雌激素及其受體與阿爾茨海默病研究進(jìn)展＊

熊明建 綜述，陳國俊審校

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 400016）

目前，60 歲以上的殘疾中癡呆造成的比例達(dá)到11.2%，超過了中風(fēng)，心血管疾病及癌癥［1］。2010年全世界癡呆人數(shù)為3650 萬，據(jù)估計到2050年將會增加到約1.2 億。阿爾茨海默?。╝lzheimer′s disease，AD）是一種與年齡相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，約占癡呆的70%，是最常見的老年癡呆疾病。AD主要表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和記憶力減退。其病理特征是β-淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）的沉積和神經(jīng)纖維纏結(jié)，其病因尚未明確。研究發(fā)現(xiàn)絕經(jīng)后女性AD的發(fā)病率明顯增加，提示雌激素可能與AD相關(guān)，動物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)雌激素的神經(jīng)保護(hù)作用，但很多臨床實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)雌激素治療沒有降低AD風(fēng)險，這可能與雌激素受體（estrogen recepters，ERs）選擇性相關(guān)，本文就近年來有關(guān)雌激素及其受體與AD的研究進(jìn)行綜述。

1 雌激素

雌激素的生理作用不局限于促進(jìn)女性生殖系統(tǒng)的生長發(fā)育，在中樞及周圍神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著調(diào)節(jié)生長、發(fā)育、分化等重要作用，并參與認(rèn)知障礙、焦慮、抑郁、神經(jīng)保護(hù)及應(yīng)激等病理生理過程［2-3］。雌激素作用分為依賴ERs 機(jī)制和不依賴ERs機(jī)制，依賴ERs 的機(jī)制又根據(jù)其是否調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄而又分為基因組“genomic”和非基因組“nongenomic”兩種，基因組機(jī)制是雌激素通過ERs 結(jié)合后形成有活性的雌激素-受體復(fù)合物并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核與雌激素反應(yīng)原件結(jié)合而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，而非基因組機(jī)制是雌激素與ERs 結(jié)合后通過信號通路實(shí)現(xiàn)其作用。不依賴ERs 機(jī)制主要通過調(diào)控酶活性或非性激素核受體發(fā)揮作用［4］。

2 ERs 與相關(guān)疾病

ERs 主要有ERα和ERβ，兩種受體在全身廣泛分布，也具有組織特異性，ERα主要分布在性腺器官，而ERβ主要分布在非性腺器官。在大腦中，兩種受體空間分布模式和表達(dá)水平不同，ERα主要分布在下丘腦和杏仁核，ERβ主要分布在海馬和內(nèi)嗅皮質(zhì)。在成熟、老年及疾病狀態(tài)下其本身的分布也會發(fā)生變化，如ERα從青春期相對較高的水平到妊娠期非常低的水平，然后哺乳期返回到高的水平，隨后的哺乳后期又急劇下降。在乳腺癌組織中，ERα表達(dá)明顯增高，ERβ的表達(dá)明顯降低，ERα促進(jìn)乳腺細(xì)胞的增殖，ERβ存在抗增殖的作用并增強(qiáng)了他莫昔芬的抗腫瘤效應(yīng)，ERβ 的存在提高乳腺癌患者存活率［5］。大腸黏膜上皮中以ERβ為主，ERβ的缺失引起了細(xì)胞的過度增殖和異常分化，ERβ是阻止結(jié)腸癌的重要靶點(diǎn)［6］。在心血管系統(tǒng)方面，兩種受體在血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞及心肌細(xì)胞均有表達(dá)，ERα 在介導(dǎo)血管內(nèi)皮再生方面起主要作用［7］，而ERβ在降低外周血管阻力、對抗心肌肥厚、減少心肌梗死方面起了主要作用［8-10］。因此選擇性的ERs 激動劑可能是治療相關(guān)疾病更好的選擇。

3 雌激素治療A D機(jī)制及存在的問題

3.1 雌激素減少A D病理標(biāo)記物 Aβ由β-淀粉樣蛋白前體（amyloid precursor protein，APP）產(chǎn)生，Aβ可聚集激活多種信號通路導(dǎo)致突觸變性、神經(jīng)元丟失及認(rèn)知功能的下降。tau 蛋白是微管相關(guān)蛋白，微管正常情況下維持細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，磷酸化的tau 蛋白結(jié)合微管能力下降并擾亂微管的組裝，AD中出現(xiàn)tau 異常過度磷酸化形成神經(jīng)纖維纏結(jié)，最終引起神經(jīng)元死亡［11］。有研究 表 明，16 周 左 右 的Tg2576和PS1轉(zhuǎn) 基 因鼠就可以觀察到Aβ的聚集，雙側(cè)卵巢切除后Aβ水平明顯高于對照組，雌激素處理阻斷了這種變化［12］。雌激素通過增加SAPP 的分泌，下調(diào)BACE的表達(dá)使Aβ生成減少。雌激素還使得Aβ清除因子表達(dá)上調(diào)。它增加轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白的水平，而轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白可以結(jié)合和隔絕Aβ并阻止Aβ聚集形成神經(jīng)毒性斑塊，雌激素還增加小膠質(zhì)細(xì)胞對Aβ的攝取。有實(shí)驗(yàn)還觀察到雌激素通過調(diào)節(jié)tau 蛋白磷酸化過程中的激酶和磷酸酶水平而減少了tau 蛋白的磷酸化［13］。

3.2 雌激素抗氧化作用 線粒體是細(xì)胞能量代謝的主要場所，也是細(xì)胞調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的中樞，線粒體氧化應(yīng)激和活性氧的產(chǎn)生導(dǎo)致了老化，有證據(jù)表明AD病理產(chǎn)生與自由基形成和清除失衡相關(guān)，自由基的聚集會損傷細(xì)胞成分。因?yàn)樽杂苫晒舻鞍踪|(zhì)、DNA、RNA及多不飽和脂肪酸等從而引起一系列細(xì)胞氧化損害，如攻擊多不飽和脂肪酸則可引起膜結(jié)構(gòu)損傷以及一些副產(chǎn)物的形成，這些副產(chǎn)物會抑制神經(jīng)元存活的關(guān)鍵酶及引起tau 蛋白的改變［14］。AD及MCI 患者中可發(fā)現(xiàn)tau蛋白、DNA、RNA以及脂質(zhì)氧化產(chǎn)物明顯升高。從大鼠大腦分離的線粒體和雌激素一起孵育，也可以觀察到的H2O2量減少，另外雌激素的雙酚A環(huán)還可以插入到線粒體膜避免氧化應(yīng)激下的脂質(zhì)過氧化。雌激素上調(diào)錳超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的表達(dá)，還可增加還原性谷胱甘肽并減少線粒體DNA的氧化損傷［15］，并通過促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）、G蛋白、CREB、PKC 等信號通路調(diào)節(jié)細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)［16］。

3.3 雌激素抗炎作用 Aβ沉積及神經(jīng)纖維纏結(jié)形成后，小膠質(zhì)細(xì)胞等對其清除而引起慢性炎性反應(yīng)，然而聚集的Aβ及炎癥介質(zhì)共同造成神經(jīng)元退變。有研究認(rèn)為神經(jīng)炎癥早于Aβ的沉積，慢性激活的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞通過釋放活性氧中間體、一氧化氮、蛋白水解酶、補(bǔ)體或興奮性氨基酸等殺傷附近的神經(jīng)元［17］，同時Aβ可以誘導(dǎo)炎癥酶系統(tǒng)如一氧化氮合酶及環(huán)氧合酶Cox2 等，而炎癥介質(zhì)和應(yīng)激條件反過來上調(diào)β分泌酶及調(diào)節(jié)APP 進(jìn)程等促進(jìn)了Aβ的生成并抑制有神經(jīng)保護(hù)作用的s APP 片段的形成，炎癥因子的持續(xù)表達(dá)也增加了t a u 蛋白的過度磷酸化，最終引起了神經(jīng)元功能下降及死亡。流行病學(xué)顯示抗炎治療明顯減少了AD發(fā)生的風(fēng)險［18］。脂多糖（LPS）注入腦室引起巨噬細(xì)胞／單核細(xì)胞趨化因子、巨噬細(xì)胞炎性蛋白-2 和TNF-α的m RNA上調(diào)，而雌激素處理后這些變化明顯受限，說明雌激素可以下調(diào)炎癥基因的表達(dá)。原代培養(yǎng)小膠質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞系中雌激素通過降低小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬活性、活性氧及其他炎癥級聯(lián)反應(yīng)介質(zhì)的方式減少了小膠質(zhì)細(xì)胞的活性。

3.4 雌激素穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)鈣濃度 AD是一種進(jìn)行性的疾病，在明顯的神經(jīng)細(xì)胞丟失之前就出現(xiàn)認(rèn)知功能的顯著下降，記憶功能的下降先于大量的神經(jīng)細(xì)胞丟失，鈣超載在其中起了重要作用。Lopez 等［19］發(fā)現(xiàn)3xTg-AD 轉(zhuǎn)基因小鼠神經(jīng)元靜息鈣水平是非轉(zhuǎn)基因小鼠的兩倍，Kuchibhotla 等［20］也發(fā)現(xiàn)皮層Aβ沉積區(qū)的椎體神經(jīng)元突觸和樹突棘鈣水平明顯高于其他區(qū)域，學(xué)習(xí)和記憶機(jī)制由鈣信號系統(tǒng)調(diào)控，高水平的鈣引起長時程增強(qiáng)（long-term potenitation，LTP）而低水平的鈣引起長時程抑制（long-term depresion，LTD），這兩者形成一種微妙的平衡，LTP 與記憶形成相關(guān)，而LTD與記憶擦除相關(guān)，鈣離子的輕微升高也會激發(fā)LTD的形成，鈣離子升高打破平衡使鈣信號重建，盡管LTP 過程存在還能形成記憶，但這種記憶迅速被LTD所移除，Aβ自身形成通道或通過激活鈣通道使得鈣離子增多而引起記憶障礙。另外過度的鈣負(fù)荷打開了線粒體的通透性轉(zhuǎn)換孔，并釋放出一系列細(xì)胞色素C等相關(guān)因子引起caspase 級聯(lián)反應(yīng)而導(dǎo)致凋亡。細(xì)胞內(nèi)鈣主要由細(xì)胞外進(jìn)入和胞內(nèi)細(xì)胞器釋放而構(gòu)成，通過減少細(xì)胞外鈣進(jìn)入或者細(xì)胞器釋放可以減少細(xì)胞死亡，雌激素減少Aβ本身形成的通道及阻斷NMDA受體和鈣通道等減少鈣離子進(jìn)入胞內(nèi)，如Nilsen 等［15］報道雌激素處理明顯減少了雌性大鼠海馬CA1 區(qū)椎體神經(jīng)元L 型鈣離子通道電流（L-type calcium channel current，LTCC），同時鈣離子通道蛋白Cav1.2 的m RNA水平也下降。雌激素還增加線粒體鈣隔斷及肌漿網(wǎng)鈣回收等穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)鈣水平。

3.5 雌激素調(diào)節(jié)膽堿能系統(tǒng) 大腦膽堿能神經(jīng)元從基底前腦和內(nèi)側(cè)隔區(qū)發(fā)出并支配皮層、海馬、嗅球和杏仁核，分泌的乙酰膽堿對學(xué)習(xí)、記憶和認(rèn)知功能具有重大作用。乙酰膽堿減少以及受體密度的下降均可導(dǎo)致認(rèn)知功能及學(xué)習(xí)記憶障礙，AD患者中膽堿能神經(jīng)元大量丟失，乙酰膽堿水平及膽堿能受體密度下降。用于提高乙酰膽堿的藥物如膽堿酯酶抑制劑多奈哌齊也被批準(zhǔn)用于使用并改善了AD患者的臨床癥狀。Saenz等［21］發(fā)現(xiàn)雙側(cè)卵巢切除的雌性大鼠膽堿能神經(jīng)元樹突長度明顯下降，而雌激素處理后逆轉(zhuǎn)了這種變化，長時間的雌激素處理后海馬CA1區(qū)突觸前區(qū)囊泡數(shù)目增加。膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶（choline acetyltransferase，CHAT）是乙酰膽堿合成的關(guān)鍵酶，雙側(cè)卵巢切除引起CHAT的mRNA水平及蛋白表達(dá)下降，雌激素處理可以增加膽堿能神經(jīng)元CHAT的表達(dá)和活性，增高海馬乙酰膽堿水平。

3.6 雌激素治療存在的問題 動物及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中雌激素治療減少了AD的病理標(biāo)記物，且有抗炎、抗氧化、穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)鈣水平及調(diào)節(jié)膽堿能系統(tǒng)等作用并最終改善了了認(rèn)知功能和學(xué)習(xí)記憶能力。但很多臨床試驗(yàn)認(rèn)為雌激素的治療沒有降低AD的發(fā)病風(fēng)險或者不能改善認(rèn)知功能障礙［22-23］，在目前為止最為詳盡的臨床評價試驗(yàn)-婦女健康啟動記憶研究實(shí)驗(yàn)（women′s health initiative memory study，WHIMS）也發(fā)現(xiàn)雌激素治療沒有降低AD發(fā)生風(fēng)險［24］，甚至增加中風(fēng)及乳腺癌風(fēng)險。這與在動物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中雌激素具有腦保護(hù)作用的結(jié)果相反，可能有如下幾種原因。（1）雌激素劑量：有研究提示超生理劑量才具有神經(jīng)保護(hù)作用［25-26］，而臨床實(shí)驗(yàn)中給與的劑量一般是生理劑量，劑量是否達(dá)到腦保護(hù)作用不得而知。（2）治療時間：去卵巢的大鼠立即給與雌激素處理提高了水迷宮實(shí)驗(yàn)的空間記憶能力，但如果在5 個月后給與雌激素處理則這種作用消失，說明長時間低水平的雌激素使得大腦對雌激素治療失去了反應(yīng)。在WHIMS 實(shí)驗(yàn)中雌激素的治療在更年期后幾年，因此未能體現(xiàn)它的認(rèn)知功能保護(hù)作用。（3）雌激素只能預(yù)防而不是治療AD：發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)小膠質(zhì)細(xì)胞中，雌激素只有在炎性反應(yīng)發(fā)生前加入才具有抗炎效應(yīng)，一旦小膠質(zhì)細(xì)胞被激活，雌激素就失去了調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)的作用［27］，因此雌激素沒能體現(xiàn)出治療效應(yīng)。（4）雌激素受體選擇性：ERα主要是促進(jìn)乳腺、子宮成熟以及維持代謝和骨骼系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，而ERβ對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有顯著的影響。通常情況下ERα 具有更高的活性，可能會對ERβ的效應(yīng)起到壓制作用，使得ERβ的腦保護(hù)作用未能得到體現(xiàn)［28］。

4 選擇性ERs 激動劑在AD治療中的潛在價值

ERs 選擇性可能是雌激素臨床治療中未能發(fā)揮腦保護(hù)作用并產(chǎn)生不良反應(yīng)的最重要原因。胰島素降解酶（insulin-degrading enzyme，IDE）具有降解Aβ的活性，AD模型中隨年齡增長而下降的IDE 表達(dá)水平與海馬Aβ的聚集和斑塊伴隨出現(xiàn)，雌激素處理明顯增加IDE的表達(dá)并減少了Aβ的沉積，而這種作用是通過ERβ而不是ERα［29］，女性AD患者大腦線粒體功能障礙與ERβ的損傷相關(guān)［30］。Zhao 等［31］也發(fā)現(xiàn)ERβ變異與唐氏綜合征女性患AD風(fēng)險增加相關(guān)。ERα對于細(xì)胞的增殖起主要作用，特別是在乳腺和子宮等生殖系統(tǒng)。盡管有文獻(xiàn)報道ERα和ERβ可能都通過增加s APP 途徑減少了Aβ的產(chǎn)生，但更多文獻(xiàn)認(rèn)為是ERβ介導(dǎo)了Aβ的降解及神經(jīng)保護(hù)作用，并且對乳腺和子宮沒有激動作用。ERα的主導(dǎo)作用不僅增加了乳腺癌及子宮內(nèi)膜癌的發(fā)病率，還使得ERβ介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)作用被掩蓋。實(shí)驗(yàn)認(rèn)為超生理劑量的雌激素才具有保護(hù)作用，可能因此時充分激動ERβ使其保護(hù)效應(yīng)得以充分體現(xiàn)。由于ERα的存在，ERβ介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)作用較弱，在疾病早期給予雌激素處理，其經(jīng)ERβ介導(dǎo)的保護(hù)作用尚可以對抗較少的AD病理產(chǎn)物以及較輕的病理級聯(lián)反應(yīng)，但在后期隨著病理產(chǎn)物的逐漸堆積以及病理級聯(lián)反應(yīng)的擴(kuò)大而不能完全對抗相關(guān)破壞作用，這也可以解釋雌激素早期治療有效而在后期無效的問題。ERβ是更有效和更安全的靶點(diǎn)，選擇性ERβ激動劑只激動ERβ，其介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)作用將可以得以充分體現(xiàn)，同時又能減少雌激素治療引起的乳腺癌等相關(guān)疾病。這對于AD的治療具有重要意義。

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