中樞神經系統中雌激素的研究進展

張文麗 唐 慧 張 瑞 朱 瑩 秦麗娟 王瑞敏 王智惠

(華北理工大學 國家科技部老年醫學國際科技合作基地，河北 唐山 063000)

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中樞神經系統中雌激素的研究進展

張文麗 唐 慧 張 瑞 朱 瑩 秦麗娟 王瑞敏 王智惠

(華北理工大學 國家科技部老年醫學國際科技合作基地，河北 唐山 063000)

雌激素;雌激素受體；中樞神經保護

雌激素分布于身體內的多個器官組織中，調節著機體內環境的穩定，可以通過神經內分泌的反饋作用調節生長發育、生殖等重要的人體生理功能。在中樞神經系統中雌激素可以通過血腦屏障集于腦組織中的不同部位，作為中樞神經遞質之一，發揮神經系統保護作用和增強認知功能等〔1,2〕。在臨床疾病的治療中，雌激素可以降低或延緩神經變性疾病，如延遲阿爾茲海默病、帕金森病以及腦缺血、腦中風等疾病的發病率或改善其預后〔3～5〕，但其確切機制還不清楚。近年來，研究者發現，雌激素除了核受體以外，胞膜上也存在雌激素受體，核受體ER-α和ER-β、G蛋白偶聯受體家族的GPR30和GAq-ER等〔6,7〕，這些受體對雌激素反應途徑具有重要的調節作用，影響著神經系統的各種功能,引起了人們廣泛的關注。

1 雌激素的分布及作用

雌激素主要源于卵巢和腎上腺皮質,血液中的雌激素約5%處于游離狀態，具有生物活性，但大部分雌激素能夠與特異蛋白結合，共同調節機體各種生理機能及新陳代謝過程。機體內的雌激素主要有17β-雌二醇(E2)、雌三醇、雌酮三種,其中雌二醇作用最強,雌三醇僅有部分作用。腦內雌激素由中樞神經系統和外周神經系統的神經元和膠質細胞合成，部分雌激素能透過血腦屏障，并聚集在腦組織的不同部位，如皮質及海馬區、下丘腦等；也能以睪酮甚至膽固醇等為原料,在腦局部原位合成雌激素。神經組織中的雌激素作為一種神經營養因子，生理劑量的雌激素能誘導突觸形成，能促進星狀膠質細胞發育，調節N-甲基D-天冬氨酸(NMDA)受體、r-氨基丁酸等受體的表達。還可通過神經營養因子之間的相互對話和信號轉導途徑,激活大腦神經信號通路；抑制細胞膜磷脂的過度氧化和氧化應激所引起的大腦神經元變性，抑制神經元的凋亡。臨床研究表明,雌激素能通過神經內分泌的反饋作用調節內環境穩定，能夠改善神經傳遞和認知的功能，改善缺血區神經元的能量代謝和蛋白合成。促進腦內神經細胞軸突和樹突的生長,建立和維持突觸的功能〔8,9〕。血清雌激素可以提高女性認知功能及記憶能力。絕經后女性卵巢雌二醇分泌量很少，臨床上使用雌激素替代療法可以明顯緩解絕經期癥狀，降低腦缺血性疾病的發作〔10,11〕。在中樞神經系統疾病中，雌激素通過不同途徑抑制鈣通道的開放及細胞骨架的破壞，還可以增加腦組織中小膠質細胞對β-淀粉樣蛋白的清除，保護紋狀體多巴胺能神經元，抑制氧化應激及興奮性氨基酸等引起的毒性。

2 雌激素核受體ER-α和ER-β

中樞神經系統雌激素可以調節神經營養因子及其受體的表達。不僅直接作用于神經元發揮保護作用，還可通過經典的受體依賴機制介導，經過擴散進入細胞或通過細胞內原位合成,與核內的ER結合,還可依非受體的依賴機制作用于腦組織中的血管內皮細胞、星形膠質細胞及小膠質細胞，間接發揮神經保護作用。經典的核受體有ER-α和ER-β,它們主要位于細胞核內,但也有少部分位于細胞膜或胞質的膜性結構,如海馬錐體細胞的胞膜等。兩種受體發揮作用的方式為雌激素與雌激素受體在細胞核結合形成二聚體，再結合位于目標基因啟動子的雌激素反應元件，主要通過此經典途徑發揮調節作用。在觀察核受體ER-α時發現，在大鼠海馬區神經元內，ER-α除了分布于細胞核和胞質及胞膜、突觸后膜的致密部，還有無髓鞘的軸突及軸突末端也存在ER-α，進一步定位發現約有25%的ER-α在神經元的樹突脊，與多聚核糖體等相關聯，提示雌激素通過膜受體快速激活細胞內信號轉導途徑，ER-α可能與原位蛋白的合成、突觸形成、鈣離子濃度調節有關〔12〕。在體外試驗中用GFP標記的人ER-α轉染的大鼠腦皮質神經元中發現，ER-α定位于皮質神經元的棘突上，而胞膜上ER-α并非核內受體轉位至胞膜而是由核內直接合成。在大鼠海馬區，ER-β同ER-α一樣均位于胞核和胞質以及樹突脊、軸突以及軸突末端，核雌激素受體是調節雌激素復合物功能的轉錄因子，ER-β可能也參與調節中樞神經中雌激素快速信號通路〔13〕。研究發現,雌激素通過雌激素合成酶及雌激素ER-β受體對早期神經干細胞及其分化后的細胞具有調節作用〔14〕。

雌激素可以通過ER調節核轉錄結合、特殊效應原件和目的基因表達進行其調控。根據雌性小鼠神經內分泌以及生殖功能的特點，實驗利用ERα基因突變小鼠進行研究〔15〕，使這種小鼠在ERα無效環境下進行繁殖，發現該小鼠有自發排卵，但發情周期以及性激素的正反饋作用均消失，雌激素的快速調節作用是通過與細胞膜ERα結合而產生，提示雌激素非基因途徑對于神經內分泌的負反饋調節起一定的作用，調控細胞的生理功能。各種雌激素受體功能各異,發現敲除ER-α基因導致不育,蛋白激酶活性降低，而敲除ER-B基因導致生育低下，影響學習和記憶行為、長時程增強效應(LTP)及突觸強度〔16〕。

3 雌激素膜受體GPR30

對于膜性雌激素受體,GPR30是一種具有七次穿膜結構的G-蛋白偶聯受體，是介導非經典途徑的膜雌激素受體之一。不同的文獻報道它位于細胞膜、內質網、線粒體及高爾基復合體等，在雌激素信號通路中發揮作用〔17〕。在內質網中的主要功能涉及碳水化合物的加工，二硫鍵的轉換以及蛋白水解過程。在細胞的生長調節,增殖和凋亡中發揮一定作用。通過電鏡免疫標記觀察發現GPR30分布于神經元的細胞膜和內質網。Pedram等〔18〕在SKBR3乳腺癌細胞中敲除GPR30基因，發現GPR30不影響雌激素信號通路對ERK、cAMP、PI3、鈣離子的調節，但ER-α基因敲除后，上述作用均被抑制。GPR30通過酶和細胞膜離子通道相關的膜雌激素受體激活信號途徑，在培養的下丘腦神經元中發現，適當加入GPR30的選擇性抑制劑G-1，能增加細胞內鈣離子的濃度。經典的膜受體ER-α或ER-β可能通過某種機制與受體GPR30一起協同調節雌激素快速信號通路，調節神經內分泌過程和能量代謝。雌激素通過GPR30介導的非基因組效應，促進活化蛋白激酶通路,保護神經元，抑制細胞凋亡具有一定意義。

4 雌激素及受體對谷氨酸導致的神經細胞損傷保護作用

谷氨酸是腦內含量最豐富的興奮性神經遞質,但過多谷氨酸受體的激活會產生興奮性毒性，導致中樞神經系統神經細胞的凋亡和壞死。多項研究發現，雌激素可通過調控L型鈣離子通道、抑制鈣內流，增加線粒體內鈣離子螯合,增強Bcl-2等表達，減輕谷氨酸毒性誘導的細胞死亡，抑制NMDA 受體及受體介導的動作電位,對抗興奮性氨基酸毒性。Zhang等〔19〕對小鼠腦缺血后處理進行了觀察,發現小鼠神經細胞死亡速度下降,推測谷氨酸的表達上調可能對小鼠腦缺血后的神經細胞起著重要保護作用。研究發現，雌激素刺激海馬神經元培養細胞的谷氨酸鹽性突觸蛋白的形成，主要是通過ER-α依賴性機制介導進行的〔20〕。Bryant等〔21〕通過分離不同性別的小鼠大腦皮質神經細胞，建立了谷氨酸誘導的神經損傷模型，在雌、雄小鼠神經細胞的培養物中均可檢測到ER-α和ER-β的表達,對雌鼠用雌激素進行預處理24 h實驗后發現,對雌鼠神經細胞谷氨酸毒性損傷有一定的保護作用，而運用ER-α激動劑后發現，ER-α對雌鼠皮質神經保護發揮了重要的作用,而ER-α激動劑對雌、雄鼠神經細胞都只有較小程度的保護作用,提示培養物中ER-α和ER-β的表達與雌激素對谷氨酸誘導神經細胞損傷的保護作用之間有密切關系。

5 雌激素對腦缺血再灌注損傷的作用

腦缺血再灌注損傷時,線粒體功能紊亂,線粒體內鈣離子外流。雌激素可促進線粒體ATP合成、抑制線粒體凋亡因子，減少ROS生成、抗氧化和調節線粒體的穩態，減輕腦缺血再灌注損傷。雌激素及其衍生物作為體內氧自由基的清道夫,在神經保護中發揮著一定作用。雌激素預處理顯著減少大腦皮層和海馬CA1區氧自由基,摘除雙側卵巢后SD大鼠，應用外源性雌二醇治療4周后免疫組織化學超敏SP 法檢測大腦皮質和海馬中Bcl-2 和Bax 蛋白表達的變化，表明雌激素能夠不同程度的上調大腦皮質和海馬中Bcl-2 蛋白的表達,下調Bax 蛋白的表達,從而對大腦皮質及海馬神經元具有保護作用〔22〕。在對血管性癡呆雄性大鼠腹腔注射雌二醇30次，應用Y型迷宮試驗檢測大鼠學習記憶能力，雌激素組認知能力改善〔23〕。大量研究表明,在腦缺血再灌注損傷時,鈣離子超載是導致細胞死亡的共同通路，因此降低胞內鈣離子濃度作為腦缺血神經保護的關鍵環節有重要的意義。Calpain可通過線粒體途徑誘發神經細胞壞死和凋亡,雌激素可降低中性蛋白酶Calpain活性，抑制小膠質細胞的激活減輕炎癥損傷。在IL-1P所致腦血管炎癥反應中發現〔24〕,雌激素可以減少環氧合酶-2的生成，抑制小膠質細胞向炎癥區的遷移。在永久性大腦中動脈栓塞(MCAO)模型中,發現雌激素降低缺血區和血清IL-6水平,在卵巢切除后立即予雌激素治療，降低了缺血中心區和周圍區的促炎癥因子；而在卵巢切除后10 w及5個月后運用雌激素治療，促炎癥因子的表達反而增加，這說明長時間的缺乏雌激素，喪失了神經保護和抗炎作用〔25〕。有報道給予生理劑量雌激素長期治療，可減輕雄性大鼠、沙土鼠去卵巢大鼠的腦缺血后海馬區神經元損傷，但長期缺乏后再補充高濃度雌激素反而加重腦損傷〔26〕。雌激素對缺血后神經元及內皮細胞均有保護作用，減輕大鼠腦缺血再灌注引起的皮層損傷，拮抗大鼠腦缺血后的神經細胞凋亡，改善缺血區神經元的能量代謝和蛋白合成。

6 總 結

雌激素作為機體自身合成分泌的一種激素,它的作用除了生殖功能外，在中樞系統中也可影響神經的結構和功能，影響行為認知能力，減輕腦缺血性損傷，是一種重要的信號調節分子。雌激素可以降低或延緩神經變性疾病，可通過減少氧自由基生成、抑制鈣離子內流、抑制炎癥反應等機制保護神經細胞。雌激素對谷氨酸導致的神經細胞損傷及腦缺血再灌注損傷有一定的保護作用，還可降低老年性癡呆的發病率。然而對于雌激素替代治療爭議很多,雖然運用ERα和ERβ基因敲除動物模型，可以明確經典受體對快速通路的調節作用，但在不同腦區膜受體表達也有一定差異，快速通路的生理意義、生理機制也各不相同，膜受體調節雌激素快速通路的具體機制還不十分清楚。所以了解雌激素及其受體在中樞神經系統的作用，從而更好地為雌激素反應性疾病的基礎和臨床研究以及雌激素藥物開發提供有利的理論依據。

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〔2015-12-19修回〕

(編輯 李相軍)

國家自然科學基金資助課題(30970664，31171354);唐山市科技局項目(13130293z);國家科技部老年醫學國際科技合作基地項目(14160201B);唐山市老年醫學重點實驗室項目(14140221B)

張文麗(1974-)，女，高級實驗師，主要從事老年相關疾病研究。

R743

A

1005-9202(2016)20-5184-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.20.122