雌激素神经保护作用及其机制的研究进展

刘　兴　综述，虞乐华审校（重庆医科大学附属第二医院康复医学与理疗科，重庆400010）

雌激素神经保护作用及其机制的研究进展

刘兴综述，虞乐华△审校（重庆医科大学附属第二医院康复医学与理疗科，重庆400010）

脑缺血；雌激素；雌激素受体；神经保护；综述

雌激素是一种类固醇激素，主要来源于卵巢，由雄激素经芳香化酶催化转化而来。近年来大量研究表明，雌激素除在生殖系统发挥重要作用外，还在认知、记忆、神经突触可塑性、神经发生、神经保护等方面起重要作用。在世界范围内，脑卒中是导致死亡和残疾的主要疾病之一。流行病学研究表明，绝经前妇女卒中的发病率远低于相应年龄段的男性，其严重程度也较轻，而绝经后女性卒中发病率明显增高［1］，从而提示了长期暴露于卵巢雌激素有可能可以预防卒中发生，而这一效果似乎在绝经后停止，这种保护作用是绝经后使用激素替代疗法的一个原因。也有研究发现雌激素对一些神经退行性疾病，如阿尔茨海默、帕金森病等有保护作用［2］。

因此，近年来雌激素在神经保护方面的作用受到越来越多的关注，本文现将雌激素在神经保护方面的作用及机制予以综述。

1　雌激素神经保护作用

1.1基础研究首先发现雌激素具有神经保护作用的间接证据是完整动物的脑损伤程度存在性别差异。在接受大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）2 h后，成年雌性大鼠的脑梗死面积小于同龄的雄性大鼠，而在MCAO前对雌性进行去卵巢则使这一保护作用消失［3］。而且生殖功能退化的大鼠接受MCAO后，其脑梗死面积的性别差异性消失［4］。另外，雌性动物的发情周期也会影响缺血性脑卒中的结局。例如，处于发情前期（高内源性雌激素水平）的雌性动物在接受MCAO后脑梗死的面积要小于处于发情后期（低内源性雌激素水平）的雌性动物［5］。在体外研究中，雌激素可有效降低谷氨酸、葡萄糖剥夺、β淀粉样蛋白导致的脑损伤［6］。另有研究发现，17β-雌二醇可以减少氧糖剥夺后初代少突胶质细胞的死亡，并且及保护作用具有量-效关系［7］。

1.2临床研究雌激素水平与女性认知功能密切相关，雌激素可以改善年轻女性语言、记忆能力，绝经后女性使用雌激素可使认知功能障碍和神经退行性疾病的发病风险减少或延缓。美国的妇女健康倡议进行了一项10年的追踪研究［8］，此研究给予停经后子宫切除的女性平均5.9年的口服妊马雌酮。结果表明，在50～＜60岁绝经后妇女中，与安慰剂组相比，每10 000例每年能减少2例卒中、11例冠心病、14例糖尿病、8例乳腺癌、56例骨折和10例死亡。

2　雌激素神经保护作用的相关机制

2.1雌激素受体依赖的基因组及非基因组作用雌激素主要通过雌激素受体（estrogen receptor，ER）的介导发挥生物学效应。ER分为ERα和ERβ 2种亚型，在全身各系统均有广泛分布。在中枢神经系统中，ER通过表达于脑皮质星型胶质细胞、神经元、内皮细胞而介导雌激素的神经保护作用。一些研究发现雌性小鼠在接受MCAO之前给予雌激素受体拮抗剂ICI182、780会增加脑梗死面积［9］，提示雌激素是通过与ER结合而发挥神经保护作用。进一步研究发现，ERβ基因敲除的野生型小鼠给予外源性雌激素治疗会减少MCAO后脑梗死的面积，而ERα基因敲除则不会出现这种脑保护效果，从而推测是ERα介导雌激素的神经保护作用［10］。然而，也有证据表明ERβ与神经保护作用有关，如Noppens等［11］发现给予心脏骤停小鼠雌二醇治疗可以通过ERβ途径发挥神经保护作用；Raval等［12］发现海马区ERβ基因沉默则能加重缺血引起的神经元死亡。现在大家普遍认同的是，雌激素的直接基因组机制类似于其他类固醇激素，即雌激素以自由扩散形式通过质膜，作为一个转录因子与ER结合可使ER从与热休克蛋白形成的抑制性复合体中释放出来，引起ER同源或异源二聚化，然后入核。随之ER与靶基因增强子区的雌激素反应元件（estrogen response elements，ERE）结合，最后形成一个辅助性的的调节复合体，作用于转录模板引起转录的激活或抑制，或与其他核蛋白相互作用改变基因的转录活性。最近的研究发现了第3种ER，即G蛋白偶联受体30（G-protein-coupled receptor 30，GPR30）。GPR30与雌激素有高度亲和力，表达于乳腺癌细胞和体内各组织。目前普遍认为GPR30作为一种膜型受体，与雌激素的多种非基因组保护作用相关。不同于经典基因组机制，雌激素非基因组机制表现为“快速效应”，包括蛋白质磷酸化修饰和改变cAMP、Ca2+等细胞内第二信使的浓度。但遗憾的是，目前对于GRP30在神经系统的分布，细胞内的位点及介导雌激素神经保护作用的机制尚不十分明确。

2.2调节MAPK/PI3K/Akt信号传导途径最近研究发现，在大脑中，丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）信号传导途径和磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）信号传导途径与雌激素的神经保护作用有关。Singer等［13］发现对暴露于谷氨酸的原代皮质神经元给予MAPK抑制剂PD98059，可以抑制E2的神经保护作用。PI3K/Akt信号通路是重要的细胞存活信息通路，在大鼠MCAO卒中模型中，雌激素可通过上调PI3K/Akt的表达即通过PI3K/Akt信号通路发挥神经保护作用［14］。

2.3增加Bcl-2的表达Bcl-2是一种原癌基因，目前有许多试验研究Bcl-2与细胞凋亡及脑缺血时细胞存活之间的关系。当体外培养的原代皮层神经元［6］暴露于过氧化氢或谷氨酸时，雌激素可通过增加Bcl-2的表达发挥神经保护作用。在雌性大鼠或雌激素治疗鼠的缺血性卒中模型中，Bcl-2 mRNA和蛋白质的表达增加伴随着脑梗死面积的减少［3］。目前已证实Bcl-2在脑缺血再灌注过程中通过抑制Ca2+释放、阻止凋亡基因信号传递、抑制自由基及抗过氧化作用而抑制细胞凋亡的发生。

2.4抗炎性反应作用野生型去卵巢雌鼠给予外源性雌激素治疗后会减少永久性MCAO后脑梗死面积，而卒中前给予诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）基因敲除则这一作用消失［15］，从而推测雌激素的神经保护作用可能与抗炎性反应有关。生理剂量的雌激素可以抑制小胶质细胞的活化和iNOS介导的炎性反应，以及抑制一些炎症介质的产生，包括金属蛋白酶、前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）、环氧合酶-2（cyclooxygenase 2，COX-2）［16］。除小胶质细胞外，星型胶质细胞也被证明参与脑损伤后的炎性反应。有研究发现，在体外培养的星型胶质细胞给予17β-E2预处理能减少IL-1β、TNF-α的表达及抑制基质金属蛋白酶-9 （matrix metallopeptidase 9，MMP-9）的活性［17］。从上述研究结果可以看出，缺血后的炎性反应在脑损伤中发挥重要作用，而雌激素通过抗炎性反应产生神经保护作用。

2.5调节NO合酶活性血管内皮功能紊乱是缺血性脑损伤发病机制的重要环节。在缺血性脑损伤中，雌激素神经保护作用被认为与NO相关，而NO是由L-精氨酸经一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）催化生成。雌激素在缺血性脑损伤中发挥神经保护作用的一种机制可能是通过增强内皮型NOS（eNOS）活性，引起脑血流量的增加。有研究发现，去卵巢大鼠给予雌激素处理会激活脑血管中的eNOS，引起NO的合成增多［18］。而且，在体外培养的内皮细胞给予生理剂量的雌激素处理会观察到eNOS的表达增多［19］。另一研究发现，在MCAO卒中模型中，神经元型NOS（nNOS）基因敲除雌鼠脑损伤严重程度要高于野生型雌鼠，而去卵巢合并nNOS基因敲除的雌鼠给予雌激素替代治疗后与赋型剂对照组比较，二者缺血性脑损伤的程度无差异，从而推测雌激素可通过nNOS途径对缺血性脑损伤的雌性动物发挥神经保护作用［20］。

2.6调节内皮依赖性超极化因子血管平滑肌的舒张是内皮的重要功能，而雌激素对内皮依赖性血管舒张功能有重要调节作用。目前已知的3种血管内皮舒张因子是NO、前列环素2（prostacyclin，PGI2）及内皮依赖性超极化因子（endothelium-derived hyperpolarizing factor，EDHF）。尽管NO被认为是动脉血管主要的舒张因子，但越来越多的证据显示EDHF对局部血管阻力及血流量的调节也有重要影响，并且对小阻力血管的影响更明显［21］。EDHF介导的反应表现在当NO和PGI2合成受阻时血管平滑肌细胞膜的超极化现象，进而引起舒血管反应。目前，在外周血管和脑血管中均发现了EDHF的血管舒张作用。雌激素缺乏对NO介导的大鼠肠系膜动脉舒张功能无影响，然而EDHF介导的血管反应却对雌激素反应敏感。有研究发现雌性大鼠EDHF介导的血管舒张和超极化反应明显大于雄鼠［22］，而且去卵巢雌鼠给予雌激素替代治疗后其EDHF介导的血管舒张和超极化反应也大于未治疗组［23］。与此类似的是，发情间期（雌激素缺乏）的雌鼠与发情期的雌鼠比较，前者EDHF介导的肠系膜动脉舒张及超极化反应小于后者［22］。迄今为止，EDHF的化学本质仍在争论之中，目前提出的候选物质包括过氧化氢（H2O2）、K+、C型钠尿肽及环氧二十碳三烯酸。另有一种观点认为EDHF是内皮细胞和平滑肌细胞间的电传递，其途径是缝隙连接。这种缝隙连接由几种不同的连接蛋白构成，包括连接蛋白-37、连接蛋白-40和连接蛋白-43。在大鼠肠系膜动脉，去卵巢处理会减少连接蛋白-43的表达，而给予雌激素治疗则能防止这一现象，提示雌激素缺乏影响EDHF通过改变连接蛋白-43的表达而产生相关的反应，同时也表明雌激素影响EDHF介导的舒张反应部分是通过增强缝隙连接的功能［24］。

2.7抗氧化应激作用氧自由基引起的氧化应激反应是脑缺血再灌注损伤的重要因素之一。线粒体是活性氧（reactive oxygen species，ROS）和氧化应激的主要来源，并在细胞凋亡过程中扮演重要角色。当线粒体功能受损时，ATP的生成受阻而ROS的产生增加，当ROS超过抗氧化系统的清除水平时，其在细胞内累积，易损害神经元膜通透性，诱发细胞内脂质过氧化反应，影响细胞内环境的稳定，导致细胞坏死，还可以激发相关的凋亡调控基因导致细胞凋亡。有研究发现雌激素可以抑制雌鼠和雄鼠脑细胞线粒体ROS的产生，而给予雌激素处理的神经样PC12细胞也观察到这种保护作用，从而证实了雌激素的抗氧化作用［25］。雌激素能通过增强线粒体功能，促进ATP的生成，减少氧化应激损伤而维持细胞存活。雌激素也可以通过调节抗氧化酶的活性而发挥神经保护作用，包括超氧化物歧化酶。过氧化氢酶及谷胱甘肽过氧化物酶。目前，雌激素的直接抗氧化机制与其酚环A链C3位的羟基结构活性有关，其羟基的氢原子和电子很容易传递给脂质超氧自由基，从而阻断链式进行的氧化还原反应。

2.8促进神经发生雌激素在神经发生方面的作用最近引起了研究者的兴趣和重视。出生后的哺乳动物脑中仍存在产生新生神经元的能力，并且这种能力一直保持至成年。室管膜下区（subventricular zone，SVZ）和海马齿状回（dentate gyms，DG）是哺乳类脑中2个主要的胚后神经发生区，其含有大量的神经前体细胞。雌激素能促进新生的神经元向脑受损区迁移，比如从SVZ移向缺血区，进而促进损伤后脑功能重塑和修复。Cheng等［26］发现接受MCAO后，给予雌激素连续处理14 d的去卵巢小鼠SVZ和DG区新生神经元数量高于赋型剂治疗组，提示雌激素能增强缺血性卒中后的神经发生。由于新生的神经元能从SVZ及DG迁移至缺血区并可能代替坏死的神经元，因此这项发现可能具有临床参考意义。目前还需要更多的试验来确定这些新生的神经元能否影响缺血性损伤后脑功能的恢复。

2.9促进血管新生血管新生是指在原有血管上以出芽方式形成新生血管的过程，其发生、发展是通过调节血管内皮细胞的增殖和迁移、细胞外基质的改建和重塑及血管通透性的改变而发生的，对器官的发育至关重要并且影响缺血性脑损伤的远期预后。有研究发现，去卵巢雌鼠给予雌激素处理后额皮质毛细血管密度明显高于赋形剂对照组［27］。且雌鼠接受去卵巢处理后脑血管中血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）mRNA及蛋白质表达水平显著减少，而予以雌激素替代治疗后VEGF的表达接近完整雌鼠水平［27］。由于VEGF是血管内皮细胞的特异性生长因子且能促进血管新生，因此，这项研究表明雌激素可通过提高相关促血管新生物质的表达，进而促进大脑新生血管的形成。

2.10其他机制以上总结了雌激素神经保护作用的主要机制，但也存在其他潜在的机制。（1）一些学者认为雌激素可以增加脑血流量，从而减轻脑缺血性损伤。Alkayed等［3］在正常血压大鼠和有卒中倾向的高血压大鼠的脑缺血模型中，均测得雌性大鼠较雄性大鼠及去卵巢大鼠拥有更高的脑血流量和较小的脑梗死面积，并认为脑血流量的改善是雌鼠较小脑梗死范围的重要原因之一。（2）可溶性环氧化物水解酶（soluble epoxide hydrolase，sEH）是EETs代谢的关键酶，雌激素可以抑制其活性。在MCAO卒中模型中，EETs能使雌鼠脑血流量高于雄鼠及去卵巢鼠，如果在卒中前给予sEH基因敲除，则脑血流的性别差异消失，证明EETs也跟雌激素神经保护作用相关［28］。（3）在卒中时，雌激素可以通过调节血脑屏障通透性及抑制血-脑脊液屏障转运体的活性来减少脑水肿的形成［29］。（4）在体外，给予10 nmol/L17β-E2预处理会明显减少谷氨酸毒性引起的皮层神经元死亡，说明雌激素可以对抗谷氨酸的损伤作用从而保护神经细胞［6］。（5）雌激素神经保护作用的另一机制与促进一些生长因子的释放有关，如促进星型胶质细胞产生TGF-β有助于神经元的存活［30］。

3　小结与展望

结合目前动物实验、体外细胞实验和临床试验的研究结果，表明雌激素具有神经保护作用，其机制是多方面的。雌激素通过与不同靶细胞内的ER结合，启动细胞内不同的信号传导途径发挥神经保护作用，也可通过抗炎症、抗氧化、增加局部血流量等途径表现保护神经细胞作用。雌激素的神经保护作用对脑卒中、阿尔茨海默病、帕金森病、脊髓损伤等神经系统疾病的治疗提供了新的思路。目前，国外已在临床上针对绝经期妇女使用雌激素替代疗法预防和治疗缺血性脑血管病，但其临床疗效评价不一，可能与雌激素的剂型、给药方式、受试者的选择、观察时间和指标及样本量等因素有关。雌激素神经保护作用的深层机制，雌激素临床治疗正确的剂型、剂量、给药途径及不良反应等问题尚需进一步的基础和临床研究。

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（2016-02-03）