G蛋白偶联雌激素受体在心血管疾病中的作用

张　文　付　炜　张海波

200127 上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心心胸外科



G蛋白偶联雌激素受体在心血管疾病中的作用

张文付炜张海波

200127 上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心心胸外科

【摘要】流行病学研究发现雌激素可能在心血管系统中起保护作用，但绝经后的女性雌激素替代治疗的临床效果却不尽如人意。G蛋白偶联雌激素受体(G protein-coupled estrogen receptor，GPER)是一种能介导快速非基因组效应的新型雌激素受体，体内外研究发现它能参与心室重构、血压调节、脂代谢和动脉粥样硬化的进程，有望成为心血管疾病预防与治疗的新靶点。

【关键词】雌激素；G蛋白偶联雌激素受体；心血管疾病

流行病学研究发现，心血管疾病的发生与发展存在性别差异，例如女性在绝经前缺血性心脏病的发病时间显著晚于男性，但绝经后的发病率却显著上升，这提示雌激素可能在心血管疾病中发挥关键作用[1]。针对绝经后女性雌激素替代治疗的临床试验已开展十余年，然而，对于这种疗法能否起到心血管保护作用的争议始终不断。近期一项荟萃分析表明，绝经后雌激素替代治疗在预防心血管事件发生方面几乎没有益处，反而会增加卒中和深静脉血栓的风险[2]。这迫切需要进一步阐明雌激素在心血管系统中确切的作用机制。17β-雌二醇(17β-estradiol，E2)是雌激素中活性最强的成分，通常认为E2通过结合核内的雌激素受体(estrogen receptor, ER)α或β，调控相关基因表达，被称为基因组效应。近年来发现E2的某些快速信号转导效应并非通过经典的ERα或ERβ途径。G蛋白偶联雌激素受体(G protein-coupled estrogen receptor, GPER)是一类可以介导快速非基因组效应的ER，广泛存在于全身各组织中[3]。通过利用GPER特异性激动剂或拮抗剂以及基因敲除模型，GPER的功能被不断阐明。本文主要介绍心血管疾病中GPER的作用。

1GPER概述

1.1结构与定位

GPER是一种7次跨膜蛋白，在心肌细胞[4]、心脏成纤维细胞[5]、血管内皮细胞[6]和血管平滑肌细胞[7]中均有表达，但对其确切的亚细胞定位仍有争议。早期研究认为GPER位于细胞膜上，但随后的研究表明对于大部分细胞来说，GPER定位于细胞内的膜结构上，包括内质网和高尔基体。Cheng等[8]发现，GPER可能通过网格蛋白介导的固有内吞过程，最终到达反面高尔基体，不会再回到细胞膜表面。在脐静脉内皮细胞与低分化乳腺癌细胞中则发现GPER定位于细胞核中[9-10]，这提示GPER的亚细胞定位具有细胞特异性，并受细胞状态的影响。

2.2功能与效应

最初发现GPER的时候并没有找到其相对应的配体，就根据孤儿受体的命名原则将其称作G蛋白偶联受体30(G protein-coupled receptor 30，GPR30)。E2是GPER的内源性自然配体，亲和力为3～6 nmol/L，是E2对ERα或ERβ的亲和力的1/10左右[11]。一些选择性雌激素受体调节剂，如4-羟他莫昔芬、雷洛昔芬、ICI182780，以及环境雌激素，如双酚A、二氯二苯三氯乙烷(Dichlorodiphenyl-trichloroethane，DDT)、多氯联苯等，均能与GPER相互作用。随着GPER选择性激动剂G1与选择性拮抗剂G15、G36的发现，以及GPER基因敲除模型的建立[12]，GPER的生物学功能不断被揭示。

GPER的激活能够引起Src介导的基质金属蛋白酶活化，促使原本与肝素结合的表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)释放，与EGF受体(EGFR)结合后激活细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)及其下游级联反应[13]。相反的是，GPER还能激活腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase，AC)，减弱ERK1/2的活性，促进血管舒张[14]。GPER也能通过转化激活EGFR，激活磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/丝氨酸/苏氨酸激酶(Akt)途径，活化内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)产生一氧化氮[14-15]。此外，GPER也能调控细胞周期相关蛋白如cyclin A、cyclin D1和cyclin E的表达，促进或抑制不同种类细胞的增殖[5, 16-17]。

2GPER在心血管疾病中的作用

2.1心室重构

GPER激活后能够促进缺血再灌注损伤心肌的功能恢复，减少心肌梗死面积。E2或G1能够抑制心肌细胞凋亡，增加超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和三磷酸腺苷(ATP)酶的水平[18]，减少促炎因子如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素(interleukin，IL)-1β和IL-6的产生[19]。GPER激活后，通过丝裂原活化蛋白/细胞外信号调节激酶/糖原合成酶激酶-3β(MEK/ERK/GSK-3β)途径，抑制线粒体通透转换孔(mPTP)的活性[20]。GPER也能抑制心脏成纤维细胞细胞周期蛋白cyclin B1和细胞周期蛋白依赖性激酶1(cyclin-dependent kinase 1，CDK1)的表达，抑制成纤维细胞增殖[5]，进而减少纤维瘢痕形成，并抑制因雌激素缺失所造成的心室重构与舒张功能减退[21]。在卵巢切除的大鼠心肌梗死模型中，GPER的激活能够联合膜雌激素受体ERα通过PI3K/Akt/eNOS途径降低心室肥厚的程度[22]。

2.2血压调节

绝经前后高血压发病率存在显著差异，这提示雌激素水平可能与血压调节相关[23]。GPER在调节血管舒缩功能方面起重要作用。雄性大鼠及年老雌性大鼠肠系膜动脉中GPER的表达要比年轻雌性大鼠降低约50%，提示其可能受性别和年龄的双重影响[24]。Feldman等[25]发现GPER基因在P16L位点的单核苷酸错义突变能降低GPER的功能，携带此等位基因的女性患者的血压显著高于普通人群。利用选择性拮抗剂G15阻断GPER则能降低eNOS的生物活性，增强内皮依赖的血管收缩效应[15]，提示GPER能在生理状态下介导固有的血管舒张特性。GPER也可通过激活AC，促进下游环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)介导的血管平滑肌细胞舒张[14]，同时也能抑制由内皮素-1(endothelin-1，ET-1)介导的血管收缩，这可能与血管平滑肌对钙离子的敏感性降低有关[26]。

2.3脂代谢与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种慢性、系统性的血管炎性反应，与脂代谢紊乱相关。P16L位点突变的人群中低密度脂蛋白水平增高，提示GPER在调节脂代谢中起重要作用，可能是通过下调前蛋白转化酶枯草溶菌素9(proprotein convertase subtilisin kexin type 9, PCSK9)导致低密度脂蛋白受体的上调[27]。在GPER基因敲除小鼠模型中发现类似现象，基因敲除小鼠即使保留卵巢，动脉粥样硬化的进程也比正常小鼠快，总胆固醇和低密度脂蛋白水平升高，高密度脂蛋白水平降低，同时eNOS的生物活性也降低；在卵巢切除后的小鼠中，这一现象更为严重[6, 28]。在GPER基因敲除的雄性小鼠中也可观察到总胆固醇与三酰甘油水平的升高[29]。GPER的激活能够通过抑制ERK1/2和Akt的磷酸化延缓细胞周期进程，抑制冠状动脉平滑肌细胞的增生与迁移[7]。激活内皮细胞中的GPER则能减弱TNF-α诱导的炎症因子表达上调，减轻内皮炎症反应[9]。

3结语

尽管在雌激素替代治疗预防心血管事件的效果令人失望，但是利用高选择性的GPER激动剂模拟E2的配体激动作用却证实了其对心血管系统的保护作用。GPER的选择性激活未对生殖系统产生严重不良反应，未来可以作为新药研发的靶点。上述研究都是在体外或动物模型上进行，由于GPER分布于全身各个系统中，其对人体的效果尚不得而知。GPER确切的亚细胞定位以及信号转导途径也需进一步阐明。

参考文献

[1]Ostadal B, Ostadal P. Sex-based differences in cardiac ischaemic injury and protection: therapeutic implications[J]. Br J Pharmacol, 2014, 171(3):541-554.

[2]Boardman HM, Hartley L, Eisinga A, et al. Hormone therapy for preventing cardiovascular disease in post-menopausal women[J]. Cochrane Database Syst Rev, 2015, 3:CD002229.

[3]Prossnitz ER, Barton M. The G-protein-coupled estrogen receptor GPER in health and disease[J]. Nat Rev Endocrinol, 2011, 7(12):715-726.

[4]Recchia AG, De Francesco EM, Vivacqua A, et al. The G protein-coupled receptor 30 is up-regulated by hypoxia-inducible factor-1alpha (HIF-1alpha) in breast cancer cells and cardiomyocytes[J]. J Biol Chem, 2011, 286(12):10773-10782.

[5]Wang H, Zhao Z, Lin M,et al. Activation of GPR30 inhibits cardiac fibroblast proliferation[J]. Mol Cell Biochem, 2015, 405(1-2):135-148.

[6]Meyer MR, Fredette NC, Howard TA, et al. G protein-coupled estrogen receptor protects from atherosclerosis[J]. Sci Rep, 2014, 4:7564.

[7]Li F, Yu X, Szynkarski CK,et al. Activation of GPER induces differentiation and inhibition of coronary artery smooth muscle cell proliferation[J]. PLoS One, 2013, 8(6):e64771.

[8]Cheng SB, Quinn JA, Graeber CT, et al. Down-modulation of the G-protein-coupled estrogen receptor, GPER, from the cell surface occurs via a trans-Golgi-proteasome pathway[J]. J Biol Chem, 2011, 286(25):22441-22455.

[9]Chakrabarti S, Davidge ST. G-protein coupled receptor 30 (GPR30): a novel regulator of endothelial inflammation[J]. PLoS One, 2012, 7(12):e52357.

[10]Samartzis EP, Noske A, Meisel A,et al. The G protein-coupled estrogen receptor (GPER) is expressed in two different subcellular localizations reflecting distinct tumor properties in breast cancer[J]. PLoS One, 2014, 9(1):e83296.

[11]Prossnitz ER, Arterburn JB. Internationalunion of basic and clinical pharmacology. XCVII. G protein-coupled estrogen receptor and its pharmacologic modulators[J]. Pharmacol Rev, 2015, 67(3):505-540.

[12]Prossnitz ER, Hathaway HJ. What have we learned about GPER function in physiology and disease from knockout mice?[J]. J Steroid Biochem Mol Biol, 2015, 153:114-126.

[13]Filardo EJ, Quinn JA, Frackelton AR Jr, et al. Estrogen action via the G protein-coupled receptor, GPR30: stimulation of adenylyl cyclase and cAMP-mediated attenuation of the epidermal growth factor receptor-to-MAPK signaling axis[J]. Mol Endocrinol, 2002, 16(1):70-84.

[14]Lindsey SH, Liu L, Chappell MC. Vasodilation by GPER in mesenteric arteries involves both endothelial nitric oxide and smooth muscle cAMP signaling[J]. Steroids, 2014, 81:99-102.

[15]Meyer MR, Amann K, Field AS, et al. Deletion of G protein-coupled estrogen receptor increases endothelial vasoconstriction[J]. Hypertension, 2012, 59(2):507-512.

[16]Albanito L, Madeo A, Lappano R, et al. G protein-coupled receptor 30 (GPR30) mediates gene expression changes and growth response to 17beta-estradiol and selective GPR30 ligand G-1 in ovarian cancer cells[J]. Cancer Res, 2007, 67(4):1859-1866.

[17]Vivacqua A, Bonofiglio D, Albanito L, et al. 17beta-estradiol, genistein, and 4-hydroxytamoxifen induce the proliferation of thyroid cancer cells through the g protein-coupled receptor GPR30[J]. Mol Pharmacol, 2006, 70(4):1414-1423.

[18]Li WL, Xiang W, Ping Y. Activation of novel estrogen receptor GPER results in inhibition of cardiocyte apoptosis and cardioprotection[J]. Mol Med Rep, 2015, 12(2):2425-2430.

[19]Weil BR, Manukyan MC, Herrmann JL, et al.Signaling via GPR30 protects the myocardium from ischemia/reperfusion injury[J]. Surgery, 2010, 148(2):436-443.

[20]Kabir ME, Singh H, Lu R,et al. G protein-coupled estrogen receptor 1 mediates acute estrogen-induced cardioprotection via MEK/ERK/GSK-3beta pathway after ischemia/reperfusion[J]. PLoS One, 2015, 10(9):e0135988.

[21]Wang H, Jessup JA, Lin MS,et al. Activation of GPR30 attenuates diastolic dysfunction and left ventricle remodelling in oophorectomized mRen2.Lewis rats[J]. Cardiovasc Res, 2012, 94(1):96-104.

[22]Lee TM, Lin SZ, Chang NC.Both GPER and membrane oestrogen receptor-alpha activation protect ventricular remodelling in 17beta oestradiol-treated ovariectomized infarcted rats[J]. J Cell Mol Med, 2014, 18(12):2454-2465.

[23]Maric-Bilkan C, Gilbert EL, Ryan MJ. Impact of ovarian function on cardiovascular health in women: focus on hypertension[J]. Int J Womens Health, 2014, 6:131-139.

[24]Lindsey SH, da Silva AS, Silva MS, et al. Reduced vasorelaxation to estradiol and G-1 in aged female and adult male rats is associated with GPR30 downregulation[J]. Am J Physiol Endocrinol Metab, 2013, 305(1):E113-E118.

[25]Feldman RD, Gros R, Ding Q, et al. A common hypofunctional genetic variant of GPER is associated with increased blood pressure in women[J]. Br J Clin Pharmacol, 2014, 78(6):1441-1452.

[26]Meyer MR, Field AS, Kanagy NL,et al. GPER regulates endothelin-dependent vascular tone and intracellular calcium[J]. Life Sci, 2012, 91(13-14):623-627.

[27]Hussain Y, Ding Q, Connelly PW, et al. G-protein estrogen receptor as a regulator of low-density lipoprotein cholesterol metabolism: cellular and population genetic studies[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2015, 35(1):213-221.

[28]Meoli L, Isensee J, Zazzu V, et al.Sex- and age-dependent effects of Gpr30 genetic deletion on the metabolic and cardiovascular profiles of diet-induced obese mice[J]. Gene, 2014, 540(2):210-216.

[29]Sharma G, Hu C, Brigman JL,et al. GPER deficiency in male mice results in insulin resistance, dyslipidemia, and a proinflammatory state[J]. Endocrinology, 2013, 154(11):4136-4145.

(收稿：2015-10-19修回:2016-01-26)

(本文编辑：梁英超)

doi:10.3969/j.issn.1673-6583.2016.02.010

通信作者：张海波，Email: zhanghaibosh@126.com