G蛋白偶聯(lián)雌激素受體在心血管疾病中的作用

張　文　付　煒　張海波

200127 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心心胸外科

?

G蛋白偶聯(lián)雌激素受體在心血管疾病中的作用

張文付煒張海波

200127 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心心胸外科

【摘要】流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)雌激素可能在心血管系統(tǒng)中起保護(hù)作用，但絕經(jīng)后的女性雌激素替代治療的臨床效果卻不盡如人意。G蛋白偶聯(lián)雌激素受體(G protein-coupled estrogen receptor，GPER)是一種能介導(dǎo)快速非基因組效應(yīng)的新型雌激素受體，體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)它能參與心室重構(gòu)、血壓調(diào)節(jié)、脂代謝和動脈粥樣硬化的進(jìn)程，有望成為心血管疾病預(yù)防與治療的新靶點。

【關(guān)鍵詞】雌激素；G蛋白偶聯(lián)雌激素受體；心血管疾病

流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，心血管疾病的發(fā)生與發(fā)展存在性別差異，例如女性在絕經(jīng)前缺血性心臟病的發(fā)病時間顯著晚于男性，但絕經(jīng)后的發(fā)病率卻顯著上升，這提示雌激素可能在心血管疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用[1]。針對絕經(jīng)后女性雌激素替代治療的臨床試驗已開展十余年，然而，對于這種療法能否起到心血管保護(hù)作用的爭議始終不斷。近期一項薈萃分析表明，絕經(jīng)后雌激素替代治療在預(yù)防心血管事件發(fā)生方面幾乎沒有益處，反而會增加卒中和深靜脈血栓的風(fēng)險[2]。這迫切需要進(jìn)一步闡明雌激素在心血管系統(tǒng)中確切的作用機制。17β-雌二醇(17β-estradiol，E2)是雌激素中活性最強的成分，通常認(rèn)為E2通過結(jié)合核內(nèi)的雌激素受體(estrogen receptor, ER)α或β，調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)，被稱為基因組效應(yīng)。近年來發(fā)現(xiàn)E2的某些快速信號轉(zhuǎn)導(dǎo)效應(yīng)并非通過經(jīng)典的ERα或ERβ途徑。G蛋白偶聯(lián)雌激素受體(G protein-coupled estrogen receptor, GPER)是一類可以介導(dǎo)快速非基因組效應(yīng)的ER，廣泛存在于全身各組織中[3]。通過利用GPER特異性激動劑或拮抗劑以及基因敲除模型，GPER的功能被不斷闡明。本文主要介紹心血管疾病中GPER的作用。

1GPER概述

1.1結(jié)構(gòu)與定位

GPER是一種7次跨膜蛋白，在心肌細(xì)胞[4]、心臟成纖維細(xì)胞[5]、血管內(nèi)皮細(xì)胞[6]和血管平滑肌細(xì)胞[7]中均有表達(dá)，但對其確切的亞細(xì)胞定位仍有爭議。早期研究認(rèn)為GPER位于細(xì)胞膜上，但隨后的研究表明對于大部分細(xì)胞來說，GPER定位于細(xì)胞內(nèi)的膜結(jié)構(gòu)上，包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體。Cheng等[8]發(fā)現(xiàn)，GPER可能通過網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的固有內(nèi)吞過程，最終到達(dá)反面高爾基體，不會再回到細(xì)胞膜表面。在臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞與低分化乳腺癌細(xì)胞中則發(fā)現(xiàn)GPER定位于細(xì)胞核中[9-10]，這提示GPER的亞細(xì)胞定位具有細(xì)胞特異性，并受細(xì)胞狀態(tài)的影響。

2.2功能與效應(yīng)

最初發(fā)現(xiàn)GPER的時候并沒有找到其相對應(yīng)的配體，就根據(jù)孤兒受體的命名原則將其稱作G蛋白偶聯(lián)受體30(G protein-coupled receptor 30，GPR30)。E2是GPER的內(nèi)源性自然配體，親和力為3～6 nmol/L，是E2對ERα或ERβ的親和力的1/10左右[11]。一些選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑，如4-羥他莫昔芬、雷洛昔芬、ICI182780，以及環(huán)境雌激素，如雙酚A、二氯二苯三氯乙烷(Dichlorodiphenyl-trichloroethane，DDT)、多氯聯(lián)苯等，均能與GPER相互作用。隨著GPER選擇性激動劑G1與選擇性拮抗劑G15、G36的發(fā)現(xiàn)，以及GPER基因敲除模型的建立[12]，GPER的生物學(xué)功能不斷被揭示。

GPER的激活能夠引起Src介導(dǎo)的基質(zhì)金屬蛋白酶活化，促使原本與肝素結(jié)合的表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)釋放，與EGF受體(EGFR)結(jié)合后激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)及其下游級聯(lián)反應(yīng)[13]。相反的是，GPER還能激活腺苷酸環(huán)化酶(adenylyl cyclase，AC)，減弱ERK1/2的活性，促進(jìn)血管舒張[14]。GPER也能通過轉(zhuǎn)化激活EGFR，激活磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/絲氨酸/蘇氨酸激酶(Akt)途徑，活化內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)產(chǎn)生一氧化氮[14-15]。此外，GPER也能調(diào)控細(xì)胞周期相關(guān)蛋白如cyclin A、cyclin D1和cyclin E的表達(dá)，促進(jìn)或抑制不同種類細(xì)胞的增殖[5, 16-17]。

2GPER在心血管疾病中的作用

2.1心室重構(gòu)

GPER激活后能夠促進(jìn)缺血再灌注損傷心肌的功能恢復(fù)，減少心肌梗死面積。E2或G1能夠抑制心肌細(xì)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]，減少促炎因子如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1β和IL-6的產(chǎn)生[19]。GPER激活后，通過絲裂原活化蛋白/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶/糖原合成酶激酶-3β(MEK/ERK/GSK-3β)途徑，抑制線粒體通透轉(zhuǎn)換孔(mPTP)的活性[20]。GPER也能抑制心臟成纖維細(xì)胞細(xì)胞周期蛋白cyclin B1和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶1(cyclin-dependent kinase 1，CDK1)的表達(dá)，抑制成纖維細(xì)胞增殖[5]，進(jìn)而減少纖維瘢痕形成，并抑制因雌激素缺失所造成的心室重構(gòu)與舒張功能減退[21]。在卵巢切除的大鼠心肌梗死模型中，GPER的激活能夠聯(lián)合膜雌激素受體ERα通過PI3K/Akt/eNOS途徑降低心室肥厚的程度[22]。

2.2血壓調(diào)節(jié)

絕經(jīng)前后高血壓發(fā)病率存在顯著差異，這提示雌激素水平可能與血壓調(diào)節(jié)相關(guān)[23]。GPER在調(diào)節(jié)血管舒縮功能方面起重要作用。雄性大鼠及年老雌性大鼠腸系膜動脈中GPER的表達(dá)要比年輕雌性大鼠降低約50%，提示其可能受性別和年齡的雙重影響[24]。Feldman等[25]發(fā)現(xiàn)GPER基因在P16L位點的單核苷酸錯義突變能降低GPER的功能，攜帶此等位基因的女性患者的血壓顯著高于普通人群。利用選擇性拮抗劑G15阻斷GPER則能降低eNOS的生物活性，增強內(nèi)皮依賴的血管收縮效應(yīng)[15]，提示GPER能在生理狀態(tài)下介導(dǎo)固有的血管舒張?zhí)匦?。GPER也可通過激活A(yù)C，促進(jìn)下游環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)介導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞舒張[14]，同時也能抑制由內(nèi)皮素-1(endothelin-1，ET-1)介導(dǎo)的血管收縮，這可能與血管平滑肌對鈣離子的敏感性降低有關(guān)[26]。

2.3脂代謝與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是一種慢性、系統(tǒng)性的血管炎性反應(yīng)，與脂代謝紊亂相關(guān)。P16L位點突變的人群中低密度脂蛋白水平增高，提示GPER在調(diào)節(jié)脂代謝中起重要作用，可能是通過下調(diào)前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9(proprotein convertase subtilisin kexin type 9, PCSK9)導(dǎo)致低密度脂蛋白受體的上調(diào)[27]。在GPER基因敲除小鼠模型中發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，基因敲除小鼠即使保留卵巢，動脈粥樣硬化的進(jìn)程也比正常小鼠快，總膽固醇和低密度脂蛋白水平升高，高密度脂蛋白水平降低，同時eNOS的生物活性也降低；在卵巢切除后的小鼠中，這一現(xiàn)象更為嚴(yán)重[6, 28]。在GPER基因敲除的雄性小鼠中也可觀察到總膽固醇與三酰甘油水平的升高[29]。GPER的激活能夠通過抑制ERK1/2和Akt的磷酸化延緩細(xì)胞周期進(jìn)程，抑制冠狀動脈平滑肌細(xì)胞的增生與遷移[7]。激活內(nèi)皮細(xì)胞中的GPER則能減弱TNF-α誘導(dǎo)的炎癥因子表達(dá)上調(diào)，減輕內(nèi)皮炎癥反應(yīng)[9]。

3結(jié)語

盡管在雌激素替代治療預(yù)防心血管事件的效果令人失望，但是利用高選擇性的GPER激動劑模擬E2的配體激動作用卻證實了其對心血管系統(tǒng)的保護(hù)作用。GPER的選擇性激活未對生殖系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重不良反應(yīng)，未來可以作為新藥研發(fā)的靶點。上述研究都是在體外或動物模型上進(jìn)行，由于GPER分布于全身各個系統(tǒng)中，其對人體的效果尚不得而知。GPER確切的亞細(xì)胞定位以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑也需進(jìn)一步闡明。

參考文獻(xiàn)

[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)

(本文編輯：梁英超)

doi:10.3969/j.issn.1673-6583.2016.02.010

通信作者：張海波，Email: zhanghaibosh@126.com