雌激素及其受体与阿尔茨海默病研究进展＊

熊明建 综述，陈国俊审校

（重庆医科大学附属第一医院神经内科 400016）

目前，60 岁以上的残疾中痴呆造成的比例达到11.2%，超过了中风，心血管疾病及癌症［1］。2010年全世界痴呆人数为3650 万，据估计到2050年将会增加到约1.2 亿。阿尔茨海默病（alzheimer′s disease，AD）是一种与年龄相关的神经系统退行性疾病，约占痴呆的70%，是最常见的老年痴呆疾病。AD主要表现为进行性认知功能障碍和记忆力减退。其病理特征是β-淀粉样蛋白（β-amyloid，Aβ）的沉积和神经纤维缠结，其病因尚未明确。研究发现绝经后女性AD的发病率明显增加，提示雌激素可能与AD相关，动物和细胞实验已经发现雌激素的神经保护作用，但很多临床实验却发现雌激素治疗没有降低AD风险，这可能与雌激素受体（estrogen recepters，ERs）选择性相关，本文就近年来有关雌激素及其受体与AD的研究进行综述。

1 雌激素

雌激素的生理作用不局限于促进女性生殖系统的生长发育，在中枢及周围神经系统中发挥着调节生长、发育、分化等重要作用，并参与认知障碍、焦虑、抑郁、神经保护及应激等病理生理过程［2-3］。雌激素作用分为依赖ERs 机制和不依赖ERs机制，依赖ERs 的机制又根据其是否调控基因转录而又分为基因组“genomic”和非基因组“nongenomic”两种，基因组机制是雌激素通过ERs 结合后形成有活性的雌激素-受体复合物并转移到细胞核与雌激素反应原件结合而调节基因的表达，而非基因组机制是雌激素与ERs 结合后通过信号通路实现其作用。不依赖ERs 机制主要通过调控酶活性或非性激素核受体发挥作用［4］。

2 ERs 与相关疾病

ERs 主要有ERα和ERβ，两种受体在全身广泛分布，也具有组织特异性，ERα主要分布在性腺器官，而ERβ主要分布在非性腺器官。在大脑中，两种受体空间分布模式和表达水平不同，ERα主要分布在下丘脑和杏仁核，ERβ主要分布在海马和内嗅皮质。在成熟、老年及疾病状态下其本身的分布也会发生变化，如ERα从青春期相对较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，随后的哺乳后期又急剧下降。在乳腺癌组织中，ERα表达明显增高，ERβ的表达明显降低，ERα促进乳腺细胞的增殖，ERβ存在抗增殖的作用并增强了他莫昔芬的抗肿瘤效应，ERβ 的存在提高乳腺癌患者存活率［5］。大肠黏膜上皮中以ERβ为主，ERβ的缺失引起了细胞的过度增殖和异常分化，ERβ是阻止结肠癌的重要靶点［6］。在心血管系统方面，两种受体在血管内皮细胞、平滑肌细胞及心肌细胞均有表达，ERα 在介导血管内皮再生方面起主要作用［7］，而ERβ在降低外周血管阻力、对抗心肌肥厚、减少心肌梗死方面起了主要作用［8-10］。因此选择性的ERs 激动剂可能是治疗相关疾病更好的选择。

3 雌激素治疗A D机制及存在的问题

3.1 雌激素减少A D病理标记物 Aβ由β-淀粉样蛋白前体（amyloid precursor protein，APP）产生，Aβ可聚集激活多种信号通路导致突触变性、神经元丢失及认知功能的下降。tau 蛋白是微管相关蛋白，微管正常情况下维持细胞内物质的转运，磷酸化的tau 蛋白结合微管能力下降并扰乱微管的组装，AD中出现tau 异常过度磷酸化形成神经纤维缠结，最终引起神经元死亡［11］。有研究 表 明，16 周 左 右 的Tg2576和PS1转 基 因鼠就可以观察到Aβ的聚集，双侧卵巢切除后Aβ水平明显高于对照组，雌激素处理阻断了这种变化［12］。雌激素通过增加SAPP 的分泌，下调BACE的表达使Aβ生成减少。雌激素还使得Aβ清除因子表达上调。它增加转甲状腺素蛋白的水平，而转甲状腺素蛋白可以结合和隔绝Aβ并阻止Aβ聚集形成神经毒性斑块，雌激素还增加小胶质细胞对Aβ的摄取。有实验还观察到雌激素通过调节tau 蛋白磷酸化过程中的激酶和磷酸酶水平而减少了tau 蛋白的磷酸化［13］。

3.2 雌激素抗氧化作用 线粒体是细胞能量代谢的主要场所，也是细胞调节氧化应激的中枢，线粒体氧化应激和活性氧的产生导致了老化，有证据表明AD病理产生与自由基形成和清除失衡相关，自由基的聚集会损伤细胞成分。因为自由基可攻击蛋白质、DNA、RNA及多不饱和脂肪酸等从而引起一系列细胞氧化损害，如攻击多不饱和脂肪酸则可引起膜结构损伤以及一些副产物的形成，这些副产物会抑制神经元存活的关键酶及引起tau 蛋白的改变［14］。AD及MCI 患者中可发现tau蛋白、DNA、RNA以及脂质氧化产物明显升高。从大鼠大脑分离的线粒体和雌激素一起孵育，也可以观察到的H2O2量减少，另外雌激素的双酚A环还可以插入到线粒体膜避免氧化应激下的脂质过氧化。雌激素上调锰超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的表达，还可增加还原性谷胱甘肽并减少线粒体DNA的氧化损伤［15］，并通过促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）、G蛋白、CREB、PKC 等信号通路调节细胞的氧化还原状态［16］。

3.3 雌激素抗炎作用 Aβ沉积及神经纤维缠结形成后，小胶质细胞等对其清除而引起慢性炎性反应，然而聚集的Aβ及炎症介质共同造成神经元退变。有研究认为神经炎症早于Aβ的沉积，慢性激活的神经胶质细胞通过释放活性氧中间体、一氧化氮、蛋白水解酶、补体或兴奋性氨基酸等杀伤附近的神经元［17］，同时Aβ可以诱导炎症酶系统如一氧化氮合酶及环氧合酶Cox2 等，而炎症介质和应激条件反过来上调β分泌酶及调节APP 进程等促进了Aβ的生成并抑制有神经保护作用的s APP 片段的形成，炎症因子的持续表达也增加了t a u 蛋白的过度磷酸化，最终引起了神经元功能下降及死亡。流行病学显示抗炎治疗明显减少了AD发生的风险［18］。脂多糖（LPS）注入脑室引起巨噬细胞／单核细胞趋化因子、巨噬细胞炎性蛋白-2 和TNF-α的m RNA上调，而雌激素处理后这些变化明显受限，说明雌激素可以下调炎症基因的表达。原代培养小胶质细胞和细胞系中雌激素通过降低小胶质细胞的吞噬活性、活性氧及其他炎症级联反应介质的方式减少了小胶质细胞的活性。

3.4 雌激素稳定细胞内钙浓度 AD是一种进行性的疾病，在明显的神经细胞丢失之前就出现认知功能的显著下降，记忆功能的下降先于大量的神经细胞丢失，钙超载在其中起了重要作用。Lopez 等［19］发现3xTg-AD 转基因小鼠神经元静息钙水平是非转基因小鼠的两倍，Kuchibhotla 等［20］也发现皮层Aβ沉积区的椎体神经元突触和树突棘钙水平明显高于其他区域，学习和记忆机制由钙信号系统调控，高水平的钙引起长时程增强（long-term potenitation，LTP）而低水平的钙引起长时程抑制（long-term depresion，LTD），这两者形成一种微妙的平衡，LTP 与记忆形成相关，而LTD与记忆擦除相关，钙离子的轻微升高也会激发LTD的形成，钙离子升高打破平衡使钙信号重建，尽管LTP 过程存在还能形成记忆，但这种记忆迅速被LTD所移除，Aβ自身形成通道或通过激活钙通道使得钙离子增多而引起记忆障碍。另外过度的钙负荷打开了线粒体的通透性转换孔，并释放出一系列细胞色素C等相关因子引起caspase 级联反应而导致凋亡。细胞内钙主要由细胞外进入和胞内细胞器释放而构成，通过减少细胞外钙进入或者细胞器释放可以减少细胞死亡，雌激素减少Aβ本身形成的通道及阻断NMDA受体和钙通道等减少钙离子进入胞内，如Nilsen 等［15］报道雌激素处理明显减少了雌性大鼠海马CA1 区椎体神经元L 型钙离子通道电流（L-type calcium channel current，LTCC），同时钙离子通道蛋白Cav1.2 的m RNA水平也下降。雌激素还增加线粒体钙隔断及肌浆网钙回收等稳定细胞内钙水平。

3.5 雌激素调节胆碱能系统 大脑胆碱能神经元从基底前脑和内侧隔区发出并支配皮层、海马、嗅球和杏仁核，分泌的乙酰胆碱对学习、记忆和认知功能具有重大作用。乙酰胆碱减少以及受体密度的下降均可导致认知功能及学习记忆障碍，AD患者中胆碱能神经元大量丢失，乙酰胆碱水平及胆碱能受体密度下降。用于提高乙酰胆碱的药物如胆碱酯酶抑制剂多奈哌齐也被批准用于使用并改善了AD患者的临床症状。Saenz等［21］发现双侧卵巢切除的雌性大鼠胆碱能神经元树突长度明显下降，而雌激素处理后逆转了这种变化，长时间的雌激素处理后海马CA1区突触前区囊泡数目增加。胆碱乙酰转移酶（choline acetyltransferase，CHAT）是乙酰胆碱合成的关键酶，双侧卵巢切除引起CHAT的mRNA水平及蛋白表达下降，雌激素处理可以增加胆碱能神经元CHAT的表达和活性，增高海马乙酰胆碱水平。

3.6 雌激素治疗存在的问题 动物及细胞实验中雌激素治疗减少了AD的病理标记物，且有抗炎、抗氧化、稳定细胞内钙水平及调节胆碱能系统等作用并最终改善了了认知功能和学习记忆能力。但很多临床试验认为雌激素的治疗没有降低AD的发病风险或者不能改善认知功能障碍［22-23］，在目前为止最为详尽的临床评价试验-妇女健康启动记忆研究实验（women′s health initiative memory study，WHIMS）也发现雌激素治疗没有降低AD发生风险［24］，甚至增加中风及乳腺癌风险。这与在动物和细胞实验中雌激素具有脑保护作用的结果相反，可能有如下几种原因。（1）雌激素剂量：有研究提示超生理剂量才具有神经保护作用［25-26］，而临床实验中给与的剂量一般是生理剂量，剂量是否达到脑保护作用不得而知。（2）治疗时间：去卵巢的大鼠立即给与雌激素处理提高了水迷宫实验的空间记忆能力，但如果在5 个月后给与雌激素处理则这种作用消失，说明长时间低水平的雌激素使得大脑对雌激素治疗失去了反应。在WHIMS 实验中雌激素的治疗在更年期后几年，因此未能体现它的认知功能保护作用。（3）雌激素只能预防而不是治疗AD：发现在培养小胶质细胞中，雌激素只有在炎性反应发生前加入才具有抗炎效应，一旦小胶质细胞被激活，雌激素就失去了调节炎性反应的作用［27］，因此雌激素没能体现出治疗效应。（4）雌激素受体选择性：ERα主要是促进乳腺、子宫成熟以及维持代谢和骨骼系统的稳态，而ERβ对中枢神经系统有显著的影响。通常情况下ERα 具有更高的活性，可能会对ERβ的效应起到压制作用，使得ERβ的脑保护作用未能得到体现［28］。

4 选择性ERs 激动剂在AD治疗中的潜在价值

ERs 选择性可能是雌激素临床治疗中未能发挥脑保护作用并产生不良反应的最重要原因。胰岛素降解酶（insulin-degrading enzyme，IDE）具有降解Aβ的活性，AD模型中随年龄增长而下降的IDE 表达水平与海马Aβ的聚集和斑块伴随出现，雌激素处理明显增加IDE的表达并减少了Aβ的沉积，而这种作用是通过ERβ而不是ERα［29］，女性AD患者大脑线粒体功能障碍与ERβ的损伤相关［30］。Zhao 等［31］也发现ERβ变异与唐氏综合征女性患AD风险增加相关。ERα对于细胞的增殖起主要作用，特别是在乳腺和子宫等生殖系统。尽管有文献报道ERα和ERβ可能都通过增加s APP 途径减少了Aβ的产生，但更多文献认为是ERβ介导了Aβ的降解及神经保护作用，并且对乳腺和子宫没有激动作用。ERα的主导作用不仅增加了乳腺癌及子宫内膜癌的发病率，还使得ERβ介导的神经保护作用被掩盖。实验认为超生理剂量的雌激素才具有保护作用，可能因此时充分激动ERβ使其保护效应得以充分体现。由于ERα的存在，ERβ介导的神经保护作用较弱，在疾病早期给予雌激素处理，其经ERβ介导的保护作用尚可以对抗较少的AD病理产物以及较轻的病理级联反应，但在后期随着病理产物的逐渐堆积以及病理级联反应的扩大而不能完全对抗相关破坏作用，这也可以解释雌激素早期治疗有效而在后期无效的问题。ERβ是更有效和更安全的靶点，选择性ERβ激动剂只激动ERβ，其介导的神经保护作用将可以得以充分体现，同时又能减少雌激素治疗引起的乳腺癌等相关疾病。这对于AD的治疗具有重要意义。

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