雌激素及其受體與阿爾茨海默病研究進展＊

熊明建 綜述，陳國俊審校

（重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經內科 400016）

目前，60 歲以上的殘疾中癡呆造成的比例達到11.2%，超過了中風，心血管疾病及癌癥［1］。2010年全世界癡呆人數為3650 萬，據估計到2050年將會增加到約1.2 億。阿爾茨海默病（alzheimer′s disease，AD）是一種與年齡相關的神經系統(tǒng)退行性疾病，約占癡呆的70%，是最常見的老年癡呆疾病。AD主要表現為進行性認知功能障礙和記憶力減退。其病理特征是β-淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）的沉積和神經纖維纏結，其病因尚未明確。研究發(fā)現絕經后女性AD的發(fā)病率明顯增加，提示雌激素可能與AD相關，動物和細胞實驗已經發(fā)現雌激素的神經保護作用，但很多臨床實驗卻發(fā)現雌激素治療沒有降低AD風險，這可能與雌激素受體（estrogen recepters，ERs）選擇性相關，本文就近年來有關雌激素及其受體與AD的研究進行綜述。

1 雌激素

雌激素的生理作用不局限于促進女性生殖系統(tǒng)的生長發(fā)育，在中樞及周圍神經系統(tǒng)中發(fā)揮著調節(jié)生長、發(fā)育、分化等重要作用，并參與認知障礙、焦慮、抑郁、神經保護及應激等病理生理過程［2-3］。雌激素作用分為依賴ERs 機制和不依賴ERs機制，依賴ERs 的機制又根據其是否調控基因轉錄而又分為基因組“genomic”和非基因組“nongenomic”兩種，基因組機制是雌激素通過ERs 結合后形成有活性的雌激素-受體復合物并轉移到細胞核與雌激素反應原件結合而調節(jié)基因的表達，而非基因組機制是雌激素與ERs 結合后通過信號通路實現其作用。不依賴ERs 機制主要通過調控酶活性或非性激素核受體發(fā)揮作用［4］。

2 ERs 與相關疾病

ERs 主要有ERα和ERβ，兩種受體在全身廣泛分布，也具有組織特異性，ERα主要分布在性腺器官，而ERβ主要分布在非性腺器官。在大腦中，兩種受體空間分布模式和表達水平不同，ERα主要分布在下丘腦和杏仁核，ERβ主要分布在海馬和內嗅皮質。在成熟、老年及疾病狀態(tài)下其本身的分布也會發(fā)生變化，如ERα從青春期相對較高的水平到妊娠期非常低的水平，然后哺乳期返回到高的水平，隨后的哺乳后期又急劇下降。在乳腺癌組織中，ERα表達明顯增高，ERβ的表達明顯降低，ERα促進乳腺細胞的增殖，ERβ存在抗增殖的作用并增強了他莫昔芬的抗腫瘤效應，ERβ 的存在提高乳腺癌患者存活率［5］。大腸黏膜上皮中以ERβ為主，ERβ的缺失引起了細胞的過度增殖和異常分化，ERβ是阻止結腸癌的重要靶點［6］。在心血管系統(tǒng)方面，兩種受體在血管內皮細胞、平滑肌細胞及心肌細胞均有表達，ERα 在介導血管內皮再生方面起主要作用［7］，而ERβ在降低外周血管阻力、對抗心肌肥厚、減少心肌梗死方面起了主要作用［8-10］。因此選擇性的ERs 激動劑可能是治療相關疾病更好的選擇。

3 雌激素治療A D機制及存在的問題

3.1 雌激素減少A D病理標記物 Aβ由β-淀粉樣蛋白前體（amyloid precursor protein，APP）產生，Aβ可聚集激活多種信號通路導致突觸變性、神經元丟失及認知功能的下降。tau 蛋白是微管相關蛋白，微管正常情況下維持細胞內物質的轉運，磷酸化的tau 蛋白結合微管能力下降并擾亂微管的組裝，AD中出現tau 異常過度磷酸化形成神經纖維纏結，最終引起神經元死亡［11］。有研究 表 明，16 周 左 右 的Tg2576和PS1轉 基 因鼠就可以觀察到Aβ的聚集，雙側卵巢切除后Aβ水平明顯高于對照組，雌激素處理阻斷了這種變化［12］。雌激素通過增加SAPP 的分泌，下調BACE的表達使Aβ生成減少。雌激素還使得Aβ清除因子表達上調。它增加轉甲狀腺素蛋白的水平，而轉甲狀腺素蛋白可以結合和隔絕Aβ并阻止Aβ聚集形成神經毒性斑塊，雌激素還增加小膠質細胞對Aβ的攝取。有實驗還觀察到雌激素通過調節(jié)tau 蛋白磷酸化過程中的激酶和磷酸酶水平而減少了tau 蛋白的磷酸化［13］。

3.2 雌激素抗氧化作用 線粒體是細胞能量代謝的主要場所，也是細胞調節(jié)氧化應激的中樞，線粒體氧化應激和活性氧的產生導致了老化，有證據表明AD病理產生與自由基形成和清除失衡相關，自由基的聚集會損傷細胞成分。因為自由基可攻擊蛋白質、DNA、RNA及多不飽和脂肪酸等從而引起一系列細胞氧化損害，如攻擊多不飽和脂肪酸則可引起膜結構損傷以及一些副產物的形成，這些副產物會抑制神經元存活的關鍵酶及引起tau 蛋白的改變［14］。AD及MCI 患者中可發(fā)現tau蛋白、DNA、RNA以及脂質氧化產物明顯升高。從大鼠大腦分離的線粒體和雌激素一起孵育，也可以觀察到的H2O2量減少，另外雌激素的雙酚A環(huán)還可以插入到線粒體膜避免氧化應激下的脂質過氧化。雌激素上調錳超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的表達，還可增加還原性谷胱甘肽并減少線粒體DNA的氧化損傷［15］，并通過促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）、G蛋白、CREB、PKC 等信號通路調節(jié)細胞的氧化還原狀態(tài)［16］。

3.3 雌激素抗炎作用 Aβ沉積及神經纖維纏結形成后，小膠質細胞等對其清除而引起慢性炎性反應，然而聚集的Aβ及炎癥介質共同造成神經元退變。有研究認為神經炎癥早于Aβ的沉積，慢性激活的神經膠質細胞通過釋放活性氧中間體、一氧化氮、蛋白水解酶、補體或興奮性氨基酸等殺傷附近的神經元［17］，同時Aβ可以誘導炎癥酶系統(tǒng)如一氧化氮合酶及環(huán)氧合酶Cox2 等，而炎癥介質和應激條件反過來上調β分泌酶及調節(jié)APP 進程等促進了Aβ的生成并抑制有神經保護作用的s APP 片段的形成，炎癥因子的持續(xù)表達也增加了t a u 蛋白的過度磷酸化，最終引起了神經元功能下降及死亡。流行病學顯示抗炎治療明顯減少了AD發(fā)生的風險［18］。脂多糖（LPS）注入腦室引起巨噬細胞／單核細胞趨化因子、巨噬細胞炎性蛋白-2 和TNF-α的m RNA上調，而雌激素處理后這些變化明顯受限，說明雌激素可以下調炎癥基因的表達。原代培養(yǎng)小膠質細胞和細胞系中雌激素通過降低小膠質細胞的吞噬活性、活性氧及其他炎癥級聯反應介質的方式減少了小膠質細胞的活性。

3.4 雌激素穩(wěn)定細胞內鈣濃度 AD是一種進行性的疾病，在明顯的神經細胞丟失之前就出現認知功能的顯著下降，記憶功能的下降先于大量的神經細胞丟失，鈣超載在其中起了重要作用。Lopez 等［19］發(fā)現3xTg-AD 轉基因小鼠神經元靜息鈣水平是非轉基因小鼠的兩倍，Kuchibhotla 等［20］也發(fā)現皮層Aβ沉積區(qū)的椎體神經元突觸和樹突棘鈣水平明顯高于其他區(qū)域，學習和記憶機制由鈣信號系統(tǒng)調控，高水平的鈣引起長時程增強（long-term potenitation，LTP）而低水平的鈣引起長時程抑制（long-term depresion，LTD），這兩者形成一種微妙的平衡，LTP 與記憶形成相關，而LTD與記憶擦除相關，鈣離子的輕微升高也會激發(fā)LTD的形成，鈣離子升高打破平衡使鈣信號重建，盡管LTP 過程存在還能形成記憶，但這種記憶迅速被LTD所移除，Aβ自身形成通道或通過激活鈣通道使得鈣離子增多而引起記憶障礙。另外過度的鈣負荷打開了線粒體的通透性轉換孔，并釋放出一系列細胞色素C等相關因子引起caspase 級聯反應而導致凋亡。細胞內鈣主要由細胞外進入和胞內細胞器釋放而構成，通過減少細胞外鈣進入或者細胞器釋放可以減少細胞死亡，雌激素減少Aβ本身形成的通道及阻斷NMDA受體和鈣通道等減少鈣離子進入胞內，如Nilsen 等［15］報道雌激素處理明顯減少了雌性大鼠海馬CA1 區(qū)椎體神經元L 型鈣離子通道電流（L-type calcium channel current，LTCC），同時鈣離子通道蛋白Cav1.2 的m RNA水平也下降。雌激素還增加線粒體鈣隔斷及肌漿網鈣回收等穩(wěn)定細胞內鈣水平。

3.5 雌激素調節(jié)膽堿能系統(tǒng) 大腦膽堿能神經元從基底前腦和內側隔區(qū)發(fā)出并支配皮層、海馬、嗅球和杏仁核，分泌的乙酰膽堿對學習、記憶和認知功能具有重大作用。乙酰膽堿減少以及受體密度的下降均可導致認知功能及學習記憶障礙，AD患者中膽堿能神經元大量丟失，乙酰膽堿水平及膽堿能受體密度下降。用于提高乙酰膽堿的藥物如膽堿酯酶抑制劑多奈哌齊也被批準用于使用并改善了AD患者的臨床癥狀。Saenz等［21］發(fā)現雙側卵巢切除的雌性大鼠膽堿能神經元樹突長度明顯下降，而雌激素處理后逆轉了這種變化，長時間的雌激素處理后海馬CA1區(qū)突觸前區(qū)囊泡數目增加。膽堿乙酰轉移酶（choline acetyltransferase，CHAT）是乙酰膽堿合成的關鍵酶，雙側卵巢切除引起CHAT的mRNA水平及蛋白表達下降，雌激素處理可以增加膽堿能神經元CHAT的表達和活性，增高海馬乙酰膽堿水平。

3.6 雌激素治療存在的問題 動物及細胞實驗中雌激素治療減少了AD的病理標記物，且有抗炎、抗氧化、穩(wěn)定細胞內鈣水平及調節(jié)膽堿能系統(tǒng)等作用并最終改善了了認知功能和學習記憶能力。但很多臨床試驗認為雌激素的治療沒有降低AD的發(fā)病風險或者不能改善認知功能障礙［22-23］，在目前為止最為詳盡的臨床評價試驗-婦女健康啟動記憶研究實驗（women′s health initiative memory study，WHIMS）也發(fā)現雌激素治療沒有降低AD發(fā)生風險［24］，甚至增加中風及乳腺癌風險。這與在動物和細胞實驗中雌激素具有腦保護作用的結果相反，可能有如下幾種原因。（1）雌激素劑量：有研究提示超生理劑量才具有神經保護作用［25-26］，而臨床實驗中給與的劑量一般是生理劑量，劑量是否達到腦保護作用不得而知。（2）治療時間：去卵巢的大鼠立即給與雌激素處理提高了水迷宮實驗的空間記憶能力，但如果在5 個月后給與雌激素處理則這種作用消失，說明長時間低水平的雌激素使得大腦對雌激素治療失去了反應。在WHIMS 實驗中雌激素的治療在更年期后幾年，因此未能體現它的認知功能保護作用。（3）雌激素只能預防而不是治療AD：發(fā)現在培養(yǎng)小膠質細胞中，雌激素只有在炎性反應發(fā)生前加入才具有抗炎效應，一旦小膠質細胞被激活，雌激素就失去了調節(jié)炎性反應的作用［27］，因此雌激素沒能體現出治療效應。（4）雌激素受體選擇性：ERα主要是促進乳腺、子宮成熟以及維持代謝和骨骼系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，而ERβ對中樞神經系統(tǒng)有顯著的影響。通常情況下ERα 具有更高的活性，可能會對ERβ的效應起到壓制作用，使得ERβ的腦保護作用未能得到體現［28］。

4 選擇性ERs 激動劑在AD治療中的潛在價值

ERs 選擇性可能是雌激素臨床治療中未能發(fā)揮腦保護作用并產生不良反應的最重要原因。胰島素降解酶（insulin-degrading enzyme，IDE）具有降解Aβ的活性，AD模型中隨年齡增長而下降的IDE 表達水平與海馬Aβ的聚集和斑塊伴隨出現，雌激素處理明顯增加IDE的表達并減少了Aβ的沉積，而這種作用是通過ERβ而不是ERα［29］，女性AD患者大腦線粒體功能障礙與ERβ的損傷相關［30］。Zhao 等［31］也發(fā)現ERβ變異與唐氏綜合征女性患AD風險增加相關。ERα對于細胞的增殖起主要作用，特別是在乳腺和子宮等生殖系統(tǒng)。盡管有文獻報道ERα和ERβ可能都通過增加s APP 途徑減少了Aβ的產生，但更多文獻認為是ERβ介導了Aβ的降解及神經保護作用，并且對乳腺和子宮沒有激動作用。ERα的主導作用不僅增加了乳腺癌及子宮內膜癌的發(fā)病率，還使得ERβ介導的神經保護作用被掩蓋。實驗認為超生理劑量的雌激素才具有保護作用，可能因此時充分激動ERβ使其保護效應得以充分體現。由于ERα的存在，ERβ介導的神經保護作用較弱，在疾病早期給予雌激素處理，其經ERβ介導的保護作用尚可以對抗較少的AD病理產物以及較輕的病理級聯反應，但在后期隨著病理產物的逐漸堆積以及病理級聯反應的擴大而不能完全對抗相關破壞作用，這也可以解釋雌激素早期治療有效而在后期無效的問題。ERβ是更有效和更安全的靶點，選擇性ERβ激動劑只激動ERβ，其介導的神經保護作用將可以得以充分體現，同時又能減少雌激素治療引起的乳腺癌等相關疾病。這對于AD的治療具有重要意義。

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