雌激素對外周血白細胞端粒長度的影響

趙媛，李玉秀

(中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院北京協(xié)和醫(yī)院內(nèi)分泌科，國家衛(wèi)生健康委員會內(nèi)分泌重點實驗室，北京100730)

端粒是位于真核細胞染色體末端的核蛋白結(jié)構(gòu)，人類端粒DNA的堿基序列為TTAGGG的多次重復。它覆蓋并保護染色體末端，防止染色體出現(xiàn)降解和端-端融合。端粒被認為是一項衰老相關(guān)的生物標志物，隨著每個細胞的分裂而縮短。當端?？s短到一定長度，最終導致細胞周期停滯從而進入細胞衰老或凋亡。遺傳和環(huán)境因素都可以影響和調(diào)節(jié)端粒酶活性，激素也是影響白細胞端粒長度(leukocyte telomere length，LTL)的一個重要因素，包括皮質(zhì)醇、兒茶酚胺、生長激素和性激素。端粒的縮短可能在一定程度上與應激相關(guān)的皮質(zhì)醇和兒茶酚胺的分泌增加有關(guān)[1]。胰島素樣生長因子1(insulin like growth factor-1，IGF-1)和LTL均隨年齡增長而減少，低水平的IGF-1與炎癥和衰老相關(guān)疾病(缺血性心臟病、充血性心力衰竭)有關(guān)[2]。已有的研究顯示，LTL可能因性別而異，表現(xiàn)為女性的端粒更長[3]，而且這種性別差異可能會在整個生命過程中擴大，這意味著女性和男性的端粒損耗速率可能不同。雌激素是否是導致這種差異的關(guān)鍵機制呢？已有多種假說來解釋這種性別差異，包括氧化損傷、影響維持端粒結(jié)構(gòu)完整性的端粒酶和造血干細胞(hematopoietic stem cell，HSC)的不對稱復制等。

1 LTL及其損耗的性別差異

女性在出生時端粒平均長度可能就比男性長0.144 kb[4]，但并不是所有研究都支持這樣的結(jié)果[5]。雙胞胎的研究發(fā)現(xiàn)更為有趣，同性雙胞胎結(jié)果顯示女嬰LTL比男嬰長，而異性雙胞胎中男嬰和女嬰的LTL相似，可能與宮內(nèi)發(fā)育過程的相互影響有關(guān)[6]。在青春期前的兒童中，女童的平均LTL相對男童更長[7]或無差異[8]，而青少年(13～18歲)和成人中女性平均LTL普遍長于男性[9,10]。最近的一項薈萃分析顯示，女性比男性擁有更長的端粒，并且隨著年齡的增長而變得更加明顯[3]，這或許與女性的LTL損耗速度比年齡相仿的男性慢有關(guān)。然而，另一項系統(tǒng)評價研究中，女性和男性的LTL平均損耗速率分別為20.3 bp/年和20.0 bp/年，絕對端粒丟失(男性：14.1 bp/年，女性：9.6 bp/年)和相對端粒丟失[男性: 0.0036 t/(s·年)，女性0.0181 t/(s·年)]也存在性別差異，但該研究并未按年齡段進行分層，且數(shù)據(jù)之間差異無統(tǒng)計學意義。

端粒的縮短在人的一生中并不是以恒定的速度變化，幼年時期縮短地較快、成年早期開始減慢，在老年進一步減緩[11]，但在超過69歲時，LTL的縮短顯著加快[10]。比較絕經(jīng)前、圍絕經(jīng)期和絕經(jīng)后女性的LTL損耗率發(fā)現(xiàn)，女性在絕經(jīng)前損耗速率最快(約20 bp/年)，絕經(jīng)后損耗變慢(約15 bp/年)[12]。女性在20～29歲和50～59歲年齡段LTL的下降出現(xiàn)低谷，而30～39歲和60～69歲年齡段的LTL損耗程度最小，男性的LTL損耗率則在20～79歲全年齡段中保持一致[13]。唾液樣本中端粒長度的性別差異僅在50歲以上的人群中顯著，因為該年齡段端粒長度的縮短在女性中減慢[14]。20～29歲和50～59歲年齡段是女性荷爾蒙變化的重要時期，因為這兩個年齡段分別是分娩和絕經(jīng)的年齡范圍。根據(jù)生命史理論的假設，在生殖過程中使用的能量會減少組織維持所需的能量，因為生物體在任何給定時間所能調(diào)動的能量是有限的，組織維持能力較差會導致細胞降解和老化速度加快[15]，或許是女性端粒損耗隨年齡段而變化的原因。

2 端粒與內(nèi)源性雌激素

LTL與內(nèi)源性雌激素暴露之間可能有潛在的關(guān)聯(lián)。雌激素水平低的人群和絕經(jīng)后女性的LTL明顯短于雌激素水平高的人群[13]。護士健康研究則相反，雌激素濃度越高，端粒越短，并且相關(guān)性在乳腺癌病例中比對照組更為明顯[16]；但是當排除隨訪第1年內(nèi)確診的病例時，LTL的負向趨勢不再明顯，表明疾病對結(jié)果存在潛在影響。乳腺癌組織中雌激素的局部濃度高于正常乳腺組織，可能會使外周血中雌激素濃度升高而影響檢測結(jié)果。LTL也與內(nèi)源性雌激素暴露時間的長短相關(guān)，女性的生育期(絕經(jīng)年齡與初潮年齡之差)每增加1年，其LTL短于中位數(shù)的概率降低14%[17]。絕經(jīng)年齡也與女性壽命及死亡率有關(guān)，絕經(jīng)年齡越大，女性生育后壽命越長，而絕經(jīng)每晚1年，死亡率下降2.9%[18]。選擇同一家庭的姐妹進行研究，結(jié)果卻顯示較長的生育期及未絕經(jīng)狀態(tài)與較短的端粒有關(guān)[19]，這種相互矛盾的結(jié)果可能是由于該研究人群普遍存在乳腺癌家族史，從而對結(jié)果產(chǎn)生潛在影響。目前的證據(jù)尚不足以確定雌激素水平與LTL具體的定量關(guān)聯(lián)程度，還需要進一步的大規(guī)模隊列研究，在按性別和種族進一步分層后反復測量健康人群中不同年齡組的LTL，并得出可靠LTL范圍，以便更全面地評估衰老過程中端粒的縮短。

3 端粒與外源性雌激素

雌激素的抗氧化性及其上調(diào)端粒酶的能力或許可以解釋為什么女性端粒比同齡的男性更長。因此推測以激素替代治療(hormone replacement treatment，HRT)形式使用外源性激素有助于緩解絕經(jīng)后端粒的損耗。然而，支持這一假設的臨床數(shù)據(jù)卻很少，而且存在爭議。其中多數(shù)研究認為LTL與HRT無關(guān)[12, 20, 21]，HRT引起的體內(nèi)雌激素暴露的變化不會影響LTL的調(diào)節(jié)。其中一項小規(guī)模研究甚至發(fā)現(xiàn)，接受HRT至少1年的手術(shù)絕經(jīng)女性的LTL與HRT使用時間呈負向關(guān)聯(lián)[17]。只有在絕經(jīng)后接受HRT超過5年的女性中，其LTL比未接受過HRT的同齡女性更長[22]，提示絕經(jīng)后長期接受HRT可能有減輕端粒損耗的作用。然而，現(xiàn)有大部分研究中只有少數(shù)參與者接受HRT，檢測外源性雌激素對LTL損耗的影響的能力有限，這一爭議性的結(jié)果仍需大規(guī)模的人群研究證實。

4 雌激素與LTL相關(guān)性的探索

雌激素作用的可能機制包括其降低氧化應激、減少炎癥、刺激端粒酶活性、增強紅細胞更新的能力。

氧化應激可能通過幾種潛在途徑導致端?？s短：直接損害對氧化損傷敏感的富含G和T的端粒序列[23]，且端粒DNA在損傷后修復單鏈斷裂的效率低于基因組其他部分[24]；刺激促炎細胞因子生成，加速細胞更新和端粒縮短[25]；活性氧(reactive oxygenspecies，ROS)可降低端粒酶活性[26]。此外，氧化應激與線粒體DNA損傷[27]和線粒體功能障礙相關(guān)[28]，線粒體中過量的乙酰輔酶A增加煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的生成，導致端粒損耗加重，受損的線粒體產(chǎn)生過多的ROS[29]，從而導致惡性循環(huán)。雌激素具有抗氧化特性，可減少氧化應激和減輕炎癥反應[30]，動物實驗中雌性大鼠的細胞抗氧化劑如錳超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的基礎水平也以雌激素依賴的方式升高[31]。相反，睪酮并未表現(xiàn)出抗氧化特性，其與氧化應激的易感性相關(guān)反而可能導致端粒損耗。然而，雄激素可在芳香化酶的作用下轉(zhuǎn)化為雌激素[32]。血清二氫睪酮和雌二醇水平與端粒長度呈正相關(guān)，且芳香化酶基因多態(tài)性與較低的雌二醇水平和較短的端粒相關(guān)，進一步表明這一途徑與端粒長度調(diào)節(jié)有關(guān)[33]。然而，這一解釋不適用于達那唑治療延長患有端粒疾病者的LTL的機制，因為達那唑通常會降低血循環(huán)中的雌二醇濃度[34]。

端粒酶是一種將端粒重復序列添加到染色體末端的逆轉(zhuǎn)錄酶。由于端粒酶催化亞單位的啟動子中存在雌激素反應元件，雌激素可通過直接或間接上調(diào)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(telomerase reverse transcriptase，TERT)的啟動子來激活端粒酶[35]，并且通過磷酸肌醇-3-激酶/蛋白激酶B[36]和一氧化氮途徑[37]間接影響端粒酶激活，從而增強維持和保護端粒的能力，這一點已被多種人類細胞所證實?；虮磉_分析顯示，雌激素缺乏會抑制小鼠體內(nèi)腎上腺和卵巢的TERT基因和c-myc基因表達、端粒酶活性、端粒維持和細胞增殖[38]，提示端粒酶抑制和端粒縮短可能介導腎上腺細胞增殖停滯，從而導致生理條件下雌激素缺乏引起的衰老。

HSC產(chǎn)生包括白細胞和紅細胞在內(nèi)的血細胞亞型[39]，紅細胞更新和HSC分裂都可能受到雌激素的調(diào)節(jié)。在小鼠體內(nèi)，雌激素通過刺激HSC不對稱復制和增加紅細胞的破壞來增強紅細胞的更新[40]。因此，長期暴露于雌激素可能會通過提高HSC的復制率導致紅細胞數(shù)量減少。隨著HSC端粒在每一輪復制中的縮短，隨后分化的血細胞端粒也會變短，白細胞和HSC的LTL高度相關(guān)性支持這一潛在機制[41]。

5 端粒與疾病

LTL在心血管疾病、糖尿病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和癌癥等疾病中被廣泛研究。其相關(guān)性表現(xiàn)為LTL較長者發(fā)生心血管疾病和糖尿病的風險降低，且女性的發(fā)病率和患病率低于男性[42-44]。LTL還可反映糖尿病患者的血糖狀況，血糖控制較理想(HbA1c<7%)的糖尿病患者LTL更長[45]。當患者血糖得到有效控制時，端粒的縮短甚至可以被逆轉(zhuǎn)[46]。有薈萃分析顯示，膀胱癌、食道癌、胃癌、頭頸癌、卵巢癌和腎癌與短端粒相關(guān)，子宮內(nèi)膜癌、前列腺癌和皮膚癌則未發(fā)現(xiàn)與LTL有相關(guān)性，而LTL與非霍奇金淋巴瘤、乳腺癌、肺癌和結(jié)直腸癌之間關(guān)系尚不能確定[47]，表明端粒在不同的癌癥中可能發(fā)揮不同的作用。帕金森病和阿爾茨海默癥患者與LTL的聯(lián)系尚無定論，一些研究認為患者的LTL與疾病狀態(tài)相關(guān)[48]，而另一些研究并不支持[49]?？傊瑪?shù)據(jù)表明，LTL并未與心血管疾病、糖尿病及部分癌癥以外的其他領(lǐng)域存在普遍相關(guān)性及性別特異性。

6 展望

現(xiàn)有研究表明端粒損耗與衰老及多種疾病的發(fā)病機制有關(guān)。除年齡因素外，與雌激素暴露相關(guān)的性別差異也可能是其影響因素。近年來的研究進一步提示，雌激素替代治療可緩解絕經(jīng)后女性端粒損耗，改善其健康狀況，但其效用與使用時間及絕經(jīng)類型有關(guān)。因此，明確雌激素對端粒和端粒酶的影響機制，有助于提供糖尿病等年齡相關(guān)性疾病治療和預防的新靶點。