信号系统都起重要作用[2]。

1.1胰岛素样生长因子

与胰岛素相比，IGF无细胞内储存形式，但有多种合成形式在局部以自分泌和旁分泌的方式发挥重要的调节作用，具有促进细胞增殖、分化、生长、代谢等多种生物学效应，还具有胰岛素样的生物学活性。IGF可分为IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ两种。IGF-Ⅰ是一个单链碱性多肽类生长因子，其编码基因位于12号染色体长臂上，由70个氨基酸组成，分子量为7 649ku，对生长激素依赖性较强，故又叫生长介素。IGF-Ⅰ和胰岛素原有50%的相同序列，和IGF-Ⅱ有70%的相同序列。IGF-Ⅰ卵巢上合成主要局限于卵泡膜细胞层。IGF-Ⅱ的编码基因位于11号染色体短臂上，是由167个氨基酸组成的中性肽，胰岛素样作用较强，促分裂作用较弱。IGF-Ⅱ卵巢上合成主要在颗粒细胞上。IGF的生物学功能是通过与特异性的靶细胞表面受体结合而实现的，而其活性主要受6种IGFBP调节[3]。

1.2胰岛素样生长因子受体

IGFR是一种糖蛋白，按结构和特异性可将其分成IGF-ⅠR和IGF-ⅡR。IGF-ⅠR由2个α亚单位和2个β亚单位组成，激活后有酪氨酸激酶活性，使其自身磷酸化，通过酶促反应促使细胞分裂[4]。IGF-ⅠR和IGF具有高度亲和力，和胰岛素的亲和力相对较低，IGF-Ⅰ主要与IGF-ⅠR结合而发挥其生物作用。IGF-ⅡR为单体受体，与甘露糖-6-磷酸受体相同，又称甘露糖-6-磷酸受体，但IGF-ⅡR和甘露糖-6-磷酸与各自受体结合部位不同。IGF-ⅡR在结构上与IGF-ⅠR完全不同，它与IGF-Ⅱ具有高度亲和力，和IGF-Ⅰ亲和力较弱，并和胰岛素无亲和力。IGF-ⅡR可以协助溶酶体酶转运，并可以调节IGF-Ⅱ功能的降解。IGF-ⅡR可能为IGF-Ⅱ控制细胞增殖分化提供信号传导途径。IGF-ⅡR基因缺失会引起血清中IGF-Ⅱ水平升高，过度激活IGF-ⅠR，导致胚胎过度生长最终死亡[5]。

1.3胰岛素样生长因子结合蛋白

IGF受一组高亲和力可溶性同源结合蛋白来进行调节。体内大多数IGF与IGFBP结合，只有极少部分是游离的。IGFBP与IGF结合后，则能抑制IGF与受体结合，降低代谢速度，抑制其生理作用[6]。已发现6种IGFBP，它们的结构约50%相似，均为低分子肽类。人类IGFBP-1与IGFBP-3基因位于7号染色体上，IGFBP-2、IGFBP-5基因位于2号染色体上，IGFBP-4位于17号染色体上，IGFBP-6位于12号染色体上。IGFBP-1、-3、-4和IGF具有相同的亲和力，而IGFBP-2、-5、-6与IGF-Ⅱ亲和力较高。IGFBP与胰岛素无亲和力。IGFBP-1和IGFBP-2含有三肽模式，能够和整体素结合，与碳代谢及代谢的稳态相关。IGFBP-1、-3和IGF结合后，起加强或抑制IGF的作用。IGFBP-4对IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ亲和力相近，无论在体内或体外条件下这种结合几乎都是起了抑制作用。IGFBP可由机体许多组织产生，但大部分在肝脏合成，这些高亲和力的IGFBP可竞争IGFR。不同的IGFBP的氨基端和羧基端序列高度同源和保守，而中间序列的同源性较小且可变。IGFBP作用主要包括：①转运IGF；②利于IGF在细胞外基质的储存；③延长IGF的半衰期和调节其代谢清除；④调节IGF与受体的相互作用；⑤提供一种组织和细胞特异性的定位方式。

2胰岛素样生长因子系统在卵泡发育中的表达

卵泡发育是一个以形态变化为特征的生长过程，同时伴随着卵泡功能的分化。原始卵泡一旦启动生长，便是一个连续不断的发育和分化过程，要么变成优势卵泡，成熟与排放，要么中途细胞凋亡形成闭锁卵泡[7]。通常以为卵泡是由垂体促卵泡生长激素(follicle stimulating hormone, FSH)调控的，因为卵泡颗粒细胞中存在 FSH受体，而且临床上也发现女性基础FSH水平与卵巢储备功能有关，但研究亦证实卵巢局部细胞因子也参与了卵泡的发育及分化过程，因此细胞因子也成为近年来卵巢生殖生理研究的热点问题。这些细胞因子包括白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor,LIF)、白细胞介素(interleukin,IL)-1、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、抑制素(inhibin)B及IGF等。

有证据表明卵巢及卵泡液中的IGF系统并不影响卵泡的募集，它们与卵泡的生长、成熟或闭锁、优势卵泡选择、卵子的成熟度、甾体激素形成和黄体功能密切相关[8-9]。人类卵泡的颗粒细胞和卵泡膜细胞均可合成IGF并释放入卵泡液中。卵泡液中的IGF-Ⅰ浓度与血液浓度呈正相关，但明显低于同期血液含量，因此认为IGF主要来自血液循环。循环中IGF浓度由生长激素(growth hormone,GH)调节。对绝经期尿促性腺激素(human menopausal gonadotropin, HMG)不敏感的患者加用GH可以增强卵巢对HMG的反应性。因此在超排卵中，HMG和IGF-Ⅰ协同促进卵泡发育和成熟。

IGF-Ⅰ表达局限于健康有腔卵泡的颗粒细胞中，闭锁或黄素化卵泡的颗粒细胞不表达IGF-Ⅰ。IGF-Ⅰ与受体结合后可以促进颗粒细胞增殖并维持芳香化酶功能，从而提高雌激素合成并促进卵泡进一步发育。IGF-Ⅰ可加强促性腺激素促进卵泡发育的作用，刺激雌孕激素合成增加及氨基酸的积蓄，还能诱使未成熟的人类卵母细胞自发成熟，并能良好的分裂。已有研究证明，在卵巢的颗粒细胞区，IGF-Ⅰ与FSH相互促进对方受体的表达，进而增强相互的生物效应。IGF-Ⅰ能与LH协同，诱导卵泡内膜细胞LH受体表达，同时促进卵泡内膜细胞增殖。动物实验证明IGF-Ⅰ的灭活将使卵泡生长和发育停滞，即使使用促性腺激素也不能改善[10]。IGF-Ⅱ mRNA在小卵泡上的细胞膜上少量表达，而在优势卵泡大量表达，表明其表达位点在优势卵泡上。随着卵泡生长，IGF-Ⅱ在表达从卵泡膜细胞转移至颗粒细胞。刺激颗粒细胞增生的药物如FSH、绒毛膜促性腺激素(HCG)可诱导IGF-ⅡmRNA有表达。IGF-Ⅱ水平与雌二醇、孕酮正相关。颗粒细胞可局部合成IGF-Ⅱ，对卵泡发育起一定作用。Martinez-Chequer早在2003年的研究显示，IGF能促进排卵前卵泡颗粒细胞分泌血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)，从而促进排卵。

排卵前IGFBP-1在卵泡液的浓度高于血清浓度，推测卵巢可局部合成IGFBP-1，其功能可降低IGF-Ⅰ在排卵前的作用。IGFBP-1mRNA在优势卵泡颗粒细胞中表达，未被黄素化颗粒细胞中不出现IGFBP-1，提示其与卵泡黄素化有关。IGFBP-2mRNA在多囊卵巢和正常卵巢的卵泡颗粒细胞上有表达，hCG与cAMP可抑制IGFBP-2的合成。优势卵泡中有大量IGFBP-2的降解片段，闭锁卵泡中IGFBP-2浓度增高，提示其与卵泡闭锁有关。IGFBP-3含量最丰富，作为IGF的载体携带了血清中大于75%的IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ， IGFBP-3mRNA表达在所有卵泡膜细胞上及优势卵泡颗粒细胞上。免疫组化法测定发现IGFBP-3在雌激素为主的卵泡中表达高。排卵后，IGFBP-3mRNA在黄体内皮细胞中表达，到黄体中晚期下降。提示IGFBP-3可能调控黄体功能。IGFBP-4是分子量最小的IGFBP，它以糖基化和非糖基化两种形式存在于所有生物体内。体外实验证实，IGFBP-4抑制了IGF-Ⅰ和纯化的IGF-ⅠR结合；在体内IGFBP-4也是IGF的抑制物。作为IGF的高效抑制剂，IGFBP-4对卵巢的生理尤为重要。雄激素优势卵泡和生长停滞卵泡的卵泡液中含有高水平的IGFBP-4。在人体内IGFBP-4抑制卵巢类固醇生成，有人指出IGFBP-4是通过抑制卵巢IGF的功能来抑制卵泡发育的[11]。IGFBP-5是最保守的IGFBP，能以IGF依赖性和IGF非依赖性两种形式调控细胞增殖、分化和凋亡，并与肿瘤发生密切相关。IGFBP-5对IGF活性的抑制或增强主要取决于其在细胞中的定位。与细胞外基质结合的IGFBP-5显示增强效应，而可溶性的IGFBP-5则起抑制作用。许多研究证实，IGFBP-5通过不依赖性于IGF的作用机制可能有促进细胞增殖、运动和抗凋亡等作用。在6个IGFBP中，只有IGFBP-6对IGF-Ⅱ的亲和力是IGF-Ⅰ的20～100倍，所以，IGFBP-6是IGF-II活性的主要抑制因子。细胞学实验显示IGFBP-6可抑制IGF-Ⅱ诱导的细胞增殖、分化、粘附等效应。

尽管有大量研究证明IGFBP可增强或抑制IGF的活性，但目前仍无统一的机制来解释这两种截然相反的作用。不仅如此，IGF还可调节IGFBP和IGFBP特异性蛋白水解酶的生成及蛋白酶的活性，使得IGF与IGFBP间的相互作用变得更加复杂[12]。

综上所述，IGF具有广泛的生物学功能，IGF系统失调常伴随着多种慢性疾病或肿瘤的发生[13]。卵泡液作为卵母细胞赖以生长成熟的微环境，其含有的IGF影响着卵母细胞的发育、成熟、排出及受精后胚胎的形成。因此，对IVF-ET患者卵泡液中IGF变化的研究可作为预测卵巢反应性、胚胎发育以及妊娠结局的参考指标之一。由于卵泡液中细胞因子种类众多，究竟哪一/几种细胞因子对IVF-ET妊娠结局起决定性作用尚不清楚。细胞因子间相互作用复杂， 当达到某种平衡时，卵母细胞才能正常发育、成功受精、形成优质胚胎，进而提高IVF-ET临床妊娠率以及足月出生率。

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[专业责任编辑：吕淑兰]

Research progress of the relationship between insulin-like growth factor and follicular development

MA Xiao-hong1, HE Sheng-yu2, XU Xian1, LI Xiao-rong1

(1. Reproductive Medical Center, The General Hospital of Ningxia Medical University, Ningxia Yinchuan 750004, China;2.Department of Obstetrics and Gynecology, Shizuishan Center Hospital of the Fifth People’s Hospital in Ningxia Hui Autonomous Region, Ningxia Shizuishan 753200, China)

2015-06-25

宁夏医科大学青年基金资助项目(项目编号：XQ201320)

马小红(1978-)，女，回族，副主任医师，硕士研究生，主要从事生殖医学的基础及临床研究。

10.3969/j.issn.1673-5293.2016.03.044

R711.5

A

1673-5293(2016)03-0409-03