雌激素的神經保護機制

胡佳麗（綜述），高霄飛（審校）

（1.第二軍醫大學臨床醫學八年制2005級，上海 200433;2.第二軍醫大學神經生物學教研室，上海 200433）

1923 年Allen Doisy Bioassy發現了一類十八碳固醇激素，命名為雌激素。雌激素是由卵巢、睪丸、胎盤或腎上腺皮質所產生，其不僅有促進和維持女性生殖器官和第二性征的生理作用，并對內分泌系統、機體的代謝、骨骼的生長和成熟、皮膚等各方面均有明顯的影響。近10年來雌激素相關研究向多個方向發展，包括大腦神經系統、心血管系統等多個方面。尤其是雌激素在中樞神經系統方面的研究引起了人們的重視。大量的實驗研究表明，雌激素有多方面的神經保護作用，如減輕缺血/再灌注損傷、降低興奮性氨基酸的釋放、減少自由基的形成、減輕腦缺血區腦灌注量的減少、改善記憶功能等。目前認為，雌激素神經保護作用的途徑主要有以下三個方面:①雌激素通過與其核型受體結合發揮作用;②雌激素激活膜型雌激素受體，從而介導第二信使途徑;③雌激素直接介導抗氧化作用。在此就以上三個方面對雌激素神經保護機制的研究進展予以綜述。

1 直接基因組作用

1.1 雌激素核型受體 雌激素核型受體包括兩個亞型:雌激素受體（estrogen receptor，ER）α和β。ER是甾體類激素受體，屬于核受體超家族成員，有著共同的分子結構（圖1）:N末端A/B區，包含激素依賴的轉錄激活區1（ligand dependent activation function 1，AF-1），此區的基因序列和長度變化最大;C區，由兩個鋅指蛋白組成，與特異DNA結合，以達到轉錄靶基因的目的，ERα和ERβ在此區的氨基酸同源性達到97%;D區，核易位信號的關鍵結構域;E/F區，稱為配體結合域，與雌激素的結合有關。同時該區還含有一個激素依賴的轉錄激活功能區2（ligand dependent activation function 2，AF-2）。ERα 和ERβ在E區的氨基酸同源性為 59%［1］。

1.2 經典的直接基因組作用 有許多研究者證實了ERα在神經保護方面具有重要的作用，而對于ERβ的研究也在進行之中，如，Wang等［2］的研究證明，ERβ基因剔除的小鼠其大腦皮質中星形膠質細胞的增殖顯著減少，并且2年之后其大腦明顯較正常小鼠小。在直接基因組機制中，雌激素通過以下步驟發揮其神經保護作用（圖2）:雌激素與ERs結合可使ERs從其與熱休克蛋白形成的抑制性復合體中釋放出來，引起ERs同源二聚化，然后入核。隨之，ERs與目的基因增強子區的一個回文序列——雌激素反應元件（estrogen response element，ERE）結合，最終形成一個輔助性的調節復合體，作用于轉錄模板，引起轉錄的激活或抑制。通過這種作用途徑，雌激素可以發揮以下三大作用:①調節結構基因的表達。雌激素可以增加微管相關蛋白的表達促進微管蛋白的聚合以及增加微管的穩定性［3］。微管是神經元骨架的重要成分，參與細胞收縮、偽足運動和胞內運輸。正常的微管組裝及其動力學可維持中樞神經功能的穩定，微管聚合作用下降可導致腦功能損傷。②對抗凋亡基因的表達。Bcl-2和Bcl-xL是凋亡的抑制因子，而Bax、Bcl-xL/Bcl-2相關促凋亡基因（Bcl-xL/Bcl-2 associated death promotor，Bad）、Bcl-xS是凋亡的增強因子。有研究表明，在海馬神經元培養基中加入 β淀粉樣蛋白 B（β-amyloid protein B，Aβ）25～35片段，發現雌激素預處理組的存活神經元數量明顯多于對照組，抗凋亡蛋白Bcl-xL水平顯著升高，Aβ引起肌動蛋白-酶介導的神經絲蛋白降解產物的降解明顯抑制，這表明雌激素可能通過上調Bcl-xL的表達來對抗Aβ的致凋亡作用［4］。另外，Dubal等［5］在動物腦缺血模型中還發現，雌激素能明顯減輕腦缺血引起的抗凋亡蛋白Bcl-2表達減少，同時觀察到ERβ/ERα比例的升高及ERβ mRNA表達的增加。由此可以得出，雌激素與胞質中的受體特別是與β亞單位結合成為復合物后，提高Bcl-xL/Bcl-2家族的轉錄水平，促進神經細胞的生存。③可以增加神經生長因子及其受體的表達。神經生長因子通過與其特定受體TrkA或者低親和力的神經營養素受體 p75（p75 neurotrophin receptor，p75NTR）作用進行信號轉導。有實驗發現，在神經生長因子和雌激素同時存在時，TrkA mRNA的表達顯著增加。同樣的，腦源性神經營養因子通過與其特定受體TrkB或者低親和力受體p75NTR作用進行信號轉導。研究發現，腦源性神經營養因子的水平隨著雌激素周期而變化，卵巢切除的雌性大鼠其海馬和皮質的腦源性神經營養因子mRNA的水平也下降［6］。這些都提示雌激素可以增加神經生長因子及其受體的表達，從而對神經元起到保護作用。

但是，仍然有許多無法用經典基因組機制解釋的現象存在:①胞內鈣離子濃度增高會引起氧化應激和脂類過氧化，導致神經元死亡。雌激素可以快速降低鈣內流的速度，而經典的基因機制作用于基因轉錄水平，其速度較慢。②使用核型雌激素受體拮抗劑后，依然能觀察到雌激素發揮其神經保護作用，表明雌激素的作用不受雌激素核型受體拮抗劑的影響。③在mRNA和蛋白合成抑制劑存在的條件下，雌激素依然有神經細胞保護作用。這些現象表明，雌激素發揮其神經保護作用不僅僅是通過經典直接基因組機制，必定還存在其他途徑。

圖1 ER結構示意圖［1］

圖2 經典的基因組機制示意圖［7］

2 間接基因組作用

2.1 膜型受體（membrane estrogen receptor，mER）1977年Pietras和 Szego首次發現質膜上有種能對17-β雌二醇起快速反應的物質，由此提出了mER這一新概念。但直至今日，對于mER的具體結構還存在許多爭議。目前，主要有以下幾種觀點:①1980年和1999 年，Sadler等［8］和Razandi等［9］先后在膜表面發現ERα及ERβ也有表達。因此認為，ERα和ERβ不僅可以作為雌激素的核型受體，還能作為膜型受體。在海馬神經元，雌激素與膜ERα結合后，激活代謝型谷氨酸受體，繼而使有絲分裂原蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）依賴的 cAMP 反應元件結合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）磷酸化，從而引起一系列反應。②1999年，Rarandi等［9］提出一種觀點，認為mER是經典ER的變異體。③Toran-Allerand等［10］提出了第三種膜相關受體ER-X。雌激素與ER-X結合，誘導細胞外信號調節激酶1（extracellular signal-regulated kinase 1，ERK1）和細胞外信號調節激酶2（extracellular signalregulated kinase 2，ERK2）的蘇氨酸磷酸化，但雌激素的這種誘導作用不能被ER拮抗劑氟維司群（fulvestrant，ICI182，780）所拮抗，因此認為ER-X是一種ICI不敏感的 ER［11］。Toran-Allerand曾討論ER是否是由熱休克蛋白900、各種信號激酶甚至淀粉樣前體蛋白組成的多分子復合物。④最近的研究認為，mER是一種 G蛋白耦聯的受體，而且認為該受體為GPR30。雖然對于GPR30位于細胞膜還是內質網存在爭論，但證實GPR30能介導快速信號轉導途徑，也能調控基因轉錄［12］。實驗表明，雖然雌激素介導的磷脂酰肌醇3激酶（phosphonionsitid-3 kinase，PI3K）途徑能被ERα所介導，但此途徑也能由GPR30所介導。在某些情況下，ERα和GRP30都是必需的，但當ERα缺乏時，GPR30能替代ERα介導雌激素依賴的效應。在另外一些情況下，GPR30是ERα的拮抗劑。⑤還有一種觀點認為mER是STX-結合蛋白，此蛋白通過減少促性腺激素釋放激素神經元上β-內啡肽和氨酪酸突觸，導致興奮性降低，從而調控促性腺激素釋放激素的分泌［13］。關于mER的真實結構存在不小的分歧，需要人們進一步去探索。

2.2 快速信號轉導機制

2.2.1 ERK/MAPK和CREB 雌激素可通過ERK/MAPK信號通路發揮重要作用。雌激素結合膜受體，通過下游分子 Src、Ras、Raf、Mek級聯快速激活ERK。MAPK被激活后，引起CREB磷酸化，從而引起基因表達的改變。例如，MAPK激活后使蛋白激酶C活化，繼而通過佛波醇使得分泌型淀粉樣前體蛋白α的含量增加，從而導致Aβ生成的減少。除此之外，MAPK還是糖原合成激酶3β的抑制劑。MAPK可以使糖原合成激酶3β的第九位的絲氨酸殘基磷酸化，從而抑制其活性，促使分泌型淀粉樣前體蛋白生成增加［14］。Aβ具有神經毒作用，能誘導神經元的死亡、胞內鈣超載、自由基產生等。Aβ的沉積能誘發和加重阿爾茨海默病。雌激素可通過ERK/MAPK信號通路減少Aβ的沉積，起到神經保護作用。

除了ERK/MAPK途徑外，人們還發現在雌激素神經保護過程中絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶（serine/threonine kinase，Akt）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB）途徑也發揮了重要作用。

2.2.2 PI3K/Akt 研究認為，腦缺血后與細胞凋亡有關的信號轉導通路主要為MAPK和PI3K/Akt信號通路。目前認為信號通路在細胞凋亡過程中有雙重的作用，而PI3K/Akt信號通路是重要的細胞存活信號通路。王志敏等［15］研究發現，在缺血/再灌注大鼠模型中，PI3K/Akt信號通路參與了腦缺血的病理過程且與腦缺血損傷程度有關。Akt活化后能經多種途徑發揮神經保護作用，其機制主要有:①通過直接或間接影響CREB發揮細胞存活調控作用。Pugazhenthi等［16］證實，雌激素通過激活 Akt/PKB 途徑，從而使CREB磷酸化，最終增加Bcl-2的表達，起到神經保護的作用。同時，CREB還能提高腦源性神經營養因子的表達。②促使凋亡相關因子，如caspase-9、Bad磷酸化而失活，抑制其促凋亡作用。在中腦神經元中，雌激素能使Akt磷酸化，繼而下調caspase-9及 Bad的表達，起到神經保護作用［17］。③抑制糖原合成酶激酶3的活性，使糖原合成酶激酶3失活而阻止凋亡發生［18］。④調控轉錄因子家族核因子κB，從而提高抗凋亡蛋白Bcl-xL和Bcl-2的表達［19］。

3 抗氧化作用

多種因素（如谷氨酸、過氧化氫、淀粉樣蛋白等）均可引起氧化應激，使生物膜結構中不飽和脂肪酸發生脂質過氧化反應，磷脂被降解，膜結構變性失能，由此引起細胞死亡。許多研究認為，雌激素能通過對抗氧化作用來實現神經保護。Behl［20］在用β淀粉樣蛋白、谷氨酸、過氧化氫處理的大鼠神經細胞培養液中加入雌激素，以觀察其對氧化應激誘導的神經細胞死亡的保護作用。結果發現，雌激素及一些雌激素誘導劑均可阻止過氧化物的積聚，從而保護神經細胞免受上述物質的損害。Behl等［21］進一步證實，這種雌激素的抗氧化效應不能被雌激素受體拮抗劑三苯氧胺所阻斷，抗氧化特性與雌激素受體及甾體結構無關，而在于分子A鏈C3位羥基，既通過結構-活性關系實現抗氧化作用。此外，雌激素的代謝產物兒茶酚雌激素也具有很強的抗氧化活性作用。雌激素還可促進超氧歧化酶的表達及激活，而超氧歧化酶是體內重要的抗氧化酶。

4 展望

雌激素通過多種方式發揮其神經保護的作用。它能抵抗細胞凋亡，增加神經生長因子及其受體的表達、抗氧化、抗炎癥等，對阿爾茨海默病、帕金森病、腦膜瘤、多發性硬化、自身免疫性脊髓炎等神經系統疾病的治療提供了新的方法［22］。但是，在雌激素展示其強大功能的同時，尚有許多問題需要解決。不同雌激素受體分子機制有何差異及如何互相作用、是否還有未發現的雌激素作用機制等，這些問題都有待進一步研究。

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