辅酶Q10对卵巢储备功能下降患者的防治作用*

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摘要:

卵巢储备功能下降病理上主要表现为卵巢皮质内原始卵泡数量过早耗竭,卵母细胞质量进行性下降,临床上表现为激素分泌异常及生育力的持续下降等。线粒体与卵巢储备功能密切关联。辅酶Q10参与线粒体呼吸链中的电子转运和氧化磷酸化,具有清除自由基和抑制细胞凋亡的作用,辅酶Q10可以通过改善线粒体功能,对抗线粒体卵巢衰老和生理程序性卵巢衰老来保护卵巢储备。辅酶Q10预治疗可以增强卵巢对刺激的反应,改善卵巢储备下降患者的卵母细胞和胚胎质量。对于卵巢储备功能下降患者给予一段时间的辅酶Q10预治疗对其卵巢功能恢复和未来妊娠有明显效果。关键词: 辅酶Q10 ; 卵巢储备功能下降 ; 线粒体


辅酶Q10于1957年被发现。1958年,美国德克萨斯大学的Karufulukas博士发现了它的化学结构。人体内的辅酶Q10含量随着年龄的增长而降低,辅酶Q10水平降低会影响线粒体的氧化磷酸化,减少细胞能量物质三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)的生成,影响卵子质量和卵子受精[1]。近年来,随着二孩政策的实施,女性的备孕年龄上升,以及环境污染、社会压力等外在因素的影响,导致卵巢储备功能下降(decreased ovarian reserve,DOR)的患者逐渐增多。辅酶Q10作为线粒体内膜内的质子和电子载体,具有生物能量作用,同时也是一种内源性亲脂性抗氧化剂,广泛存在于生物膜中,主要参与线粒体呼吸链中的电子转运和氧化磷酸化,可以抗氧化、清除自由基,提高卵巢储备功能,增加卵泡数量,改善卵泡质量[2]。笔者概述辅酶Q10对DOR患者的防治作用及其机制。1 DOR

美国疾病预防控制中心辅助生育协会(SART-CDC)提出:由于年龄、遗传因素、医源性或手术原因导致的卵巢内存留卵子的质量和数量下降,被定义为DOR。DOR的检测指标:卵泡刺激素(follicle stimulating homone,FSH)由垂体前叶的促性腺激素分泌,促进卵泡发育。血清FSH水平随年龄增加而增加,早卵泡期血清FSH水平>10 U·L-1是DOR的预测指标[3]。此外,抗苗勒激素(anti-mulerian hormone,AMH)、窦卵泡计数(antral follicle count,AFC)、抑制素B(inhibin B,INHB)、卵巢体积也用于预测卵巢储备[4]。AMH是卵巢储备的重要标志,在卵泡发育和卵泡选择中起着重要作用[5]。一般认为血清基础AMH水平0.5~1.0 ng·mL-1,预示着DOR。INHB是小窦卵泡生长的标志物,可在血清基础FSH第3天升高前预测DOR[6,7,8]

DOR病理上主要表现为卵巢皮质内原始卵泡数量过早耗竭,卵母细胞质量进行性下降,临床上表现为激素分泌异常及生育力的持续下降,如雌激素降低、AMH降低、FSH升高等[9,10]。关于DOR病因尚无统一定论,主要包括年龄、遗传因素(某些性染色体缺陷和常染色体基因缺陷)、代谢免疫因素、心理环境因素及医源性因素等。近几十年来,辅助生殖技术飞速发展,为治疗不孕、不育提供了非常有效的方法,但DOR患者在接受辅助生殖技术助孕过程中,常常出现卵巢低反应、促排卵药物用量增加、高周期取消率、低临床妊娠率、低抱婴率等情况。因此,如何提高DOR患者辅助生殖妊娠结局成为困扰临床医疗工作的难题。2 线粒体对卵巢储备功能的影响

线粒体是存在于大多数细胞中的细胞器,被两层膜包被,是细胞进行氧化磷酸化和产生能量的主要场所。线粒体根据不同的生物种类及生理状态而在细胞中呈现不同形状。线粒体主要影响细胞的能量转化,其次亦参与其他的生理功能:如调控细胞增殖与代谢,调节细胞凋亡过程,调节钙离子浓度,合成胆固醇及某些血红素等[11]。DOR除了表现为卵泡数量减少外,主要还表现为卵子质量下降[12,13],而卵子质量与线粒体功能密切相关,线粒体阻止卵子的凋亡[14],促进胚胎的形成[15],其数量影响ATP的生成[16]。线粒体产生的ATP是触发卵子受精必不可少的条件[17]。有文献报道[18],在卵母细胞、胚胎形成及发育过程中,线粒体参与钙离子的储存与转运,线粒体损伤导致卵子异常受精;线粒体功能异常会驱动凋亡途径发生,细胞过度氧化应激(oxidative stress,OS),影响优质胚胎的形成。

线粒体为卵母细胞成熟、受精和卵裂提供能量。早期卵泡衰竭及细胞凋亡是DOR发生的机制。线粒体基因异常(数量变化、mtDNA片段缺失、突变)会降低细胞内的能量生成。有学者认为,低ATP水平可以激活卵子中哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路,导致原始卵泡的异常活化、丢失增多,卵泡过早衰竭,逐渐发展为DOR[19]。线粒体参与细胞的各项生物代谢过程,研究表明,线粒体可以作为评估卵母细胞发育潜能的指标[20,21,22],线粒体异常是导致高龄不孕患者卵母细胞发育潜能低下的关键因素[23]

人类的所有细胞中都含有线粒体,而卵母细胞被认为是最需要线粒体的细胞,mtDNA拷贝数是评估卵母细胞活性的重要参考指标[24,25,26]。在颗粒细胞、卵母细胞或外周血均能发现mtDNA拷贝数与卵巢储备功能的关系。TSAI等[27]发现卵子颗粒细胞mtDNA拷贝数影响辅助生殖治疗周期的结果。研究表明,线粒体数量异常可导致卵子胞浆成熟障碍及卵细胞受精异常。卵细胞及胚胎发育过程中,线粒体存在一个“阈值”,当线粒体数量高于阈值时,卵细胞和胚胎发育良好[28]。线粒体数量的减少,直接导致能量合成障碍,影响颗粒细胞功能。辅助生殖促排卵过程中退化的卵母细胞中线粒体数量较少[29]。与正常卵巢储备比较,DOR组卵母细胞线粒体数量明显减少[30]。对接受胚胎植入前基因诊断患者的极体和卵裂球进行分析,发现高龄女性卵母细胞极体含mtDNA拷贝数少于年轻女性[31]。国内学者采用实时荧光定量聚合酶链反应(PCR)技术检测不同受精结局的卵母细胞,证实受精能力与mtDNA拷贝数有关[32,33]。DIOGUARDI等[34]在卵巢储备功能下降的小鼠中,也发现颗粒细胞及卵母细胞mtDNA拷贝数降低。此外,有研究表明,对卵巢储备功能不同的患者进行外周血mtDNA拷贝数检测,发现DOR患者mtDNA含量低于卵巢储备正常者[35]

线粒体阈值数量可以保障卵母细胞成熟及功能,线粒体数量不足导致卵母细胞发育和成熟异常,这可能是DOR患者卵泡数量减少及质量下降的病因之一。

卵巢储备功能表现了女性的生育能力,卵子质量的优劣决定了胚胎的质量[36]。随着空气污染及盆腔附件侵入性操作增多等,由于DOR而不孕的女性数量逐年上升。目前对DOR病因探索研究仍是一个热点。氧化磷酸化离不开线粒体,由于线粒体缺乏保护及严格的修复机制,线粒体数量不足、mtDNA片段缺失、突变都可以引起功能发生变化,最终导致能量产生减少。3 辅酶Q10、线粒体与卵巢储备功能

辅酶Q10 具有清除自由基、抗凋亡、稳定细胞膜、减少OS、提高机体免疫力等优点,是重要的抗氧化剂和免疫增强剂,是线粒体电子传递链的重要组成部分,起到能量转换剂和明显的抗脂质过氧化作用。在临床上,它具有抗衰老、抗疲劳、抗高血压和保护心脏等作用[37],具有无毒、无致畸和无明显不良反应的优点,越来越多受到基础研究者和临床工作者的关注。

辅酶Q10主要参与线粒体呼吸链中的电子转运和氧化磷酸化,产生ATP[38],通过抑制脂质过氧化和DNA氧化作用,增强细胞内的内源性抗氧化系统。补充辅酶Q10已被证明可以改善心血管功能和男性生育能力[39,40,41]。血浆中辅酶Q10浓度降低与性腺机能减退和其他类固醇激素[42]水平改变有关。辅酶Q10水平的下降在35岁以上的人群中很常见,似乎与年龄相关的生育能力下降和胚胎非整倍体率的增加同时发生,这表明辅酶Q10表达的减少与卵巢老化有关[43]。多项动物实验研究表明,辅酶Q10可以保护卵巢储备,通过恢复线粒体功能来抵消卵巢生理衰老,提高胚胎卵裂率和囊胚形成率[44,45,46]。临床上,在35~ 43岁的妇女中,辅酶Q10预治疗可增强促排卵效果,降低胎儿非整倍性的概率[47,48]

辅酶Q10也通过调节细胞内部的氧化还原状态来影响基因表达[49]。在生殖生物学中,辅酶Q10已被证明在男性和女性的生育能力中发挥作用[50]。在特发性弱精子症不育症患者的精浆和精子细胞中,辅酶Q10水平降低和氧化增加[51]。这些患者服用辅酶Q10可增加辅酶Q10含量,改善其氧化状态和精子运动特性[52,53]。在雌性生殖系统中,外源性补充辅酶Q10的早期报告显示,在各种大鼠组织中,肾上腺和卵巢对辅酶Q10的摄取显著。这些器官的辅酶Q10总含量增加了1倍以上,而其他器官的辅酶Q10含量仅略有增加[54]。STOIKOVIC等[55]研究调查了辅酶Q10作为牛胚胎体外培养补充物质的作用,发现早期胚胎卵裂率、囊胚形成率、孵化率、囊胚扩张率显著提高,内质细胞体积增大。STOIKOVIC等还观察到辅酶Q10培养的胚胎中ATP含量增加。所有这些参数都表明胚胎质量有所提高。与此观察相符,BEN-MEIR等[44]报道,辅酶Q10在生殖衰老过程中,可以恢复卵母细胞线粒体功能和生育能力,通过使用缺乏辅酶Q10合成的动物模型,强调了辅酶Q10在生殖衰老中的关键作用,并通过补充辅酶Q10可以挽救卵巢储备的减少。

辅酶Q10具有清除自由基作用。自由基是细胞正常的代谢产物,正常情况下,自由基的产生和清除处于动态平衡状态,一旦平衡被打破,体内自由基积聚可引起OS,导致DNA、蛋白质和脂质的过氧化,引起线粒体功能障碍和细胞凋亡。OS和线粒体功能障碍相互作用,形成恶性循环。OS可积聚大量自由基,破坏线粒体复合物Ⅰ,与此同时,线粒体复合物Ⅰ的缺陷会产生更多的自由基。辅酶Q10是人体内唯一天然可再生的脂溶性抗氧化剂。辅酶Q10通过氧化还原型结构的转换,可以清除自由基,减少OS,改善线粒体功能障碍[56]

辅酶Q10具有抑制细胞凋亡的作用。辅酶Q10可以保护线粒体 DNA,消除氧自由基,减少OS,防止过氧化损伤引起的线粒体DNA突变,维持线粒体呼吸链的完整性,减少细胞凋亡;辅酶Q10可以提高线粒体ATP生产效率,促进细胞生长和代谢,延缓细胞凋亡;辅酶Q10可以通过抑制线粒体渗透转化通路的打开来阻止线粒体去极化,抑制线粒体依赖性凋亡通路的激活,起到抗凋亡的作用;辅酶Q10可以抑制活性氧相关的凋亡通路[57],在肾近曲小管细胞中,辅酶Q10通过磷酸化p66shc机制,显著抑制尼古丁诱导的活性氧生成和细胞凋亡,进而激活抗氧化反应元件(antioxidant response element,ARE)及锰超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase,MnSOD)的启动子,促使MnSOD清除活性氧,从而抑制凋亡[58]

辅酶Q10还可以改善线粒体功能,恢复线粒体的能量生产[59]。卵母细胞的线粒体功能障碍导致氧化磷酸化减少和线粒体产生的ATP非最佳水平,这与生殖性能差密切相关,包括卵巢储备减少、卵母细胞质量差、受精异常和移植前胚胎发育紊乱。线粒体产生的能量对类固醇激素的生物合成、卵母细胞成熟、受精和早期胚胎发育都很重要。4 辅酶Q10预治疗对卵巢功能的影响

成熟卵母细胞中辅酶Q10水平明显高于其在畸形卵母细胞中,其水平导致I~II级与III~IV级胚胎的比值明显提高[60]。这一结论被AKARSU等[61]证实,并可能突出辅酶Q10在保护卵泡脂蛋白免受氧化作用,保持其功能。此外,不同研究[59,62]也指出补充辅酶Q10(600 mg·d-1),持续60 d,能改善卵巢储备下降女性的卵巢反应,在体外受精过程中,通过降低其对促性腺激素的需求,提高卵泡预刺激的反应能力。

ÖZCAN等[63]认为,卵巢衰老和OS之间存在密切联系,而辅酶Q10可能有效地保护卵巢不受铂化物作用中的活性氧形成成分的影响。因此,虽然OS在女性不孕中的作用尚不清楚,但补充辅酶Q10可以通过改善线粒体功能,对抗线粒体卵巢衰老和生理程序性卵巢衰老来保护卵巢储备。

BURSTEIN等[64]在衰老小鼠模型中比较了辅酶Q10、白藜芦醇和R-ALA蛋白在促排卵前18周内对排卵卵母细胞数量及卵母细胞线粒体功能的影响。结果表明,辅酶Q10预治疗显著增加排卵卵母细胞的数量,改善卵母细胞线粒体功能,并将老年小鼠体内的活性氧水平降低到与幼龄小鼠类似的水平。BEN-MEIR等[44]研究了补充辅酶Q10、α硫辛酸和白藜芦醇对受损卵母细胞线粒体功能和卵巢储备的影响,这些线粒体生物能量的刺激物质被皮下注射到9个月大的小鼠体内,结果表明,补充辅酶Q10可保护卵巢储备,改善卵母细胞质量和排卵率,以及提高线粒体性能。此外,还能够使正常发育的配子比例增加。

XU等[59]发现辅酶Q10预治疗后获得的卵母细胞数明显多于对照组。辅酶Q10组受精卵数和受精率数显著多于对照组,每例患者第3天优质胚胎数多于对照组。辅酶Q10组冷冻胚胎数和复苏移植胚胎周期数显著增加。在接受辅酶Q10治疗的女性中,每次新鲜胚胎移植周期的临床妊娠率和活产率分别为34.85%和31.82%,对照组分别为25.00%和21.88%。结果表明,辅酶Q10预治疗导致卵巢反应所需的促性腺激素总量显著减少,刺激持续时间缩短,雌激素峰值升高,卵母细胞数量增多。辅酶Q10预治疗可显著提高受精率和优质胚胎数。与对照组比较,辅酶Q10治疗组因未对刺激作出反应而取消的周期数明显较低,因胚胎发育失败而取消的周期数较少,冷冻胚胎的周期较多。5 结束语

综上所述,辅酶Q10预治疗可以增强卵巢对刺激的反应,改善卵巢储备下降的患者的卵母细胞和胚胎质量。对于DOR患者,给予一段时间的辅酶Q10预治疗对其卵巢功能恢复和未来妊娠有明显效果。已经证明,每天摄入高达900 mg的辅酶Q10对健康成年人是安全的[65]。辅酶Q10的治疗将延迟辅助生殖技术周期,预治疗时长要根据患者情况而定,长期的预治疗患者依从性可能较差。由于年龄问题,有些患者不具备长期辅酶Q10预治疗的条件。需要进一步的实验研究来确定补充辅酶Q10最佳剂量和最佳持续时间以改善DOR。

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