中枢神经系统中雌激素的研究进展

张文丽 唐 慧 张 瑞 朱 莹 秦丽娟 王瑞敏 王智惠

(华北理工大学 国家科技部老年医学国际科技合作基地，河北 唐山 063000)



中枢神经系统中雌激素的研究进展

张文丽 唐 慧 张 瑞 朱 莹 秦丽娟 王瑞敏 王智惠

(华北理工大学 国家科技部老年医学国际科技合作基地，河北 唐山 063000)

雌激素;雌激素受体；中枢神经保护

雌激素分布于身体内的多个器官组织中，调节着机体内环境的稳定，可以通过神经内分泌的反馈作用调节生长发育、生殖等重要的人体生理功能。在中枢神经系统中雌激素可以通过血脑屏障集于脑组织中的不同部位，作为中枢神经递质之一，发挥神经系统保护作用和增强认知功能等〔1,2〕。在临床疾病的治疗中，雌激素可以降低或延缓神经变性疾病，如延迟阿尔兹海默病、帕金森病以及脑缺血、脑中风等疾病的发病率或改善其预后〔3～5〕，但其确切机制还不清楚。近年来，研究者发现，雌激素除了核受体以外，胞膜上也存在雌激素受体，核受体ER-α和ER-β、G蛋白偶联受体家族的GPR30和GAq-ER等〔6,7〕，这些受体对雌激素反应途径具有重要的调节作用，影响着神经系统的各种功能,引起了人们广泛的关注。

1 雌激素的分布及作用

雌激素主要源于卵巢和肾上腺皮质,血液中的雌激素约5%处于游离状态，具有生物活性，但大部分雌激素能够与特异蛋白结合，共同调节机体各种生理机能及新陈代谢过程。机体内的雌激素主要有17β-雌二醇(E2)、雌三醇、雌酮三种,其中雌二醇作用最强,雌三醇仅有部分作用。脑内雌激素由中枢神经系统和外周神经系统的神经元和胶质细胞合成，部分雌激素能透过血脑屏障，并聚集在脑组织的不同部位，如皮质及海马区、下丘脑等；也能以睾酮甚至胆固醇等为原料,在脑局部原位合成雌激素。神经组织中的雌激素作为一种神经营养因子，生理剂量的雌激素能诱导突触形成，能促进星状胶质细胞发育，调节N-甲基D-天冬氨酸(NMDA)受体、r-氨基丁酸等受体的表达。还可通过神经营养因子之间的相互对话和信号转导途径,激活大脑神经信号通路；抑制细胞膜磷脂的过度氧化和氧化应激所引起的大脑神经元变性，抑制神经元的凋亡。临床研究表明,雌激素能通过神经内分泌的反馈作用调节内环境稳定，能够改善神经传递和认知的功能，改善缺血区神经元的能量代谢和蛋白合成。促进脑内神经细胞轴突和树突的生长,建立和维持突触的功能〔8,9〕。血清雌激素可以提高女性认知功能及记忆能力。绝经后女性卵巢雌二醇分泌量很少，临床上使用雌激素替代疗法可以明显缓解绝经期症状，降低脑缺血性疾病的发作〔10,11〕。在中枢神经系统疾病中，雌激素通过不同途径抑制钙通道的开放及细胞骨架的破坏，还可以增加脑组织中小胶质细胞对β-淀粉样蛋白的清除，保护纹状体多巴胺能神经元，抑制氧化应激及兴奋性氨基酸等引起的毒性。

2 雌激素核受体ER-α和ER-β

中枢神经系统雌激素可以调节神经营养因子及其受体的表达。不仅直接作用于神经元发挥保护作用，还可通过经典的受体依赖机制介导，经过扩散进入细胞或通过细胞内原位合成,与核内的ER结合,还可依非受体的依赖机制作用于脑组织中的血管内皮细胞、星形胶质细胞及小胶质细胞，间接发挥神经保护作用。经典的核受体有ER-α和ER-β,它们主要位于细胞核内,但也有少部分位于细胞膜或胞质的膜性结构,如海马锥体细胞的胞膜等。两种受体发挥作用的方式为雌激素与雌激素受体在细胞核结合形成二聚体，再结合位于目标基因启动子的雌激素反应元件，主要通过此经典途径发挥调节作用。在观察核受体ER-α时发现，在大鼠海马区神经元内，ER-α除了分布于细胞核和胞质及胞膜、突触后膜的致密部，还有无髓鞘的轴突及轴突末端也存在ER-α，进一步定位发现约有25%的ER-α在神经元的树突脊，与多聚核糖体等相关联，提示雌激素通过膜受体快速激活细胞内信号转导途径，ER-α可能与原位蛋白的合成、突触形成、钙离子浓度调节有关〔12〕。在体外试验中用GFP标记的人ER-α转染的大鼠脑皮质神经元中发现，ER-α定位于皮质神经元的棘突上，而胞膜上ER-α并非核内受体转位至胞膜而是由核内直接合成。在大鼠海马区，ER-β同ER-α一样均位于胞核和胞质以及树突脊、轴突以及轴突末端，核雌激素受体是调节雌激素复合物功能的转录因子，ER-β可能也参与调节中枢神经中雌激素快速信号通路〔13〕。研究发现,雌激素通过雌激素合成酶及雌激素ER-β受体对早期神经干细胞及其分化后的细胞具有调节作用〔14〕。

雌激素可以通过ER调节核转录结合、特殊效应原件和目的基因表达进行其调控。根据雌性小鼠神经内分泌以及生殖功能的特点，实验利用ERα基因突变小鼠进行研究〔15〕，使这种小鼠在ERα无效环境下进行繁殖，发现该小鼠有自发排卵，但发情周期以及性激素的正反馈作用均消失，雌激素的快速调节作用是通过与细胞膜ERα结合而产生，提示雌激素非基因途径对于神经内分泌的负反馈调节起一定的作用，调控细胞的生理功能。各种雌激素受体功能各异,发现敲除ER-α基因导致不育,蛋白激酶活性降低，而敲除ER-B基因导致生育低下，影响学习和记忆行为、长时程增强效应(LTP)及突触强度〔16〕。

3 雌激素膜受体GPR30

对于膜性雌激素受体,GPR30是一种具有七次穿膜结构的G-蛋白偶联受体，是介导非经典途径的膜雌激素受体之一。不同的文献报道它位于细胞膜、内质网、线粒体及高尔基复合体等，在雌激素信号通路中发挥作用〔17〕。在内质网中的主要功能涉及碳水化合物的加工，二硫键的转换以及蛋白水解过程。在细胞的生长调节,增殖和凋亡中发挥一定作用。通过电镜免疫标记观察发现GPR30分布于神经元的细胞膜和内质网。Pedram等〔18〕在SKBR3乳腺癌细胞中敲除GPR30基因，发现GPR30不影响雌激素信号通路对ERK、cAMP、PI3、钙离子的调节，但ER-α基因敲除后，上述作用均被抑制。GPR30通过酶和细胞膜离子通道相关的膜雌激素受体激活信号途径，在培养的下丘脑神经元中发现，适当加入GPR30的选择性抑制剂G-1，能增加细胞内钙离子的浓度。经典的膜受体ER-α或ER-β可能通过某种机制与受体GPR30一起协同调节雌激素快速信号通路，调节神经内分泌过程和能量代谢。雌激素通过GPR30介导的非基因组效应，促进活化蛋白激酶通路,保护神经元，抑制细胞凋亡具有一定意义。

4 雌激素及受体对谷氨酸导致的神经细胞损伤保护作用

谷氨酸是脑内含量最丰富的兴奋性神经递质,但过多谷氨酸受体的激活会产生兴奋性毒性，导致中枢神经系统神经细胞的凋亡和坏死。多项研究发现，雌激素可通过调控L型钙离子通道、抑制钙内流，增加线粒体内钙离子螯合,增强Bcl-2等表达，减轻谷氨酸毒性诱导的细胞死亡，抑制NMDA 受体及受体介导的动作电位,对抗兴奋性氨基酸毒性。Zhang等〔19〕对小鼠脑缺血后处理进行了观察,发现小鼠神经细胞死亡速度下降,推测谷氨酸的表达上调可能对小鼠脑缺血后的神经细胞起着重要保护作用。研究发现，雌激素刺激海马神经元培养细胞的谷氨酸盐性突触蛋白的形成，主要是通过ER-α依赖性机制介导进行的〔20〕。Bryant等〔21〕通过分离不同性别的小鼠大脑皮质神经细胞，建立了谷氨酸诱导的神经损伤模型，在雌、雄小鼠神经细胞的培养物中均可检测到ER-α和ER-β的表达,对雌鼠用雌激素进行预处理24 h实验后发现,对雌鼠神经细胞谷氨酸毒性损伤有一定的保护作用，而运用ER-α激动剂后发现，ER-α对雌鼠皮质神经保护发挥了重要的作用,而ER-α激动剂对雌、雄鼠神经细胞都只有较小程度的保护作用,提示培养物中ER-α和ER-β的表达与雌激素对谷氨酸诱导神经细胞损伤的保护作用之间有密切关系。

5 雌激素对脑缺血再灌注损伤的作用

脑缺血再灌注损伤时,线粒体功能紊乱,线粒体内钙离子外流。雌激素可促进线粒体ATP合成、抑制线粒体凋亡因子，减少ROS生成、抗氧化和调节线粒体的稳态，减轻脑缺血再灌注损伤。雌激素及其衍生物作为体内氧自由基的清道夫,在神经保护中发挥着一定作用。雌激素预处理显著减少大脑皮层和海马CA1区氧自由基,摘除双侧卵巢后SD大鼠，应用外源性雌二醇治疗4周后免疫组织化学超敏SP 法检测大脑皮质和海马中Bcl-2 和Bax 蛋白表达的变化，表明雌激素能够不同程度的上调大脑皮质和海马中Bcl-2 蛋白的表达,下调Bax 蛋白的表达,从而对大脑皮质及海马神经元具有保护作用〔22〕。在对血管性痴呆雄性大鼠腹腔注射雌二醇30次，应用Y型迷宫试验检测大鼠学习记忆能力，雌激素组认知能力改善〔23〕。大量研究表明,在脑缺血再灌注损伤时,钙离子超载是导致细胞死亡的共同通路，因此降低胞内钙离子浓度作为脑缺血神经保护的关键环节有重要的意义。Calpain可通过线粒体途径诱发神经细胞坏死和凋亡,雌激素可降低中性蛋白酶Calpain活性，抑制小胶质细胞的激活减轻炎症损伤。在IL-1P所致脑血管炎症反应中发现〔24〕,雌激素可以减少环氧合酶-2的生成，抑制小胶质细胞向炎症区的迁移。在永久性大脑中动脉栓塞(MCAO)模型中,发现雌激素降低缺血区和血清IL-6水平,在卵巢切除后立即予雌激素治疗，降低了缺血中心区和周围区的促炎症因子；而在卵巢切除后10 w及5个月后运用雌激素治疗，促炎症因子的表达反而增加，这说明长时间的缺乏雌激素，丧失了神经保护和抗炎作用〔25〕。有报道给予生理剂量雌激素长期治疗，可减轻雄性大鼠、沙土鼠去卵巢大鼠的脑缺血后海马区神经元损伤，但长期缺乏后再补充高浓度雌激素反而加重脑损伤〔26〕。雌激素对缺血后神经元及内皮细胞均有保护作用，减轻大鼠脑缺血再灌注引起的皮层损伤，拮抗大鼠脑缺血后的神经细胞凋亡，改善缺血区神经元的能量代谢和蛋白合成。

6 总 结

雌激素作为机体自身合成分泌的一种激素,它的作用除了生殖功能外，在中枢系统中也可影响神经的结构和功能，影响行为认知能力，减轻脑缺血性损伤，是一种重要的信号调节分子。雌激素可以降低或延缓神经变性疾病，可通过减少氧自由基生成、抑制钙离子内流、抑制炎症反应等机制保护神经细胞。雌激素对谷氨酸导致的神经细胞损伤及脑缺血再灌注损伤有一定的保护作用，还可降低老年性痴呆的发病率。然而对于雌激素替代治疗争议很多,虽然运用ERα和ERβ基因敲除动物模型，可以明确经典受体对快速通路的调节作用，但在不同脑区膜受体表达也有一定差异，快速通路的生理意义、生理机制也各不相同，膜受体调节雌激素快速通路的具体机制还不十分清楚。所以了解雌激素及其受体在中枢神经系统的作用，从而更好地为雌激素反应性疾病的基础和临床研究以及雌激素药物开发提供有利的理论依据。

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〔2015-12-19修回〕

(编辑 李相军)

国家自然科学基金资助课题(30970664，31171354);唐山市科技局项目(13130293z);国家科技部老年医学国际科技合作基地项目(14160201B);唐山市老年医学重点实验室项目(14140221B)

张文丽(1974-)，女，高级实验师，主要从事老年相关疾病研究。

R743

A

1005-9202(2016)20-5184-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.20.122