植物雌激素通过泛素-蛋白酶体系统干预帕金森病的研究进展

李雪梅 程月发

·综述与讲座·

植物雌激素通过泛素-蛋白酶体系统干预帕金森病的研究进展

李雪梅 程月发

植物雌激素;帕金森病;泛素-蛋白酶体系统

近年流行病学资料显示女性帕金森病(Parkinson’s disease, PD)的发病率比男性低[1]，通过研究认为这种结果与雌性激素的表达有关，应用雌激素和植物雌激素(Phytoestrogens)治疗PD临床上也取得了一定的疗效，因此这类成分如何干预PD发生的也成为目前研究的一个方向。本文就近年来这方面的研究进展进行综述。

1 植物雌激素的分类、体内代谢和生物活性[2]

植物雌激素为杂环多酚类化合物，依据化学结构的不同分为三大类:(1)异黄酮类(isoflavones)，这类成分研究较为深入的主要是染料木黄酮和大豆黄酮，这两种成分主要存在于黄豆、鹰嘴豆、小扁豆和蚕豆类食品中；(2)木脂素类(lignans)，是一类由两分子苯丙素衍生物聚合而成的天然化合物，主要存在于亚麻子、小扁豆、玉米、蚕豆、水果和蔬菜中；(3)香豆素类(coumarins)，是一类具有苯骈α-吡喃酮母核的天然产物的总称，在结构上可以看成是顺式邻羟基桂皮酸脱水而形成的内酯类化合物，广泛分布于植物界中，特别是在被子植物如伞形科、芸香科、豆科、菊科、瑞香科等科中多见，具有抗艾滋病、抗肿瘤、抗氧化、抗微生物、降压、抗辐射等多方面的生物活性。

植物雌激素多以糖苷的形式存在于植物中，无生物活性，进入体内经肠道细菌糖苷酶水解为有活性的苷元，经进一步代谢，异黄酮可转化为对乙基酚及活性更强的雌马酚(equol)和氧去甲基安哥拉紫檀素(O-demethylangolesin,ODMA)，木脂素转化为肠内脂(enterolactone)和肠二醇(enterodiol)，这些代谢产物的结构均与雌二醇(17 β-estradiol)相似。

植物雌激素均具有酚环，在人体内可结合于两种雌激素受体(estrogen receptor, ER)ERα和ERβ，但与受体的亲和力远低于雌激素，发挥微弱的雌激素效应。各类植物雌激素的激素样作用强弱不尽相同，同时植物雌激素也可与雌二醇竞争性结合ER产生雌激素拮抗作用，故具有双向性。植物雌激素产生什么作用主要取决于其剂量及机体的内源性雌激素状态及雌激素受体的数量和类型。通常情况下，低剂量时与雌激素竞争结合ER表现为抗雌激素作用；中剂量时产生一定的雌激素活性；高剂量时可活化因雌激素不足未能活化的ER，产生雌激素增强效应。

2 泛素-蛋白酶体系统(Ubiquitin proteasome system，UPS)与PD

细胞内蛋白质的降解代谢有溶酶体和溶酶体外两个系统。UPS是一个新近受到关注的调节蛋白质降解与功能的重要系统，是细胞内重要的溶酶体外降解系统。其主要作用是降解细胞内一些半衰期短的调节蛋白和一些结构异常、错误折叠或受损伤的蛋白。其过程是以共价键形式联结多个泛素(ubiquitin)分子，形成靶蛋白多聚泛素链即泛素化(ubiquitination)后，再输送到26S蛋白酶体上被降解。这一途径在很多细胞生命过程中起调节作用，包括细胞周期循环、信号转导、核酸密码翻译、DNA损伤修复、异常蛋白代谢、抗原递呈及细胞受体功能等，并与许多疾病的发生发展密切相关。泛素-蛋白酶体途径首先通过ATP和泛素依赖机制，经过有泛素活化酶E1、泛素连接酶E2和结合泛素蛋白连接酶E3参与的多步酶促反应，在蛋白质底物的特异性氨基酸残基加上多个泛素单位，完成蛋白质底物泛素化。此底物(主要是胞质和胞核蛋白)再通过蛋白酶体(主要是指26S蛋白酶体复合物)的多元催化酶功能，在胞质中使之裂解为短肽片段[3]。

2.1 UPS与家族性PD相关蛋白的关系

2.1.1 α-synuclein：LB中聚集许多蛋白质和酶，包括α-突触核蛋白(α-synuclein,α-syn)、Parkin、泛素和其他蛋白，其中α-syn是其主要成分。目前普遍认为，神经细胞的退行性变是由α-syn等蛋白构像改变形成淀粉样丝状物异常聚集所致[4]。赵静等[5]在观察蛋白酶体抑制剂诱导大鼠黑质多巴胺能神经元α-syn的表达及聚集的试验中，注射蛋白酶体抑制剂Lactacystin至大鼠黑质部位后，α-syn mRNA表达量和蛋白表达水平均增加，结果显示α-syn蛋白的聚集和蛋白酶体的功能的受损有密切的联系。

2.1.2 Parkin：ParkinN端的76个氨基酸与泛素有62%的同源性，称为泛素样区(ubiquitin-like domain，UBL区)，其C端由两个环指样结构以及两者之间富含半胱氨酸的区域，即环指中间区域(IRB)三部分组成。Parkin的功能迄今尚未完全阐明，有鉴于具有环指结构的蛋白往往有E3连接酶活性，相关研究证实Parkin也不例外，它是UPS中重要的E3连接酶[6]。

2.1.3 UCH-L1：UCH-L1是脑内含量较多酶类之一，属于去泛素化酶家族，参与单体泛素分子的再生。PD患者的UCH-L1的突变可能导致去泛素化酶活性的丧失，减少了泛素自由单体的供应，不能正常标记低物蛋白从而影响蛋白的清除，引起黑质部病理病变[7]。

2.2 UPS与散发性PD的关系

2.2.1 蛋白酶体抑制剂和PD：Henderson等[8]研究指出蛋白酶体抑制剂可以激活下游Caspase的活性而引发细胞凋亡，其部分是通过Smac/DIABLO路径；MPTP(1-甲基-4苯基-1,2,3,6-四氢吡啶)等蛋白酶体抑制剂可以破坏线粒体复合酶体Ⅰ的结构，其为可以通过血脑屏障的脂溶性化合物，在单胺氧化酶B作用下降解为毒性产物MPP+从而对星型胶质细胞产生影响；MPP+被多巴胺神经元选择性的吸收，通过DAT，转入线粒体并抑制线粒体复合酶体Ⅰ，从而导致细胞凋亡。Zeng等[9]研究发现MPTP可以破坏动物细胞中的线粒体复合酶体Ⅰ，改变蛋白酶体的活性和构成，和对照组比较C-L，Typsin-like，PDGH等活性明显下降。Western blotting显示了蛋白酶体20S亚基的表达下降。结果认为蛋白酶体功能的改变可能是导致PD的一种重要原因。

2.2.2 原发性PD黑质部分蛋白酶体病理变化和结构变化：蛋白降解途径的缺陷已被证实是PD的发病机制之一，所以很容易推测UPS缺陷和散发性PD有重要的联系。报道显示，在散发性PD疾病患者的尸检中，蛋白酶体活力和亚基表达都有选择性的损伤和降低。20S/26S蛋白酶体的活性在黑质胶质区降低，而不是在中枢或纹状体。在散发性PD中，泛素-蛋白酶体系统功能的失调和多巴胺神经元的降解有重要的联系[10]。

动物实验也表明PD的产生和UPS有重要的联系。广泛运用的PD的动物模型是大鼠体内注入6-OHDA或小鼠注射MPTP而引起的多巴胺神经细胞的降解，另外除草剂百草枯注入小鼠体内可引起α-syn的上调和积聚[11]。鱼藤酮是线粒体复合酶体Ⅰ的抑制剂，可以引起小鼠多巴胺神经元的降解，并能引起细胞质内α-syn蛋白包含体的升高，因此可以被用于PD的造模[12]。为研究UPS和PD的发病机制，在小鼠大脑皮层，纹状体，腹部中脑区分别注入鱼藤酮，结果20S蛋白酶体亚基合成酶的活性在腹部中脑区注入鱼藤酮的小鼠模型中显著降低。蛋白酶体功能的损伤可能是粒体复合酶体Ⅰ的抑制剂对细胞内生物能的改变而引起的，如ATP的合成或者自由基的增加而导致的氧化性损伤。体外研究中脑原代培养的细胞表明鱼藤酮诱导的蛋白酶体功能的损伤主要和ATP的合成有关，而不是引起自由基的增加。但是，在并不影响生物能的前提下慢性接触鱼藤酮的过程中，氧化性损伤显著性提高在神经退行的过程中有着重要的作用。Hoglinger等[13]研究表明用鱼藤酮抑制线粒体复合酶体Ⅰ在神经胶质细胞SH-SY5Y是通过增加氧化性蛋白而降低蛋白酶体的活性，包括氧化蛋白酶体自身。因此，氧化性损伤的增加可以抑制蛋白酶体的功能并最终造成神经退行。

3 植物雌激素对PD的UPS干预作用

雌激素可以通过保护PD中的多巴胺能通路而发挥治疗PD的作用。动物实验结果显示雌激素可以影响多巴胺的合成、释放和代谢，并能调节多巴胺受体的表达和功能[14,15]。另外，雌激素在抗细胞凋亡、抗炎性细胞反应、抗氧化和抗自由基作用也有保护黑质多巴胺神经元的作用。但雌激素因为其副作用导致不能够长期大量应用。而植物雌激素是一种类似雌激素而激素副作用小的天然物质，它可以和细胞外受体和细胞内受体结合表现出类似于雌激素样的活性。对预防和治疗PD和AD疾病，植物雌激素类已经表现出一定的对中枢神经系统的保护作用。植物雌激素具有抗氧化能力，初步推测其对PD的保护作用和UPS系统中各种酶以及蛋白酶体的活性有重要的相关性。有研究显示培养的PC12细胞在MPP+作用24 h后表现出严重的细胞死亡，而预先加入10-7mol//L的α-E2、β-E2、槲皮素和白藜芦醇3 h后，MPP+对PC12细胞的毒性分别降低为43%、53%、64%和70%；但α-雌激素受体和β-雌激素受体的表达量并没有改变，结果认为雌性激素和植物雌激素对神经细胞的保护作用可能是一种抑制非受体依赖型的细胞凋亡作用[16]。

对黄酮类植物雌激素-葛根素干预PD的机制进行的初步研究，发现葛根素对神经细胞具有保护作用。葛根素干预MPP+诱导的SH-SY5Y细胞，显著增加UPS的活性表达以增加异常蛋白的降解能力，导致α-synuclein的表达显著降低；同时通过上调Bcl-2和Bcl-2/Bax的比率和阻断Caspase-3的活性来抑制细胞的凋亡[17]。动物实验也进一步证实：葛根素对MPTP诱导的小鼠PD模型神经元具有一定的保护作用和损伤修复作用，提示葛根素对PD的保护作用与凋亡有一定的关系，推测此种作用与葛根素具有与异黄酮类似的结构，从而具有与雌激素相似的作用机制[18,19]。

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10.3969/j.issn.1002-7386.2014.12.046

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