昼夜节律紊乱通过干扰卵巢类固醇激素的合成途径,诱发类似多囊卵巢综合征(PCOS)的表型特征

时间:2026年3月2日
来源:The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology

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慢性应激导致的小鼠生殖系统功能障碍及其分子机制。该研究建立三种慢性应激模型,发现昼夜节律紊乱(CR)最显著激活HPA轴,降低LH、孕酮、雌二醇,升高睾酮,卵巢转录组分析显示538个差异基因,包括雌激素合成关键基因(Star、Cyp19a1等)下调,LHR补偿性上调。功能富集分析揭示激素合成、cAMP信号通路及代谢通路异常。该模型成功模拟环境应激对生殖系统的损害,为多囊卵巢综合征(PCOS)治疗提供新靶点。

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冯成宇|郭丽英|高欣|纪霞|刘颖|刘继伟|刘树军|刘阳|马丽冰|何小颖
内蒙古科技大学生命科学技术学院,包头014010,中国

摘要

压力因素是导致生殖功能障碍的关键因素。本研究探讨了实验性诱导的慢性压力是否会导致不孕,并阐明了其对女性生殖内分泌系统的破坏机制。在ICR雌性小鼠中建立了三种慢性压力模型:慢性束缚压力(CRS)、昼夜节律紊乱(CR)和慢性不可预测的轻微压力(CUMS)。系统评估显示,CR模型最显著地激活了下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴,表现为皮质酮和肾上腺素水平的升高。
宏观和微观水平的定量分析表明,CR处理显著降低了体重、卵巢和子宫的系数,增加了闭锁卵泡的数量,扰乱了发情周期,并减少了每胎产仔数。激素检测显示黄体生成素(LH)、孕酮、雌二醇和褪黑激素的水平下降,而睾酮水平升高。这种变化模式与多囊卵巢综合征(PCOS)的内分泌特征非常相似。
进一步的卵巢转录组分析鉴定出538个差异表达基因。关键的雌激素合成基因(StarCyp19a1Cyp17a13β-Hsd17β-Hsd)和限速酶显著下调。值得注意的是,黄体生成素受体(Lhr)的表达出现了补偿性上调,表明对受损的类固醇生成存在反馈反应。功能富集分析突出了类固醇激素合成、cAMP信号传导和代谢途径的显著变化。
我们的研究结果表明,昼夜节律紊乱主要通过下调雌激素合成途径中的关键基因来损害生殖功能。这项工作证实了人工压力可以诱导出类似PCOS的表型,并揭示了新的机制见解,从而确定了与压力相关的PCOS的潜在治疗靶点。

引言

不孕是一个全球性的健康问题,影响着大约1.86亿人,其中8%-12%的夫妇面临生育挑战。流行病学研究显示,不同地区的差异显著,特别是在撒哈拉以南非洲等发展中国家,患病率可高达30%。在病因方面,女性因素占20%-35%,男性因素占20%-30%,综合因素占25%-40%,原因不明的不孕占10%-20%[1],[2],[3]。
越来越多的证据表明环境压力对生殖健康有负面影响。慢性压力会激活下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴,触发促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)和糖皮质激素的持续释放,这会抑制下丘脑促性腺激素释放激素(GnRH)的脉冲释放,并降低垂体对GnRH的敏感性[4],[5]。最近的研究进一步表明,糖皮质激素会干扰黄体生成素(LH)和卵泡刺激素(FSH)的分泌,损害卵泡发育、类固醇生成和排卵。外源性糖皮质激素已被证明可以诱导卵母细胞线粒体功能障碍、颗粒细胞凋亡,并降低胚胎的发育潜力[6],[7]。此外,皮质酮还会调节免疫和代谢过程,对卵泡微环境和子宫内膜的接受性产生不利影响[8],[9]。慢性压力严重损害了下丘脑-垂体-性腺(HPG)轴。GnRH脉冲释放减少和垂体反应减弱导致促性腺激素分泌受到抑制,从而影响配子生成和性激素合成[10],[11],[12]。环境污染物,如重金属和内分泌干扰化学物质,通过诱导氧化应激和破坏类固醇生成酶活性来加剧生殖功能障碍[13],[14],[15]。值得注意的是,最近的研究表明,HPA轴的激活可能会增强对环境污染物的敏感性,形成一个正反馈循环,从而加剧卵巢损伤[16],[17],[18],[19],[20],[21]。
在分子水平上,氧化应激是连接环境压力和昼夜节律紊乱的核心途径。慢性压力会增加活性氧(ROS)的产生,同时耗尽抗氧化防御机制[22],[23]。昼夜节律的紊乱会损害褪黑激素介导的抗氧化保护,导致ROS进一步积累。通过NF-κB信号通路介导的压力诱导的炎症会升高促炎细胞因子(如TNF-α和IL-6),从而损害子宫内膜的接受性[24],[25]。
褪黑激素是昼夜节律和抗氧化防御的关键调节因子,具有保护作用。临床研究表明,褪黑激素补充可以改善体外受精(IVF)过程中卵母细胞的成熟和受精率,尤其是在氧化应激较高的PCOS患者中[26],[27]。此外,核心时钟基因(如ClockBmal1)的紊乱已被直接与动物模型中的不孕联系起来,强调了昼夜节律调节在生殖中的关键作用[28]。
尽管环境压力与女性不孕的关系日益密切,但其确切的分子机制和有效的干预策略仍不完全清楚。本研究旨在确定特定的实验程序是否会在ICR雌性小鼠中引起急性或慢性压力,从而导致不孕,并建立一个从宏观到微观的定量框架来评估由此产生的内分泌紊乱。我们进一步试图阐明该模型中生殖内分泌干扰的分子机制。

部分摘录

动物与处理

ICR雌性小鼠从SPF(北京)生物技术有限公司购买,并饲养在内蒙古科技大学生命科学技术学院的特定无病原体(SPF)设施中。饲养环境保持在标准条件下:温度20-25°C,相对湿度50%-60%,12小时光照/12小时黑暗周期,每小时10-15次空气交换,以及充足的通风。
所有动物实验均按照相关标准进行

在环境压力下建立生殖系统损伤的动物模型

鉴于生殖系统维持遗传物质稳定性的特殊屏障,为了有效且准确地建立用于后续实验的生殖系统损伤动物模型,本研究选择了三种建模方法(图1A)。

讨论

慢性环境压力是破坏生殖内分泌稳态的关键因素[34]。本研究建立了一个慢性昼夜节律紊乱模型,有效模拟了环境压力对ICR小鼠生殖系统的负面影响。该模型的特征是HPA轴的激活、HPG轴的抑制以及伴随的卵巢形态和功能异常[35],[36]。模型小鼠表现出包括体重下降在内的全面表型

伦理声明

所有动物实验均获得了北京华福康生物科技有限公司机构动物护理和使用委员会的批准(批准编号SCKK (Jing) 2024-0003),并遵循美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南进行。我们尽一切努力减少动物的痛苦。

作者贡献声明

冯成宇:撰写——原始草稿、验证、方法学、研究、数据管理。郭丽英:验证、研究、正式分析、数据管理。高欣:可视化、验证、研究、正式分析。纪霞:可视化、验证、监督、研究。李冰:可视化、验证、方法学、概念化。何小颖:可视化、监督、资源获取、资金筹集。刘颖:可视化、监督、方法学,

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金(编号31960267、82460544、32560788)、内蒙古自治区高等学校青年科技人才计划(NJYT24052)、内蒙古自然科学基金(2023MS03040、2024LHMS03012、2022MS03017、2025LHMS08051)、2025年内蒙古生命健康与生物信息学重点实验室项目(2025KYPT0135)以及内蒙古基础研究基金的支持

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