二十年回归（6）：多囊卵巢综合征的表观遗传学遗传——治疗的挑战与机遇

译按：高雄激素，这是多囊卵巢综合征的漩涡，如梦魇。从多囊卵巢综合征发现以来，经过1990年NIH标准以来，高雄激素一直是多囊卵巢综合征病理核心之一。然而，无论是顶刊或基础与临床研究，并没有太多令人欣慰，因为本庶佑认为那样，真正一流的工作往往没有发表在顶级期刊上，CNS等顶级期刊有9成观点都是错误的（这个说法过了，优秀期刊文章高质量，引领着整个学术的发展与交流，只是原创太难），年轻人不要盲从和迷信，一定要有怀疑的精神和自己的价值判断！虽然发了高层次刊物后令人鼓舞和欣喜，赢得欣赏和赞誉。但真正的学术从来没有形式。

王若光老师一直认为（个人局限难免）：

（1）高雄激素作为多囊卵巢综合征的诊断标准存在误区。主要是诊断过度和鉴别诊断不深入，易把其他病因高雄误诊为多囊卵巢综合症。高雄激素与遗传学病因最为相关。

（2）多囊卵巢综合征的诊断核心应以持续不排卵为核心，同时卵巢多囊样改变，激素支持轴腺靶停滞状态，卵泡发育优势化受阻，持续3个月（或周期）以上。在3个3个月（或周期）中一直没有排卵，确诊多囊卵巢综合征，如果1~2个3个月（或周期）中有排卵，则强化和促进自然排卵节律建立是可行的。

（3）高雄的原因，王若光老师归为五个方面：一是饮食环境原因，如导致高雄的食物摄入持续偏多，如土豆，红薯，薯蓣，玉米等生活饮食因素。二是遗传学原因，遗传性雄激素生成转化过多。三是雄激素合成转化通路高通量，合成转化相关通路，包括肾上腺高雄在内。也与遗传学因素相关。四是作为女性芳香化酶活性不足或水平偏低，这在瘦多囊中常见芳香化酶不足。这也与遗传和表观遗传相关。五是持续无排卵，高LH和低FSH，以及高胰岛素血症胰岛素抵抗促进，代谢内分泌交织，腺内卵泡和腺外合成转化雄激素增加。这才是PCOS高雄实质。自然排卵或自然排卵节律建立时，则高雄激素水平恢复到正常状态。

（4）多囊卵巢综合征最为重要的治疗理念应是：一是个体化和分层诊疗，细节分析具体病理生理及其主要矛盾。二是最大限度强化和促进轴腺靶生殖及其内分泌的节律化有序化和同步化。促进自然排卵节律建立。

（5）生殖及其内分泌的节律化有序化和同步化的建立与代谢生化相互交织，这本来是生命的基本形式。轴腺靶生殖及其内分泌的节律化有序化和同步化停滞，必然带来全身性代谢，生化，组织细胞活动等全面病理。

（6）王老师认为，多囊卵巢综合征是广义的生殖性发育异常（DSD）疾病之一，只是程度不等而已。子宫内膜异位症和腺肌症也属于此类，只是方向不同。二者交织时在临床会更复杂生殖障碍。

王若光老师相关观点，以及雄激素合成转化通路，请参前文：妇科与生殖内分泌之：PCOS Review &若光观点—应对多囊卵巢综合征挑战（目录）。通过上文目录再查找相关文章。高雄及生殖性发育是多囊卵巢综合征重要基础。请参：性发育调控与DSD（性发育差异）（2023长沙罕见病高峰论坛，王若光课件）

多囊卵巢综合征的表观遗传学遗传——治疗的挑战与机遇

这是发表在 Nat Rev Endocrinol. 2021 Sep;17(9):521-533. 的一篇Review 文章。

摘要

多囊卵巢综合征（PCOS）是全球女性不孕的主要原因，且与多种共病的终生风险显著增加有关，包括 2 型糖尿病、精神疾病和妇科癌症。尽管其患病率较高（约 15%）且经济负担沉重，但 PCOS 的病因仍不明了。目前与 PCOS 相关的遗传位点仅能解释其约 10%的遗传率，而其遗传率估计约为 70%。然而，越来越多的证据表明，母体子宫环境中的激素失调导致的表观遗传和发育程序改变，对 PCOS 的发病机制有影响。患有多囊卵巢综合征的女性的男性和女性亲属患 PCOS 相关生殖和代谢紊乱的风险也有所增加。尽管 PCOS 表型高度异质，但高雄激素血症被认为是该病症的主要驱动因素。目前针对 PCOS 的治疗效果不佳，只能缓解部分症状；预防性和针对性治疗的需求十分迫切。这篇综述概述了目前对多囊卵巢综合征病因的认识，并重点关注该综合征的发育起源和表观遗传遗传。

多囊卵巢综合征（PCOS）影响约 15% 的育龄女性，是女性中最常见的内分泌疾病。除了带来巨大的经济负担（据估计 2019 年美国每年的医疗保健支出约为 53.9 亿美元）外，PCOS 还会对患病女性的长期健康产生不利影响。该综合征的三个主要临床特征为临床或生化高雄激素血症、排卵稀发或无排卵伴月经不规律以及多囊卵巢形态（PCOM）。最新的基于证据的国际 PCOS 评估和管理指南（强化了之前的鹿特丹标准）要求至少具备这三个临床特征中的两个才能确诊（见方框 1）。因此，PCOS 存在四种表型：表型 A 包括高雄激素血症、排卵功能障碍和 PCOM；表型 B 包括高雄激素血症和排卵功能障碍；表型 C 包括高雄激素血症和 PCOM；最后是表型 D，包括排卵功能障碍和 PCOM。在未经选择的人群中，表型 A 和 B 合并起来占病例的 40% 至 45%，表型 C 占约 35%，表型 D 占约 20%。在这些表型中，包含高雄激素血症的表型（A 至 C）被认为是最严重的（见方框 1）。

目前没有证据表明多囊卵巢综合征（PCOS）的患病率存在地域或种族差异，不过在重度肥胖女性中，PCOS 的患病率会升高（超过 25%），且合并肥胖会加重 PCOS 的所有症状。由于缺乏一致的证据，青少年女孩 PCOS 的诊断存在困难。国际联盟最新基于证据的指南建议，应在初潮后两年以上才能诊断 PCOS，且需要存在临床和/或生化高雄激素血症以及不规则或无排卵性月经周期。

多囊卵巢综合征（PCOS）会导致一系列广泛的临床结果。除了不孕不育外，PCOS 还会增加妊娠相关并发症的风险，包括妊娠期糖尿病、胎盘功能障碍、流产和新生儿并发症。此外，PCOS 还伴有严重的代谢异常，包括高胰岛素血症、胰岛素抵抗和血脂异常，这些反过来又会增加患 2 型糖尿病、心血管功能障碍和妇科癌症的风险。患有 PCOS 的女性患神经精神疾病的风险也更高，包括焦虑症、抑郁症和自闭症谱系障碍。多囊卵巢综合征（PCOS）也会在家族中遗传。在一项基于登记数据的研究中，我们团队对近 3 万名母亲患有或未患 PCOS 的女儿进行了研究，结果表明，母亲患有 PCOS 的女儿被诊断出患有该综合征的风险增加了五倍。然而，PCOS 究竟是如何遗传的仍不清楚，因为通过全基因组关联研究（GWAS）确定的与 PCOS 相关的基因位点仅占该综合征估计 70%遗传率的 10%。

尽管高雄激素血症在多囊卵巢综合征（PCOS）的发病机制中起着核心作用，但对其病因和潜在发病机制的有限了解阻碍了 PCOS 的管理。PCOS 症状的异质性可能表明其病因具有高度复杂性。我们预计，随着对 PCOS 病因认识的不断深入，最终将为早期诊断和基于机制的治疗策略铺平道路。

本综述介绍了目前对多囊卵巢综合征（PCOS）的发育起源和病因的认识。除了总结与 PCOS 相关的遗传因素外，我们还强调表观遗传调控作为一种机制，它将早期生命暴露与随后的表型联系起来，从而促进 PCOS 的发展和家族遗传。最后，我们指出了 PCOS 研究中仍需未来研究解决的知识空白。

方框 1 | 多囊卵巢综合征诊断标准的演变

美国国立卫生研究院 1990 年

高雄激素血症和排卵功能障碍（包括稀发排卵或无排卵）。

雄激素过多和多囊卵巢综合征学会 2006 年

高雄激素血症和排卵功能障碍或多囊卵巢形态。

鹿特丹 2003 年

以下特征中的任意两项或两项以上：高雄激素血症、排卵功能障碍和多囊卵巢形态，从而产生四种可能的表型：

· 经典型多囊卵巢综合征：高雄激素血症、排卵功能障碍和多囊卵巢形态。

· 美国国立卫生研究院标准：仅高雄激素血症和排卵功能障碍。

· 排卵型多囊卵巢综合征：仅高雄激素血症和多囊卵巢形态。

· 非高雄激素型多囊卵巢综合征：仅排卵功能障碍和多囊卵巢形态。

多囊卵巢综合征（PCOS）的病因学

多囊卵巢综合征（PCOS）复杂的病因可能是遗传、表观遗传以及母胎环境因素共同作用的结果。高雄激素血症和高胰岛素血症是该综合征中最常见且最重要的特征，约 75%至 95%的 PCOS 患者都存在这两种情况（图 1）。卵巢雄激素分泌过多是受影响女性高雄激素血症的主要原因，也是最具遗传性的表型特征。促黄体生成素（LH）循环水平升高，这是对促性腺激素释放激素（GnRH）分泌增加的反应，也可能是因为缺乏孕酮的负反馈，通过刺激卵泡膜细胞产生雄激素而加剧卵巢高雄激素血症。卵泡膜细胞的内在功能障碍也是 PCOS 女性卵巢高雄激素血症的一个促成因素。此外，由于卵泡膜细胞雄激素分泌过多，PCOS 患者卵巢中出现过多的窦状卵泡，这进一步促进了初级卵泡的募集，并增加了促性腺激素非依赖性的小窦卵泡和前窦卵泡的数量。雄激素受体（AR）在窦前卵泡中的表达量最高，这表明雄激素的主要作用发生在卵泡发育的早期阶段。此外，相对较低的卵泡刺激素（FSH）水平（即与黄体生成素（LH）水平相比）会抑制卵泡的扩张和成熟。

图 1 | 多囊卵巢综合征的病理生理学。多囊卵巢综合征（PCOS）与生殖和代谢紊乱以及焦虑和抑郁等精神疾病有关。卵巢类固醇生成需要促性腺激素的刺激。多囊卵巢综合征患者的促性腺激素释放激素（GnRH）脉冲发生器对卵巢类固醇的负反馈作用具有抵抗性，这种负反馈作用可能是由雄激素过多介导的（因为使用雄激素受体阻滞剂氟他胺可以逆转）。由此产生的高 GnRH 脉冲频率导致促黄体生成素（LH）过度分泌，从而刺激卵泡膜细胞雄激素过多，这是多囊卵巢综合征女性雄激素过多的关键因素。多囊卵巢综合征女性还存在独立于肥胖的高胰岛素血症，这进一步刺激卵泡膜细胞产生睾酮，加剧 LH 过度分泌，并降低肝脏中性激素结合球蛋白（SHBG）的生成，从而进一步加重雄激素过多。促卵泡激素（FSH）分泌减少抑制了卵泡大小的扩大和成熟。因此，患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性由于存在大量窦前卵泡和小窦卵泡，也会产生过多的抗苗勒管激素（AMH）。AMH 抑制编码芳香化酶的 CYP19A1 基因的表达，从而阻止雄激素向雌激素的转化，导致雄激素水平升高。AMH 水平升高还会增强促性腺激素释放激素（GnRH）神经元的活性，并直接刺激依赖于 GnRH 的促黄体生成素（LH）分泌，这可能进一步加剧卵巢雄激素过多症。患有多囊卵巢综合征的女性肥胖风险增加，肥胖不仅会使该综合征的所有症状恶化，还会导致多囊卵巢综合征。↓，降低；↑，升高；↔，不变。

由胰岛素抵抗导致的高胰岛素血症会降低性激素结合球蛋白（SHBG）在肝脏的合成，还会刺激卵巢卵泡膜细胞产生雄激素。这些作用与促黄体生成素（LH）的刺激作用协同，导致总睾酮和游离睾酮循环水平升高。此外，高胰岛素血症还会上调卵泡膜细胞中的促黄体生成素受体，并抑制卵泡的成熟和生长，从而加剧雄激素依赖性无排卵。

然而，多囊卵巢综合征（PCOS）主要是由高雄激素血症还是高胰岛素血症引起，目前仍存在争议，还需要进一步的机制研究。但我们确实知道，针对高雄激素血症和高胰岛素血症的治疗能够改善 PCOS 女性的生殖和代谢症状。这一观察结果凸显了明确 PCOS 主要驱动因素或触发因素的重要性，以便开发基于机制的新型治疗策略。

遗传因素

孟德尔随机化分析。已证实睾酮水平升高对多囊卵巢综合征（PCOS）的风险具有因果效应（每增加 1 个标准差的生物可利用睾酮水平，比值比为 1.51；95%置信区间为 1.33 至 1.72）。此外，在女性中进行的类似孟德尔随机化分析也表明，高生物可利用睾酮水平对 2 型糖尿病（T2DM）的风险具有因果效应（比值比为 1.37；95%置信区间为 1.22 至 1.53），而高性激素结合球蛋白（SHBG）水平对空腹胰岛素水平和 2 型糖尿病的风险具有保护作用。这些发现表明，女性体内高睾酮水平可能是多囊卵巢综合征的诱因，而非卵巢功能障碍和胰岛素信号传导上游缺陷的结果。

家族研究和双胞胎研究揭示，多囊卵巢综合征（PCOS）以常染色体显性遗传模式遗传。该综合征的表型异质性表明存在相当大的遗传变异性，但一项对全基因组关联研究（GWAS）数据的荟萃分析发现，该综合征的遗传结构在所有四种 PCOS 表型中大体相似，表明不存在相关的遗传差异。另一项研究利用已发表的 GWAS 中的生化和基因型数据，确定了与 PCOS 不同生殖和代谢表型相关的基因。迄今为止，在 GWAS 中已鉴定出约 30 个 PCOS 风险基因，包括调节促性腺激素分泌和作用或卵巢功能的几个基因：FSHB、FSHR、AMH、AMHR2、LHCGR、STON1、GTF2A1L、DENND1A、RAB5B、SUOX、HMGA2、C9orf3、YAP1、TOX3、RAD50、FBN3、PRDM2、KAZN、IQCA1 和 CDH10，以及涉及代谢和神经功能的几个基因：THADA、GATA4、NEIL2、ERBB2、ERBB3、ERBB4、SUMO1P1、INSR、KRR1、KCNA4、KCNH7 和 FIGN。尽管这些结果仅适用于符合美国国立卫生研究院诊断标准（即存在高雄激素血症和排卵功能障碍）的欧洲女性多囊卵巢综合征患者，但这些数据表明，基因分型或许能够区分多囊卵巢综合征的生殖和代谢表型。

然而，全基因组关联研究（GWAS）所确定的位点仅能解释多囊卵巢综合征（PCOS）观察到的遗传力的 10%。一种可能的解释是，GWAS 确定的且在所有 PCOS 表型中常见的遗传变异具有较小的影响大小，而通过全基因组或全外显子组测序确定的那些则代表具有较大影响大小的罕见遗传变异，这些变异或许仅限于特定的 PCOS 女性亚组。值得注意的是，靶向测序结合全基因组测序方法已鉴定出 18 种罕见的抗苗勒管激素（AMH）变异和 32 种罕见的 DENNDA1A 变异，这些变异是 PCOS 特有的，表明这些基因与该综合征的发病机制有关。预计还会发现更多罕见的基因变异；它们对多囊卵巢综合征的影响需要在未来的研究中加以探究。

鉴于患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性其女儿患该综合征的风险增加，且其儿子出现相关特征（如代谢功能障碍）的风险也可能增加，与 PCOS 易感性相关的单核苷酸多态性的遗传可能会对患 PCOS 母亲的子女产生表型影响（图 2）。例如，患 PCOS 女性的儿子如果从母亲那里遗传了与 PCOS 相关的基因变异，在 8 岁及以下时其胰岛素抵抗和β细胞功能障碍的标志物水平就会升高，因此他们比未患 PCOS 母亲所生的孩子在日后出现代谢功能障碍的可能性更大。在同一项研究中，患 PCOS 女性的女儿无论是否从母亲那里遗传了与 PCOS 相关的基因变异，其循环中的抗苗勒管激素（AMH）水平都会升高（AMH 与日后患 PCOS 有关），这表明非遗传因素（如母胎环境）可能在 PCOS 的遗传中起作用。然而，由于样本量相当小（多囊卵巢综合征患者所生的 172 名儿童和无多囊卵巢综合征母亲所生的 529 名儿童，所有儿童均通过辅助生殖技术受孕），以及这些儿童可能年龄太小，尚未出现明显的表型变化，因此对这些数据的解读必须谨慎。

图 2 | 与多囊卵巢综合征遗传相关的遗传和表观遗传机制。遗传和表观遗传因素均参与了多囊卵巢综合征（PCOS）表型特征的发展。然而，全基因组关联研究中确定的 PCOS 位点仅占其遗传率的 10%，越来越多的证据表明，表观遗传和发育编程的改变也对其发病机制有影响。在怀孕期间，环境因素，如暴露于母体雄激素过多和/或抗苗勒管激素（AMH）过多，会对胎盘功能产生不利影响，并可能导致影响胎儿体细胞和生殖细胞的表观遗传变化。例如，组蛋白修饰、DNA 甲基化和非编码 RNA 的转录调控可能会使女性和男性后代都更易患上 PCOS 或出现类似 PCOS 的表型变化，包括生殖和代谢异常以及神经精神障碍。F0，患有 PCOS 的孕妇；F1，她的第一代后代；F2，她的第二代后代。

表观遗传因素

表观遗传学的研究重点随着时间的推移逐渐从早期对胚胎发育的研究以及有丝分裂期间细胞表型维持的研究，转向了 DNA 甲基化在基因调控和细胞分化中的作用。如今，“表观遗传学”这一术语通常用于指代除 DNA 序列变化所编码的变异之外的变异，并涵盖参与转录调控的各种细胞成分和过程，包括 DNA 修饰、染色质结构、非编码 RNA 以及核结构。重要的是，表观遗传变化不仅在有丝分裂或减数分裂后的子细胞中可遗传，而且是可逆的。因此，表观遗传机制可能成为早期生命暴露与后续表型变异之间的桥梁，并可能有助于疾病传播以及潜在的治疗干预。因此，我们倾向于将表观遗传学定义为对能够在 DNA 序列不变的情况下维持基因活性不同状态的分子和机制的研究。这一定义不仅适用于单个细胞，也适用于生物体，这一概念尤其适用于跨代表观遗传遗传的研究。

DNA甲基化

DNA 甲基化是最为人们所了解的表观遗传系统之一，在健康和疾病状态下对基因表达的调控都至关重要。DNA 甲基化可在 CpG 岛、基因体（包括外显子和内含子，即从转录起始位点到终止位点的基因区域）、印记控制区域和转座子中被检测到，并且与转录抑制和基因组印记相关。

在 DNA 复制过程中，DNA（胞嘧啶 -5）甲基转移酶 1（DNMT1）和 E3 泛素 – 蛋白连接酶 UHRF1（参考文献 54、55）能够准确地维持甲基化模式，它们特异性地结合在复制叉处的半甲基化 CpG 二核苷酸上。反过来，UHRF1 可招募 DNMT1 以解除其自身抑制并甲基化子代 DNA 链。哺乳动物中两种主要的从头 DNA 甲基化酶是 DNMT3A 和 DNMT3B。DNMT3L 仅在生殖细胞中特异性表达，对母源基因组印记至关重要。尽管 DNMT3L 本身没有任何催化活性，但其甲基转移酶功能由其与 DNMT3A 和 DNMT3B 的相互作用提供。DNMT3C 也具有从头甲基化活性。其在胎儿精子发生中的特定作用是沉默最新且最危险的逆转录转座子。从根本上说，DNA 甲基化确保了基因组的稳定性。

相反，三种甲基胞嘧啶双加氧酶（TET1 – TET3）通过氧化甲基胞嘧啶使 DNA 去甲基化。在此过程中，5 – 甲基胞嘧啶逐渐转化为 5 – 羟甲基胞嘧啶、5 – 甲酰胞嘧啶和 5 – 羧基胞嘧啶。在早期胚胎发生和生殖细胞发育过程中，会出现两次主要的全球 DNA 甲基化清除波，以去除获得的表观突变。然而，这种清除并不完全，每次波中约有 20% 的甲基化区域（6 – 8% 的 CpG）仍保持甲基化。因此，即使在人类原始生殖细胞的全球去甲基化之后，仍有超过 116,000 个基因组区域保持高甲基化。抵抗去甲基化的 DNA 序列主要是靠近转座子和印记控制区域的那些。然而，一些单拷贝 DNA 序列也保持未甲基化，并可能介导表观遗传传递。

染色质修饰

在哺乳动物中，大多数核小体在精子发生过程中会被精胺所取代，以促进父系基因组的压缩。然而，某些基因位点，尤其是那些包含重要发育基因和微小 RNA（miRNA）簇的位点，能够保留核小体及其相关的组蛋白修饰，这能够表观遗传地影响胚胎发育，并且有可能传递调控状态。

组蛋白的激活修饰（H3K4me3）和抑制修饰（H3K27me3）都能从哺乳动物卵母细胞稳定地传递给胚胎细胞，这对胚胎发育的调控具有潜在影响。H3K27me3介导的转录抑制在小鼠卵母细胞中也独立于DNA甲基化发挥着重要的母系印记作用。在小鼠和酵母中，常染色质（以H3K9me3修饰为特征）也能通过顺式遗传在多次有丝分裂和减数分裂中稳定遗传。组蛋白修饰还能通过父系生殖细胞实现强大的代际遗传。

非编码RNA

许多非编码 RNA，尤其是诸如微小 RNA（miRNA）、短干扰 RNA、转移 RNA 衍生的小 RNA（tsRNA）和 P 元素诱导的弱精子相关 RNA（piRNA）等小 RNA，在多种物种中作为基因组元件的可遗传调节因子发挥作用，并对胚胎发育和获得性表型的传递做出贡献。例如，许多小 RNA 在染色质内部或外部发挥作用，调节转录或转录后过程，从而在环境信号的刺激下引发基因表达的长期变化。同时，生殖细胞中非编码 RNA 的丰度和组成对诱导表型变化的外部信号作出反应。例如，哺乳动物精子中的小 RNA 越来越多地被认为是在 DNA 之外的另一种父系遗传信息来源。在一些研究中，已证实将暴露于各种环境刺激（如社会压力源或不健康饮食）的雄性小鼠的精子 RNA 微注射到受精卵中，会导致后代出现代谢和行为表型的改变。母体或父体中 miRNA 和 tsRNA 片段的缺失也与表型向后代的传递有关。RNA 修饰也可能在代谢表型的遗传性中发挥重要作用。

多囊卵巢综合征的表观遗传学因素

尽管目前我们对多囊卵巢综合征（PCOS）发病机制的理解尚不全面，但新出现的证据表明表观遗传修饰与 PCOS 的易感性及其相关的生殖和代谢功能障碍密切相关。在源自动物模型（见方框 2）和 PCOS 患者的组织中，已对 DNA 甲基化、组蛋白修饰和非编码 RNA 进行了全基因组表观遗传谱分析。在此，我们总结了有关伴随 PCOS 相关病理变化的表观遗传改变的最新研究。

脂肪组织。患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性其脂肪组织功能失调，形态异常，表现为脂肪细胞增大、脂肪量增加以及脂联素生成减少。一项研究对 64 名 PCOS 女性和 30 名健康对照者的皮下脂肪组织进行了全基因组 DNA 甲基化模式的比较，共鉴定出 440 个具有差异 CpG 甲基化的位点，其中 33 个位点与 30 个差异表达基因相关。对这些差异表达和差异甲基化基因（上游 500kb 和下游 100kb）附近的 600kb 区域使用 1913 对基因 – CpG 探针进行探测，发现其与涉及炎症、脂肪生成、能量代谢、性激素代谢和葡萄糖调节的通路的转录调控相关。另一项研究分析了多囊卵巢综合征（PCOS）已确定风险位点的 DNA 甲基化情况，并评估了 23 名 PCOS 患者和 13 名对照个体皮下脂肪组织中这些位点的单核苷酸多态性，旨在识别 PCOS 特有的改变。研究人员发现，PCOS 患者 LHCGR 位点的 DNA 甲基化水平降低，而 INSR 位点的甲基化水平升高，同时这些区域内的甲基化定量性状位点呈现出复杂的模式，表明局部遗传变异在基因调控中具有重要意义。有趣的是，皮下脂肪组织中的 DNA 甲基化模式具有可塑性，可通过减重或低频电刺激等治疗干预手段逆转。

方框 2 | 多囊卵巢综合征的动物模型

多囊卵巢综合征（PCOS）的大多数动物模型涉及啮齿动物、绵羊和非人灵长类动物，这使得能够对 PCOS 在多个器官中的复杂病理生理学和分子特征进行研究（详见其他文献 150）。

大多数模型基于母体在妊娠期间暴露于雄激素过多，包括胎儿在子宫内暴露于睾酮、非芳香化雄激素双氢睾酮（DHT，其特异性激活雄激素受体（AR））或抗苗勒管激素（其间接刺激雄激素过多）150。其他模型涉及青春期前持续暴露于睾酮、脱氢表雄酮或 DHT150。这些处理方式均会在暴露的后代中诱导出类似 PCOS 的特征 120，150，表明 AR 是 PCOS 病理生理学的分子通道。

这些模型中多囊卵巢综合征（PCOS）特征的谱系和严重程度的变化取决于暴露相关因素（即雄激素来源、暴露时期和妊娠发育阶段），这表明存在不同的发育窗口期，在此期间雄激素暴露可能驱动 PCOS 的发病机制。这一观点与健康和疾病的发育起源假说相一致，该假说认为生命早期是一个发育可塑性时期，对成年后的代谢健康至关重要。

皮下脂肪组织和内脏脂肪组织对代谢功能的影响不同。迄今为止，人类研究主要集中在皮下脂肪上，因为其易于获取，而内脏脂肪组织仅在子宫内接触母体雄激素的非人类灵长类动物中进行了研究。在皮下脂肪中鉴定出的差异表达基因中，只有很小一部分在大网膜脂肪组织中也表现出差异 DNA 甲基化，这可能是由于这两项研究中使用的严格相关性标准所致。差异甲基化区域富含转录因子结合基序，并与参与细胞代谢和 cAMP 信号传导的差异表达基因重叠。

此外，在患有和未患多囊卵巢综合征（PCOS）的女性中，有 97 种微小 RNA（miRNA）的表达存在差异，这些 miRNA 与葡萄糖和脂质代谢受损以及生殖系统功能障碍有关。该研究发现 miR-93 的上调是 PCOS 的特征。这种 miRNA 会降低溶质载体家族 2 成员 4（也称为葡萄糖转运蛋白 4（GLUT4））的表达，从而导致胰岛素抵抗。进一步的实验证实，在患有 PCOS 的女性中，miR-93 的表达与它的宿主基因 MCM7（编码 DNA 复制许可因子 MCM7）的表达呈负相关。

骨骼肌。骨骼肌从血液循环中摄取的葡萄糖占绝大多数。因此，多囊卵巢综合征女性的胰岛素抵抗与骨骼肌胰岛素信号传导缺陷有关，而后者又是 2 型糖尿病的一个风险因素。迄今为止，仅有一项小型研究对骨骼肌中的 DNA 甲基化进行了调查，该研究将 14 名患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性与 11 名未患该病的对照女性进行了比较。尽管研究人员发现了 85 个差异表达的转录本，但在对多重比较进行统计校正后，只有两个 CpG 位点仍存在差异甲基化。检测到的关联数量较少可能与该研究样本量较小有关。然而，约 30% 的差异表达基因与骨骼肌基因内或附近的 CpG 位点的 DNA 甲基化水平相关，这表明 DNA 甲基化确实会影响 PCOS 女性的这些基因的表达。值得注意的是，低频电刺激引起的骨骼肌 DNA 甲基化变化与基因表达的变化相关。其他表观遗传机制仍有待未来研究进一步探究。

卵巢组织和卵丘颗粒细胞。多囊卵巢综合征（PCOS）的一个关键特征是排卵稀发或无排卵，这是由卵泡发育停滞所导致的。由于患有 PCOS 的女性卵巢组织稀缺且难以获取，迄今为止仅有两项研究报道了人类卵巢组织中的 DNA 甲基化图谱，且得出了不同的结论。其中一项研究发现，PCOS 患者的高甲基化基因组区域主要分布在 CpG 岛岸（即距离 CpG 岛 1 – 2 千碱基对的区域）以及高 CpG 含量的启动子上，而低甲基化区域则位于基因体内；而另一项研究则发现，PCOS 患者的 CpG 岛和 CpG 岛岸处于低甲基化状态。这些研究结果的差异可能与研究的技术差异有关，因为卵巢组织样本分别通过卵巢钻孔术和腹腔镜楔形切除术获取。此外，这两项研究还采用了不同的技术来评估 DNA 甲基化：靶向检测和全基因组测序。然而，这些研究的结果表明，与未患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性相比，患有 PCOS 的女性体内参与激素活性、炎症、葡萄糖代谢和胰岛素信号传导通路的基因存在差异甲基化。重要的是，在全基因组关联研究（GWAS）中，CYP19A1（编码芳香化酶，雌激素生物合成的限速酶）的变异与 PCOS 相关，并且 CYP19A1 启动子区域 DNA 甲基化水平的升高与 PCOS 女性体内雄激素代谢紊乱有关。然而，DNA 甲基化的变化仅能解释 PCOS 女性卵巢组织中观察到的差异基因表达的一小部分，这一观察结果在其他组织中也同样成立。

针对卵巢颗粒细胞的 DNA 甲基化研究已有多项开展，这类细胞在类固醇生成和卵泡生成过程中发挥着基础性作用。与其他卵巢细胞类型相比，卵丘颗粒细胞相对容易获取，因为它们通常可以从体外培养至第二次减数分裂中期（MII）的卵母细胞上剥离下来，这些卵母细胞是在体外受精过程中培养成熟的。对包含颗粒细胞中关键基因的基因组位点进行的 DNA 甲基化靶向分析发现，YAP1、LHCGR（编码黄体生成素受体）、NCOR1 和 HDAC3 的启动子区域存在低甲基化现象，这与卵巢病理相关，包括颗粒细胞增殖、黄体生成素受体过度表达以及激素信号失调。此外，L1（也称为长散在核元件 1 (LINE1)）转座子 5’非翻译区的 CpG 位点低甲基化也已有报道，这被认为是颗粒细胞整体 DNA 低甲基化的标志。相反，CYP19A1 和 PPARG 的启动子区域则处于高甲基化状态，表明雄激素代谢受到抑制。

在两项关于颗粒细胞全基因组 DNA 甲基化的研究中，患有多囊卵巢综合征且肥胖的女性与仅患有多囊卵巢综合征但不肥胖的女性相比，存在 5202 个差异甲基化 CpG 位点；与健康对照女性相比，则存在 6936 个差异甲基化 CpG 位点。有趣的是，当体重正常的多囊卵巢综合征女性与体重正常的健康对照女性进行比较时，发现差异甲基化 CpG 位点的数量是前者的两倍。这一发现表明肥胖会影响颗粒细胞的表观遗传编程，这可能与多囊卵巢综合征的病理生理学有关。在另一项使用高通量、下一代亚硫酸氢盐测序（一种比传统（基于探针的）微阵列更强大的技术）的研究中，发现 977 个 CpG 位点（代表 2063 个基因）存在低甲基化，而 1777 个基因内的 2509 个 CpG 位点存在高甲基化。这些差异甲基化基因与卵巢形态、功能和激素调节有关。

卵泡生成和类固醇合成均受颗粒细胞中微小 RNA（miRNA）的调控。在小鼠中，这些细胞中 Dicer1 功能的丧失会导致不育以及多种生殖缺陷，包括原始卵泡加速募集但无法成熟并最终退化。具体而言，miR-15a 和 miR-182（它们调控颗粒细胞的增殖、凋亡和类固醇生成）的表达显著降低，而 miR-93 和 miR-21（颗粒细胞中的雄激素反应因子）在多囊卵巢综合征（PCOS）女性中的表达则显著增加。转化生长因子β（TGFβ）家族的生长因子成员也与颗粒细胞的生长和分化有关。在 PCOS 女性中，miR-24（其可降低 TGFβ 信号传导并抑制雌二醇分泌）的表达升高。此外，miR-27a-3p 的表达与颗粒细胞的激素功能障碍和凋亡有关，可能参与了 PCOS 的病理生理过程。

尽管有越来越多的间接证据表明，但表观遗传调控在多囊卵巢综合征发病机制中的作用仍有待明确。还需要进一步的研究来确定潜在的分子机制，并探究在不同组织中常见和独特的表观遗传变化的功能后果。这些机制之间的相互作用也可能与多囊卵巢综合征的病理生理学有关。

多囊卵巢综合征的发展驱动因素

20 世纪 80 年代初，一系列流行病学观察发现，生活在社会经济条件较差社区的人群中，低出生体重与成年期代谢疾病之间存在关联，由此提出了一个假说：胎儿期不良环境加上成年后营养过剩似乎会导致成年期慢性代谢疾病，这一现象如今被称为“节俭表型”假说。进一步支持这一理论的证据来自一系列关于 1944 至 1945 年荷兰饥荒（又称“饥饿之冬”）期间受孕儿童的研究。这场饥荒影响了 450 万人，直接导致至少 18000 人死亡，并间接导致更多人死亡。研究结果表明，母亲在胎儿发育期间的营养不良对子女的代谢和心血管健康有长期不良影响，这种影响一直持续到成年，并加剧了与年龄相关的认知功能下降。此外，对瑞典北部奥弗卡利克斯队列（包括 277 个家庭的 317 名个体，其祖父母曾经历过食物供应的剧烈波动）的研究表明，孕期食物供应的变化与父系孙辈心血管疾病死亡率和猝死风险增加有关。这些研究结果以及其他许多研究健康和疾病发育起源的研究表明，与器官发育相关的关键时期对产前不良影响很敏感，并与日后患病风险相关。

母胎环境

越来越多的证据表明，患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性，其女儿以及儿子对这种复杂疾病及其并发症的易感性均有所增加。患有 PCOS 的孕妇比未患 PCOS 的孕妇肥胖程度更高，并且在怀孕早期体重增加更多。PCOS 本身是妊娠期糖尿病和高血压的独立危险因素。此外，患有 PCOS 的女性在整个孕期都保持着高雄激素血症（即循环中的雄激素和抗苗勒管激素水平较高），这会降低胎盘芳香化酶的活性。所有这些特征都会对胎儿发育产生不利影响，从而增加患有多囊卵巢综合征的女性的后代患生殖、代谢和精神疾病的风险（图 2）。

患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性的女儿肛门生殖器间距延长，这是子宫内雄激素过多的一个强烈标志。此外，患有多囊卵巢综合征的女性的女胎和女儿抗苗勒管激素（AMH）水平也升高。这些个体中较小窦卵泡密度的增加表明卵巢存在内在异常，这可能是由于胎儿卵巢生殖细胞数量增加或在妊娠晚期或青春期前卵母细胞丢失率降低所致。

这些观察结果表明，子宫内雄激素过多的后果在卵巢发育和卵子生成的早期阶段就已显现。这些临床特征，再加上患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性的女儿被诊断为患有多囊卵巢综合征的可能性比同龄人高出5倍这一发现，进一步支持了多囊卵巢综合征具有发育起源这一假说。值得注意的是，患有多囊卵巢综合征的女性子宫内异常的环境也会影响男性胎儿，尽管其影响程度不如对女性胎儿的影响大。因此，与女儿相比，患有多囊卵巢综合征女性的儿子的研究要少得多。现有的研究仅涉及数量有限的男性后代，有必要进一步研究以明确患有多囊卵巢综合征女性后代的性别差异效应。

雄激素受体（AR）信号传导可能参与了多囊卵巢综合征（PCOS）的发病起源，这表明直接或间接靶向 AR 驱动的通路可能具有治疗益处。有趣的是，在青春期前双氢睾酮暴露和产前睾酮暴露的小鼠模型中，使用氟他胺治疗可改善生殖和心血管代谢表型。这些发现支持了 AR 信号传导通路是 PCOS 病理生理学分子通道的观点。此外，用促性腺激素释放激素（GnRH）拮抗剂醋酸西曲瑞克治疗暴露于抗苗勒管激素（AMH）的怀孕小鼠，通过正常化其循环睾酮水平，可防止雌性后代出现肛门生殖器距离增加和类似 PCOS 的生殖表型。由于安全性问题，抗雄激素药物和 GnRH 拮抗剂均未用于治疗患有 PCOS 的孕妇：抗雄激素治疗会导致男性胎儿女性化，而 GnRH 拮抗剂治疗可能会导致流产或胎儿发育异常。然而，这两种类型的药物在动物实验中都很有用，例如，用于探究雄激素或抗苗勒管激素暴露的不良影响是直接由雄激素受体激活所引发，还是通过神经内分泌途径介导，以及用于识别雄激素受体下游潜在的可成药靶点。

跨代传递

通过生殖细胞系进行的跨代表型传递有可能是有害的，也有可能是有益的，这两种情况对进化都有影响。一种可能传递持久表型变化的机制是生殖细胞系中表观遗传标记的传递。在植物、酵母和秀丽隐杆线虫中，代际和跨代表观遗传遗传（也称为减数分裂表观遗传遗传）已有大量文献记载，涉及 miRNA 和染色质修饰（详见其他文献 126 – 128）。然而，在哺乳动物中，生殖细胞发生过程中会重置表观基因组，这解释了为什么减数分裂表观遗传遗传在哺乳动物中仅在极少数特殊情况下得到证实，例如在 agouti 可存活黄色（Avy）基因座中，异位表达的 agouti 蛋白由反转录转座子的表观遗传激活所控制。

哺乳动物的功能性配子是由原始生殖细胞（PGCs）逐渐发育而成的。PGCs 最初是在 WNT 和 BMP 信号通路的调控下从多能性上胚层细胞中分化而来。生殖细胞发育的一个独特特征是，PGCs 在向性腺迁移并成为性细胞的过程中会经历广泛的表观遗传重编程，包括全基因组范围内 5-甲基胞嘧啶的被动和主动丢失。在性别决定之前，生殖细胞的 DNA 甲基化水平达到最低，此时仅存约 10%的 5-甲基胞嘧啶。性别决定之后，生殖细胞中的新甲基化以性别特异性的方式发生，使得雄性生殖细胞系在出生前、雌性生殖细胞系在出生后不久（卵母细胞生长阶段）就完成了甲基化模式的完全建立。与着床前阶段不同，PGCs 中的去甲基化是普遍存在的，并且分阶段进行，最终导致印记控制区域、内源性逆转录病毒的内含子 A 颗粒区域以及参与减数分裂和配子生成的基因启动子区域的去甲基化。首先去除然后重新建立表观基因组的进化优势在于，它能确保清除任何由环境强加于亲本基因组的不良修饰，从而忠实地将原始遗传蓝图传递给下一代。然而，尽管去甲基化作用遍及大部分基因组，但并非所有基因组序列的处理效率都相同。此外，某些位点的 DNA 甲基化得以保留，包括潜在有害的反转录元件和内源性 A 颗粒反转录转座子，以及一些与代谢和神经疾病相关的重复序列和基因组区域。DNA 甲基化的保留可能成为通过生殖细胞实现跨代遗传的途径。此外，组蛋白修饰和小非编码 RNA 也被认为是减数分裂表观遗传遗传的潜在途径。

然而，在哺乳动物早期发育过程中，基因表达因子宫内暴露而产生的表观遗传变化可能会导致持久的功能性改变。在小鼠模型中，饥饿母鼠所生第一代（F1）雄性子代的精子中，与代谢功能相关的基因出现了位点特异性低甲基化。由这些 F1 代雄性小鼠衍生出的第二代（F2）雄性子代也表现出代谢表型，并且在调控基因组区域出现了异常的甲基化模式。在人类中，对经历过荷兰饥荒早期妊娠暴露和未经历该暴露的个体（当时年龄在 60 多岁）全血中表现出差异 DNA 甲基化的基因进行的全面分析，确定了在早期发育中起关键作用的启动子、开放染色质和增强子内的关键调控区域。受这些区域调控的基因参与了与生长和代谢相关的通路。这些结果还表明，产前饥荒暴露对这些个体的表型具有长期影响。流行病学研究发现，经历过荷兰大饥荒的人的孙辈也具有其心血管和代谢疾病的易感性增加的特点。

真正的跨代效应指的是第一代个体的表型特征不能归因于其自身直接暴露于相关事件的情况。由于怀孕母体（F0）的暴露也会使胎儿（F1）及其生殖细胞（未来的 F2）在子宫内暴露于同一事件（图 3），因此只有 F3 代雌性（或 F2 代雄性）后代出现的表型特征才能归因于通过生殖细胞传递的真正跨代暴露（图 3）。然而，在人类中进行跨越多代的纵向研究以调查多囊卵巢综合征（PCOS）女性的孙女和曾孙女是否更易患该综合征几乎是不可能的。相比之下，关于暴露于环境因素对小鼠和大鼠的跨代效应的研究已有很多发表。这些因素包括内分泌干扰物、营养、创伤和压力。多囊卵巢综合征的动物模型（框 2）同样促进了对该综合征在多代中影响的纵向研究（图 3）。我们团队已证实，暴露于雄激素的怀孕母鼠的雌性后代，直至第三代（即 F1 代女儿、F2 代孙女以及 F3 代曾孙女），均能表现出类似多囊卵巢综合征的生殖和代谢特征。而仅在子宫内暴露于肥胖环境的母鼠后代则未观察到这种效应。有趣的是，2021 年发表的一项采用类似实验设计但使用了不同多囊卵巢综合征小鼠模型（涉及产前抗苗勒管激素暴露）的研究也表明，多囊卵巢综合征样特征可跨代传递至暴露母鼠的 F3 代雌性后代。

图 3 | 区分子宫内环境影响与生殖细胞系传递的影响。子宫内环境对生殖细胞发育的直接影响是通过母系生殖细胞系研究表观遗传传递的一个混杂因素。由于 F1 胎儿和 F2 生殖细胞都暴露于 F0 代最初不利的子宫环境中，F3 代是第一个不受最初暴露影响的代。因此，只有当感兴趣的表型持续到 F3 代时，才能得出跨代遗传的结论。F1 代患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性的 F2 代儿子或 F1 代患有多囊卵巢综合征（PCOS）母亲的 F2 代女儿是否具有更高的生殖、代谢和精神疾病风险仍不清楚。

由于影响子宫内环境的因素，发育中的胎儿体内的生殖细胞可能会在基因层面或表观遗传层面发生改变，并将这些改变传递给后代。为了明确驱动跨代遗传的分子机制，我们团队对从 F1 代到 F3 代的成熟 MII 小鼠卵母细胞进行了超微结构和分子分析。在 MII 卵母细胞的转录组中发现的共同变化影响了与 RNA 结合、DNA 修复、生殖细胞发育以及与生殖过程相关的信号通路有关的基因。尽管在本研究中我们没有进行表观遗传学分析，但这种基因表达的改变很可能是基因组表观遗传修饰的结果。通过将 F1 代对照小鼠的整个卵巢与暴露于抗苗勒管激素的母鼠的 F3 代后代卵巢进行比较，利用 RNA 测序和甲基化 DNA 免疫沉淀结合测序的方法，也对多囊卵巢综合征样表型传递给 F3 代后代的潜在分子途径进行了研究。结果表明，在 102 个差异表达基因中，有 4 个基因直接受到差异甲基化的调控，这些基因与 Slit–Robo 信号传导、Notch 信号传导、抑制细胞增殖和炎症有关。DNA 甲基化发生改变的基因位点包括 Tet1 和 Uhrf1，这表明多囊卵巢综合征样表型的传递涉及表观遗传机制。然而，由于本研究对整个卵巢进行了测序，这些效应是由于体细胞、生殖细胞还是两者皆有的表观遗传编程所致，仍有待确定。此外，用通用甲基供体 S-腺苷甲硫氨酸治疗 15 天，部分恢复了 6 个月大的 F3 代雌性子代所观察到的生殖和代谢特征，尽管未检测目标基因及其他基因的甲基化情况以评估该治疗的特异性。这些支持多囊卵巢综合征跨代表观遗传传递的首批证据，为多囊卵巢综合征患病率不断上升提供了一个引人入胜的解释。

方框 3 | 有待解决的重要研究问题

为了进一步加深对多囊卵巢综合征（PCOS）的理解，仍有几个关键的研究问题尚未得到解答：

· 为了了解遗传因素在 PCOS 中的因果作用，例如，通过研究罕见遗传变异对 PCOS 发病机制和病理生理学的功能影响来实现。

· 为了了解 PCOS 多样化表型背后的遗传和表观遗传机制以及 PCOS 诊断与这些表型之间的因果关联。

· 为了揭示 PCOS 对患病母亲后代的性别特异性影响。

· 为了明确导致 PCOS 表型传递的关键触发因素以及女性和男性个体受其影响的方式。

· 为了确定患有 PCOS 的女性的儿子是否能将生理功能障碍传递给他们的后代。

· 为了研究全面的分子特征，包括生殖细胞和参与 PCOS 样表型传递的体细胞组织中的基因表达和表观遗传修饰。

· 识别新型预测和诊断生物标志物，例如循环分子，从而能够早期识别出有患多囊卵巢综合征风险的女儿和儿子。

· 开发并研究基于表观遗传调控的治疗方法。

· 制定预防策略，以降低未来几代人患多囊卵巢综合征的发病率及相关医疗成本。

目前的研究主要集中在女性后代身上，男性后代受影响的程度尚不清楚。如果男性和女性后代都同样受到影响，多囊卵巢综合征（PCOS）的影响范围可能比目前所认为的要广泛得多。此外，如果生殖细胞能够驱动多囊卵巢综合征及相关疾病的传播，那么女性和男性都有可能将多囊卵巢综合征遗传给下一代。

结论与未来方向

患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性在孕期体内雄激素和抗苗勒管激素（AMH）水平异常升高，这种不良的宫内环境会对胎儿发育产生不利影响。PCOS 是一种遗传性疾病，但还需要进一步研究来区分通过生殖细胞的跨代表观遗传传递和不良宫内环境对患有多囊卵巢综合征母亲所生子女的直接影响。重要的是，越来越多的证据表明，可能存在男性形式的 PCOS。

多囊卵巢综合征（PCOS）的易感性不仅通过遗传基因，还通过表观遗传变化和发育编程遗传，这可能是其患病率上升的原因。此外，在小鼠中，妊娠期雄激素暴露诱导的类似 PCOS 的特征会从母亲（F0）传递给女儿（F1）、孙女（F2）和曾孙女（F3），并且伴随着卵母细胞的转录和线粒体紊乱。重要的是，在小鼠卵巢中鉴定出的几个候选基因处于低甲基化状态，伴随小鼠跨代传递的卵母细胞基因特征在 PCOS 患者女儿的血清和无关 PCOS 患者的脂肪组织中也能检测到，这表明生殖细胞、血清和体细胞或组织之间存在交流，并支持了小鼠研究结果的转化相关性。因此，多囊卵巢综合征（PCOS）在妊娠期间所导致的不良宫内环境不仅会影响发育中的胎儿本身，还会对其生殖细胞造成影响，这些生殖细胞可能会发生遗传和/或表观遗传变化，并传递给后代。在没有胎儿直接发育编程的情况下，生殖细胞本身是否能够驱动疾病在代际间的传播，还需要进一步研究。对各种干扰因素伴随的表观遗传修饰及其向后代传递的情况进行跨比较，将有助于确定共同或独特的特征。此外，还需要在雌性和雄性小鼠中明确参与 PCOS 样表型遗传的不同雄激素触发因素和分子途径，以确定雄激素受体（AR）是否是这种遗传的通道。

目前对多囊卵巢综合征（PCOS）的管理是基于症状的，并且由于缺乏对其起源和发病机制的深入了解而受到阻碍（见方框 3）。因此，最为重要的是要确定介导 PCOS 传递的分子（包括小非编码 RNA、组蛋白修饰和 DNA 甲基化），这可能会为治疗开辟新的途径，包括基于表观遗传调节的治疗。未来旨在从根本上理解疾病传递机制并识别传递候选生物标志物的研究，最终将通过促进对 PCOS 及相关疾病的易感性的早期检测来改变 PCOS 的诊断和管理。反过来，这些方法有可能预防这种综合征及其相关并发症，从而显著减轻 PCOS 带来的巨大社会经济负担。

参考文献（略）。

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