卵泡液氨基酸谱改变揭示PCOS患者胚胎质量的关键氨基酸调控机制

为解决多囊卵巢综合征(PCOS)患者体外受精(IVF)胚胎质量不佳的难题，研究人员开展卵泡液氨基酸代谢组学研究，发现PCOS患者11种氨基酸水平显著降低，鉴定出与胚胎质量相关的关键氨基酸标志物（对照组11种、PCOS组3种），为PCOS相关不孕机制提供新见解，并为ART胚胎筛选提供潜在生物标志物。

　　

在全球范围内，不孕症影响着10%-15%的育龄夫妇，而辅助生殖技术（ART）已成为最有效的治疗手段。成功的ART结局关键取决于卵母细胞质量，这是胚胎发育潜力的决定性因素。近年来，通过卵泡液（FF）非侵入性评估卵母细胞质量取得重要进展，因为FF不仅为卵母细胞正常生长发育提供关键营养因子，更蕴含着反映卵母细胞质量的生物信息宝藏。

对于患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性来说，ART结局仍不理想。PCOS作为最常见的生殖内分泌疾病，伴有多种代谢功能障碍。激素失衡（LH过度分泌、高雄激素血症）和胰岛素抵抗破坏了卵泡微环境，损害卵母细胞质量并降低妊娠率。这些内分泌紊乱改变了卵泡内的代谢稳态，而氨基酸在这一过程中扮演着核心角色：不仅是蛋白质前体，还调节代谢途径、氧化还原平衡和能量供应。尽管已有研究注意到PCOS患者血清或FF中氨基酸的改变，但缺乏对PCOS与非PCOS女性FF氨基酸谱的系统比较，尤其是其与胚胎质量的直接联系尚不明确。

Yu等人在《Reproductive Biology and Endocrinology》发表的研究正是为了解决这一知识缺口。研究人员应用基于质谱的代谢组学技术，全面定义了非PCOS女性（对照组）和PCOS患者的FF氨基酸谱，旨在：（i）表征和对比PCOS与对照组之间的FF氨基酸代谢组差异；（ii）鉴定与胚胎质量显著相关的FF氨基酸生物标志物；（iii）探索关键PCOS内分泌特征与失调氨基酸/胚胎质量之间的潜在相关性。

研究团队主要运用了以下关键技术方法：采用高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)精准测定FF中30种氨基酸浓度；招募143名接受IVF/ICSI治疗的女性（79名PCOS患者、64名对照）建立研究队列；通过严格临床方案进行卵巢刺激和卵母细胞采集；按照SART指南进行体外卵母细胞和胚胎培养与评估；使用Spearman相关性和逻辑回归进行统计学分析。

研究结果

患者人口统计学和临床数据

PCOS患者表现出显著升高的AMH、LH和睾酮水平，以及较低的FSH水平。虽然关键代谢指标如年龄、BMI、PRL和E2水平无显著差异，但PCOS组的窦卵泡数和成熟卵母细胞（MII）数显著增加。对照组在受精第1天的受精率、第3天高质量胚胎比例和第6天囊胚形成率均更高。PCOS患者FF中的总睾酮和游离雄激素指数(FAI)也显著升高。

卵泡液样本的氨基酸分析

PCOS组中11种氨基酸浓度显著降低：谷氨酰胺(p=0.025)、牛磺酸(p=0.017)、苯丙氨酸(p=0.006)、精氨酸(p=0.002)、组氨酸(p=0.001)、丝氨酸(p=0.001)、色氨酸(p=0.037)、瓜氨酸(p=0.05)、赖氨酸(p=0.012)、肌氨酸(p=0.028)和1-甲基组氨酸(p=0.006)。胰岛素敏感PCOS亚组中8种氨基酸显著降低，而高BMI PCOS亚组中6种氨基酸下调。

基于第3天胚胎质量的氨基酸含量比较

PCOS组中，牛磺酸(p=0.019)、天冬氨酸(p=0.02)和苏氨酸(p=0.018)水平在高质量亚组中较高。对照组中，丙氨酸(p=0.002)、谷氨酸(p=0.001)、酪氨酸(p=0.036)、色氨酸(p=0.039)、甘氨酸(p=0.008)、鸟氨酸(p=0.022)、苏氨酸(p=0.027)和蛋氨酸(p=0.003)在低质量亚组中较低。苏氨酸是唯一在正常卵巢功能女性和PCOS患者中均被识别为风险因素的代谢物。

胚胎质量相关代谢物的鉴定

在对照组中鉴定出11种与胚胎质量相关的代谢物：α-氨基己二酸、瓜氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、组氨酸、鸟氨酸、甘氨酸、色氨酸、酪氨酸、谷氨酸和丙氨酸。这些氨基酸每增加一个标准差，对照组中低质量胚胎风险增加0.654-0.745倍。在PCOS患者中，牛磺酸、天冬氨酸和苏氨酸每增加一个标准差，低质量胚胎风险增加64.6%-66.4%。

胚胎质量相关代谢物与临床特征的关系

在对照组中，大多数氨基酸与基础血清AMH、MII卵母细胞数量和年龄呈正相关。谷氨酸和苏氨酸与基础血清E2水平呈正相关，但与高质量胚胎率呈负相关。在PCOS患者中，9种代谢物与获取的成熟卵母细胞数量呈正相关。牛磺酸和谷氨酸、精氨酸和脯氨酸与基础血清PRL水平呈正相关。

PCOS的潜在通路

通过KEGG通路分析，确定了11个可能起关键作用的代谢通路。其中精氨酸生物合成显示出最低的显著性水平(p<0.05)，但另外三个通路——丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢，组氨酸代谢，以及精氨酸和脯氨酸代谢——也被确定为潜在靶点。

研究结论与意义

该研究揭示了PCOS患者FF氨基酸谱的显著改变，特别是精氨酸、组氨酸和丝氨酸等关键氨基酸的减少，这些变化可能与PCOS的病理生理机制密切相关。研究发现FF中较低的氨基酸浓度与IVF过程中较低的高质量胚胎概率相关，并在对照组和PCOS组中分别鉴定出11种和3种与胚胎质量相关的氨基酸。

精氨酸生物合成通路被确定为PCOS最相关的通路。精氨酸作为一氧化氮（NO）和多胺生产的关键底物，促进血管扩张和营养输送至卵泡，支持卵母细胞生长。组氨酸作为抗炎氨基酸和抗氧化剂，是谷胱甘肽（GSH）的前体，减轻卵母细胞中的氧化应激。丝氨酸作为S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的前体，对卵母细胞成熟和早期胚胎发育过程中的表观遗传重编程至关重要。

研究首次系统比较了PCOS与非PCOS女性FF氨基酸谱差异，并直接建立了与胚胎质量的联系；发现PCOS特有的内分泌代谢紊乱塑造了FF氨基酸特征，并影响下游胚胎发生过程；鉴定出的FF氨基酸生物标志物可作为非侵入性预测指标，用于改善ART分层选择和个性化干预靶点。

然而，研究也存在一定局限性：样本量较小，需要在更大群体中验证；局限于优势卵泡，未能完全捕捉PCOS中卵泡发育的异质性；需要功能验证来推断因果关系。未来研究应关注非优势卵泡的代谢特征，采用孟德尔随机化、饮食干预或类器官模型来阐明代谢途径。

总体而言，该研究为PCOS相关不孕机制提供了宝贵见解，表明FF氨基酸异常可能参与PCOS的病理生理过程。研究发现正常和PCOS女性之间氨基酸组成可能存在差异，从而导致胚胎质量差异。FF氨基酸分析作为评估人类胚胎发育潜力的非侵入性技术显示出重要预测价值，未来需要前瞻性随机试验来确定这些发现的预后价值。