常 惠，张跃辉，沈文娟，Chi Chiu Wang，王喜军，吴效科＊＊

（1. 黑龙江中医药大学博士后流动站 哈尔滨 150040；2. 黑龙江中医药大学附属第一医院 哈尔滨 150040；3. 香港中文大学 香港 999077）

多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是女性常见的内分泌疾病，主要以闭经、不孕、高雄激素血症为临床表现，伴有糖尿病、心血管疾病的远期并发症，青春期主要表现为无排卵性闭经、月经稀发、肥胖、多毛、痤疮；到了生育年龄，不孕是困扰大多数PCOS 女性的主要症状，由此影响家庭和睦；到了围绝经，其2 型糖尿病、心血管疾病、子宫内膜癌及代谢综合征等问题是该病严重的并发症。因此，PCOS困扰女性一生，严重的危害女性健康。目前，PCOS 的病因尚不明确，诊断标准不统一。本文就PCOS 的诊断标准及代谢组学在PCOS 中的应用进行综述，旨在服务于临床PCOS的诊断和治疗。

1 PCOS的诊断标准

PCOS 是一种女性常见的内分泌代谢疾病，其发病率为5-10%[1]。1935 年首次被提出PCOS，主要以多囊形态变化，月经稀发或者闭经、不孕、多毛为主要表现。PCOS 患者常常伴随着不孕，并且伴有不良的妊娠结局、代谢、心血管和社会心理因素[2]。目前PCOS没有确切的治疗措施，其病理机制也尚不明确。PCOS的临床表现主要包括无排卵或者稀发排卵引起的闭经或者月经失调，雄激素过高引起的高雄激素血症和多毛和超声下的卵巢呈多囊样改变。此外，PCOS 患者存在明显的糖脂代谢异常，表现为代谢综合征发病率升高3-5倍，妊娠期流产、糖尿病和高血压病等升高2-3 倍，远期的心脑血管等慢病发病率显著增加。而且，PCOS 的症状严重程度不同，主要受年龄、体重、种族和环境因素的影响[3]。因此，PCOS 是生殖与代谢并存的慢性非传染性疾病的代表性模型。目前PCOS 的诊断标准主要包括以下5种（图1）。

1.1 1990年NIH诊断标准[4]

①高雄激素的临床表现和/或高雄激素血症；②慢性无排卵；③除外高泌乳素血症和甲状腺疾病、先天性肾上腺皮质增生等其他内分泌疾病。

1.2 2003年Rotterdam诊断标准[5]

①高雄激素的临床或者生化改变；②稀发排卵或者无排卵；③超声发现卵巢呈多囊样改变。符合上述三项中的任何两项，诊断为PCOS。

图1

1.3 2006年AES诊断标准[6]

①临床或者生化的高雄激素血症为必需条件；②稀发排卵或无排卵，和/或卵巢成PCO 改变；③排除其他内分泌疾病。

1.4 2007年日本诊断标准[7]

①月经异常，包括闭经、月经稀发或无排卵；②卵巢呈多囊样改变：超声可见双侧卵巢呈小卵泡，至少一侧卵巢内卵泡大小为2-9 mm，数目在10 个以上。③血清雄激素升高，或基础LH 水平升高而FSH 正常。三项均具备者诊断为PCOS。

1.5 2011 年中华医学会制定《PCOS 诊断和治疗专家共识》[8]

①月经稀发、闭经或不规则子宫出血；②临床或者生化的高雄激素血症；③超声下发现的卵巢呈PCO改变。①为必需条件，②③具备一项即可诊断为PCOS。然而，尽管PCOS 诊断标准是有争议的，但仍然被各种指南广泛采纳，并且被妇产科医生和其他专科医生广泛使用[4,9,10]。从表1 中可以看出，PCOS 的诊断标准随着时间的推移范围被扩大。

PCOS 诊断标准的扩大，使PCOS 的发病率升高，从原来的4-6.6%升高到21%[11]，这一增长伴随着PCOS 临床表型的增多，以及肥胖，疾病诊疗意识，测试的敏感性提高[12]。过度诊断往往导致症状较轻的PCOS 的增多。事实上，在好多非PCOS 的人群中也常常伴有卵巢的多囊样改变[13]。痤疮和月经稀发也是许多青春期女孩向成年发育的常见的特征[14]。而且，月经不规律和轻度升高的游离睾酮在年轻女性中占很大比例[15]。而且，非高雄表型的长期缺乏导致下丘脑性闭经[16]。因此，介于PCOS 的高度异质性[17]，很难提供一种适合所有PCOS特征的诊断标准。

更重要的是，不同的PCOS 表型和不同的诊断标准在一定程度上将预测不同的生殖结局[18]。不同表型的PCOS 与并发症以及治疗疗效之间的联系没有区别[19]。目前的治疗选择是否对PCOS 的不同表型产生疗效，尚不明确。我们期待采用多技术、多途径了解PCOS 的病因和特点，如代谢组学技术在PCOS 中的应用，以期待为PCOS的诊断标准作出修订或者补充。

2 代谢组学在流行病学研究中的应用

代谢组学是近年加入组学技术平台的，组学技术平台还包括基因组学、转录组学和蛋白组学。代谢组学是对生化过程的所有的代谢物进行收集研究[20]，通过分析生物样本代谢过程中产生的多个小分子代谢产物，主要考察生物体系受刺激或扰动后其内源性代谢产物的变化，从而研究生物体系的代谢途径。基因组学是检测与疾病相关的基因的变异，这些变异只占疾病风险的一小部分。这可能是因为疾病发生的机制不同，环境因素的影响，以及基因交互影响的复杂性。然而转录和蛋白组学基因的表达，能够反应一系列代表细胞功能的基因产物。代谢图谱能够反应瞬间的生理过程。代谢图谱包含大量的信息，能够预测预测复杂的全球个体表型的复杂调控效应，反应疾病的状态和研究基因变异和环境作用的结果。因此，代谢组学被广泛的应用于流行病学研究中，在许多疾病中来确定风险特征，如风湿性疾病[21]和心脏病[22]。目前，一些代谢组学研究发现一些重要的代谢物和PCOS 表型相关的特定的代谢，但大多数研究是小规模的，而且是靶向性的代谢物和定性的[23-25]。

代谢组学研究作为基因表达的下游技术，与基因组学和蛋白质组学相比更能真实的反应PCOS 的表型。在临床代谢组学研究中，通过代谢组学技术检测临床样本，利用大数据分析方法筛选出特异性强和高灵敏度的代谢物群作为疾病的潜在诊疗标志物，进一步通过基因组学和蛋白质组学探索引起代谢标志物变化的分子基础，最终通过分子生物学手段揭示疾病的发病机制。Thomas 等[26]利用液相色谱质谱（LCMS）的代谢组学方法研究了糖尿病发展进程中代谢物的改变情况。对2422 例血糖正常的参与者随访12年，有201 例发展为糖尿病。研究者检测了基线水平氨基酸、胺类及其他极性代谢物，发现异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸的改变与糖尿病的发展有显著的相关性，联合后三个氨基酸的升高能够预示未来糖尿病的高发率。2014 年，Mathé 等[27]先通过前期筛选对469 例肝癌患者和536 例健康人群尿液样本的代谢物进行非靶向代谢组学分析。通过对吸烟相关代谢物的检测，发现可以很好的将吸烟人群和非吸烟人群区分开，验证了分析方法的可行性。在综合考率临床基本信息及治疗等多方面因素后，鉴定出四个差异代谢物影响肝癌患者的存活率。后期验证80例肝癌患者和78 例健康人，并通过靶向代谢组学，验证了这四种代谢物与疾病的相关性。最终回归到肿瘤组织检测这四种代谢物的含量也有所升高。2017年Celiktas 等[28]利用蛋白质组学、代谢组学、PCR 分析、免疫组化等多重实验研究方法对肺腺癌的诊断生物标记物筛选，并对肺腺癌相关蛋白LKB1 和CPS1 功能机制进行深入而细致的研究，结果表明在肺腺癌中，CPS1是一个极具应用潜力的治疗靶点和预后的生物标记物。

课题组团队开展了从口服药物含药血清中分析鉴定药物体内直接作用物质的系统研究工作，完成了茵陈蒿汤、六味地黄丸等11个方剂的体内成分的系统研究，代谢组学成功应用到中医药领域。基于中药复方给药形式的特殊性及方证对应疗效的专属性，以证候为起点，从方剂入手，开拓性的建立了系统的关联“证候诊断-方剂效应评价-体内直接作用物质分析”的方法[29]。

3 PCOS的代谢组学研究

关于PCOS 代谢组学的研究，主要集中在PCOS 伴发的胰岛素抵抗、痰湿证型和排卵障碍患者代谢物的检测和代谢途径的研究。

3.1 PCOS胰岛素抵抗的特点

胰岛素抵抗是PCOS 的重要特征，2 型糖尿病是PCOS 患者远期的重要并发症之一。英国诺丁汉大学医学院[30]对所有已发表的关于IGT 或2 型糖尿病生物标记物的代谢组学研究进行了检索，鉴定出PCOS 发展成IGT 或2 型糖尿病风险的代谢生物标记物可能包括亮氨酸、异亮氨酸、柠檬酸、葡萄糖、肌酐、缬氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸和高密度脂蛋白等9种代谢标记物。乔杰团队研究[31]表明，PCOS 患者血清中乳酸、长链脂肪酸、甘油三酯和低密度脂蛋白水平升高，而葡萄糖、磷脂酰胆碱和高密度脂蛋白水平降低。缬氨酸、亮氨酸水平升高，甘氨酸水平下降可使胰岛素敏感性增强，而缬氨酸、亮氨和甘氨酸被认为是产生远期糖尿病风险的潜在生物标记物。一项研究[32]二甲双胍治疗多PCOS 的代谢组学研究，PCOS 患者存在糖脂和氨基酸代谢异常，PCOS组存在63种代谢差异物，二甲双胍治疗前后存在27 中代谢差异物，PCOS 主要存在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、柠檬酸循环、丙酮酸代谢等通路的改变，二甲双胍能改善牛磺酸和亚牛磺酸代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等通路。

对93 例PCOS 和对照组进行GC-MS 分析，发现肥胖型PCOS 患者卵泡液中棕榈酸、油酸均高于正常型PCOS 患者，两组胚胎碎片得分均与其FF 中油酸含量呈正相关[33]。Ebru 研究表明，NMR 代谢组学研究发现，糖皮质激素造模的PCOS 模型动物中，血中氨基酸（缬氨酸、酪氨酸和脯氨酸）及其中间体（2-羟基丁酸、4-氨基丁酸和牛磺酸），和肾脏中的TCA 循环代谢（柠檬酸，富马酸，琥珀酸）和戊糖磷酸盐（PP）通路产物（肌苷和尿嘧啶）显著改变的，在8-16 周。肾脏中NADH,NAD+,NAD+/NADH,和NADH 氧化还原，说明线粒体的氧化应激增加。这些代谢物异常与氨基酸代谢异常有关，增加细胞质聚丙烯，进而增加线粒体活性，导致更多氧化态，确定了与肾脏线粒体代谢功能障碍相关的生物标志物，这些标志物可能是PCOS女性氧化应激的早期预测生物标志物[34]。A Couto Alves 研究145 例PCOS 患者和687 例对照组进行NMR代谢组学分析，发现PCOS 具有有害的代谢物，低密度脂蛋白进行不同的分类，4 个脂质分类与PCOS 有关，腰围大的PCOS 患者具有更高的高密度脂蛋白、Apo A1 和白蛋白值，低密度脂蛋白、血清脂类与雄激素相关[35]。Álvaro Anzai 使用代谢组学的方法发现，PCOS非酒精性脂肪肝的患者中，支链氨基酸代谢受损有机氧离子转运蛋白ELOVL2，SLC22A4 和SLC16A9 活性受损有关[36]。lice Y. Chang 对比20 例肥胖的PCOS 和18 例肥胖的健康对照组，发现PCOS 显著的代谢变化不仅仅与雄激素相关的代谢途径、肥胖和代谢综合征相关，在PCOS中，必需氨基酸和BCAA的浓度增加，说明与胰岛素抵抗具有相关性[37]。

3.2 痰湿型PCOS的代谢特点

关于PCOS 痰湿证代谢组学的研究国内主要是山东中医药大学团队和黑龙江中医药大学侯丽辉教授团队。山东中医药大学刘家义团队研究表明[38]，PCOS痰湿证患者代谢物1-甲基组氨酸、柠檬酸、乙醇、甘油磷酸胆碱、低密度脂蛋白L1、脂质L6 降低，乙酰乙酸、极低密度脂蛋白L5、脂质L7、乳酸、赖氨酸、N-乙酰糖蛋白、苏氨酸上升13中代谢物升高，与健康人比较，提示这13种代谢物可能是PCOS痰湿证潜在的生物标志物。因此说明PCOS 痰湿证患者血清代谢组分的变化主要表现为三羧酸循环障碍、糖代谢缓慢、脂肪动员加强。

侯丽辉教授团队研究[39]表明，代谢组学方法鉴定出与小檗碱治疗相关的差异代谢物，包括2 个磷脂酰胆 碱（phosphatidylcholine，PC）（PC（32∶0）和PC（34∶1））、1 个鞘磷脂（sphingomyelin，SM）（SM（d18:1/15:0））、芥子酸酰胺（erucamide）和硬脂酸（stearic acid）。这几个差异代谢物均为脂类，与治疗前相比，治疗后血清中的含量都显著性升高。此外，小檗碱治疗后6种中长链肉碱（carnitine）：carnitine 10∶0、carnitine 10∶1、carnitine 12∶0、carnitine 12∶1、carnitine 14∶1 和carnitine 14∶2下降。这些数据表明小檗碱可以改善超重/肥胖型PCOS 患者的脂类代谢，而这些脂质通路与胰岛素抵抗有关，结合生化小檗碱改善胰岛素抵抗。另外一项研究[40]运用代谢组学的方法评估补肾化痰复方对PCOS 的作用，30 例PCOS 患者，13 例胰岛素正常组（NI），17例高胰岛素（HI）组，治疗后赖氨酸，苯酚硫酸盐，苯丙氨酸降低，鸟氨酸，脯氨酸，甜菜碱，乙酰胆碱升高，说明补肾化痰复方通过降低炎症反应和氧化应激。

3.3 PCOS排卵障碍代谢特点

课题组基于PCOS 大样本、多中心、随机对照试验（PCOSAct）项目，在1000 例PCOS 受试者发现，排卵障碍的PCOS 患者，使用克罗米芬促排卵后活产率显著高于对照组[41]，目前尚无PCOS患者克罗米芬用药后代谢组学的相关研究，而研究发现[42]PCOS患者中排卵功能障碍者往往伴有丝氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和鸟氨酸水平升高。也有研究发现[43,44]，卵母细胞的成熟障碍和排卵障碍患者与亚油酸水平升高相关，其作用机制可能是亚油酸阻碍了卵母细胞成熟和发育的潜能。亚油酸可以增加致炎因子的活性，促进了PCOS 患者潜在的慢性炎症的发生。在牛卵卵泡液研究中发现，发育潜能较好的卵母细胞与总脂肪酸和棕榈酸含量显著降低，而亚麻酸含量显著升高[45,46]。推测RIF 组氨基酸代谢异常的原因：①卵子发育成熟所需的蛋白质合成没有对照组旺盛，导致卵泡液中的必需氨基酸浓度升高；②部分氨基酸含量升高, 破坏了卵子内、外部的渗透压平衡，影响了卵子质量和胚胎的进一步发育；③卵泡液丙氨酸显著升高可能是其卵子产生过量的氨（氨的浓度达到一定水平时就会抑制胚胎发育）合成丙氨酸所致；④氨基酸转运系统存在障碍，卵子不能有效地把卵泡液中的氨基酸快速地转运到细胞内，并利用这些氨基酸合成卵子发育所需要的物质[47]。

行IVF的PCOS患者卵泡液中糖蛋白、醋酸盐和胆固醇显著升高，乳酸、谷氨酰胺、丙酮酸和丙氨显著降低，而且Pearson 相关性分析发现，ART 结局与NRM 代谢物相关（组氨酸与优质胚胎率负相关，谷氨酰胺与优质胚胎率呈正相关）。说明PCOS 卵泡液中血脂异常，轻度的炎症，糖代谢紊乱，丙酮酸和氨基酸代谢异常[48]。对4 例肥胖的PCOS 的D3 的胚胎进行分析，发现饱和脂肪酸是降低的[49]。代谢组学和体外研究发现，雄激素活化酶AKR1C3能够增加雄激素的合成，产生更多的脂肪和胰岛素抵抗，造成PCOS 患者的脂肪毒性[50]。

4 结语

综上所述，随着代谢组学技术的兴起与成熟，该技术已经广泛应用到妇产科疾病的治疗机制的研究方面，对疾病标志物的识别具有重要贡献。利用代谢组学技术对PCOS 的代谢物谱进行检测，从代谢途径评价PCOS 与正常人群的代谢物特点，是对PCOS 机制研究的重要突破。本文综述近年基于代谢组学对PCOS 的研究进展，基于课题组前期研究结果，下一步我们拟分析1000例PCOS患者克罗米芬组与对照组以及用药前后代谢物的变化，研究PCOS 不孕患者排卵障碍的机制及克罗米芬促排卵后的疗效机制，以期为克罗米芬治疗PCOS 排卵障碍提供代谢组学证据，为临床中PCOS的治疗和诊断提供一定的参考意义。