随着女性生育年龄的推迟，卵巢衰老导致的生育力下降已成为热点研究领域。然而，目前对卵巢衰老机制的研究仍存在一定的局限性，评估卵巢衰老的指标无法准确预测生育潜力。代谢组学作为一门新兴学科，旨在定性、定量研究生命体对外界刺激的生理病理变化而引起的体内代谢物水平的多元动态反应，在卵巢衰老机制研究中具有重要意义。本文综述了代谢组学在卵巢衰老研究中的进展，并旨在为深入研究卵巢衰老分子机制以及开发抗衰老干预策略提供理论参考。本文具体探讨了代谢组学研究卵巢衰老机制的优势、代谢组学在预测绝经状态中的研究进展、代谢组学研究卵巢储备功能减退、早发性卵巢功能不全、卵巢早衰机制中的进展，并初步探讨了代谢干预在卵巢衰老中的应用，随着代谢组学技术的发展，其在卵巢衰老机制研究中的应用将更加广泛和深入，有助于发现新的卵巢衰老标志物，提高卵巢衰老的早期预测能力，并能深入研究卵巢衰老的潜在治疗靶点。
随着经济和教育等社会水平的发展，女性首次生育年龄正在推迟，自我国“三孩政策”实施以来有生育需求的高龄女性呈显著增加趋势。卵巢具有生殖和内分泌双重功能，卵巢的生殖功能是生育力的核心环节，从35岁开始卵巢的生殖功能呈现加剧减低趋势 ［ 1 ］ ，生育力的下降是生殖衰老的第一个标志，先于激素水平和月经周期的变化 ［ 2 ］ 。卵巢衰老是指卵巢功能逐渐下降并最终衰竭的过程，卵巢生殖功能的衰退早于内分泌功能的衰退，卵巢衰老的终末阶段是绝经期。在卵巢衰老过程中卵巢内卵母细胞的数量减少和（或）质量下降，伴抗苗勒管激素（anti-Müllerian hormone，AMH）水平降低、窦卵泡数减少、FSH水平升高，即卵巢储备功能减退（diminished ovarian reserve，DOR） ［ 3 ］ 。DOR分为与年龄相关的生理性DOR和与年龄不相符的病理性DOR。卵巢衰老进程提前或加速，将出现与年龄不相符的DOR，甚至发生早发性卵巢功能不全（premature ovarian insufficiency，POI）或卵巢早衰（premature ovarian failure，POF） ［ 4 ］ 。卵巢衰老是女性生殖衰老的主要原因，值得注意的是卵巢衰老的发生明显早于其他器官的衰老 ［ 2 ］ ，卵巢是人体内所有器官中第一个进入衰老且丧失功能的器官 ［ 5 , 6 ］ 。而现代社会的内外多种因素（不良饮食结构、环境污染、慢性应激等）导致的育龄期女性DOR的比例呈现上升趋势 ［ 7 ］ ，生育力下降问题日渐凸显。研究卵巢衰老的机制以期提供相应的干预策略，已逐步成为生殖领域关注的热点。
代谢组学（metabolomics）是通过对生物体中内源性代谢产物进行定性和定量分析，寻找生理和病理的关键差异代谢物及相关关系的一门学科。与基因组学或蛋白质组学相比，代谢组学可以更直接、更迅速地反映生物表型的变化 ［ 8 ］ 。由于衰老发生的复杂性，目前对于衰老的机制尚不完全清楚。通过代谢组学研究，可以深入了解卵巢衰老过程中的代谢变化和代谢调控机制，为揭示卵巢衰老的机制提供新的思路和方法。本文对代谢组学在卵巢衰老机制研究中的进展进行综述。
代谢组学是研究生物体内所有代谢物的科学 ［ 9 ］ ，可以反映生物体在特定生理和病理状态下的内源性代谢物的变化。代谢物是指生物体进行生命活动过程中通过各种生化反应产生的物质 ［ 10 ］ ，其水平可被视为生物系统对遗传或环境变化的最终反应。
代谢组学是首选的探索受动态环境变化影响的疾病的代谢表型和表型紊乱的工具 ［ 11 , 12 ］ ，是系统生物学的一个重要分支。生物体尤其是细胞的生命活动大多发生于代谢层面，代谢物反映细胞所处的环境等的影响。代谢物水平的变化与基因和蛋白质表达相关，基因和蛋白质表达在功能水平上的微小变化会在代谢物得到放大，从而使检测更易。因此，代谢组学与基因组学、转录组学和蛋白质组学等研究方法一起，为学界提供了全面理解生物体复杂生命活动的方法。
代谢组学研究主要依赖于核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）光谱、气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）及液相色谱-质谱（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）等检测技术 ［ 13 ］ 。GC-MS偏向于检测极性较小、容易挥发的物质，而LC-MS偏向于检测极性较大的物质。此外，代谢组学研究的两种主要分析策略为非靶向和靶向；非靶向分析通常使用高分辨质谱仪获取大量代谢信息，以发现新的或者低丰度的代谢物从而深入了解生物体的代谢机制；而靶向分析则针对特定的已知代谢物进行有选择性和特异性的检测，结果的准确性较高，适用于需要特别关注的代谢物的检测。
卵巢衰老即卵巢功能减退直至衰竭的过程，以卵泡数量减少和卵母细胞质量下降为特征，临床表现为生育力下降、内分泌功能紊乱以及月经异常（乃至绝经） ［ 14 ］ 。卵巢衰老是一个受多因素影响的复杂生物学过程，目前发生机制仍不明确。
代谢组学可为改进诊断和治疗监测提供平台 ［ 10 ］ ，为评估卵巢衰老提供新的线索，为筛选出更直观地预测卵巢衰老的评价指标提供新信息，并为其发生机制提供理论依据。目前，评估卵巢衰老的指标很大程度依赖于卵泡数量的指标 ［ 15 ］ ，无法有效预测卵母细胞质量 ［ 16 ］ 。已有多项研究使用代谢组学技术对卵泡液代谢物进行检测和分析，以期筛选出有效的生物标志物预测卵母细胞质量 ［ 17 , 18 ］ 。已有的卵泡液代谢组学研究发现，代谢标志物主要在葡萄糖、氨基酸、脂质、胆固醇等方面存在差异。尽管使用代谢组学对卵母细胞质量进行评估仍处于初级阶段，并面临样本量不足、代表性差、卵泡液中代谢物种类繁多及后期数据和结果分析的复杂性等许多挑战，但这些研究仍表明，代谢组学在卵巢衰老过程中的卵母细胞质量预测中有深入探究的前景。
代谢组学可以为预测卵巢衰老提供有价值的信息，进一步转化为临床上可能实际应用的预测工具。Auro等 ［ 19 ］ 的荟萃分析对10 083例健康妇女进行深入分析后发现，与绝经前健康妇女相比，绝经后妇女的氨基酸（谷氨酰胺、酪氨酸和异亮氨酸）、鞘磷脂的浓度及三酰甘油与磷酸甘油酯的比值均显著升高，表明卵巢衰老使女性的代谢表型发生了改变。代谢指纹图谱是代谢组学用于疾病诊断的核心方法之一 ［ 20 ］ 。近年来，我国学者使用粒子辅助激光解吸/电离质谱（particle-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry，PALDI-MS）技术对344份来自DOR患者和卵巢储备功能正常妇女的卵泡液样本进行代谢指纹分析以表征卵巢储备和生育力，通过记录344份卵泡液样本的代谢组学数据、构建数据库，并应用岭回归（ridge regression）、神经网络（neural network）、支持向量机（support vector machine）和随机森林（random forest）4种算法构建机器学习模型，可以准确预测女性的卵巢储备情况和生育力 ［ 21 ］ 。这种方法为女性的医疗保健提供了可选的平台，不仅限于对生育力的预测，也对卵巢衰老的预测有应用前景。
综上，代谢组学在卵巢衰老的研究中具有显著的优势和广阔的应用前景。通过深入挖掘代谢组学数据，可以更全面地理解卵巢衰老的机制，为相关疾病的预防和治疗提供新的策略和方法。
1. 代谢组学在预测绝经状态中的研究进展：绝经是指女性卵巢功能完全停止，标志着女性生育功能的结束，本质是卵巢功能衰竭 ［ 22 ］ 。对于女性而言，了解自己的卵巢衰老状态和可能的绝经时间是进行生育规划的重要依据。目前，预测绝经状态的研究主要集中在卵巢储备功能测试、基因检测和生活方式评估等，但预测精度有限。因此，探索新的生物标志物，找到更准确的预测方法成为热点。
目前为止，已有代谢组学研究进一步阐释了代谢物与绝经状态之间的关系，提供了一个全局的、整体的视角。Rist等 ［ 23 ］ 的研究表明，根据血浆和尿液代谢物谱不仅可以区分性别和判断年龄，并可根据代谢组学数据预测绝经状态。该研究对129例妇女的血浆样本和尿液样本进行了多平台非靶向及靶向代谢组学检测，基于血浆代谢组学数据，绝经状态的预测准确率高达88%，基于尿液代谢组学数据的预测准确率也达85%，而结合血浆和尿液样本的数据联合预测的准确率提高到90%。Auro等 ［ 19 ］ 采用NMR技术检测了14 737例健康妇女的血清样本，发现血清代谢谱在45~50岁发生重大变化，明显与绝经过渡期重叠。在对10 083例健康妇女的荟萃分析中，绝经状态与氨基酸（谷氨酰胺、酪氨酸和异亮氨酸）、血清胆固醇以及与动脉粥样硬化发生相关的脂蛋白有关；在3 204例年龄在40~55岁之间的健康妇女中，绝经状态还与甘氨酸、总脂肪酸、单不饱和脂肪酸以及omega-7和omega-9多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFA）有关；此外，游离胆固醇、酯化胆固醇及载脂蛋白B/载脂蛋白A-1比值也与40~55岁妇女的绝经状态有显著的相关性，绝经后妇女的数值明显更高。Ke等 ［ 24 ］ 采用超高效LC-MS技术对115例年龄在39~66岁之间的健康妇女进行了非靶向代谢组学分析，发现与绝经前妇女相比，绝经后妇女的溶血磷脂酰胆碱（lysophosphatidylcholines，LPC）、溶血磷脂酰乙醇胺（lysophosphatidylethanolamines）、不饱和脂肪酸、饱和脂肪酸及酰基肉碱水平均升高。一项基于英国人群的横断面研究也支持前述对绝经状态代谢特征的描述，该研究通过高通量定量NMR代谢组学技术检测了3 312例中年健康妇女的血清代谢谱，结果显示，绝经会引起多种独立于年龄的代谢变化，除了致动脉粥样硬化脂质谱变化外，随着从绝经前过渡到绝经后，总脂肪酸、omega-6 PUFA和亚油酸亚类水平增加，饱和脂肪酸相对于总脂肪酸的比例下降，谷氨酰胺、缬氨酸、白蛋白、乙酸酯和乙酰基糖蛋白的浓度升高 ［ 25 ］ 。Yamatani等 ［ 26 ］ 采用毛细管电泳飞行时间质谱（capillary electrophoresis time-of-flight mass spectrometry）技术对23例已绝经及16例未绝经的卵巢恶性肿瘤或子宫内膜癌患者于择期手术术中取材的内脏脂肪进行分析，发现与绝经前患者相比，绝经后患者内脏脂肪中的脂肪酸代谢物（如庚酸酯、辛酸盐和壬酸盐）水平明显升高。
既往研究显示，围绝经期的激素变化通过血脂的变化、内皮功能障碍和氧化应激促进动脉粥样硬化而增加心血管疾病的风险 ［ 27 , 28 , 29 ］ 。上述研究进行了更为全面的代谢组学检测，发现除促动脉粥样硬化的脂质变化外，绝经状态与其他多种脂质（尤其是脂肪酸和磷脂）及氨基酸的代谢变化也显著相关，且多项研究分别确定的绝经相关生物标志物存在多项重叠。这些结果表明，卵巢衰老过程中整体代谢表型发生了显著变化，代谢组学数据有助于更好地理解绝经的生物学机制，并找到有效、准确的预测方法。
2. 代谢组学在DOR机制中的研究进展：DOR是指卵巢内卵母细胞的数量减少和（或）质量下降，伴AMH水平降低、窦卵泡数减少、FSH水平升高。这一概念的提出主要为关注生育力下降 ［ 3 ］ 。代谢组学在DOR机制的研究中已经取得了一些重要进展，这些研究发现了参与卵巢衰老发生的重要代谢物及重要信号通路。
Zhang等 ［ 30 ］ 的研究通过比较接受体外受精的不同年龄段妇女卵泡液中代谢物的变化，发现随着年龄的增长卵巢内的脂质代谢发生了显著改变。该研究发现，随着年龄的增长卵泡液中的花生四烯酸、LPC（LPC16∶1、LPC20∶4和LPC20∶3）的含量增加，而LPC18∶3和LPC18∶1的含量下降。DOR生物标志物研究发现，10个与卵巢储备功能相关的差异代谢物中，磷脂酰胆碱PC [ 16∶0/18∶2（9Z，12Z）] 在DOR组中的水平明显降低；通过京都基因和基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）数据库分析代谢途径，结果显示，DOR组的差异代谢物主要集中在胆碱代谢通路 ［ 31 ］ 。LPC是一类由磷脂酶A2裂解磷脂酰胆碱而衍生的脂类生物分子 ［ 32 ］ ；研究发现，卵泡液中的LPC是卵泡发育的预测因子，其在成熟卵泡液中的浓度显著高于未成熟者 ［ 33 ］ 。卵泡发育异常与卵巢衰老密切相关，LPC可能在卵巢衰老过程中起着重要作用。
多项研究表明，卵巢功能下降与卵泡液中的PUFA、氧化脂质代谢物和前列腺素的降低有关，尤其是花生四烯酸代谢途径的改变，可能对卵母细胞的发育成熟和卵巢储备功能产生重要影响。研究发现，DOR患者卵泡液中的多不饱和支链磷脂醇胆碱的比例较低 ［ 34 ］ 。与正常组相比，DOR组的卵泡液中差异氧化脂质代谢物显著降低，这些差异氧化脂质代谢物主要集中在花生四烯酸代谢途径中 ［ 35 ］ 。此外，DOR患者的卵泡液中F2-异前列烷的浓度也显著降低 ［ 36 ］ 。花生四烯酸是一种omega-6 PUFA，是生物细胞膜的重要组成部分 ［ 37 ］ 。动物实验发现，PUFA尤其是花生四烯酸是影响卵母细胞减数分裂的关键因素 ［ 38 ］ 。在血清样本研究中也发现，AMH水平与中高密度脂蛋白（medium high-density lipoprotein）和小高密度脂蛋白（small high-density lipoprotein）组分的浓度以及omega-6 PUFA和PUFA的浓度呈正相关 ［ 39 ］ 。上述研究表明，花生四烯酸及其代谢物可能是影响卵巢功能的重要因素之一。
除了LPC和花生四烯酸代谢途径外，另有研究表明，在DOR患者中其他脂质代谢也有变化。研究显示，DOR患者的卵泡颗粒细胞中参与β-氧化途径的基因下调，脂肪酸含量降低，可能导致三磷酸腺苷产生能力下降，从而引发细胞凋亡和DNA损伤，这可能是DOR的致病机制之一 ［ 40 ］ 。另一项研究通过深入分析DOR患者的基因表达差异并以非靶向代谢组学分析进行验证，得出结论，类固醇生成和炎症在DOR的发生发展中起关键作用 ［ 41 ］ 。此外，还有研究表明，DOR患者的卵泡细胞中胆固醇代谢受到抑制 ［ 42 ］ 。
氨基酸代谢在DOR中也有重要影响。Moslehi等 ［ 43 ］ 发现，包括丝氨酸在内的29种代谢物的血清浓度与AMH水平的年下降率呈正相关。也有研究发现，年轻DOR患者的卵丘颗粒细胞中丝氨酸合成途径增加，可能导致异常的DNA甲基化模式，而影响其功能，进而导致DOR ［ 44 ］ 。
上述研究表明，代谢组学的发现为DOR的发生机制提供了新的视角，寻找到的生物标志物对DOR早期诊断和治疗具有重要意义；同时，为开发DOR的新治疗策略提供了不同的可能。此外，一些DOR患者会在较早年龄（<45岁）达到绝经期 ［ 16 ］ ，在上述研究结果中，绝经状态的相关代谢物与DOR的相关代谢物也发现多个重叠的代谢物及代谢通路，如LPC及PUFA，但代谢物与卵巢衰老发生的关联性仍需进一步证实。
3. 代谢组学在POI、POF机制中的研究进展：POI指女性在40岁以前出现的卵巢功能减退，主要表现为月经异常、FSH水平升高、雌激素水平波动性下降 ［ 45 ］ 。POF是指女性40岁以前出现闭经、FSH>40 U/L和雌激素水平降低，并伴有不同程度的围绝经期症状，被视为POI的终末阶段 ［ 45 ］ 。
近年来，代谢组学被广泛应用于POI、POF的病因探索中。研究者通过对患者血液和卵泡液样本的代谢组学分析，发现了一系列特殊的代谢物和代谢途径。Lu等 ［ 46 ］ 的研究显示，POI患者的血清中存在一系列差异代谢物，如乙酰乙酸、谷氨酸等。另一项非靶向代谢组学研究发现，POI患者血浆中差异表达的代谢物与卵巢储备功能相关，其中甘油磷脂和脂肪酰类是最相关的脂质代谢途径 ［ 47 ］ 。此外，Chen等 ［ 48 ］ 的研究发现，POF和对照组妇女中的显著差异代谢物包括上调的18-羟皮质酮、2-花生四烯酸甘油酯等以及下调的L-4-羟苯甘氨酸、对苯二酚等。更有研究者对POI患者的卵泡液样本进行了深入研究，结果显示，POI患者的卵泡液中花生四烯酸代谢显著紊乱，且在游离脂肪酸处理后卵巢颗粒细胞出现明显的凋亡 ［ 49 ］ ，这表明，卵泡脂肪酸失调可能是导致POI发生的潜在驱动因素。
研究显示，POI与非POI的DOR患者人群之间在遗传背景上存在重叠 ［ 50 ］ ，这表明，POI与DOR两种疾病之间存在着临床重叠。而代谢组学数据显示，DOR与POI、POF之间在代谢表型变化上也存在重叠，如花生四烯酸代谢紊乱及甘油磷脂代谢通路的改变，并与自然绝经状态的代谢改变存在重叠。
尽管代谢组学为POI和POF的研究提供了新的研究视角和方法，但目前的研究尚未能完全揭示代谢物和代谢途径与POI、POF发病机制之间的详细关系，仍需要进一步的研究来揭示。
代谢干预是通过调整人体的代谢过程来预防和治疗疾病的一种方法。代谢干预可通过多种手段实现，如饮食调整、运动干预、药物治疗等。针对卵巢衰老的代谢变化，研究者提出了多种代谢干预策略，如饮食干预或构建代谢干预治疗体系，饮食干预可能是一种有前景的代谢干预策略。目前代谢干预在卵巢衰老中的应用仍处于探索阶段。
越来越多的研究显示，营养物质很可能通过决定月经初潮年龄和绝经年龄来影响女性的生殖寿命 ［ 51 ］ 。一项基于日本妇女的横断面研究通过问卷的形式收集并分析了3 704例妇女饮食因素与自然绝经的关系，结果显示，高脂、高胆固醇摄入与较早绝经有关，而高钙和大豆制品摄入与较晚绝经有关 ［ 52 ］ 。而另一项同为日本人群的队列研究通过更为详细的问卷调查收集、分析3 115例妇女的相关数据后则提出，PUFA的高摄入量与较早绝经有显著关联，而总脂肪摄入量、除PUFA外其他类型的脂肪酸摄入量、膳食纤维、大豆异黄酮和乙醇未见明显关联 ［ 53 ］ 。欧洲癌症和营养学前瞻性调查（European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition，EPIC）海德堡队列研究 ［ 54 ］ 则认为，高碳水化合物摄入与早绝经有显著关联，大量摄入肉类和脂肪与绝经延迟有关。一项前瞻性研究对参加德黑兰脂质和葡萄糖研究的227例20~50岁妇女进行了平均16年的随访以分析饮食因素与AMH快速下降风险之间的关系，结果显示，从乳制品、乳糖和半乳糖中摄入更多的脂肪、碳水化合物、蛋白质和钙可以显著降低AMH快速下降的概率 ［ 55 ］ 。一项纳入了年龄28~34岁之间的15例肥胖和12例正常体重妇女的前瞻性研究显示，在体重正常的育龄期妇女中，补充omega-3 PUFA［每天465 mg二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）和375 mg二十碳五烯酸］1个月后FSH水平下降17% ［ 56 ］ ，这提示，饮食中补充omega-3 PUFA可以延缓卵巢衰老，提高生育力。
有研究者指出，omega-3和omega-6 PUFA可以调节生殖功能 ［ 57 ］ ，摄入omega-3 PUFA或有较高的omega-3 PUFA水平的妇女妊娠率也会增加 ［ 58 , 59 ］ 。动物实验进一步表明，长期摄入富含omega-3 PUFA的饮食可以显著延缓雌性小鼠生殖系统的衰老过程，并显著改善卵母细胞的质量 ［ 60 ］ 。研究发现，PUFA合成不足会导致脂肪酸脱饱和酶FADS2敲除雌鼠的卵泡发育停滞和卵泡闭锁，引发不孕 ［ 61 ］ 。这是因为PUFA缺乏会破坏卵泡颗粒细胞间的缝隙连接，但补充花生四烯酸和DHA可以恢复正常的排卵周期和缝隙连接。
另有研究发现，补充亚精胺能促进老年小鼠的卵泡发育和卵母细胞成熟，提高生育力 ［ 62 ］ 。Jiang等 ［ 63 ］ 在饮水中添加亚精胺喂养小鼠3个月，亚精胺处理小鼠卵巢的闭锁卵泡数量明显低于对照组，进一步结合蛋白组学数据分析提示，亚精胺通过减少小鼠闭锁卵泡数量、调节自噬蛋白水平、抗氧化酶活性和多胺代谢来保护卵巢功能。此外，腐胺能延缓小鼠卵母细胞在排卵后的衰老，且在体外成熟培养基中补充腐胺能显著改善衰老卵母细胞的成熟和胚胎发育 ［ 64 ］ 。
在代谢组学研究成果最多的恶性肿瘤的诊断和干预领域，已有研究基于代谢干预策略构建代谢干预治疗体系 ［ 65 ］ ，通过干扰癌细胞的代谢途径可以抑制癌细胞的增殖、侵袭和转移能力，具有潜在的抗癌治疗应用价值。这些发现表明，代谢干预具有潜在治疗价值，未来代谢干预治疗可能为DOR、POI、POF及不孕症患者提供新的治疗思路和手段。
总之，根据目前代谢组学的应用与研究进展，卵泡液中的差异代谢物可以用来评估卵母细胞质量。血液及尿液中的代谢物（主要为氨基酸及脂质代谢物）可用于绝经年龄预测，即评估卵巢衰老进程。其次，通过对卵泡液中代谢物差异变化的分析表明，在DOR中主要是LPC和花生四烯酸代谢途径参与。再次，卵泡脂肪酸代谢失调可能是导致POI的潜在驱动因素。而代谢干预手段可延缓雌性小鼠生殖系统的衰老，具有潜在的临床应用价值。
随着代谢组学技术的发展，其在卵巢衰老机制研究中的应用将更加广泛和深入，有助于发现和验证新的卵巢衰老标志物，提高卵巢衰老的早期诊断和预测能力，并能深入研究卵巢衰老的发生发展机制和潜在治疗靶点。代谢组学也面临着一定的挑战，目前代谢干预在卵巢衰老中的应用仍处于探索阶段，未来的研究需要深入探讨卵巢衰老的代谢机制以寻找更有效的代谢干预手段。还需要开展临床试验进一步验证代谢干预在卵巢衰老治疗中的效果和安全性，从代谢层面改善卵巢衰老，提高女性生殖健康水平。
