多囊卵巢综合征(polycystic ovarian syndrome,PCOS)是一种困扰青春期及育龄期女性的代谢性疾病,全球范围内该病的患病率在10%~13%之间
[1]。而我国育龄妇女在2020年PCOS的患病率接近7.8%
[2]。PCOS临床以稀发排卵或无排卵、胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)、高雄激素血症(hyperandrogenemia,HA)等为主要特征,远期可并发子宫内膜癌、Ⅱ型糖尿病及心脑血管疾病等,危害患者的身心健康
[3]。PCOS的发病机制涉及多种因素,包括表观遗传变化、IR、炎症、氧化应激及线粒体功能障碍等。大量研究证实氧化应激在PCOS的发病因素中占据重要位置,氧化应激与PCOS患者的HA、IR和排卵障碍等有着密切联系
[4]。卵巢成纤维细胞的过度增殖以及细胞外基质(extracellular matrix,ECM)成分的沉积会造成卵巢纤维化,进而引起卵巢功能障碍
[5]。有报道显示PCOS患者体内TGF-β1和CTGF含量明显高于正常女性
[6],表明PCOS常伴有卵巢纤维化的发生。
二甲双胍(metformin,Met)是临床常见的胰岛素增敏剂,许多国家都将其用于治疗型Ⅱ糖尿病。同时Met作为无排卵性PCOS女性的一线治疗药物,与传统药物相比,Met具有一些潜在优势,包括没有对子宫内膜的不良影响,且无卵巢癌风险。Met在减轻体重、降低IR和雄激素水平,以及改善排卵功能障碍等方面都发挥着正面作用。然而,长期使用Met会出现恶心、呕吐和胃肠道不适等明显副作用
[7]。Met治疗PCOS产生的不良反应促使 在临床上寻找毒性低、疗效优、不良反应少的潜在药物。
黄酮类成分多数具有雌激素样作用、抗炎、抗氧化等药理活性,因此黄酮在改善PCOS中发挥重要作用
[8]。牡荆素(Vitexin)又名牡荆苷,是存在于山里红叶、绿豆、金莲花和山楂干燥成熟果实或山楂叶中的一种黄酮类化合物
[9]。研究表明,Vitexin具有抗癌、抗氧化、抗炎、抗阿尔茨海默症、抗高血压、抗痉挛、抗缺氧损伤、抗抑郁作用和抗病毒等活性
[10]。已有报道显示Vitexin可以减轻高糖诱导的内皮细胞及脑缺血再灌注大鼠的氧化损伤
[11,12]。目前国内外尚未见有Vitexin对改善PCOS的生物学效应的研究报道。因此,本文拟采用经典的来曲唑诱导雌性大鼠制备PCOS大鼠模型,通过观察Vitexin对PCOS大鼠卵巢纤维化的改善作用,初探其作用机制,为PCOS的临床药物防治提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 动物、材料与试剂
40只5周龄SPF级雌性SD大鼠(170~192 g)购于河南斯克贝斯生物科技有限公司[SCXK(豫)2020-0005]。大鼠饲养桂林医学院公共卫生学院SPF级动物房[单位许可证号:SCKY(桂)2020-0005],相对湿度70%,室温22~25 ℃,喂食维持型标准饲料,自由饮水。
Vitexin购自四川德斯特生物有限公司,批号DST230713-034;来曲唑(S25071)及盐酸二甲双胍(S30880)购自上海源叶生物科技有限公司;巴氏染色液(L25063103)购自南昌雨露实验器材有限公司;雌二醇(estradiol,E2)、促黄体生成素(luteinizing hormone,LH)、睾酮(testosterone,T)、卵泡刺激素(follicle stimulating hormone,FSH)、ELISA试剂盒购自江苏酶免实业有限公司;总胆固醇(total cholesterol,TC)、高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C,)、TG、低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)试剂盒购自江苏爱迪生生物科技有限公司;过氧化氢酶(catalase,Cat)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx)、丙二醛(malonaldehyde,MDA)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)试剂盒购自南京建成生物工程研究所。
1.2 仪器与设备
Leica DM4B显微镜,德国徕卡仪器有限公司;Allegra 64R高速冷冻离心机,美国Beckman Coulter有限公司;KZ-Ⅱ高速组织研磨仪,武汉塞维尔生物科技有限公司;ELx808酶标仪,美国BioTek公司;Quant StudioTM 6 Flex PCR仪,美国 Thermo Fisher 科技公司。
1.3 动物造模及分组
将40只大鼠随机分为Control组、PCOS组、Met组、Vitexin-L组及Vitexin-H组,每组8只。Control组每日灌服1 wt% CMC,PCOS组每日灌服1 wt% CMC 混悬液(含来曲唑 1 mg/kg),Met组每日分别灌服1 wt% CMC混悬液(含来曲唑1 mg/kg+Met 265 mg/kg)
[13],Vitexin-L组每日分别灌服1 wt% CMC混悬液(含来曲唑1 mg/kg+Vitexin 20 mg/kg),Vitexin-H组每日分别灌服1 wt% CMC 混悬液(含来曲唑1 mg/kg+Vitexin 40mg/kg),每日灌服28 d后2%三溴乙醇(10 mL/kg)麻醉后处死,取用血清、卵巢等用于后续实验。动物实验方案通过桂林医学院动物伦理委员会审查批(GLMC-IACUC-20241029)。
1.4 大鼠动情周期的监测
从造模的第17天起,每日同一时间对各组大鼠进行连续10 d的阴道涂片检查。以阴道上皮细胞分类染色法观察实验动物的动情周期
[13,14]。
1.5 生物样本采集
实验第28天,将实验动物禁食12 h后,2%三溴乙醇(10 mL/kg)麻醉大鼠,腹腔静脉取血,高速冷冻离心机在4℃,离心力1 000(×g)条件下离心10 min制备血清。拍照记录每只大鼠卵巢及子宫形态,取部分子宫周脂肪及一侧卵巢经10%(V/V)福尔马林溶液固定,H&E染色和Masson′s染色卵巢后观察各组大鼠卵巢组织病理学变化。
1.6 血清生化指标检测
取上述步骤制备的血清,按照相应的ELISA试剂盒说明书操作,检测大鼠血清中性激素E2、T、FSH、LH含量,并计算LH/FSH比值;检测血清中脂质代谢因子TG、TC、LDL-C、HDL-C水平;检测血清中氧化应激因子MDA、SOD、Cat、GPx的水平。
1.7 qRT‑PCR检测大鼠卵巢组织中抗氧化基因酶的mRNA表达
剪取适量大鼠卵巢组织,Trazol法提取组织RNA,逆转录为cDNA,实时荧光定量PCR检测大鼠卵巢组织中抗氧化基因酶的mRNA表达。PCR 反应程序为:95 ℃预变性15 min,95 ℃变性10 s,60 ℃退火30 s,共40个循环,引物序列见
表1。
1.8 Western blot检测卵巢组织中纤维化因子的蛋白表达
取蛋白质样品分别加入6%、12% SDS-PAGE凝胶中进行电泳分离,样品的浓缩压为80 V,分离压为120 V。电泳结束将蛋白转至聚偏二氟乙烯氟(PVDF)膜,冰浴,250 mA恒流转膜90 min,5%脱脂牛奶封闭2 h。将PVDF膜分别孵育于一抗CollagenⅠ、α-SMA、CTGF、GAPDH中4 ℃过夜。第2天于室温下孵育二抗1 h,使用化学成像仪显影。采用ImageJ软件对目标条带进行灰度分析。
1.9 统计学处理
实验数据采用SPSS 26.0统计软件进行分析,结果以(
)表示,使用单因素方差分析(ANOVA)进行多组间比较,组间两两比较采用最小显著性差异法(LSD)进行显著性差异检验,方差齐性采用Tamhane′T2法检验,以
P<0.05为差异具有统计学意义。使用Graphpad Prism 9.5进行绘图
[13]。
2 结果与分析
2.1 Vitexin对PCOS大鼠体重变化及其动情周期的影响
各组大鼠初始体重无明显差异(图
1A),28 d造模结束后,PCOS组大鼠体重与Control组大鼠相比出现显著升高(
P<0.01),经Met处理后PCOS大鼠体重下降19.05%(
P<0.01),Vitexin低、高剂量处理后PCOS大鼠体重分别下降17.87%与14.95%(
P<0.01,
图1B)。造模期间每3 d测量1次体重并绘制各组大鼠增长曲线(
图1C)。
SD雌性大鼠具有平均持续4至5天的动情周期,可分为四个阶段(
图2A):动情前期、动情期、动情后期和动情间期。如
图2B所示,在造模第17天对各组大鼠进行连续10 d的阴道涂片,观察动情周期的变化。来曲唑诱导的PCOS组大鼠动情周期长期滞留在动情间期或前期;Met和Vitexin分别干预后,PCOS大鼠的动情周期紊乱有所改善。
2.2 Vitexin对PCOS大鼠卵巢病理学的影响
如
图3A所示,PCOS大鼠卵巢普遍表面苍白,体积较Control组有明显增大;同时子宫供血不足,颜色发白。H&E染色进一步观察大鼠卵巢结构(
图3B)发现,Control组卵巢发育正常,具有较多黄体及成熟卵泡,未见囊性卵泡。而PCOS组大鼠则出现多个囊性扩张卵泡,黄体数量显著减少(
P<0.01)。经Met和Vitexin干预后,囊性卵泡减少,健康卵泡数量增多,黄体数量明显增加(
P<0.01)。PCOS组卵巢相对质量较Control组相比增加了1.66倍(
P<0.01),经Met处理后卵巢相对质量下降19.93%(
P<0.01),Vitexin低、高剂量干预后卵巢相对质量分别降低20.88%与27.76%(
P<0.01)。
2.3 Vitexin对PCOS大鼠血清性激素的影响
大鼠血清中T、E2、LH和FSH的水平如
表2所示,较PCOS组大鼠而言,Met干预使PCOS大鼠T、LH的水平分别降低11.24%(
P<0.05)和22.79%(
P<0.01),E2、FSH的水平增加了1.13倍(
P<0.01)和1.22倍(
P<0.05)。而Vitexin-L组大鼠的T和LH水平分别降低14.04%(
P<0.05)、24.83%(
P<0.01),E2、FSH的水平增加了1.12倍(
P<0.01)、1.24倍(
P<0.05)。Vitexin-H组大鼠的T和LH水平分别降低14.19%、38.96%(
P<0.01),E2、FSH水平分别增加了1.13、1.32倍(
P<0.01)。Met组及Vitexin低、高剂量组的LH/FSH比值较PCOS组相比均有显著降低(
P<0.01)。
2.4 Vitexin对PCOS大鼠血清脂代谢水平的影响
PCOS患者常伴有IR和脂代谢异常等情况。与Control组相比,PCOS组大鼠的脂肪细胞增大且变形,细胞排列松散。Met和Vitexin处理后,各组大鼠子宫周脂肪细胞均有所减小,细胞排列逐渐紧密,边界清晰。PCOS组大鼠子宫周脂肪细胞面积较Control组增加了1.85倍(
P<0.01),Vitexin低、高剂量组大鼠的脂肪细胞面积分别较PCOS组相比减少了31.91%和38.79%(
P<0.01)(
图4)。
进一步检测大鼠血清中的脂代谢指标发现,反映大鼠脂代谢水平的TG、TC和LDL-C在PCOS组里均有显著升高(
P<0.01),HDL-C与Control组相比降低了50.38%(
P<0.01),见
表3。Met组大鼠的TG下降了16.96%(
P<0.05),TC和LDL-C分别下降了22.22%和30.43%(
P<0.01),HDL-C升高了1.4倍(
P<0.01)。Vitexin-L组大鼠的TG下降了15.18%(
P<0.05),TC和LDL-C分别下降了23.01%和34.78%(
P<0.01),HDL-C升高了1.31倍(
P<0.01);Vitexin-H组大鼠的TG、TC和LDL-C分别下降了22.32%、26.98%和41.30%(
P<0.01),HDL-C升高了1.37倍(
P<0.01)。上述结果表明Vitexin对PCOS大鼠的脂质代谢紊乱具有一定的改善作用。
2.5 Vitexin对PCOS大鼠血清中氧化应激因子水平及卵巢中抗氧化酶的影响
如
表4所示,PCOS组大鼠血清中MDA水平较Control组升高了2.45倍(
P<0.01),SOD、Cat及GPx水平较Control组均有显著下降(
P<0.01)。Met干预后PCOS大鼠血清中MDA水平较PCOS组降低了43.66%(
P<0.01),Cat及GPx分别升高了1.89、1.18倍(P<0.01)。Vitexin-L组的MDA较PCOS组降低了39.44%(
P<0.01),Cat及GPx与PCOS组相比分别升高了1.59、1.17倍(
P<0.01)。Vitexin-H组的MDA较PCOS组下降了46.48%(
P<0.01),SOD、Cat及GPx水平与PCOS组相比分别升高了1.50、1.74、1.17倍(
P<0.01)。上述结果表明Vitexin可以调节PCOS大鼠血清中氧化应激水平大鼠血清中氧化应激水平。
为了进一步研究Vitexin的抗氧化作用,检测大鼠卵巢组织中抗氧化酶的mRNA水平(
图5)。PCOS组中大鼠抗氧化酶
Cat、
Gpx、
Sod1和
Sod2的mRNA表达水平较Control组相比均有显著降低(
P<0.01)。Met干预后的PCOS大鼠卵巢组织中
Cat、
Gpx、
Sod1和
Sod2的mRNA表达水平较PCOS组显著升高1.92、1.30、1.55和1.39倍(
P<0.01)。Vitexin-L组大鼠卵巢组织中的
Gpx、
Sod1和
Sod2的 mRNA表达水平分别较PCOS组提高了1.27、1.71和1.42倍(
P<0.01),
Cat的mRNA表达水平提高了1.49倍(
P<0.05)。Vitexin-H组大鼠卵巢组织中
Cat、
Gpx、
Sod1和
Sod2的mRNA表达水平较PCOS组显著提高1.79、1.41、1.87和1.55倍(
P<0.01)。
2.6 大鼠卵巢组织Masson′s染色结果
Masson′s染色结果显示PCOS大鼠卵巢存在纤维化(
图6A),ImageJ进行定量分析,结果显示PCOS组卵巢纤维化阳性面积比Control组增加了1.97倍,而经Met治疗后,PCOS大鼠卵巢纤维化阳性面积降低了37.07%(
P<0.01)。低、高两个剂量Vitexin干预后,PCOS大鼠卵巢纤维化阳性面积分别降低了27.58%、35.20%(
P<0.01)(
图6B)。
2.7 大鼠卵巢组织中纤维化因子CollagenⅠ、α‑SMA及CTGF的蛋白表达
如
图7所示,PCOS大鼠卵巢中CollagenⅠ、α-SMA及CTGF较Control组相比有显著升高(
P<0.01)。Met组干预后PCOS大鼠卵巢中CollagenⅠ、α-SMA及CTGF的蛋白表达分别降低了52.70%、13.69%及22.08%(
P<0.01)。Vitexin-L组大鼠卵巢组织中CollagenⅠ、α-SMA及CTGF的蛋白表达水平较PCOS组分别降低了49.14%、42.78%和10.97%(
P<0.01)。Vitexin-H组大鼠卵巢组织中CollagenⅠ、α-SMA及CTGF的蛋白表达水平较PCOS组分别降低了76.96%、53.43%和49.86%(
P<0.01)。
3 讨论
女性患者体内高雄激素水平在PCOS的发展过程中发挥着关键作用,雄激素过量会降低促性腺激素释放激素(G onadotropin-releasing hormone,GnRH)脉冲发生器对孕激素抑制作用的敏感性,导致GnRH脉冲失控,LH水平水平升高,而高水平的LH会进一步刺激卵泡膜细胞合成过多的雄激素,形成恶性循环
[15]。此外,HA还会导致游离睾酮浓度升高,增加LH与FSH的比值,进而导致排卵功能障碍
[16]。在本研究中,Vitexin对PCOS大鼠进行干预后,各药物组动情周期紊乱出现不同程度的改善,病理切片及生化结果也显示干预后大鼠卵巢功能、性激素水平趋于正常。研究发现,山楂叶总黄酮能够调节来曲唑建立的PCOS大鼠血清性激素水平,改善PCOS大鼠卵巢内环境
[17]。而Vitexin则是山楂叶总黄酮中主要活性成分之一。也有研究表明,与Vitexin结构类似的槲皮素能够调节高脂饮食和来曲唑诱导的胰岛素抵抗型PCOS大鼠模型中卵巢颗粒细胞的E2、FSH、LH和T水平
[18]。以上结果均提示Vitexin具有可以调节PCOS大鼠的性激素分泌的功能,且改善效果与剂量成正相关趋势。
在PCOS患者中,其中50%~80%为肥胖患者,30%~35%为糖耐量受损患者
[19],肥胖会加重PCOS患者的代谢紊乱和生殖障碍。肥胖不仅会升高鞘细胞对LH刺激的敏感性,造成功能性卵巢HA
[20]。而且,肥胖还会加剧PCOS患者的IR,加重PCOS患者的高胰岛素血症
[21]。实验发现,Vitexin和Met都能有效减缓PCOS大鼠体重增加速度。同时,生化结果显示Vitexin和Met处理都改善了PCOS大鼠的脂代谢紊乱。Vitexin可以通过激活AMP活化蛋白激酶α,减轻高脂饮食(high fat diet,HFD)诱导的小鼠肥胖,并减少3T3-L1细胞中脂肪积累
[22]。而富含Vitexin的无花果提取物也被证明具有降低HFD所诱发的肥胖大鼠血清胆固醇的作用
[23]。Choo等
[24]证实Vitexin可以通过抑制α-葡萄糖苷酶来延缓葡萄糖吸收,从而降低大鼠的餐后血糖。槲皮素和柚皮苷等Vitexin类似物也能通过调控脂肪生产酶PPARγ和肉毒碱棕榈酰转移酶的活性来改善大鼠肥胖
[25]。以上结果均表明,Vitexin能有效调节PCOS脂代谢水平,具有良好的降脂潜力。
PCOS患者中自由基产生增加,血清总抗氧化水平下降,即使是纤瘦的PCOS女性也会表现出机体氧化应激水平升高
[26]。氧化应激会对卵巢卵泡产生负面影响,影响卵泡成熟;过量的活性氧(reactive oxygen species,ROS)还会损害卵泡内的卵母细胞和颗粒细胞,进一步损害生育能力
[27]。Vitexin是一个多羟基黄烷类黄酮,其相邻的A环二羟基结构能够结合并清除过多的自由基
[28],同时通过激活机体内抗氧化酶GPx、SOD和Cat的活性来发挥抗氧化作用。本研究中,Vitexin干预后PCOS大鼠血清的氧化应激紊乱程度有所改善,同时大鼠卵巢中抗氧化酶mRNA水平均有显著上升。研究证实,山楂叶总黄酮可以通过Nrf2/HO-1信号通路调节PCOS大鼠卵巢组织中SOD、MDA和GPx水平,发挥抗氧化应激作用
[17]。Vitexin也可以通过调节Nrf2降低高糖诱导的人脐静脉内皮细胞中ROS水平从而发挥抗氧化作用
[11]。此外,也有研究发现Vitexin在牛乳腺上皮细胞和小鼠乳腺组织中都减少了ROS的产生,保护了抗氧化酶的活性
[29]。以上充分说明Vitexin可以改善PCOS大鼠的氧化应激水平,具有潜在的抗氧化能力。
纤维化病理特征表现为器官实质细胞及功能细胞的减少,成纤维细胞过度增殖和ECM沉积,继而加重器质性疾病并导致器官功能衰退。Hughesdon等
[30]首次证实了PCOS患者共有卵巢纤维化特征,即卵巢皮质及皮质下基质增厚。在PCOS的发展过程中,卵泡功能障碍和无排卵与卵巢纤维化密切相关。大量研究表明,持续的高雄激素和炎症会加重卵巢损伤,在Wang等
[31]的研究中发现,高雄激素可以激活小鼠体内NLRP3炎性小体来诱发炎症反应,导致卵泡功能障碍和卵巢纤维化。本研究中,Masson′s染色提示PCOS组大鼠卵巢纤维组织沉积增多。进一步检测相关纤维化因子发现,Vitexin干预后纤维化因子的蛋白表达均有所降低。已有研究证实,黄酮类化合物鼠李柠檬素可以降低PCOS大鼠卵巢组织中纤维化因子CollagenⅠ、α-SMA及CTGF的蛋白表达
[32]。与Vitexin具有类似结构的槲皮素也被证实可以降低博来霉素诱导的肺纤维化小鼠中α-SMA、CollagenⅠ的蛋白表达
[33]。此外,有研究发现Vitexin可以抑制大鼠心肌梗死后的心肌纤维化,减少心肌细胞凋亡
[34]。上述结果提示Vitexin具有改善PCOS大鼠卵巢纤维化的潜能。
综上所述,Vitexin能够减轻卵巢病理变化。同时,Vitexin改善PCOS大鼠血清脂质代谢水平。此外,Vitexin缓解了PCOS大鼠氧化应激状态及卵巢纤维化程度。上述研究结果可为Vitexin预防和治疗PCOS提供科学依据,但对于作用机制及靶点还有待深入研究。
作者贡献度说明:
宋子纯:实验设计;宋子纯、闫传智:执行实验,统计分析及文稿撰写;徐婕径:执行实验和指标检测;王可盈:补充部分内容;周燕园、宋家乐:论文指导及校审。
所有作者声明不存在利益冲突关系。