PCOS代谢组学的研究目前主要集中在血液样本。肥胖、高胰岛素血症和PCOS固有的异质性可能是引起PCOS患者血液中代谢物水平异常的主要原因。Escobar-Morreale等^[8]在PCOS患者血浆中发现大量的代谢异质性，与正常女性相比，长链脂肪酸、甘油和乳酸的浓度增加，2-酮异己酸、丙氨酸、α-生育酚和胆固醇浓度降低。这主要取决于肥胖的存在，而且胰岛素抵抗的发展与肥胖共存。另外，对PCOS进行治疗似乎会改变某些代谢物的水平。与PCOS相关的代谢途径有脂质代谢、能量代谢、氨基酸代谢、胆汁酸代谢、免疫调节和内分泌调节等^[9,10,11]。其中，最常见的是与脂质、氨基酸以及能量代谢(如柠檬酸循环)相关的代谢途径。多项研究表明，PCOS患者的碳水化合物、脂质和氨基酸代谢均受到影响。Zhao等^[12]采用NMR和GC-MS检测血浆中的代谢产物，发现PCOS患者糖酵解增强，三羧酸循环(TAC)受到抑制。血浆中支链氨基酸/芳香族氨基酸(BCAA/AAA)比值的降低与PCOS的发展直接相关。PCOS患者的排卵功能障碍与丝氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和鸟氨酸的产生增加有关。PCOS血浆中缬氨酸和亮氨酸水平升高以及甘氨酸浓度降低可能导致胰岛素抵抗，可被视为糖尿病长期风险评估的潜在生物标志物。也有人通过血浆代谢组学筛选和鉴定出了PCOS相关代谢标志物。比如Fan等^[13]研究发现，PCOS患者血浆中棕榈酰鞘磷脂、环磷酸鸟苷以及硫酸脱氢表雄酮的浓度显著升高。一些研究还考虑了雄激素代谢，发现了与雄激素代谢升高有关的3种代谢物，分别是硫酸脱氢表雄酮、硫酸二氢睾酮和硫酸雄酮^[14,15]。血液样本中氨基酸浓度与PCOS的关系尚无统一的模式。有研究发现，PCOS患者血浆中蛋氨酸、胱氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、酪氨酸、脯氨酸、甘氨酸、赖氨酸和组氨酸的水平显著低于正常女性^[16]。然而，2012年的一项研究报道了一些内源性氨基酸和生糖氨基酸(如丙氨酸、缬氨酸、丝氨酸、苏氨酸、鸟氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸)的含量增加^[12]。总之，关于PCOS代谢组学血液样本的研究已发现多种物质的代谢异常，包括碳水化合物、脂质、氨基酸和雄激素等的代谢。如果针对PCOS的症状进行治疗，也会改变血液中代谢物的水平。但是基于目前的研究尚未得出统一结论，因此应加大对PCOS代谢组学的相关分析，有助于了解PCOS发生过程对代谢途径的影响，为PCOS的诊断以及开发新的治疗靶点提供合理依据。

以尿液作为生物样本的PCOS代谢组学研究相对较少。由于尿液样本是无创采样，且与血液样本相比蛋白质含量较低、易于制备，因此尿液样本是一种方便的研究材料^[17]。该研究材料富含多种代谢途径的代谢物，这些代谢物可能在PCOS发生过程中出现异常，可为PCOS的诊断提供依据。Zou等^[18]采用GC-MS检测尿液样本中的代谢物，发现在差异代谢物中硬脂酸、棕榈酸、苯甲酰甘氨酸和苏氨酸这4种化合物可作为PCOS诊断的潜在生物标志物。Dhayat等^[19]则专注于尿液中的类固醇激素代谢物，他们从40种代谢物种评选出了4种，即雄甾烷二醇、雌三醇、皮质醇和20β脱氢可的松，作为诊断PCOS的最佳组合。在基于非侵入性尿液代谢组学揭示PCOS及其亚型代谢谱的研究中，共发现了23种差异代谢物和9种诊断生物标志物^[20]。所有差异代谢物都参与了乙醛酸和二羧酸代谢、戊糖和葡萄糖醛酸相互转化、柠檬酸循环和丁酸代谢途径。综上，关于PCOS代谢组学尿液样本的研究主要通过识别尿液中小分子差异代谢物，确定诊断PCOS潜在生物标志物。尿液中小分子代谢物的差异可能反映了PCOS的潜在发病机制，可作为不同表型PCOS补充诊断的生物标志物。

在研究PCOS作用机制方面，卵泡液是一种很有价值的生物材料。卵泡液由颗粒细胞和卵泡膜细胞产生的分泌物、局部毛细管扩散的血清以及穿越血滤泡屏障的产物组成^[21]。卵泡液中明显的代谢变化可能是由于血清代谢物的变化或颗粒细胞的选择性过滤活性改变^[22]。卵泡液含有对卵母细胞生长和发育很重要的代谢物，分析PCOS患者卵泡液的代谢物可以了解其病理变化，还可以揭示可能干扰正常卵母细胞生长的代谢物。目前，可以采用多种代谢组学技术对卵泡液进行分析。2020年，一项采用超高效液相色谱-串联Orbitrap质谱(UHPLC Q-Exactive)进行代谢组学分析的研究确定了PCOS的21种差异代谢物，主要涉及的代谢途径有维生素B6代谢、苯丙氨酸代谢和肉碱合成^[23]。根据受试者工作特征(ROC)曲线分析，还发现7β-羟基胆固醇是PCOS的潜在生物标志物。Sun等^[24]采用质谱法鉴定出了PCOS患者卵泡液中潜在代谢生物标志物，发现PCOS患者卵泡液中游离脂肪酸、3-羟基壬酰基肉碱、二十碳五烯酸、脱氧皮质酮、苯丙氨酸和亮氨酸的水平较高，而生物活性脂质、溶血磷脂酰胆碱(LysoPC；16∶0)、植物鞘氨醇、LysoPC(14∶0)和LysoPC(18∶0)显著降低。目前的研究中，某些代谢途径所涉及的代谢物并没有统一的增长或减少趋势。在氨基酸代谢中也观察到多样性，PCOS患者卵泡液中氨基酸代谢异常受肥胖影响并与妊娠结局相关。研究发现，PCOS和肥胖都伴随着卵泡液氨基酸代谢紊乱，卵泡液中特定氨基酸异常可能是肥胖患者不良妊娠结局和PCOS患者流产风险增加的原因^[25]。总之，卵泡液代谢组学可以为研究PCOS的作用机制提供依据，但卵泡液成分复杂，任何改变微环境的因子都可能影响PCOS的发生和发展。因此，应当增加样本量或采用多种代谢组学技术评估卵泡液代谢物对PCOS的影响，寻找PCOS的潜在标志物和治疗靶点。

PCOS患者的肥胖发生率约为50%~80%^[26]。肥胖也是引起糖脂代谢紊乱和胰岛素抵抗的重要因素^[27]。Escobar-Morreale等^[8]采用非靶向GC-MS代谢组学的方法研究肥胖与PCOS的关系，发现肥胖PCOS患者血浆长链脂肪酸(如亚油酸和油酸)和甘油增加，表明脂肪分解增加，因此肥胖可能是引起PCOS代谢异质性的原因。已有多项脂代谢组学研究表明，PCOS存在脂代谢紊乱现象。研究发现，与正常女性相比，PCOS患者血浆中的乳酸、长链脂肪酸、三酰甘油和极低密度脂蛋白胆固醇水平升高，而葡萄糖、磷脂酰胆碱和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)则降低^[12]。PCOS常伴随着血脂代谢异常，李圣贤等^[28]采用LC-MS和GC-MS检测血清脂质谱和多不饱和脂肪酸代谢物水平，发现肥胖PCOS患者较正常育龄妇女磷脂酰胆碱升高，溶血磷脂酰胆碱下降，多不饱和脂肪酸下降以及长链饱和脂肪酸升高，提示肥胖PCOS患者存在脂代谢异常现象。总之，代谢组学研究显示，PCOS与肥胖和脂代谢紊乱相关。因此，或许通过减重可以预防或辅助治疗PCOS。

通常情况下肥胖PCOS患者常伴随着胰岛素抵抗。代谢组学研究表明，游离脂肪酸含量与胰岛素抵抗密切相关^[29]。游离脂肪酸可激活C-Jun氨基末端激酶(JNK)信号通路，影响胰岛素信号蛋白和蛋白激酶的磷酸化，进而减弱了胰岛素靶器官中胰岛素信号通路的作用^[30,31]。循环游离脂肪酸的增加可能进一步导致与肥胖和PCOS相关的胰岛素抵抗、代谢综合征和非酒精性脂肪肝^[32,33]。在胰岛素抵抗和非胰岛素抵抗PCOS患者之间发现了9种差异代谢物^[9]。与非胰岛素抵抗PCOS患者相比，胰岛素抵抗PCOS患者血清亚油酸、肉豆蔻酸、棕榈油酸和异油酸显著增加。胰岛素抵抗PCOS患者比非胰岛素抵抗PCOS患者表现出更严重的代谢异常。研究发现，肥胖患者，特别是向心性肥胖更容易发生胰岛素抵抗，提示脂代谢紊乱可能与胰岛素抵抗存在一定关联^[34,35]。但也有研究发现，胰岛素抵抗与PCOS相关，与体重指数无关^[36]。虽然PCOS患者体重过轻的发生率较低，但有研究发现2型糖尿病发生率在体重不足和体重正常PCOS患者之间无显著差异^[37]。综上，多数关于PCOS代谢组学研究显示，PCOS患者出现胰岛素抵抗，可能与肥胖或脂代谢紊乱有关。但也有研究发现与体重无关。目前，关于PCOS胰岛素抵抗代谢组学的研究结论并不完全一致。因此，应加大样本量或者采用多种代谢组学技术进一步研究。

高雄激素是诊断PCOS的重要条件，与排卵障碍密切相关，主要表现为多毛、痤疮和月经不调等，有时还会有脱发现象^[38]。高雄激素血症可能是导致女性排卵障碍的主要原因。卵巢功能性雄激素过多症被认为是胰岛素抵抗的结果，胰岛素抵抗会激活卵巢膜细胞中的雄激素合成酶、细胞色素P450-17α-羟化酶，并导致氧化应激升高，同时卵巢中的抗氧化状态降低，从而促进PCOS的发生^[39]。通过对比高雄激素PCOS患者、非高雄激素PCOS患者和正常女性卵泡液中17种类固醇激素和性激素结合球蛋白水平，发现高雄激素PCOS患者、非高雄激素PCOS患者卵泡液中类固醇激素及其产物/前体水平并无显著性差异，但是她们与正常女性相比，卵泡液中的孕烯醇酮、17α-羟基妊娠烯醇酮和11-脱氧皮质酮水平较低^[40]。虽然高雄激素PCOS患者和非高雄激素PCOS患者卵泡液中具有相似的类固醇代谢组谱，但是与对照组相比，两者均显示类固醇生成降低和雄激素过多的现象^[40]。Keefe等^[41]对比了液相色谱串联质谱法(liquid chromatography-tandem mass spectrometry, LC-MS/MS)和放射免疫法检测PCOS患者血样中固醇类激素的精准性，结果显示LC-MS/MS比放射免疫法更加稳定，PCOS女性雄激素水平更高且卵巢是PCOS患者雄激素过多的主要来源。脂质代谢组学研究发现，游离雄激素指数(FAI)<5的瘦型患者血液中总胆固醇、HDL-C水平高于FAI≥5的瘦型患者，FAI≥5的非瘦型患者和FAI<5的非瘦型患者的血脂谱没有差异^[42]。另外，还有研究发现，患有PCOS的成年女性在体重指数增加的情况下，瘦素和脂联素与雄激素表现出很强的相关性^[43]。总之，基于代谢组学的PCOS研究发现，高雄激素血症与类固醇代谢和脂代谢异常有关。