3β-HSD2

多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）又称Stein-Leventhal综合征，由Stein和Leventhal于1935年首次报道。PCOS是最常见的生殖内分泌紊乱疾病之一，也是育龄期女性不孕的首要原因，全球发病率约为10%-13%。 PCOS是一种高度异质性的疾病，可由环境和遗传共同诱导发病。根据2003年鹿特丹诊断标准，PCOS的诊断需存在以下三种临床表现中的任意两种：不排卵或稀发排卵、高雄激素血症和/或高雄激素的临床表现，以及卵巢多囊样改变。除了上述特征外，PCOS患者常伴有肥胖，胰岛素抵抗，2型糖尿病等代谢异常，后期还可并发心血管疾病、高血压、生殖系统肿瘤以及精神异常等疾病，严重影响女性生殖健康和生命质量。 雄激素升高是PCOS患者的典型症状之一，也是导致PCOS患者卵泡发育受损、排卵异常及子宫内膜病变的主要驱动素，因此控制PCOS患者雄激素水平是治疗PCOS的主要策略。然而，目前PCOS发生以及高雄激素血症的发病机制尚不清楚，治疗手段十分有限，并且均为对症治疗，效果并不理想。 青蒿素是来源于黄花蒿的倍半萜内酯化合物，作为疗效稳定且副作用小的一线抗疟疾药物应用于临床。除了其经典的抗疟作用之外，近年来青蒿素类衍生物在治疗自身免疫性疾病，代谢性疾病及某些类型肿瘤方面展现出较大前景。复旦大学汤其群教授团队早期系统筛选了促进白色脂肪棕色化的小分子化合物，发现青蒿素类衍生物能够激活产热脂肪，降低肥胖小鼠体重并改善糖脂代谢（Cell Research，2016）。 2024年6月13日，在汤其群教授带领下，复旦大学基础医学院团队联合复旦大学附属中山医院团队合作在《科学》（Science）杂志上在线发表了题为《青蒿素类衍生物可通过LONP1-CYP11A1互作治疗多囊卵巢综合征》（Artemisinins ameliorate polycystic ovarian syndrome by mediating LONP1-CYP11A1 interaction）的研究论文，发现青蒿素类衍生物能够显著改善PCOS的疾病表型。研究人员发现青蒿素能够靶向线粒体蛋白酶LONP1，促进LONP1与其底物CYP11A1的结合，加速CYP11A1的降解，抑制卵巢雄激素的合成，降低PCOS患者的雄激素水平，改善月经周期及卵巢多囊样变。 为了探究青蒿素对PCOS发生发展的影响，研究人员建立了PCOS样的大鼠及小鼠模型，并使用青蒿素类衍生物蒿甲醚处理该模型，发现蒿甲醚能够显著抑制血清雄激素水平，改善动情周期，降低卵巢中囊状卵泡的数量，并且能够提高PCOS样大鼠的生育能力。 雄激素的合成来源于胆固醇，在卵巢膜细胞中胆固醇经CYP11A1催化产生孕烯醇酮，并在HSD3B2、CYP17A1及HSD17一系列酶的催化下产生雄激素。研究人员使用青蒿素类衍生物蒿甲醚，青蒿琥酯及SM934处理卵巢膜细胞，发现青蒿素类衍生物能够剂量依赖的抑制细胞上清中雄激素水平。此外，雄激素合成过程中的上游激素包括孕烯醇酮，17α-羟孕酮，孕酮等水平均受到青蒿素类衍生物抑制。 为了明确青蒿素抑制雄激素合成的机制，研究人员通过蛋白组学分析蒿甲醚处理的卵巢膜细胞中差异表达蛋白，发现CYP11A1表达下调最为显著。CYP11A1是雄激素合成的限速酶，催化胆固醇转变为孕烯醇酮。细胞研究发现青蒿素类衍生物能够剂量依赖的下调CYP11A1表达；在CYP11A1缺失的细胞中，青蒿素类衍生物不能进一步抑制雄激素合成，表明青蒿素通过抑制CYP11A1蛋白水平进而抑制雄激素合成。研究人员进一步发现，青蒿素类衍生物能够直接靶向并结合线粒体蛋白酶LONP1，发挥类似分子胶水的作用进而促进LONP1与CYP11A1的相互作用，增强LONP1降解CYP11A1。过表达LONP1能够模拟青蒿素类衍生物的作用，抑制雄激素的合成。 最后，研究人员开展了一项小型临床研究来评估青蒿素对PCOS患者的疗效，发现口服双氢青蒿素能够显著降低PCOS患者的血清雄激素水平，减少卵巢窦状卵泡数量，降低抗苗勒氏管激素（AMH）水平，并改善患者的月经周期。 综上所述，本项研究揭示了青蒿素治疗PCOS的潜在效果，鉴定了青蒿素诱导的LONP1-CYP11A1互作在PCOS治疗方面的应用价值，为临床治疗PCOS及雄激素升高相关疾病提供了新的思路。 Science同期发表了Elisabet Stener-Victorin教授(Karolinska Institutet)题为 Remedy hope for polycystic ovary syndrome 的专评，认为该研究为PCOS治疗提供了新的希望。 图1 青蒿素类衍生物抑制PCOS发生的分子机制 复旦大学基础医学院刘洋副教授，复旦大学附属中山医院蒋晶晶副主任医师及复旦大学附属妇产科医院杜韶乐住院医师为共同第一作者，汤其群教授为通讯作者。本项研究还得到复旦大学附属中山医院李小英教授，董曦教授，木良善医生，叶瑶医生，复旦大学附属妇产科医院徐丛剑教授，重庆医科大学党永军教授，中国药科大学李微教授，中国科学院上海药物研究所左建平研究员的大力支持。 论文链接： http://doi.org/10.1126/science.adk5382 原文链接： https://shmc.fudan.edu.cn/2024/0614/c1960a141254/page.htm 本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！

*仅供医学专业人士阅读参考 多囊卵巢综合症（PCOS）是一种复杂的生殖代谢疾病，影响约10-13%的育龄期女性，也是育龄期女性最常见的内分泌疾病之一。雄激素过多是PCOS的多种表现的主要驱动因素，也是PCOS干预的关键。目前，PCOS的药物干预主要为联合口服避孕药（COC），可改善高雄激素血症和/或月经周期不规律，但无法改善PCOS相关不孕症和多囊卵巢形态。 女性的雄激素主要由肾上腺和卵巢合成，由胆固醇经过一系列酶促反应催化而成，包括细胞色素P450（CYP）和羟基类固醇脱氢酶（HSD）中的CYP11A1、CYP17A1、HSD3B2和HSD17B。 PCOS的卵泡膜细胞中CYP11A1和CYP17A1的表达增加，CYP17A1、HSD3B和HSD17B的酶活性升高，导致孕酮、17α-羟基孕酮（17α-OHP）和睾酮的过量产生。因此，抑制这些酶的过表达可能有助于控制高雄激素血症和PCOS。 在今天的《科学》杂志上，复旦大学基础医学院汤其群教授带领团队发表了最新研究成果。他们发现，青蒿素可以与线粒体离子肽酶1（LONP1）结合，通过LONP1与CYP11A1的相互作用促进CYP11A1降解，从而抑制卵巢雄激素合成。试点临床试验显示，双氢青蒿素可以改善PCOS患者的高雄激素血症，降低抗苗勒管激素水平，改善多囊卵巢形态，以及帮助月经正常化。 在脱氢异雄酮（DHEA）诱导的PCOS小鼠和大鼠模型中，青蒿素衍生物蒿甲醚（ATM）抑制了睾酮水平的增加，使得PCOS鼠的发情周期和卵巢形态恢复正常，逆转了寡排卵表型，这一结果在胰岛素和人绒毛膜促性腺激素（hCG）诱导的高雄激素血症PCOS鼠模型中得到了验证。生育力实验显示，PCOS鼠的胚胎着床率和产仔数量显著提高。 ATM治疗引起的睾酮水平降低促使研究人员开始探索青蒿素在调节雄激素合成中的作用。他们对PCOS的卵巢卵泡膜间质细胞上清液的类固醇激素进行了分析，ATM能够以剂量依赖的方式抑制睾酮产生，另一种青蒿素衍生物SM934也具有同样的抑制作用。这种抑制作用与细胞毒性无关，没有损害卵泡膜间质细胞的活力。 ATM和SM934以剂量依赖的方式抑制了睾酮和其他中间体、前体物质的产生 通过对卵泡膜间质细胞的蛋白质组学分析，研究人员发现，ATM诱导的表达下降的蛋白中，CYP11A1是最为显著的，CYP11A1催化胆固醇向孕烯醇酮转化，这是类固醇激素生物合成的第一步。当补充孕烯醇酮时，青蒿素诱导的睾酮降低被逆转，过表达CYP11A1也有同样的效果。这些结果表明，青蒿素能够通过减少CYP11A1影响睾酮的产生。 青蒿素是内过氧化物，能够产生活性氧，从而具有抗疟疾活性，但活性氧并没有参与CYP11A1的减少。在检测CYP11A1的稳定性时，研究人员发现，ATM和SM934明显缩短了CYP11A1的半衰期。 循着这一变化，他们鉴定出了8个在ATM处理后与CYP11A1有显著相互作用的蛋白和23个在SM934处理后有相互作用的蛋白。两个蛋白组的交集是LONP1和转运调节因子（TFG）。LONP1是一种AAA+线粒体蛋白酶，利用ATP水解降解错误折叠的或氧化的蛋白，是线粒体蛋白质质控的关键一环，TFG是COPII囊泡相关蛋白，调节从内质网到高尔基体的物质转运。 免疫共沉淀实验显示，在ATM和SM934处理后，LONP1和CYP11A1的相互作用显著增强，而TFG和CYP11A1的相互作用仅在ATM处理后轻微增强，SM934则没有效果。随后的实验显示，LONP1过表达显著减少了CYP11A1。 和野生型LONP1相比，破坏了蛋白质降解功能的S844A替代突变型LONP1无法减少CYP11A1，这意味着，ATM促进LONP1催化的CYP11A1的降解。直接过表达LONP1显著降低了卵泡膜间质细胞的睾酮水平。基因表达综合数据库（GEO）的数据表明，PCOS患者卵泡膜细胞中的LONP1表达水平确实显著低于正常卵泡膜细胞，与本研究的发现相一致。 不但如此，研究人员还通过基于蛋白结构的对接计算，发现青蒿素衍生物是与LONP1蛋白水解域内已知的硼替佐米结合口袋结合，硼替佐米是已知的LONP1抑制剂。因此，LONP1是青蒿素的直接靶点，结合后通过降解CYP11A1，降低睾酮水平，发挥抗PCOS作用。 最后，研究人员开展了一项试点临床试验，以验证青蒿素治疗PCOS患者的疗效。他们招募了19例PCOS患者，接受口服双氢青蒿素治疗12周。所有参与者在治疗前均存在高雄激素血症、月经过少或闭经，以及多囊卵巢表现。 双氢青蒿素耐受性良好，未报告不良反应。经治疗，参与者的血清睾酮、抗苗勒管激素水平显著降低，血清抗苗勒管激素水平与生长中的卵泡数量密切相关，在PCOS患者中通常偏高。另外，有63.16%（12/19）的参与者恢复了正常月经周期。 综上，青蒿素具有治疗PCOS的潜力，可能会改变PCOS治疗的景观，改善数百万女性患者的生活质量，这代表着生殖医学方面的一个重要进展。未来，需要进一步的研究来充分了解治疗的长期影响和优化剂量策略，以最大化治疗结果。 参考文献： [1] Yang Liu et al, Artemisinins ameliorate polycystic ovarian syndrome by mediating LONP1-CYP11A1 interaction. Science 384, eadk5382(2024). DOI:10.1126/science.adk5382 本文作者丨应雨妍

多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）是一种普遍存在的生殖内分泌疾病，全球发病率约为10%-13%。其特征是高雄激素血症、排卵功能障碍、多囊卵巢形态，并且通常伴有代谢紊乱。雄激素升高是驱动PCOS表型特征的关键因素。尽管多囊卵巢综合征的患病率很高，但针对这种复杂综合征的药物干预仍面临巨大挑战。目前可用于PCOS的治疗方案有限，主要针对特定症状的管理。因此，迫切需要制定创新的治疗策略。 青蒿素是植物来源的化合物，作为疗效稳定且副作用小的一线抗疟疾药物而闻名，但也被证明具有一些有益的代谢作用。复旦大学汤其群教授团队早期系统筛选了促进白色脂肪棕色化的小分子化合物，发现青蒿素类衍生物能够激活产热脂肪细胞来增强能量消耗和胰岛素敏感性的能力，从而防止饮食引起的肥胖和代谢紊乱（Cell Research，2016）。青蒿素在啮齿动物PCOS样模型和人类PCOS患者中的治疗潜力及机制尚不清楚。 2024年6月14日，复旦大学附属中山医院汤其群教授团队在Science（IF=56.9）发表题为“Artemisinins ameliorate polycystic ovarian syndrome by mediating LONP1-CYP11A1 interaction”的文章，发现青蒿素类衍生物能够显著改善PCOS的疾病表型。机制上，青蒿素能够靶向线粒体蛋白酶LONP1，促进LONP1与其底物CYP11A1的结合，加速CYP11A1的降解，抑制卵巢雄激素的合成，降低PCOS患者的雄激素水平，改善月经周期及卵巢多囊样变。该研究证明青蒿素还可以缓解多种啮齿动物模型和人类患者中多囊卵巢综合征的内分泌表现，这表明了一种治疗这种内分泌疾病多个方面的潜在方法。 1、在啮齿类动物模型中，蒿甲醚（ATM）对PCOS样表型有抑制作用 为了评估青蒿素对PCOS发展的影响，作者首先使用脱氢表雄酮（DHEA）建立PCOS样小鼠模型，并同时给药发现蒿甲醚（artemether，ATM，一种青蒿素），发现ATM可以消除DHEA处理小鼠血清中升高的睾酮，从而防止PCOS样特征，改善DHEA引起的发情周期中断，改善卵巢异常形态。在观察到预防效果的基础上，作者评估ATM的治疗效果。在建立DHEA诱导的PCOS样模型后，通过腹腔注射不同剂量的ATM处理小鼠，发现ATM降低血清睾酮，恢复正常的发情周期，抑制子宫水肿，并显著减少卵巢囊泡（图1）。 图1 小鼠模型鉴定ATM作为抗PCOS药物 接下来，作者在大鼠模型中研究了ATM的抗PCOS作用，发现腹腔注射ATM足以使PCOS样大鼠的血清睾酮水平降至与对照大鼠相似的水平，并缓解被打乱的发情周期。卵巢组织学分析显示ATM逆转了DHEA处理大鼠的低排卵表型。在注射胰岛素和hCG（两者都是雄激素产生的强效诱导剂）建立的另一个PCOS样大鼠模型中，这一发现得到了进一步验证综上所述，在啮齿类动物模型中，ATM治疗改善了PCOS的主要特征，包括血清睾酮水平升高、发情周期不规则、多囊卵巢形态和低生育能力（图2）。 图2 在大鼠模型中ATM可逆转PCOS样表型 2、青蒿素抑制卵巢中的甾体生成和睾酮产生 ATM引起的睾酮急剧下降促使作者探索青蒿素在调节雄激素合成中的作用。发现在PCOS样模型中，无论是腹腔还是口服，ATM均未显示出对促卵泡激素（FSH）和黄体生成素（LH）的影响。作者猜测青蒿素通过靶向卵巢调节睾酮水平，发现ATM显著抑制卵巢间质细胞中睾酮的产生。同样，SM934，也是一种青蒿素类似物，显示出与ATM诱导的睾酮水平相当的抑制作用。除了降低睾酮，ATM和SM934还明显降低孕烯醇酮、孕酮和17a-OHP，这些都是卵巢甾体生成的中间体和睾酮的前体，这一观察结果被另一种青蒿素衍生物青蒿琥酯（ATS）进一步验证。这些数据强烈表明，青蒿素抑制卵巢膜间质细胞的类固醇生成过程和随后的雄激素合成（图3A-3I）。 3、青蒿素通过降低CYP11A1来限制睾酮的产生 为了揭示青蒿素诱导雄激素合成减少的细胞途径，作者对分离的卵巢间质细胞进行蛋白质组学分析，发现CYP11A1是ATM诱导下调最显著的蛋白，CYP11A1催化胆固醇向孕烯醇酮的转化，这是类固醇激素生物合成的第一步，ATM对CYP11A1的下调与前面观察到的青蒿素抑制雄激素合成相一致。作者接着在大鼠和小鼠卵巢间质细胞和PCOS样小鼠卵巢中验证了青蒿素剂量依赖性地下调CYP11A1蛋白，而不影响HSD3B2和CYP17A1。接下来，作者发现补充孕烯醇酮（CYP11A1催化反应的产物）或者过表达CYP11A1挽救了青蒿素处理细胞中下降的睾酮，而CYP11A1表达被破坏后青蒿素无法进一步降低睾酮的产生，表明上调和下调CYP11A1决定了睾酮的产生，青蒿素通过CYP11A1影响睾酮的产生（图3J-3O）。 图3 青蒿素通过下调CYP11A1抑制卵巢甾体生成和睾酮产生 4、青蒿素介导LONP1和CYP11A1之间的相互作用 作者接着探索青蒿素调节CYP11A1的机制。发现青蒿素诱导的蛋白水平降低，但Cyp11a1的mrna不受青蒿素的影响，表明青蒿素有转录后调控作用。随后，作者检测了CYP11A1的稳定性，发现ATM和SM934明显缩短了CYP11A1蛋白的半衰期。进一步研究表明，蛋白酶抑制剂MG132挽救了ATM和SM934诱导的CYP11A1下调，这共同表明青蒿素通过抑制其蛋白稳定性来降低CYP11A1水平（图4）。 为了确定导致青蒿素诱导的CYP11A1不稳定的介质，作者应用IP-MS来鉴定ATM或SM934治疗下CYP11A1的相互蛋白，确定了两个候选蛋白在ATM和SM934均存在，co-IP验证发现其中的LONP1蛋白（一种线粒体蛋白酶，在线粒体蛋白质质量控制中至关重要）为目标蛋白，通过ATM和SM934诱导，LONP1和CYP11A1之间的相互作用显著增强。此外，LONP1过表达显著下调CYP11A1，这些数据表明，LONP1而不是TFG可能参与调节CYP11A1蛋白水平。内源性co-IP进一步证实，ATM和SM934增强了LONP1和CYP11A1之间的结合亲和力。综上所述，这些数据强烈表明，青蒿素增强了CYP11A1-LONP1的关联，就像“分子胶”一样，是一类诱导或稳定蛋白质之间相互作用的小分子。接下来，通过分子对接预测了LONP1和CYP11A1的结合位点，蛋白突变验证了CYP11A1中F252-T259区域对于CYP11A1-LONP1相互作用至关重要（图4）。 图4 青蒿素增强了LONP1和CYP11A1之间的相互作用 5、LONP1促进CYP11A1降解，抑制睾酮合成 在确定了青蒿素增强了CYP11A1-LONP1的相互作用之后，作者试图研究LONP1在青蒿素诱导的CYP11A1降解中的作用。发现LONP1过表达降低了CYP11A1水平，MG132挽救了CYP11A1水平，MG132是一种蛋白酶抑制剂，也能够抑制LONP1。这些结果与上述数据一致，表明MG132可以恢复青蒿素引起的CYP11A1下降。此外， CDDO-Me（LONP1抑制剂）逆转了ATM引起的CYP11A1表达降低，敲低LONP1完全逆转了ATM诱导的CYP11A1下降。而催化失活的LONP1 (LONP1-S844A) 没有像WT LONP1那样降低CYP11A1的表达或缩短CYP11A1蛋白的半衰期，说明LONP1通过其蛋白酶活性降低了CYP11A1（图5）。 为了证实LONP1是否直接介导了CYP11A1的下调，作者使用纯化的CYP11A1和LONP1蛋白进行了体外蛋白酶测定，发现ATM促进了LONP1催化的CYP11A1降解，而在缺乏LONP1或ATP的情况下，ATM对CYP11A1没有影响。此外，CYP11A1 (DF252-T259)的突变体形式未能与LONP1结合，对青蒿素诱导的下调表现出抗性。这些观察结果共同支持了LONP1在介导青蒿素诱导的CYP11A1下调中不可或缺的作用。接下来，作者评估了LONP1对卵巢雄激素合成的影响，发现LONP1的过表达下调了CYP11A1蛋白，进而降低孕烯醇酮、孕酮、17a-OHP和睾酮水平。通过腹腔注射AAV-LONP1在小鼠卵巢中过表达LONP1。结果显示，LONP1降低了CYP11A1同时抑制了血清睾酮。这些数据共同表明，LONP1的过表达复制了青蒿素降低雄激素的作用（图5）。 图5 LONP1促进CYP11A1降解，抑制睾酮合成 6、LONP1是青蒿素的直接靶点 然后，作者试图确定青蒿素是否直接靶向LONP1或CYP11A1。通过生物素标记的青蒿素进行Pulldown实验证实了bio-ATS有效地降低了CYP11A1，进一步发现bio-ATS对LONP1蛋白而不是CYP11A1具有结合亲和力。游离ATS、ATM或SM934的竞争以及实验热稳定性实验同样表明LONP1，而不是CYP11A1，是青蒿素的直接靶点。进一步分子对接确定了青蒿素与靶点的结合模式。SPR和蛋白突变实验证实青蒿素对CYP11A1水平的抑制作用很大程度上依赖于其与LONP1蛋白水解结构域的结合。 图6 LONP1是青蒿素的直接靶点 7、双氢青蒿素治疗多囊卵巢综合征的疗效观察 最后，作者进行了一项试点临床研究，以验证青蒿素治疗多囊卵巢综合征患者的疗效。19例PCOS患者口服双氢青蒿素治疗12周，发现双氢青蒿素治疗显著降低了PCOS患者的血清睾酮。血清AMH水平与生长卵泡的数量密切相关，因此在PCOS患者中通常升高，而双氢青蒿素治疗显著降低了血清AMH。与这一结果一致的是，超声检查发现，双氢青蒿素治疗后，窦腔卵泡计数明显减少。63.16%的PCOS患者恢复了正常的月经周期。结果表明双氢青蒿素可有效改善PCOS患者高雄激素血症，改善多囊卵巢形态，促进月经正常。 图7 双氢青蒿素治疗多囊卵巢综合征的疗效观察 总结 在这项研究中，作者将青蒿素确定为抗PCOS药物研究结果证明了青蒿素衍生物在缓解啮齿动物模型和人类患者的PCOS症状方面的功效，通过抑制卵巢雄激素合成来抑制高雄激素血症。青蒿素促进CYP11A1蛋白降解以阻止雄激素过量产生。从机制上讲，青蒿素直接靶向LONP1，增强了LONP1-CYP11A1相互作用，并促进了LONP1催化的CYP11A1降解。LONP1 的过表达复制了青蒿素的降雄激素作用。研究数据表明，青蒿素的应用是治疗多囊卵巢综合征的一种有前途的方法，并强调了LONP1-CYP11A1相互作用在控制高雄激素血症和多囊卵巢综合征发生方面的关键作用。 图8 青蒿素类衍生物抑制PCOS发生的分子机制 促雄激素诱导剂人绒毛膜促性腺激素（hCG）破坏LONP1和CYP11A1之间的相互作用，导致CYP11A1的上调，从而促进雄激素生成并加剧PCOS。相反，青蒿素介导LONP1-CYP11A1相互作用，促进CYP11A1降解，随后抑制卵巢雄激素合成。因此，青蒿素在改善啮齿动物和人类患者的PCOS症状方面显示出疗效。 参考文献 Liu Y, Jiang JJ, Du SY, Mu LS, Fan JJ, Hu JC, Ye Y, Ding M, Zhou WY, Yu QH, Xia YF, Xu HY, Shi YJ, Qian SW, Tang Y, Li W, Dang YJ, Dong X, Li XY, Xu CJ, Tang QQ. Artemisinins ameliorate polycystic ovarian syndrome by mediating LONP1-CYP11A1 interaction. Science. 2024 Jun 14;384(6701):eadk5382. doi: 10.1126/science.adk5382. Epub 2024 Jun 14. PMID: 38870290. 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓