雌激素受体在脑内的表达与缺血再灌注损伤

张志春，邹萍，黄亮，邹伟

1.辽宁师范大学 生命科学学院，辽宁 大连 116029；2.解放军215医院，辽宁 大连 116041；

3.大连大学 师范学院，辽宁 大连 116622

自1923年Allen等发现雌激素至今，人们对雌激素的认识不断加深。近年来，雌激素在中枢神经系统方面的研究更是受到众多研究者的重视。雌激素作为一种类固醇性激素，不仅具有促进女性生殖器官发育和维持女性第二性征等生理作用，也参与内分泌系统和神经系统的发育过程。Craig等发现卵巢功能的损伤与和记忆相关的脑区功能失调存在相关性[1]。也有报道指出，雌激素参与帕金森及迟发型运动障碍等神经退行性疾病的发生[2]。从而提示雌激素参与神经系统相关生理过程的调节，在中枢神经系统疾病的发展中具有保护作用。

雌激素通常通过与雌激素受体（estrogen recep⁃tor，ER）结合或介导不同ER间的协作而发挥效应。雌激素与ER结合后，通过靶基因上的雌激素应答元件（estrogen response element，ERE）调节下游基因的转录，进而起到促进神经元生长、改善记忆功能，并调控神经系统疾病的发生和发展等作用[3]。最近膜雌激素受体由于介导雌激素的非基因组通路成为人们关注的热点。

脑卒中作为人类三大致死性疾病之一，严重威胁着人类健康。脑卒中具有发病率高、死亡率高、致残率高、复发率高及并发症多的特点。据统计，我国每年罹患脑卒中的患者高达200万，发病率达120/10万，致残率高达75%。值得关注的是，脑卒中的发病具有明显的性别差异，男性患病率高于女性，绝经期后女性卒中发病率也明显增高[4]，提示发病率的性别差异可能源于内源性激素的调节，而雌激素对脑卒中的保护作用不容忽视。因此，研究脑内雌激素受体的表达与功能，可以为脑卒中以及其他神经系统疾病的预防和治疗提供新的方向。缺血再灌注模型作为与脑卒中最为相似的模型之一，常用于研究缺血损伤导致的神经元死亡机制的研究。我们拟就雌激素受体不同亚型在脑内的分布，及其在缺血再灌注损伤中的作用研究进展做简要综述。

1 雌激素受体在脑内的表达

1.1 雌激素受体的分类

雌激素受体包括2大类：一类是经典的核受体，包括ER-α和ER-β，主要位于细胞核内，介导雌激素的基因组效应，通过调节特异性靶基因的转录从而介导雌激素基因组信号通路。这一途径被称为雌激素的基因组作用模式或核启动的雌激素信号转导（nuclear initiated steroid signaling，NISS）。另一类雌激素受体是膜受体，主要定位于细胞膜上，包含经典核受体的某些亚型，以及属于G蛋白偶联家族的G蛋白偶联受体30（G protein-coupled receptor 30，GPR30）等[5]。这一途径被称为膜受体介导的快速非基因组作用模式或膜启动的雌激素信号转导（mem⁃brane initiated steroid signaling，MISS），通过第二信使系统发挥间接的转录调控功能。

早在1992年，科学家们就已经发现，ER-α和ER-β在雌性个体脑内的表达高于雄性个体[6]。这2类ER共同参与了对生殖、认知、学习记忆等多种功能的调节[7]。此外，不同亚型的ER在脑内分布不同且介导的信号通路存在差异，具有脑区特异性[8]。

1.2 ER-α在脑内的表达

目前发现的ER-α有3种亚型，即ER-α66、ER-α46和ER-α36。

ER-α66是最早发现的雌激素受体，主要定位于细胞核和细胞质中，活化的ER-α66与靶基因上游雌激素反应元件结合从而引发靶基因的转录，介导雌激素的基因组信号通路。ER-α66在中枢神经系统中分布广泛，主要表达于生殖相关的脑区中，如高表达的ER-α66见于下丘脑、终纹床核等；但在大脑皮层、海马、下丘脑等脑区的神经元内同样发现有ER-α66的表达。Hojo等发现海马锥体细胞上同样存在ER-α66的表达，在诱导长时程抑制（long term depression，LTD）和树突棘再生中均具有重要作用，并且与ER-β协同作用从而调节学习记忆的产生。研究发现，类雌激素药物雷诺昔芬具有抗β-淀粉样蛋白（Aβ）所诱导的神经毒作用，而该作用是通过ER-α66所介导的Akt信号通路完成的。

ER-α36是近年发现的雌激素受体，主要定位于细胞膜、细胞质及胞内膜性细胞器表面，作为ER-α 66的剪切体参与多种雌激素快速反应[9]。研究表明ER-α36广泛表达于乳腺、卵巢及骨组织等[10-12]。近年来ER-α36成为研究热点，在肝脏、呼吸道与消化道中陆续发现ER-α36的表达[13-15]，并发现ER-α36与多种癌症的发生有关[16-20]。但ER-α36在神经系统的表达尚不明确。目前针对ER-α46和ER-α36在神经系统领域的研究较少。

1.3 ER-β在脑内的表达

Zhang等发现，ER-β高表达于嗅球、大脑皮质、海马锥体细胞、小脑浦肯野细胞、黑质等与学习记忆和运动调控有关的脑区部位[21]。Herrick等利用免疫组织化学方法，发现在新生大鼠海马齿状回细胞胞膜及线粒体中ER-β表达较高，表明该部位细胞核外ER-β可能与神经干细胞的活动相关[22]。

与ER-α不同，ER-β主要参与调节多种高级脑功能，如学习记忆和情感的产生等。研究表明在雄性大鼠脑内，ER-β通过调控DNA甲基化从而影响长时程增强（long term potentiation，LTP）效应，进而参与情感的产生[23]。此外，ER-β还参与线粒体功能的修复，在阿尔兹海默病的发生中起重要作用[24]。最新研究发现ER-β同样可以定位于细胞膜上，通过介导膜启动的雌激素快速信号通路参与雌激素的神经保护作用[25]。

1.4 GPR30在脑内的表达

GPR30是近年研究较多的膜雌激素受体，具有7次跨膜结构域，于1996年首次从B细胞的cDNA文库中分离出来。Matsuda等发现，在新生鼠与成年大鼠的下丘脑、杏仁体、海马和小脑等部位都有GPR30的表达，在下丘脑促性腺激素释放激素细胞内，GPR30参与对胞内Ca2+的调节[26]。新近研究表明，GPR30在斑马鱼脑中的表达存在明显性别差异[27]。除此之外，在雌激素对中枢神经系统的保护中具有重要作用。Spary等以雌性大鼠为研究对象，发现在脑内延髓腹外侧区等区域，GPR30的mRNA水平随雌激素浓度变化呈周期性变化[28]。

2 雌激素受体与缺血再灌注损伤

脑卒中亦称脑血管意外，是由脑血流的循环障碍所引起的急性出血性脑病。脑卒中患者起病急，伴局灶性神经功能缺失，往往因多种诱发因素致脑内动脉狭窄、闭塞或破裂，导致脑血液循环障碍，表现为一过性或永久性脑功能障碍。

2.1 ER-α与缺血再灌注损伤

ER-α作为经典的雌激素受体，自发现以来广受关注。Sawada等利用ER-α广谱抑制剂ICI182780处理小鼠，发现缺血再灌注损伤造成的脑损伤程度明显加重[29]；近期研究报道，经ER-α广谱抑制剂ICI182780处理后的雌鼠脑缺血损伤程度加深与水通道蛋白-4有关[30]。表明ER-α参与了对缺血再灌注损伤的神经保护作用。Dubal等以ER-α缺陷型小鼠和ER-β缺陷型小鼠为研究对象，利用永久性颈总动脉结扎法研究不同ER亚型在缺血损伤中的作用，发现雌激素对ER-α缺陷型小鼠皮层组织的保护作用明显下降。也有人发现，雌激素通过与ER-α结合从而起到减少梗死体积、保护受损侧皮层及纹状体等部位的神经元等作用[31]。提示我们雌激素通过ER-α信号通路发挥对皮层区缺血损伤的保护。

Nakamura等研究发现，雌激素可以减轻脑缺血导致的脑组织损伤，这种保护作用是通过ER-α介导的信号通路实现的[32]，但并未对具体是ER-α何种亚型做进一步解释。Sampei发现，与野生型小鼠相比，ER-α66缺陷型小鼠在受到脑卒中损伤后其损伤程度并没有产生显著变化[33]，推测雌激素对卒中的神经保护作用并不是由ER-α66介导的。本研究室前期体外实验结果表明，在PC12细胞血清营养剥夺模型中，ER-α36介导雌激素激活的MAPK/ERK，从而参与神经系统内的雌激素保护信号通路[34]。因此，ER-α36可能参与雌激素对脑卒中损伤的保护作用。

他莫昔芬（tamoxifen，TAM）是一种类雌激素，具有拮抗ER-α66的功能，作为ER-α66的广谱抑制剂广泛应用于乳腺癌的治疗。Sharma等发现TAM预保护可以促进海马区抗凋亡蛋白BCL-2的表达[35]，在放射导致的脑组织炎症损伤的治疗中，TAM可减轻X线照射后小胶质细胞和星形胶质细胞的活化水平，降低脑血屏障通透性的破坏，促进对脑组织的结构重建和功能恢复。TAM还可以通过减轻脂质过氧化反应对脑缺血损伤发挥保护作用[36]。但TAM的神经保护作用具体机制有待进一步研究。

2.2 其他ER亚型与缺血再灌注损伤

ER-β主要与学习记忆等高级脑功能相关，因此研究主要围绕海马展开。Carswell等利用ER-β特异性抑制剂阻遏雌鼠体内ER-β的表达，发现海马区损伤程度加深[37]。GPR30作为定位于膜上的雌激素受体，介导膜启动的雌激素快速信号通路。Lebesgue等将GPR30的配体注射入去势后8周的雌性大鼠海马CA1区进行预保护，发现实验组CA1区神经元存活率高达50%[55]。新近研究报道，在海马中，GPR30介导的膜启动的雌激素信号通路是通过激活ERKAkt-CREB-BDNF通路实现的[56]。

综上所述，雌激素受体的不同亚型在脑内分布及其广泛，既可以介导雌激素的基因组也可以介导其快速的非基因组效应，对缺血再灌注造成的脑损伤起到神经保护作用，进一步的研究进展将为临床治疗脑卒中提供新的方法和思路。

[1] Craig M C,Murphy D G.Estrogen:effects on normal brain function and neuropsychiatric disorders[J].Climacteric,2007,10(Suppl 2):97-104.

[2] Markou A,Duka T,Prelevic G M.Estrogens and brain func⁃tion[J].Hormones(Athens),2005,4(1):9-17.

[3] Simpkins J W,Richardson T E,Yi K D,et al.Neuroprotec⁃tion with non-feminizingestrogen analogues:an overlooked possible therapeutic strategy[J].Horm Behav,2013,63(2):278-283.

[4] McEwen B.Estrogen actions throughout the brain[J].Recent Prog Horm Res,2002,57:357-384.

[5] 韩丹女,徐祎慧,马依妮,等.脑内膜雌激素受体信号转导与窖蛋白[J].生物技术通讯,2011,22(3):442-445.

[6] Shughrue P J,Bushnell C D,Dorsa D M.Estrogen receptor messenger ribonucleic acid in female rat brain during the es⁃trous cycle:a comparison with ovariectomized females and in⁃tact males[J].Endocrinology,1992,131(1):381-388.

[7] Kelly M J,Ronnekleiv O K.Membrane-initiated estrogen sig⁃naling in hypothalamic neurons[J].Mol Cell Endocrinol,2008,290(1-2):14-23.

[8] McEwen B S,Alves S E.Estrogen actions in the central ner⁃vous system[J].Endocr Rev,1999,20(3):279-307.

[9] Wang Z,Zhang X,Shen P,et al.Identification,cloning,and expression of human estrogen receptor-alpha36,a novel vari⁃ant of human estrogen receptor-alpha66[J].Biochem Biophys Res Commun,2005,336(4):1023-1027.

[10]Kang L,Guo Y,Zhang X,et al.A positive cross-regulation of HER2 and ER-alpha36 controls ALDH1 positive breast cancer cells[J].J Steroid Biochem Mol Biol,2011,127(3-5):262-268.

[11]Xie H,Sun M,Liao X B,et al.Estrogen receptor alpha36 mediates a bone-sparing effect of 17beta-estrodiol in post⁃menopausal women[J].J Bone Miner Res,2011,26(1):156-168.

[12]Xu B Z,Lin S L,Li M,et al.Changes in estrogen receptoralpha variant(ER-alpha36)expression during mouse ovary de⁃velopmentand oocytemeioticmaturation[J].Histochem Cell Biol,2009,131(3):347-354.

[13]Jiang H,Teng R,Wang Q,et al.Transcriptional analysis of estrogen receptor alpha variant mRNAs in colorectal cancers and their matched normal colorectal tissues[J].J Steroid Bio⁃chem Mol Biol,2008,112(1-3):20-24.

[14]Miceli V,Cocciadiferro L,Fregapane M,et al.Expression of wild-type and variant estrogen receptor alpha in liver carcino⁃genesis and tumor progression[J].Omics,2011,15(5):313-317.

[15]Jia S,Zhang X,He D Z,et al.Expression and function of a novel variant of estrogen receptor-alpha36 in murine airways[J].Am J Respir Cell Mol Biol,2011,45(5):1084-1089.

[16]Sun L,Wang J,Zhang L,et al.Expression of ER-alpha36,a novel variant of estrogen receptor in endometrial carcinoma and its clinical significance[J].Gynecol Obstet Invest,2013,75(1):68-72.

[17]Lin S L,Yan L Y,Liang X W,et al.A novel variant of ER-alpha,ER-alpha36 mediates testosterone-stimulated ERK and Akt activation in endometrial cancer Hec1A cells[J].Re⁃prod Biol Endocrinol,2009,7:102.

[18]Tu B B,Lin S L,Yan L Y,et al.ER-alpha36,a novel vari⁃ant of estrogen receptor alpha,is involved in EGFR-related carcinogenesis in endometrial cancer[J].Am J Obstet Gynecol,2011,205(3):227e221-226.

[19]Lee L M,Cao J,Deng H,et al.ER-alpha36,a novel variant of ER-alpha,is expressed in ER-positive and-negative hu⁃man breast carcinomas[J].Anticancer Res,2008,28(1B):479-483.

[20]Deng H,Huang X,Fan J,et al.A variant of estrogen recep⁃tor-alpha,ER-alpha36 is expressed in human gastric cancer and is highly correlated with lymph node metastasis[J].Oncol Rep,2010,24(1):171-176.

[21]Zhang J Q,Cai W Q,Zhou D S,et al.Distribution and dif⁃ferencesofestrogen receptorbeta immunoreactivity in the brain of adult male and female rats[J].Brain Res,2002,935(1-2):73-80.

[22]Herrick S P,Waters E M,Drake C T,et al.Extranuclear es⁃trogen receptor beta immunoreactivity is on doublecortin-con⁃taining cells in the adult and neonatal rat dentate gyrus[J].Brain Res,2006,1121(1):46-58.

[23]Wang H,Meyer K,Korz V.Stress induced hippocampal min⁃eralocorticoid and estrogen receptor beta gene expression and long-term potentiation in male adult rats is sensitive to earlylife stress experience[J].Psychoneuroendocrinology,2013,38(2):250-262.

[24]Long J,He P,Shen Y,et al.New evidence of mitochondria dysfunction in the female Alzheimer's disease brain:deficien⁃cy of estrogen receptor-beta[J].J Alzheimers Dis,2012,30(3):545-558.

[25]Fiocchetti M,Ascenzi P,Marino M.Neuroprotective effects of 17beta-estradiol rely on estrogen receptor membrane initiated signals[J].Front Physiol,2012,3:73.

[26]Matsuda K,Sakamoto H,Mori H,et al.Expression and intra⁃cellular distribution of the G protein-coupled receptor 30 in rat hippocampal formation[J].Neurosci Lett,2008,441(1):94-99.

[27]Acharya K D,Veney S L.Characterization of the G-proteincoupled membrane-bound estrogen receptor GPR30 in the ze⁃bra finch brain reveals a sex difference in gene and protein expression[J].Dev Neurobiol,2012,72(11):1433-1446.

[28]Spary E J,Chapman S E,Sinfield J K,et al.Novel G pro⁃tein-coupled oestrogen receptorGPR30 showschanges in mRNA expression in the rat brain over the oestrous cycle[J].Neurosignals,2013,21(1-2):14-27.

[29]Sawada M,Alkayed N J,Goto S,et al.Estrogen receptor an⁃tagonistICI182,780 exacerbates ischemic injury in female mouse[J].J Cereb Blood Flow Metab,2000,20(1):112-118.

[30]Shin J A,Choi J H,Choi Y H,et al.Conserved aquaporin 4 levels associated with reduction of brain edema are mediat⁃ed by estrogen in the ischemic brain after experimental stroke[J].Biochim Biophys Acta,2011,1812(9):1154-1163.

[31]Dubal D B,Rau S W,Shughrue P J,et al.Differential modu⁃lation of estrogen receptors(ERs)in ischemic brain injury:a role for ERalpha in estradiol-mediated protection against de⁃layed cell death[J].Endocrinology,2006,147(6):3076-3084.

[32]Nakamura T,Xi G,Keep R F,et al.Effects of endogenous and exogenous estrogen on intracerebral hemorrhage-induced brain damage in rats[J].Acta Neurochir Suppl,2006,96:218-221.

[33]Sampei K,Goto S,Alkayed N J,et al.Stroke in estrogen re⁃ceptor-alpha-deficient mice[J].Stroke,2000,31(3):738-743.

[34]Elzer J G,Muhammad S,Wintermantel T M,et al.Neuronal estrogen receptor-alpha mediates neuroprotection by 17beta-es⁃tradiol[J].J Cereb Blood Flow Metab,2010,30(5):935-942.

[35]Sharma K,Mehra R D.Long-term administration of estrogen or tamoxifen to ovariectomized rats affords neuroprotection to hippocampal neurons by modulating the expression of Bcl-2 and Bax[J].Brain Res,2008,1204:1-15.

[36]Feng Y,Fratkins J D,LeBlanc M H.Treatment with tamoxi⁃fen reduces hypoxic-ischemic brain injury in neonatal rats[J].Eur J Pharmacol,2004,484(1):65-74.

[37]Carswell H V,Macrae I M,Gallagher L,et al.Neuroprotec⁃tion by a selective estrogen receptor beta agonist in a mouse model of global ischemia[J].Am J Physiol Heart Circ Physi⁃ol,2004,287(4):H1501-1504.

[38]Lebesgue D,Traub M,De Butte-Smith M,et al.Acute admin⁃istration of non-classical estrogen receptor agonists attenuates ischemia-induced hippocampal neuron loss in middle-aged fe⁃male rats[J].PLoS One,2010,5(1):e8642.

[39]Yang L C,Zhang Q G,Zhou C F,et al.Extranuclear estro⁃gen receptors mediate the neuroprotective effects of estrogen in the rat hippocampus[J].PLoS One,2010,5(5):e9851.