雌激素在缺血性脑卒中的作用

王帅+王梓炫+马振亮+田林+赵海霞+李克波

[关键词] 雌激素；缺血性脑卒中；神经保护

中图分类号：R743 文献标识码：A 文章编号：1009-816X（2016）06-0459-03

脑卒中是影响人类生命健康的重要疾病之一，其中缺血性脑卒中占绝大部分，流行病学研究发现，绝经前女性缺血性脑卒中的发病率明显低于同年龄的男性，但是随着女性绝经期的到来，女性缺血性脑卒中的发病率开始增加，且预后往往更差[1]，其原因不仅仅是因为年龄或者危险因素的改变，更多的是由于绝经后女性体内雌激素水平的下降而引起的神经保护作用缺失[2]。近年来，雌激素对缺血性脑卒中的作用越来越受到人们的重视，现就近年来雌激素在缺血性脑卒中的作用研究进展作一综述。

1 雌激素及其受体

雌激素属于甾体类激素的一种，主要由卵巢、胎盘产生，另外，一些其他组织包括肝脏、肾上腺、乳房、脂肪也会产生少量雌激素，而这些部位所产生的雌激素对绝经后妇女尤为重要。人体内的雌激素主要有雌酮、雌二醇和雌三醇。雌二醇，尤其是17β雌二醇，在人体内的生物学作用最强，雌三醇最弱，但雌三醇可能具有抗乳腺癌作用，是怀孕期间的主要激素，并被用来作为胎儿安全的指示，可预测早产[3]。雌酮是女性绝经前这三种激素中最少的一种，然而，绝经后雌二醇下降远比雌酮快，因此，雌酮成为绝经后的主要激素[4]。雌激素进入细胞后，结合并激活雌激素受体，形成激素-受体复合物，从而发挥生物学作用。人体内雌激素受体主要有雌激素受体（estrogen receptor，ER）α和ERβ两种亚型，另外还发现有G蛋白偶联受体30（G protein-coupled receptor 30，GPR30）、ER-X等，它们分布在不同的组织中，介导了多种不同的生物学作用，其中包括对中枢神经系统的作用[5]。

2 雌激素与缺血性脑卒中的相关性

动物研究发现大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型的雌性小鼠比同等年龄的雄性小鼠的梗死体积更小，雄性小鼠与卵巢切除后雌性小鼠有相似的梗死体积。卵巢切除后的雌性小鼠在服用雌激素以后梗死体积可以减少，并且用雌激素处理后还可以增加脑缺血小鼠损伤区域的脑血流量，促进感觉运动功能恢复，减轻脑萎缩[6]，而低剂量、生理浓度的17β雌二醇对大脑缺血组织有更明显的神经保护作用[7]。

很多临床观察性研究同样表明雌激素可以减少缺血性脑卒中的风险。相比同年龄男性来讲，绝经前女性脑梗死的发生率较低，绝经后女性脑梗死的发生率开始增加，与男性的差异变得越来越小[1]。脑梗死女性患者的雌二醇水平明显低于健康绝经后女性体内的雌二醇水平，且雌二醇水平越低，患者的脑梗死体积面积越大，美国国立卫生院神经功能缺损评分（NIHSS）越高，病情也越严重[8]。但将雌激素应用于临床治疗，很多研究的报道结果却不尽一致，甚至有矛盾之处。

3 雌激素在缺血性脑卒中的可能作用机制

3.1 拮抗兴奋性氨基酸（excitatory amino acids，EAAs）毒性作用：人体发生缺血性脑卒中时，可使体内EAAs过度释放，激活EAAs受体，其中最主要的是N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受体，其可引起细胞内Ca2+内流增加，导致细胞内Ca2+蓄积从而产生兴奋毒性引起神经元死亡。而雌激素调节谷氨酸盐所介导的神经毒性则主要是通过雌激素受体依赖途径介导，雌激素受体可以抑制谷氨酸盐的释放，调节NMDA受体减弱Ca2+超载，从而降低因谷氨酸盐引起的皮层损伤面积[9]。雌二醇抑制NMDA神经毒性发挥神经保护作用，也可能是通过激活ERβ，增加脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的mRNA和蛋白的合成增加来实现的[10]。另外，谷氨酸盐还可以通过激活I型代谢性谷氨酸受体（metabotropic glutamate receptors，mGluRs）而诱导细胞死亡，用雌二醇预处理的神经元可以减少I型mGluRs水平，阻止细胞死亡[11]。

3.2 抗氧化应激作用：当发生缺血性脑卒中时，细胞内产生大量Ca2+、Na+和腺苷二磷酸，会引起线粒体产生过量活性氧（reactive oxygen species，ROS），而大脑由于其内源性抗氧化剂较少，尤其易受ROS损伤[4]。而雌激素可以清除体内ROS[12]，阻止自由基所引发的细胞死亡，从而发挥其神经保护作用。雌激素的抗氧化活性可能依赖于雌激素分子中芳香环上的C3位上的羟基集团，而不依赖于雌激素受体的激活[13]。研究发现雌二醇可以降低H2O2介导的有丝分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）途径活性，减少细胞内Ca2+蓄积，下调离子型谷氨酸受体的表达，从而抑制H2O2引起的细胞死亡[14]。雌激素还可抑制脑缺血后p38α激活和p38α易位，从而抑制神经元的凋亡[15]。在缺血性脑卒中模型中，使用雌二醇治疗后可减弱超氧阴离子基团（superoxide anion adical，O2-）在海马CA1部位的水平，雌二醇减弱O2-水平与海马CA1部位氧化应激水平的显著下降有关[16]。

3.3 抗炎症反应：炎症反应在脑卒中过程中起重要作用，缺血后损伤可触发炎症级联反应，加重缺血性脑损伤[17]。诱生型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）是脑卒中过程中炎症反应重要的调节剂[18]，其可增加促炎症细胞因子的生成，增强白细胞浸润入脑组织，并可上调因粘附分子表达而引起的细胞死亡。卵巢切除术可增加脑缺血后iNOS表达，而雌激素治疗可以阻断这种效应[18]。在脑缺血发生后，生理剂量的雌激素治疗可显著抑制促炎症细胞因子的产生和释放，下调促炎症反应因子的表达，包括白细胞介素-6（IL-6），单核细胞化学吸引蛋白质1（MCP-1）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α），且可以抑制缺血区域嗜中性粒细胞趋化因子CXCL1、CXCL2和CXCL3的产生，防止脑内缺血部位中性粒细胞的过度浸润[19]。另外，缺血性神经元还可表达可溶性环氧化物水解酶（soluble epoxide hydrolase，sEH），诱导TNF-α、IL-6和IL-1β等炎症因子mRNA的表达，而雌二醇可通过抑制大脑sEH的表达，从而减轻MCAO模型小鼠的炎症反应[20]。ERα功能的缺失会加重缺血后的炎症反应，增加缺血后的脑损伤[17]。ER-β激活剂同样也可以调节缺血性年老雌性小鼠的炎症反应，从而减轻缺血后的脑损伤[21]。

3.4 抑制死亡通路：引起缺血性脑卒中细胞凋亡的触发因素包括很多，而含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（Cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspases）在脑缺血后细胞凋亡与死亡过程中起重要作用[4]。脑缺血后Caspases的激活时间和持续时间存在性别差异，研究发现大脑中动脉闭塞后的两性神经元中Caspase-8和Caspase-3的水平都会增加，但是在年老雌性动物的大脑中增加更显著。给年老动物服用广谱Caspase抑制剂后，发现其神经保护作用在年老雌性动物中更明显，而对年老雄性动物作用不明显[22]。Bcl-2是细胞凋亡的一种重要调节因子，其可抑制自由基形成，阻止其他Bcl-2家族成员的预凋亡作用，包括Bax和Bad等，具有神经保护作用。雌激素可通过增加Bcl-2蛋白的表达，抑制细胞凋亡，减小梗死范围，从而发挥其神经保护作用。将雌性Wistar大鼠去卵巢后分别给予不同剂量的雌激素，连续6 天后制成MCAO模型，结果发现正常组及假手术组大鼠脑内无Bcl-2蛋白表达，而脑缺血组在24h后梗死灶边缘区有Bcl-2蛋白表达；给药后各组大鼠缺血24h后的梗死灶边缘区均可见Bcl-2蛋白表达增加，表明雌激素可能通过增加脑内Bcl-2蛋白的表达来抑制细胞的凋亡，从而减轻脑缺血损伤[23]。缺血性脑卒中引起细胞凋亡的机制还包括Fas感受器的参与，Fas配体结合Fas感受器，触发细胞质衔接蛋白Fas相关性死亡结构域（fas-associated death domain，FADD）的募集反应，激活Caspase 8、Caspase 3等一系列蛋白酶，导致细胞死亡。研究发现MACO模型小鼠的Fas和FADD的表达上调，并且可以增强去卵巢雌性小鼠皮层中的Caspase 8、Caspase 3活性，而用雌激素处理后，可以显著抑制上述功能[24]。另外，雌激素还可显著抑制Fas抗体诱导的神经元细胞凋亡。目前有研究还发现雌激素介导的脑缺血后的神经保护作用可能还包括PI3K/Akt通路[25]和ER-α36介导的ERK/MAPK信号通路[26]。

3.5 抑制β-淀粉样蛋白（amyloid β-protein，β-AP）沉积：β-AP为前体蛋白衍化产生，β-AP的沉积与脑血管疾病的发病关系密切，脑梗死患者血清中的β-AP水平含量明显高于健康人群[27]，并且脑梗死女性患者的血清、脑脊液β-AP水平随着脑梗死严重程度的加重而升高，提示检测血清、脑脊液β-AP水平可以区分脑梗死患者与健康人群，并可预测脑梗死病情进展情况。研究还发现血清雌二醇水平与血清脑脊液中β-AP的表达呈显著负相关性，表明β-AP、雌激素在脑梗死发病及进展中起重要作用[28]。载脂蛋白E可促进β-AP的沉积，绝经后女性体内的高载脂蛋白E与长期的低雌激素水平有关，而雌激素替代疗法可以使载脂蛋白E的血浆水平显著降低[29]。

另外，一些研究发现雌激素还具有促进神经生长因子的表达、促进神经元突触生长、减轻脑水肿、促进神经细胞的修复等生物学作用。

4 讨论与展望

脑卒中后细胞死亡的机制已取得相当的进展，然而脑卒中的治疗仍没有得到实质性的突破。近年来，雌激素对缺血性脑卒中的神经保护作用越来越受到人们的重视，其作用机制也是多方面的，非常复杂，但其确切机制尚未完全清楚。虽然很多研究肯定了雌激素对缺血性脑卒中的保护作用，然而，雌激素是否可用来治疗缺血性脑卒中仍然受到质疑，很多临床和流行病学研究发现雌激素可增加冠心病、乳腺癌、子宫内膜癌等风险。雌激素对于女性的神经保护作用可能随着给药时间、剂量、剂型、频次、给药途径以及试验对象的样本异质性等的不同而有所差异。动物研究及临床研究之间的差异性也表明我们需选用更合适的动物模型来进行更进一步的研究，以期能够对雌激素介导的缺血性脑卒中后的神经保护和神经再生作用得到进一步的理解，突出其可能的分子及细胞机制。因此，将雌激素应用于临床上来防治缺血性脑卒中等疾病仍需积极进行多中心、大样本、随机、双盲的对照研究。目前一些研究发现，植物雌激素具有很多哺乳动物雌激素不可替代的优点，是一类具有类似动物雌激素生物活性的植物成分，或可作为雌激素的替代物应用于临床，然而，其安全性和作用机制也有待进一步研究。相信随着科研技术的不断发展，雌激素对缺血性脑卒中的作用机制和安全性将得到更全面的阐释。

参考文献

[1]Arnao V， Acciarresi M， Cittadini E， et al. Stroke incidence， prevalence and mortality in women worldwide[J]. Int J Stroke，2016，11（3）：287-301.

[2]Ritzel RM， Capozzi LA， McCullough LD. Sex， stroke， and inflammation： the potential for estrogen-mediated immunoprotection in stroke[J]. Horm Behav，2013，63（2）：238-253.

[3]Nugent BM， Tobet SA， Lara HE， et al. Hormonal programming across the lifespan[J]. Horm Metab Res，2012，44（08）：577-586.

[4]Shao B， Cheng Y， Jin K. Estrogen， neuroprotection and neurogenesis after ischemic stroke[J]. Curr Drug Targets，2012，13（2）：188-198.

[5]Schreihofer DA， Ma Y. Estrogen receptors and ischemic neuroprotection： who， what， where， and when[J]. Brain Res，2013，1514：107-122.

[6]Carpenter RS， Iwuchukwu I， Hinkson CL， et al. High-dose estrogen treatment at reperfusion reduces lesion volume and accelerates recovery of sensorimotor function after experimental ischemic stroke[J]. Brain Res，2016，1639：200-213.

[7]Suzuki S， Brown CM， Wise PM. Neuroprotective effects of estrogens following ischemic stroke[J]. Front Neuroendocrinol，2009，30（2）：201-211.

[8]田蕾.绝经后女性血浆雌二醇水平与脑梗死的相关性研究[J].中国实用神经疾病杂志，2015，18（21）：65-66.

[9]Lan YL， Zhao J， Li S. Estrogen receptors neuroprotective effect against glutamate-induced neurotoxicity[J]. Neurol Sci，2014，35（11）：1657-1662.

[10]Aguirre C， Jayaraman A， Pike C， et al. Progesterone inhibits estrogen-mediated neuroprotection against excitotoxicity by downregulating estrogen receptor-β[J]. J Neurochem，2010，115（5）：1277-1287.

[11]Hilton GD， Nunez JL， Bambrick L， et al. Glutamate-mediated excitotoxicity in neonatal hippocampal neurons is mediated by mGluR-induced release of Ca2+ from intracellular stores and is prevented by estradiol[J]. Eur J Neurosci，2006，24（11）：3008-3016.

[12]Brann D， Raz L， Wang R， et al. Oestrogen signalling and neuroprotection in cerebral ischaemia[J]. J Neuroendocrinol，2012，24（1）：34-47.

[13]Behl C， Skutella T， Frank LH， et al. Neuroprotection against oxidative stress by estrogens： structure-activity relationship[J]. Mol Pharmacol，1997，51（4）：535-541.

[14]Numakawa Y， Matsumoto T， Yokomaku D， et al. 17β-estradiol protects cortical neurons against oxidative stress-induced cell death through reduction in the activity of mitogen-activated protein kinase and in the accumulation of intracellular calcium[J]. Endocrinology，2007，148（2）：627-637.

[15]Han D， Scott EL， Dong Y， et al. Attenuation of mitochondrial and nuclear p38α signaling： A novel mechanism of estrogen neuroprotection in cerebral ischemia[J]. Mol Cell Endocrinol，2015，400：21-31.

[16]Zhang QG， Raz L， Wang R， et al. Estrogen attenuates ischemic oxidative damage via an estrogen receptor α-mediated inhibition of NADPH oxidase activation[J]. J Neurosci，2009，29（44）：13823-13836.

[17]Cordeau P， Lalancette-Hébert M， Weng YC， et al. Estrogen receptors alpha mediates postischemic inflammation in chronically estrogen-deprived mice[J]. Neurobiol Aging，2016，40：50-60.

[18]Ding H， Zhu H， Dong J， et al. Inducible nitric oxide synthase contributes to intermittent hypoxia against ischemia/reperfusion injury[J]. Acta Pharmacol Sin，2005，26（3）：315-322.

[19]Nadkarni S， McArthur S. Oestrogen and immunomodulation： new mechanisms that impact on peripheral and central immunity[J]. Curr Opin Pharmacol，2013，13（4）：576-581.

[20]Koerner IP， Zhang W， Cheng J， et al. Soluble epoxide hydrolase： regulation by estrogen and role in the inflammatory response to cerebral ischemia[J]. Front Biosci，2008，13：2833.

[21]Rivero Vaccari JP， Patel HH， Brand FJ， et al. Estrogen receptor beta signaling alters cellular inflammasomes activity after global cerebral ischemia in reproductively senescence female rats[J]. J Neurochem，2016，136（3）：492-496.

[22]Liu F， Li Z， Li J， et al. Sex differences in caspase activation after stroke[J]. Stroke，2009，40（5）：1842-1848.

[23]李润辉，何志义.雌激素对去卵巢大鼠局灶性脑缺血的保护作用及对Bcl-2蛋白表达的影响[J].中国医药导报，2009，6（14）：9-11.

[24]Jia J， Guan D， Zhu W， et al. Estrogen inhibits Fas-mediated apoptosis in experimental stroke[J]. Exp Neurol，2009，215（1）：48-52.

[25]Jover-Mengual T， Miyawaki T， Latuszek A， et al. Acute estradiol protects CA1 neurons from ischemia-induced apoptotic cell death via the PI3K/Akt pathway[J]. Brain Res，2010，1321（12）：1-12.

[26]Zou W， Fang C， Ji X， et al. Estrogen Receptor （ER）-α36 Is Involved in Estrogen-and Tamoxifen-Induced Neuroprotective Effects in Ischemic Stroke Models[J]. PLoS one，2015，10（10）：e0140660.

[27]Lei H， Zhao CY， Liu DM， et al. l-3-n-Butylphthalide attenuates β-amyloid-induced toxicity in neuroblastoma SH-SY5Y cells through regulating mitochondrion-mediated apoptosis and MAPK signaling[J]. J Asian Nat Prod Res，2014，16（8）：854-864.

[28]刘文锋，许卫红.脑梗死患者血清雌二醇与β-淀粉样蛋白的关系研究[J].国际检验医学杂志，2015，36（22）：012.

[29]Lambert JC， Coyle N， Lendon C. The allelic modulation of apolipoprotein E expression by oestrogen： potential relevance for Alzheimers disease[J]. J Med Genet，2004，41（2）：104-112.

（收稿日期：2016-7-26）