雌激素对组织肾素-血管紧张素系统介导的相关疾病的影响*
2013-01-25张方怡刁腾月
张方怡, 刁腾月, 潘 海, 张 岩
(上海理工大学系统生物医学研究中心,上海200093)
肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system,RAS)是一个激素系统,当大量失血或血压下降时,这个系统会被启动,用以协调体内的长期血压与细胞外液量(体液平衡)。主要的RAS组分包括肾素(renin)、血管紧张素原(angiotensinogen,AGT)、血管紧张素I(angiotensin I,Ang I)和血管紧张素II(Ang II)。AGT不断地由肝脏释放入血,肾素由肾小球入球动脉的球旁细胞分泌,分解AGT生成10肽物质Ang I。位于血管和肺部内皮细胞上的血管紧张素转化酶(angiotensin-converting enzyme,ACE)分解Ang I的C末端2个氨基酸,生成含8肽的Ang II,其中Ang II是主要活性物质,进而通过与其1型受体(AT1R)和2型受体(AT2R)结合,介导一系列生理、病理反应[1]。RAS还广泛分布在各组织和器官,包括心、脑、肝、肾、血管、脂肪、骨髓等组织中[2-4],组织RAS发挥自分泌、旁分泌和局部激素作用。RAS在心脑血管病[5]、糖尿病[6]、神经系统疾病[7-8]和炎症免疫性疾病[9]中都具有重要的病理生理作用,是人体内多种疾病防治的调节系统和靶分子的作用部位。
心血管疾病是女性头号杀手,死亡率超过所有类型的癌症[10]。相对同年龄的绝经后妇女和男性而言,年轻女性冠心病的发病率也升高[11]。研究表明,雌激素对组织RAS具有调控作用。例如,动物去卵巢后,血浆中AGT的浓度降低,生理水平的雌激素替代治疗可以阻止AGT浓度的下降[12]。此外,去卵巢可以增加动脉中AT1R的表达,而生理剂量的雌激素可抑制这种趋势;对去卵巢大鼠给予生理剂量的雌激素治疗,可以降低肾上腺皮质和脑部穹窿的AT1R与配体的亲和性,而给予高剂量的雌激素会导致血浆、动脉和肾脏中ACE活性降低[13]。基于此,本文综述了雌激素对组织RAS的调控作用,为明晰各组织疾病的病理机制、开展有效防治工作、乃至药物研发提供一个崭新的角度。
1 雌激素对心血管RAS的作用
1.1 雌激素对心脏RAS的作用 在Xu等[14]的研究中发现,去卵巢大鼠左心室AT1R蛋白水平升高,而高剂量雌二醇(E2,125μg/d)治疗后则下降。Fabris等[15]在实验中发现,雌二醇通过下调自发性高血压大鼠心肌ACE和AT1R表达而抑制心肌细胞凋亡。同样,Dean等[13]也发现去卵巢后,大鼠左、右心室ACE活性增加,AT1R结合力增强,这表明E2具有潜在的抑制心脏RAS活性、减少Ang II生成的作用。
雌激素及其代谢物可以降低RAS组分renin、ACE和AT1R的表达水平,在基因和非基因水平上通过不同途径抑制心肌肥厚,促进成纤维细胞的增殖。
1.2 雌激素对动脉血管RAS的作用 研究显示,雌激素可调控动脉AT1R的表达。小鼠去卵巢5周后,动脉AT1R的mRNA含量和结合密度分别提高87%和60%,雌激素治疗则逆转这种变化[16]。Yung等[17]在研究雌激素缺乏引起的内皮功能障碍是否与RAS有关时,通过免疫印迹和免疫组织化学的方法发现,相对于假手术组,去卵巢大鼠动脉中ACE表达显著升高,而在ACE抑制剂(ACEI,依那普利)治疗组、血管紧张素II受体拮抗剂(ARB,缬沙坦)治疗组中,ACE表达恢复正常;免疫组织化学检测结果显示,去卵巢大鼠主动脉血管中Ang II阳性细胞数显著增加,依那普利降低Ang II表达;去卵巢组主动脉AT1R蛋白表达显著升高,缬沙坦可降低其表达。通过培养胸主动脉血管平滑肌细胞的体外实验研究,也发现1μmol/L雌激素可以减少AT1R mRNA表达量 46%[18]。
为了研究性别差异对RAS调控血压的影响,Sampson等[19]对雄鼠和雌鼠阶段性注射Ang II,检测动物血流动力学反应和Ang II受体亚型的表达水平。结果显示,在高剂量 Ang II(400 ng·kg-1·min-1,皮下注射)作用下,相对于雌鼠的血压升高(24 mmHg±8 mmHg),雄鼠血压升高的更加显著(42 mmHg±5 mmHg);低剂量的 Ang II(50 ng·kg-1·min-1,皮下注射)处理,降低了雌鼠动脉血压(11 mmHg±4 mmHg),而对于雄鼠血压没有影响,雌鼠血压的下降可以被AT2R阻滞剂抑制。雌鼠左心室中AT2R的基因表达水平显著高于雄鼠,而Ang II的注射会明显降低雌鼠左心室AT2R mRNA表达[20-22]。由此可见,左心室AT2R的表达具有性别差异,而雌激素调控血压的作用,主要与AT2R介导的信号通路有关。
长期低剂量注射Ang II可以通过AT2R介导的调节机制降低雌鼠血压,为了验证AT2R介导的降压机制是否是雌激素依赖的,将雌性大鼠分为6组[23]:假手术组注射生理盐水或者Ang II(50 ng·kg-1·min-1)、去卵巢组注射生理盐水或Ang II、去卵巢后E2替代治疗组以及去卵巢后同时E2替代治疗和注射Ang II,测定结果表明,注射Ang II的假手术组雌鼠平均动脉血压显著降低(-10 mmHg±2 mmHg),去卵巢后降压反应被抑制(+4 mmHg±2 mmHg),而雌激素替代治疗后血压降低(-6 mmHg±2 mm-Hg)。因此,雌激素可以改变RAS对血管舒张的平衡调节,消除由Ang II引起的血管加压行为。雌激素的该作用被应用于临床对绝经后妇女高血压的控制。
2 雌激素对肾脏RAS的作用
慢性肾脏疾病的进展存在性别差异,男性患者较女性患者更易出现肾功能不全,并更易发展到终末期肾病[24-25]。在终末期肾病中,女性患者的比例在绝经后急剧升高。研究显示,这些差异可能与肾脏RAS表达的性别差异以及雌激素对肾RAS的调控有关。动物实验表明,肾脏中AT2R和ACE2的表达水平在雌鼠中显著高于雄鼠[18,26]。通过卵巢切除和雌激素替代的实验研究,显示雌激素可上调肾脏AT2R mRNA及其蛋白表达水平。在对自发性高血压大鼠的研究中也发现了相类似的结果[27]。
另外,Ang II的注射不影响肾脏AT2R mRNA表达,而经高剂量注射Ang II后,雌性动物肾脏ACE2mRNA表达量高于雄性。Wistar大鼠去卵巢后2周和5周,肾脏中ACE含量提高40% ~75%,生理剂量E2治疗能够抑制ACE水平提高,超生理剂量E2处理2周后,可降低去卵巢大鼠肾脏ACE活性[13]。同样,研究也发现,去卵巢动物经超生理剂量E2处理3周后,肾脏ACE表达水平及其活性降低30%;去卵巢5周后,肾脏髓质和皮质AT1R丰度均升高,这种病理反应被生理剂量E2抑制,而超生理剂量E2显著降低AT1R水平[28]。
Ang II通过2种受体亚型AT1R及AT2R发挥一系列病理生理作用。AT1R介导的作用如血管收缩、系膜细胞肥大增生及促细胞外基质合成等与肾脏疾病的发生、发展密切相关,AT2R则介导与AT1R相抗衡的作用,故AT1R/AT2R比例的改变直接影响Ang II对局部组织的作用。研究发现,肾脏 AT1R和AT2R的表达都依赖于雌激素,去卵巢大鼠经雌激素治疗后,AT1R和AT2R表达均上升[29]。Oestreicher等[30]用NO合酶抑制剂L-NAME对高盐饮食的雌性大鼠注射14 d,最后3 d进行Ang II注射,模型鼠发生蛋白尿、肾小球损伤和肾内小动脉纤维样坏死,表明在低NO和高含量的Ang II条件下,肾脏损伤加剧,而E2介导的肾脏皮质AT1R表达增加可能对肾血管有不利影响。雌激素可通过调节Ang II受体亚型间的表达比例,使AT2R表达增高,实现肾保护作用。
3 雌激素对肾上腺RAS的作用
去卵巢大鼠肾上腺AT1R表达水平增加主要集中在球状带和髓质区[31]。Wu等[32]通过动物实验,发现E2通过作用于肾上腺球状带区域,阻断AT1R基因复制,降低AT1R表达丰度。E2通过诱导肾上腺AT1R表达减少[32-34],进而抑制Ang II诱导分泌醛固酮,雌激素可能通过这一机制实现其对心血管的保护作用。同样,通过放射性免疫测定,发现相对于去卵巢组,雌激素降低了肾上腺AT1R最大结合能力的22%以及Ang II表达水平的39%。E2不影响肾上腺ACE的活性,但影响其表达量,去卵巢5周后,肾上腺髓质的ACE密度增加了66%,而E2处理则明显降低了这种增长[13]。
4 雌激素对脑组织RAS的作用
血管紧张素II是一种重要的炎症反应和氧化应激的诱导物,可以在各组织中通过活化NADPH氧化酶复合物产生活性氧,同时可以引起与氧化压力、炎症反应和老化有关的异常反应,其中包括神经系统变性疾病。目前,流行病学研究表明,相比于同龄人,帕金森症在绝经后妇女中更易发生。男性患帕金森症的概率是同龄绝经后妇女的2倍[35],这可能与多巴胺能神经元变性存在性别差异有关。在老年女性中,雌激素的缺乏会导致黑质中RAS活性升高,这种效应被Ang II拮抗剂显著降低[36]。
Rodriguez-Perez等[37]研究表明,E2可以显著减少多巴胺能神经细胞死亡,而去卵巢小鼠经AT1R拮抗剂处理,可以抑制多巴胺能神经细胞死亡,这提示RAS可能参与了雌激素对多巴胺能神经元的调节。同时,去卵巢小鼠黑质AT1R和ACE高表达,AT2R表达量则明显下降,而E2可明显逆转此病理变化。在心梗大鼠模型中,发现E2可以增强脑细胞核中ACE和AT1R密度[38],但是,研究发现,雌激素可以引起脑垂体增生,加强局部AT2R表达,降低AT1R表达[39]。以上研究表明,雌激素在脑组织中对AT1R和AT2R具有不同的调控作用。
5 雌激素对骨组织RAS的作用
研究表明,高血压患者,尤其是老年女性,通常会出现骨丢失增加的现象[40],而RAS抑制剂在临床上常作为抗高血压药物使用。Shimizu等[41]通过渗透性微泵对去卵巢大鼠灌注Ang II(200 ng·kg-1·min-1)和不同剂量的ARB类药物奥美沙坦(0.5、1、3 mg·kg-1·d-1),并结合相关体外实验,证实 Ang II 可 以 通 过 RANKL(receptor activator of NF-κB ligand)诱导破骨细胞成熟,加剧骨质疏松,而ARB的使用则明显降低了去卵巢引起的骨质疏松,这为高血压病人骨质疏松的治疗提供了新的途径。
在2009年的一项研究中,通过对骨密度、耐酒石酸盐酸性磷酸酶以及脱氧吡啶交联的测定,明确了ACEI可以通过抑制骨组织RAS,从而减缓骨质疏松的进程[42]。Liu等[43]的研究也证实,将常用抗高血压ACEI药物卡托普利作用于去卵巢老年鼠,能够增强老年鼠腰椎骨强度,促进成骨细胞介导的骨形成。临床研究显示,ACEI可以降低骨折率,促进骨代谢[44-45]。
因此,以上通过对RAS抑制剂的研究,表明抑制雌激素缺乏状态下的骨组织RAS活性,能够有效防治骨质疏松,但是,雌激素对骨组织RAS的直接作用还有待进一步研究。
6 小结
RAS广泛存在于心脏、血管、肾脏、肾上腺、脑和骨骼等组织中,通过自分泌和旁分泌等方式参与机体代谢。RAS的组织病理生理学作用主要体现在RAS抑制剂如ACEI类药物和ARB类药物,它们已成为临床心血管疾病如高血压、心力衰竭和肾脏疾病如糖尿病肾病等病症治疗药物的选择。雌激素替代疗法在治疗绝经后综合症中广泛应用,其对组织RAS中的不同调节作用则为临床治疗提供了新的作用靶点,通过进一步的研究,将对研发防治组织RAS介导的各种疾病的有效药物带来新的启示。