楊 琳 艾 靜

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理教研室，哈爾濱，150086，中國(guó)

1906 年，德國(guó)醫(yī)生 阿勒斯·阿爾茨海默，在德國(guó)圖賓根舉辦的第37 屆德國(guó)西南精神病學(xué)年會(huì)上報(bào)告了奧古斯特·蒂的病歷。1901 年奧古斯特表現(xiàn)為嚴(yán)重記憶障礙、語(yǔ)言表述困難和語(yǔ)言理解困難，其病情急劇惡化于1906 年去世［1］。阿爾茨海默醫(yī)生對(duì)其尸檢發(fā)現(xiàn)，腦組織當(dāng)中出現(xiàn)兩個(gè)明顯特征，即大量老年斑（senile plaques，SP）和神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFT）［2］。直到1910 年，精神病學(xué)家埃米爾·克雷佩林在其著作第八版《精神病學(xué)》中首次將這種疾病命名為阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）。AD 俗稱老年性癡呆，是一種高發(fā)于65 歲以上人群的進(jìn)行性、致死性神經(jīng)退行性疾病，其主要特征表現(xiàn)為執(zhí)行功能缺陷、失語(yǔ)、失用和認(rèn)知功能障礙［3］。目前尚無(wú)有效藥物或治療方法徹底治愈AD。據(jù)《World Alzheimer’s Report 2018》報(bào)告顯示：目前全球范圍內(nèi)約有5 千萬(wàn)老年性癡呆患者，這一數(shù)字將在2050 年增長(zhǎng)到1.52 億。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018 年，全球用于AD 的醫(yī)療費(fèi)用高達(dá)1 萬(wàn)億，預(yù)計(jì)到2030 年AD 相關(guān)醫(yī)療費(fèi)用將高達(dá)2 萬(wàn)億［4］。AD 的發(fā)病存在一定的性別差異，女性的發(fā)病率明顯高于男性，且女性的終生患病風(fēng)險(xiǎn)也高于男性［5-6］。與男性不同的是，女性進(jìn)入絕經(jīng)期后，性腺器官卵巢開(kāi)始萎縮，其合成分泌功能不全，導(dǎo)致體內(nèi)雌激素水平逐漸降低，提示體內(nèi)雌激素水平可能參與AD 疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程。然而，臨床研究有關(guān)血清雌激素與女性AD 發(fā)病率相關(guān)性的結(jié)論并不一致［7-8］，且絕經(jīng)后雌激素替代療法并不能降低女性AD 發(fā)病率［9］。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，不僅卵巢等性腺器官能合成雌激素，肝臟、肌肉和腦組織也能合成雌激素［10］。女性進(jìn)入絕經(jīng)后期，卵巢完全萎縮不再合成雌激素，此時(shí)女性體內(nèi)雌激素主要依靠其余非性腺器官如腦、肝臟和脂肪組織合成。不同于卵巢合成雌激素的是，腦組織合成的組織特異性雌激素主要以旁分泌和（或）胞分泌形式作用于合成部位維持重要的組織特異性功能。相對(duì)于健康的衰老人群，AD 患者腦脊液中雌二醇（estradiol，E2）水平或是尸檢腦組織中E2水平顯著降低［11-12］。這些現(xiàn)象提示，腦源雌激素水平的下降可能在女性衰老進(jìn)程中引發(fā)AD 中發(fā)揮重要作用。本文就腦源雌激素在AD 中變化及其作用分子機(jī)制進(jìn)行討論。

1 雌激素的合成與代謝

雌激素在卵巢中主要由卵泡細(xì)胞和顆粒細(xì)胞在卵泡刺激素（follicle stimulating hormone，F(xiàn)SH）和黃體生成素（luteinizing hormone，LH）相互作用下合成。除了卵巢，肝臟、心臟和腦組織均能合成雌激素［10，13-14］。

1.1 芳香酶：關(guān)鍵的雌激素合成酶

芳香酶（aromatase，P450Arom）作為細(xì)胞色素P450家族中的一員廣泛分布于許多組織中。P450Arom 催化E2 合成的最后一個(gè)步驟也是限速步驟，所以P450Arom的調(diào)節(jié)是控制E2 合成的重要機(jī)制［15］。組織特異性芳香酶的表達(dá)依賴于選擇性剪切、組織特異性啟動(dòng)子和多種轉(zhuǎn)錄因子。

在人類中編碼芳香酶蛋白的CYP19A1基因位于染色體15q21.2 處約123 kb，由93 kb 的5’-非翻譯區(qū)，30 kb 的編碼區(qū)和3’-末端組成［16］。CYP19A1 的上游93 kb 包含許多啟動(dòng)子。其中，啟動(dòng)子Ⅱ?yàn)樾韵偬禺愋?，在外顯子Ⅱ的上游33 kb 處為腦特異性啟動(dòng)子If。雖然P450Arom 的mRNA 的5’-非翻譯區(qū)具有啟動(dòng)子特異性，但所有這些5’端都被拼接到ATG 翻譯起始位點(diǎn)上游38 bp 的共同連接處。

P450Arom 的活性同樣受到翻譯后修飾調(diào)控，比如磷酸化［17］。升高ATP、Mg2+和Ca2+濃度通過(guò)提高蛋白激酶活性可抑制P450Arom 的活性，給予酪氨酸激酶抑制劑或絲氨酸/蘇氨酸激酶抑制劑可阻斷ATP，Mg2+和Ca2+的抑制作用［17］。磷酸化作用比剪接、轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生蛋白產(chǎn)物所用時(shí)間短得多，這一作用在腦中可能尤其重要。

1.2 雌激素在卵巢中的合成

雌激素作為一種體內(nèi)重要的性激素在維持正常的生理功能充當(dāng)了重要的角色，包括主導(dǎo)女性第二性征的發(fā)育和維持，調(diào)控女性體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和控制女性的生命周期等。育齡期女性體內(nèi)雌激素水平主要依賴于卵巢、黃體和胎盤(pán)合成分泌。女性體內(nèi)雌激素的主要形式有：雌酮（estrone，E1），E2 和雌三醇（estriol，E3），其中E2為體內(nèi)生物活性最高的一種。

在卵巢卵泡形成過(guò)程中，LH 作用于卵泡細(xì)胞上的LH 受體，催化ATP為cAMP，提高17-羥化酶活性。隨后，在細(xì)胞色素P450 側(cè)鏈裂解酶（cytochrome P450 sidechain cleavage enzyme，P450scc）、3β羥類固醇脫氫酶（3β-hydroxysteroid dehydrogenase，3β-HSD）、細(xì)胞色素P450 17α-羥化酶（cytochrome P450 17α-hydroxylase，P45017α）和17β羥類固醇脫氫酶（17β-hydroxysteroid dehydrogenase，17β-HSD）的逐步催化作用下生成雄激素。卵泡細(xì)胞中的雄激素可跨越基底膜進(jìn)入顆粒細(xì)胞。卵泡細(xì)胞產(chǎn)生雄激素但不能合成雌激素，顆粒細(xì)胞不能從孕酮合成雄激素，但可以將雄激素轉(zhuǎn)化為E2。FSH 作用于顆粒細(xì)胞上的FSH 受體可提高 P450Arom 的活性，最后，P450Arom 催化雄激素為E2［18］（Fig.1）。在月經(jīng)周期中，E2 水平在排卵期前到達(dá)高峰約為110～410 pg·mL-1，在卵泡期和黃體期約為19～150 pg·mL-1。然而，絕經(jīng)后女性E2 水平減少低于35 pg·mL-1［19］。

1.3 腦源雌激素的合成

人們發(fā)現(xiàn)腦組織能從膽固醇逐步催化合成E2，得益于發(fā)現(xiàn)E2 合成過(guò)程的所有酶類都在腦中有表達(dá)。P450scc 和3β-HSD廣泛表達(dá)于腦組織中［20］。17β-HSD 蛋白發(fā)現(xiàn)在下丘腦、海馬、丘腦、皮層、小腦、尾狀核和松果體中的神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞都有表達(dá)［21-22］。成年大鼠腦中，P45017α在海馬CA1 和CA3 錐體神經(jīng)元和DG 顆粒神經(jīng)元中都有表達(dá)［23］。P450Arom 廣泛表達(dá)于基底前腦、大腦皮質(zhì)、海馬、丘腦等腦組織中［24］。從細(xì)胞類型上來(lái)說(shuō)，P450Arom 主要表達(dá)于神經(jīng)元中，但其也在星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)［25-26］。

腦中神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞可產(chǎn)生E2，而小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞則不能合成E2［27］。在正常生理?xiàng)l件下，神經(jīng)元是腦內(nèi)E2 的主要合成部位。不同于卵巢中E2 的合成需要在兩種細(xì)胞中完成，腦中神經(jīng)元可自行完成E2 合成的所有生物過(guò)程。膽固醇進(jìn)入神經(jīng)元中線粒體作為E2 合成的開(kāi)始；膽固醇在P450SCC作用下生成孕烯醇酮；孕烯醇酮分別在 3β-HSD 和P450C17 作用下合成孕酮和脫氫表雄酮體（dehydroepiandrosterone，DHEA）；隨后孕酮和DHEA 分別在P450C17 和3β-HSD 催化作用下生成雄烯二酮；雄烯二酮通過(guò)17β-HSD 催化形成睪酮，或在P450Arom 催化下生成雌酮；最終睪酮和雌酮分別通過(guò)P450Arom 和17β-HSD催化生成E2［10，28］（Fig.2）。研究發(fā)現(xiàn)，腦損傷后星形膠質(zhì)細(xì)胞中的芳香化酶的表達(dá)升高，提示神經(jīng)元損傷可誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生E2［27］。

Fig.1 Estradiol synthesis within the ovary

綜上所述，大腦本身可以產(chǎn)生合成雌激素。同時(shí)，循環(huán)中的雌激素和C19 類固醇前體也可以透過(guò)血腦屏障進(jìn)入大腦，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中雌激素合成提供必要的底物［29］。

腦源雌激素不僅能作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元，研究發(fā)現(xiàn)，雌激素也可作用于神經(jīng)血管單元中其他許多細(xì)胞類型并起到減輕缺血再灌注損傷的作用［30］?；谏窠?jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞密切的相互作用，且雌激素對(duì)二者均有保護(hù)作用，因此腦源雌激素可能也作用于神經(jīng)血管單元發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

1.4 雌激素的滅活與代謝

雌激素通過(guò)催化代謝和與其他底物結(jié)合的機(jī)制滅活。E2 可通過(guò)17β-HSD 轉(zhuǎn)化為活性低的E1，隨后E1經(jīng)過(guò)雌激素硫酸轉(zhuǎn)移酶作用形成雌酮硫酸鹽［16］。親脂性雌激素與硫酸鹽結(jié)合是雌激素靶組織中雌激素的主要失活方式［31］。除了硫酸化作用，E1 和E2 還可以通過(guò)其他方式代謝。例如，E2 和E1 及其代謝物可以通過(guò)與葡萄糖醛酸結(jié)合形成沒(méi)有生物活性的雌激素葡萄糖醛酸苷。葡萄糖醛酸的部分增加了雌激素的水溶性，促進(jìn)尿液中雌激素代謝物的排泄。雖然在循環(huán)和膽汁中檢測(cè)到少量的硫酸化雌激素，但絕大多數(shù)母體雌激素及其代謝產(chǎn)物經(jīng)過(guò)葡萄糖醛酸化并通過(guò)尿液排泄［32］。

2 腦內(nèi)雌激素受體的種類和分布

E2 受體包括核雌激素受體α（estrogen receptor α，ERα）和雌激素受體β（estrogen receptor β，ERβ）、膜受體 G 蛋白偶聯(lián)雌激素受體1（G protein coupled estrogen receptor 1，GPER1）和雌激素受體X（estrogen receptor X，ER-X）［10］。腦中合成的E2 以自分泌或旁分泌作用于ERs［33］。E2 與膜受體結(jié)合發(fā)揮快速的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，而與核受體結(jié)合則經(jīng)過(guò)調(diào)控轉(zhuǎn)錄翻譯等過(guò)程需要較長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮作用。

2.1 ERα

ERα全長(zhǎng)包括595個(gè)氨基酸、分子量為67 kDa，作為E2 核受體的一種，廣泛表達(dá)于腦組織中的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞中［34-35］。免疫組化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，ERα蛋白在杏仁核、終紋床核、中央灰質(zhì)和視交叉前區(qū)為強(qiáng)陽(yáng)性標(biāo)記；在古皮層、下丘腦、藍(lán)斑核和三叉神經(jīng)脊束核為中等陽(yáng)性標(biāo)記；在海馬、中縫核和未定帶有弱陽(yáng)性標(biāo)記；還在背蓋腹側(cè)核、小腦、蒼白球、下橄欖核、新腦皮層、腦橋核、丘腦、黑質(zhì)、上橄欖核和腹側(cè)背蓋區(qū)存在定位［36］。直接給予背側(cè)海馬E2 或者 ERα激動(dòng)劑可增加CA1 樹(shù)突棘數(shù)量，提高小鼠學(xué)習(xí)能力［37］。不僅如此，腦中ERα還與社會(huì)行為有關(guān)［38］。

Fig.2 Estradiol synthesis in the brain

2.2 ERβ

ERβ全長(zhǎng)包括530個(gè)氨基酸、分子量為59 kDa，也是一種核內(nèi)雌激素受體，作用方式與ERα相似，但在腦中的分布卻不相同。原位雜交觀察ERβ mRNA 的分布發(fā)現(xiàn)，其大量富含在下丘腦室旁核、視上核、乳頭狀前核和內(nèi)側(cè)后背杏仁核中［39］。免疫組化發(fā)現(xiàn)，ERβ在杏仁核、終紋床核、中縫核和黑質(zhì)中為強(qiáng)陽(yáng)性標(biāo)記；在古皮層、蒼白球、海馬、藍(lán)斑核、視交叉前區(qū)和腹側(cè)背蓋區(qū)為中等信號(hào)標(biāo)記；在背蓋腹側(cè)核、下丘腦、下橄欖核、新腦皮層、中央灰質(zhì)、腦橋核、三叉神經(jīng)脊束核、上橄欖核和丘腦中檢測(cè)到弱陽(yáng)性信號(hào)；也在小腦和未定帶中發(fā)現(xiàn)有定位［36］。激活ERβ介導(dǎo)的信號(hào)通路可調(diào)節(jié)神經(jīng)元的樹(shù)突棘形態(tài)［40］。ERβ敲除小鼠表現(xiàn)出更少的攻擊行為，說(shuō)明ERβ可能在建立和維持雄性小鼠之間的等級(jí)社會(huì)關(guān)系中發(fā)揮重要作用［41］。

2.3 GPER1

GPER1 又名GPR30，是一種能與E2 結(jié)合，具有高親和力的雌激素膜受體。GPR1 幾乎廣泛分布在所有腦區(qū)中［42］。GPER1 蛋白和mRNA 主要表達(dá)在大鼠海馬、額葉皮質(zhì)、內(nèi)側(cè)隔核/Broca 斜角區(qū)、基底核大細(xì)胞部和紋狀體［43］，以及腹側(cè)蒼白球、嗅結(jié)節(jié)和蒼白球［44］。免疫組化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，GPER1 在大鼠和小鼠下丘腦的室旁核，視上核和輔助神經(jīng)內(nèi)分泌核中為強(qiáng)陽(yáng)性標(biāo)記［44-45］，而在大鼠視交叉上核，弓狀核和腦垂體當(dāng)中為中等標(biāo)記信號(hào)［44］。在大鼠中腦，極后區(qū)，迷走神經(jīng)背側(cè)運(yùn)動(dòng)核，孤束核和腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)有GPER1 定位［44］。從細(xì)胞內(nèi)分布來(lái)看，GPER1 在神經(jīng)元樹(shù)突、樹(shù)突棘、胞體、軸突以及突觸后骨架蛋白的軸突末端附近的細(xì)胞膜上分布［46-47］。研究發(fā)現(xiàn)，GPER1 可有效逆轉(zhuǎn)卵巢去勢(shì)小鼠感覺(jué)皮質(zhì)區(qū)樹(shù)突棘減少［48］。GPER1 介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用通過(guò)促進(jìn)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和樹(shù)突棘形成，提高海馬空間記憶［49-50］。此外，激活GPER1 可表現(xiàn)出焦慮和社交及弓背姿勢(shì)等社會(huì)行為［51］。GPER1 激活可以使細(xì)胞內(nèi)ERα磷酸化，說(shuō)明GPER1 與ERα的相互作用在這些行為當(dāng)中發(fā)揮重要作用［42］。

2.4 ER-X

ER-X 是一種細(xì)胞膜雌激素受體，富集于出生后類囊狀微區(qū)［52］。胎兒狒狒腦和產(chǎn)后嚙齒動(dòng)物的新皮質(zhì)中檢測(cè)到豐富的ER-X，在正常成年中水平極低，幾乎檢測(cè)不到ER-X，但在缺血損傷后和AD 動(dòng)物模型中又能重新檢測(cè)到ER-X［53］。

3 E2 的作用模式與信號(hào)通路

E2 的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)主要通過(guò)ERs 實(shí)現(xiàn)，其中包括核受體ERα和ERβ、膜受體GPER1 和ER-X［54］。E2 通過(guò)ERs 依賴的“基因組途徑”和“非基因組途徑”機(jī)制調(diào)控體內(nèi)生理或者病理過(guò)程。除此之外，E2 還可以通過(guò)ERs 非依賴信號(hào)通路調(diào)節(jié)酶活性或者與非性類固醇激素核受體相互作用發(fā)揮功能（Fig.3）。

3.1 核ERs 依賴型作用

Fig.3 E2 signaling pathway

在基因組途徑中，E2 與其核內(nèi)受體結(jié)合，誘導(dǎo)受體構(gòu)象改變導(dǎo)致受體與其伴侶解離形成二聚體、激活受體的轉(zhuǎn)錄區(qū)域。雌激素的轉(zhuǎn)錄作用主要由核內(nèi)ERα和ERβ介導(dǎo)。ERα和ERβ兩種受體都是核配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，能激活或抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄。盡管ERα和ERβ在很多方面存在共同點(diǎn)，但二者在配體識(shí)別、受體激活、協(xié)同因子招募、調(diào)控靶基因等方面各具不同［55］。當(dāng)ERα或ERβ與E2 結(jié)合，形成同源二聚體（ERα/ERα或ERβ/ERβ）或異二聚體（ERα/ERβ），從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移到核內(nèi)招募轉(zhuǎn)錄復(fù)合物和其他輔助因子結(jié)合到DNA 上的雌激素反應(yīng)元件（estrogen response elements，EREs），調(diào)控基因表達(dá)［10］。然而，E2 也可以通過(guò)非經(jīng)典的EREs 介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄發(fā)揮轉(zhuǎn)錄作用。有文獻(xiàn)報(bào)道，人類超出三分之一受雌激素受體調(diào)節(jié)的基因都不是由經(jīng)典的EREs 介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄調(diào)控［56］。例如，ERs 通過(guò)作用或者影響刺激蛋白-1（stimulating protein-1，SP-1）、激活蛋白-1（activator protein 1，AP-1）、NF-kB 和c-jun 等其他轉(zhuǎn)錄因子活性進(jìn)而調(diào)控相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程［57-58］。E2可通過(guò)這兩種不同的作用機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)某一基因的不同的轉(zhuǎn)錄調(diào)控結(jié)果。例如，E2 通過(guò)ERE 介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄通路激活前腹側(cè)室旁核Kiss1 表達(dá)，而E2 可通過(guò)ERE 非依賴機(jī)制抑制Kiss1 在弓狀核的表達(dá)［57］。

3.2 膜ERs 依賴型作用

不同于核內(nèi)ERs，雌激素膜受體同樣可以通過(guò)非基因組途徑，調(diào)控細(xì)胞質(zhì)改變和基因表達(dá)［59-60］。超微結(jié)構(gòu)分析海馬椎體細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，核外也有ERα和ERβ定位，主要分布于樹(shù)突棘、軸突和軸突末端［61-62］。膜結(jié)合雌激素受體GPER1 和一些膜ERα和ERβ變異體，例如ERα36，介導(dǎo)非基因組雌激素信號(hào)傳導(dǎo)［63-66］。E2介導(dǎo)的非基因組途徑通常涉及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的激活，產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)第二信使cAMP 調(diào)節(jié)信號(hào)級(jí)聯(lián)蛋白激酶激活，間接調(diào)節(jié)基因表達(dá)［67］。蛋白激酶級(jí)聯(lián)通路大致可分為四類：PLC/PKC 通路；Ras/Raf/MAPK 通路；PI3K/Akt 激酶級(jí)聯(lián)和cAMP/ PKA 信號(hào)通路。Elk-1、CREB、NF-κB 和STAT 家族等轉(zhuǎn)錄因子都受上述信號(hào)通路的調(diào)節(jié)［68］。此外，膜受體ER-X 可通過(guò)介導(dǎo)磷酸化（5～15 min）或者通過(guò)激活MAPK 亞型ERK1 和ERK2 持續(xù)發(fā)揮E2 作用（2～3 h）［69-70］。

此外，基因組途徑和非基因組途徑中的蛋白-蛋白相互作用同樣可以發(fā)揮E2 的作用?；蚪M途徑機(jī)制中，E2-ERs 復(fù)合物二聚化并易位至細(xì)胞核，從而與非基因組途徑機(jī)制中GPER1 信號(hào)傳導(dǎo)中產(chǎn)生的磷酸化轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合［71］。

3.3 ERs 非依賴作用

盡管絕大多數(shù)E2 的生物功能通過(guò)ERs 介導(dǎo)，但E2 也可通過(guò)調(diào)節(jié)酶的活性或者與非類固醇激素核受體相互作用啟動(dòng)非ERs 依賴途徑。研究發(fā)現(xiàn)E2 可以通過(guò)非ERs 依賴性途徑發(fā)揮抗氧化和抑制氧化應(yīng)激的作用［72］。選擇性ERs 調(diào)節(jié)劑巴多昔芬通過(guò)非ERs 途徑提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)的髓鞘再生能力［73］。

3.4 ERs 配體獨(dú)立信號(hào)作用

有趣的是，許多細(xì)胞在沒(méi)有E2 和任何ERs 激動(dòng)劑的情況下，依然可以激活ERs［74］。這種機(jī)制被稱為ERs 配體獨(dú)立信號(hào)通路，通常需要磷酸化所必需調(diào)節(jié)分子發(fā)揮作用，例如PKA，PKC，MAPK 等磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)組分，炎癥細(xì)胞因子（如IL-2）、細(xì)胞黏附分子、細(xì)胞周期調(diào)控因子（例如RAS p21 蛋白激活cyclins A 和D1）和包括EGF、IGF1 和TGFβ等多肽生長(zhǎng)因子［68］。

4 腦源雌激素在調(diào)節(jié)認(rèn)知功能中的作用

從結(jié)構(gòu)到功能，大腦對(duì)不同水平的E2 都能快速反應(yīng)。腦內(nèi)E2 通過(guò)多種復(fù)雜交錯(cuò)的分子機(jī)制，調(diào)節(jié)突觸可塑性，影響學(xué)習(xí)與記憶過(guò)程。

4.1 腦源雌激素在學(xué)習(xí)記憶中的作用

E2 在腦組織神經(jīng)環(huán)路中的神經(jīng)元合成，其在神經(jīng)環(huán)路中快速（數(shù)分鐘內(nèi)）調(diào)節(jié)一系列行為，包括空間學(xué)習(xí)記憶與交流。在新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練期結(jié)束后，背側(cè)海馬注射E2，小鼠的新物體識(shí)別記憶有所提高，說(shuō)明E2 在訓(xùn)練期之后快速激活海馬的作用足以提高記憶［75］。近期，研究人員通過(guò)Cre/loxP 和FLP/FRT 重組系統(tǒng)構(gòu)建前腦神經(jīng)元特異性P450Arom 敲除鼠，發(fā)現(xiàn)該小鼠前腦中的P450Arom 和E2 水平顯著降低，伴有顯著的樹(shù)突棘和突觸密度降低，且表現(xiàn)出海馬依賴性的空間記憶、再識(shí)別記憶和條件恐懼記憶損傷［76］。這些研究表明海馬內(nèi)源性E2 對(duì)學(xué)習(xí)與認(rèn)知調(diào)控十分關(guān)鍵。有研究表明，系統(tǒng)性補(bǔ)充E2 可提高海馬依賴的記憶，這種效果不是由于循環(huán)中E2 的升高，而是通過(guò)促進(jìn)海馬合成雌激素發(fā)揮作用。例如，在卵巢去勢(shì)大鼠皮下埋置E2 膠囊補(bǔ)充循環(huán)E2 可激活海馬GnRH 受體促進(jìn)腦源雌激素合成，進(jìn)而調(diào)控海馬依賴的記憶［77］。E2 除了對(duì)海馬依賴性的記憶具有調(diào)節(jié)作用，同樣可調(diào)節(jié)其他腦區(qū)相關(guān)的記憶。近期研究發(fā)現(xiàn)，鼻周皮層內(nèi)注射 E2，可提高小鼠對(duì)物體與位置的長(zhǎng)期記憶和短期記憶［78］。腦源雌激素不僅在嚙齒類動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)具有神經(jīng)保護(hù)作用，在其他動(dòng)物身上同樣發(fā)揮類似功能。腦源雌激素在鳴禽感官學(xué)習(xí)上發(fā)揮相似的作用，包括處理和鞏固近期的聽(tīng)覺(jué)經(jīng)驗(yàn)［79］。另外，有研究報(bào)道E2 可提高卵巢去勢(shì)衰老恒河猴的工作記憶［80］。

4.2 腦源雌激素在調(diào)節(jié)突觸可塑性的作用

突觸可塑性是指當(dāng)環(huán)境改變或腦部受到損傷時(shí)，突觸具有重塑形態(tài)結(jié)構(gòu)以調(diào)整其功能的能力［81-82］。突觸可塑性是學(xué)習(xí)與記憶形成的基礎(chǔ)神經(jīng)機(jī)制［83］。突觸可塑性廣義上可大致分為突觸結(jié)構(gòu)可塑性與突觸功能可塑性，其中突觸結(jié)構(gòu)形態(tài)的可塑性是實(shí)現(xiàn)功能可塑性的基礎(chǔ)［84-85］。

突觸的結(jié)構(gòu)可塑性包括：①突觸前神經(jīng)遞質(zhì)的合成、儲(chǔ)存、釋放等過(guò)程的變化［86］；②突觸后的神經(jīng)遞質(zhì)受體數(shù)量、分布的變化［87］；③樹(shù)突棘的形態(tài)與數(shù)量變化［88］。在突觸前神經(jīng)遞質(zhì)釋放方面，研究報(bào)道E2 通過(guò)ER/Akt/nNOS 信號(hào)作用于GnRH 神經(jīng)元，生成NO 進(jìn)而促進(jìn)突觸前末端GABA 和谷氨酸的釋放［89］。雙光子谷氨酸釋放技術(shù)發(fā)現(xiàn)，E2 作用于GPER1 可增加雌性小鼠海馬樹(shù)突棘的谷氨酸釋放［90］。E2 同樣可以調(diào)節(jié)突觸后受體。研究發(fā)現(xiàn)雌激素通過(guò)降低衰老恒河猴的前額葉突觸phospho-GluN2B 相對(duì)含量，降低細(xì)胞鈣毒性，進(jìn)而提高工作記憶［80］。在海馬CA1 錐體細(xì)胞中，E2 增加突觸表面AMPAR 數(shù)量，調(diào)節(jié)突觸NMDAR 向表面轉(zhuǎn)運(yùn)，提高短期記憶［91］。樹(shù)突棘，即從樹(shù)突發(fā)出的突起，通過(guò)形成、內(nèi)吞、增大、增長(zhǎng)、收縮和重構(gòu)等一系列動(dòng)態(tài)的可塑性變化傳遞不同突觸輸入信息，在學(xué)習(xí)和記憶鞏固中發(fā)揮重要作用。在體實(shí)驗(yàn)中，海馬內(nèi)注射E2 激活ERK 和mTOR，增加海馬CA1 和內(nèi)側(cè)前額葉皮層錐體細(xì)胞樹(shù)突棘密度［92-93］，提高海馬空間記憶［93］。在與學(xué)習(xí)階段相一致的時(shí)間內(nèi)，背側(cè)海馬內(nèi)注射 E2 或者 ERα激動(dòng)劑可顯著增加海馬CA1 樹(shù)突密度和快速提高雌性小鼠的物體辨別學(xué)習(xí)能力［37］。E2-ERα介導(dǎo)激活的樹(shù)突棘發(fā)生的機(jī)制可能與E2 迅速短暫地降低CA1 中AMPA 的活性、減少AMPA 介導(dǎo)的海馬CA1 興奮性輸入相關(guān)［37］。研究發(fā)現(xiàn)前腦神經(jīng)元特異性P450Arom 敲除鼠，其前腦中的P450Arom 和E2 水平顯著降低，樹(shù)突棘和突觸密度降低，伴有明顯認(rèn)知功能損傷［76］。這些研究表明腦內(nèi)E2 能調(diào)控突觸前遞質(zhì)釋放、突觸后受體數(shù)量和分布和樹(shù)突棘生長(zhǎng)等重要結(jié)構(gòu)可塑性，參與調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)與認(rèn)知過(guò)程。

突觸功能可塑性指突觸可通過(guò)增強(qiáng)或減弱突觸傳遞效能對(duì)環(huán)境刺激進(jìn)行應(yīng)答的一種生理特性，這種可塑性變化可持續(xù)幾十毫秒、幾小時(shí)、幾天甚至更久［81］。長(zhǎng)時(shí)程突觸可塑性可持續(xù)長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)小時(shí)或幾周，分為長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP）和長(zhǎng)時(shí)程抑制（long-term depression，LTD），被公認(rèn)為記憶形成的主要神經(jīng)分子機(jī)制［94］。成年大鼠腦片在孵育時(shí)加入E2 記錄到的LTP 斜率顯著大于對(duì)照組［95］。體外培養(yǎng)腦片的培養(yǎng)液中加入P450Arom 抑制劑letrozole 連續(xù)培養(yǎng)7 天，腦片培養(yǎng)基的E2 顯著減少且腦片誘發(fā)不出LTP，而在letrozole 處理腦片的同時(shí)加入E2 則能誘導(dǎo)出LTP［96］，說(shuō)明海馬E2 對(duì)于LTP 的形成十分關(guān)鍵。近期，研究人員采用高頻刺激記錄神經(jīng)元特異性P450Arom敲除鼠海馬腦片LTP 發(fā)現(xiàn)，該敲除鼠的LTP 幅度顯著降低［76］。以上研究說(shuō)明腦內(nèi)E2 在LTP 的誘導(dǎo)和維持階段均發(fā)揮重要作用。

4.3 腦源雌激素調(diào)節(jié)認(rèn)知功能的分子機(jī)制

許多與谷氨酸受體激活有關(guān)的細(xì)胞信號(hào)通路參與海馬的記憶形成過(guò)程，其中包括ERK/MAPK、PI3K、PKA、CaMKII、mTOR 等通路［97］。E2 通過(guò)上述在內(nèi)的多種信號(hào)通路途徑調(diào)節(jié)認(rèn)知功能。

在HT-22 細(xì)胞系中，E2 作用于ERα和ERβ，通過(guò)MAPK 通路磷酸化CREB，使其磷酸化水平在15 min后達(dá)到峰值［98］。同樣在原代培養(yǎng)海馬神經(jīng)中檢測(cè)類似結(jié)果，即加入E2 后，磷酸化MAPK 水平在15 min 內(nèi)達(dá)到最高［99］。成年大鼠海馬腦片加入E2，弱TBS（閾下刺激）可成功誘導(dǎo)出LTP，而在分別阻斷Erk、MAPK、PKA、PKC、PI3K、NR2B 和CaMKII 之后LTP 均誘導(dǎo)失?。?5］。在體水平，E2 同樣對(duì)ERK 信號(hào)通路發(fā)揮快速效應(yīng)。背側(cè)海馬局部注射E2 一個(gè)小時(shí)后取材，背側(cè)海馬ERK 磷酸化水平顯著升高［75］。將膜不可滲透的E2，BSA 結(jié)合的E2 或E2 注入腦室中，海馬ERK 磷酸化水平在5 min 內(nèi)顯著升高［100］。除了ERK 通路，E2還能通過(guò)其他信號(hào)通路發(fā)揮快速作用。研究表明 E2可通過(guò)調(diào)節(jié)RhoA/RhoA 蛋白激酶通路，促進(jìn)肌動(dòng)蛋白聚合，進(jìn)而促進(jìn)樹(shù)突棘生成以及增強(qiáng)LTP［101］。而加入ERK 或mTOR 抑制劑，可阻斷海馬內(nèi)注射E2 所介導(dǎo)的海馬CA1 錐體神經(jīng)元樹(shù)突棘生長(zhǎng)［92］。

單獨(dú)給予ERβ激動(dòng)劑可提高物體識(shí)別和物體位置［93］，而其他的研究中則顯示ERα和ERβ都參與調(diào)節(jié)記憶［102-104］。E2-ERs 所發(fā)揮的認(rèn)知保護(hù)功能與谷氨酸受體密切相關(guān)。在離體水平，E2-ERα信號(hào)通路通過(guò)代謝型谷氨酸受體1a（metabotropic glutamate receptor 1a，mGluR1a）引起ERK 依賴的CREB 磷酸化，說(shuō)明ERs 與mGluR1a 的相互作用在E2 記憶增強(qiáng)中起關(guān)鍵作用［105］。在體情況下，E2 介導(dǎo)ERα/ERβ-mGluR1a-ERK 信號(hào)通路激活可促進(jìn)海馬空間記憶鞏固作用［104］。

IGF-1 受體參與E2 誘導(dǎo)的增強(qiáng)空間記憶，依賴于E2/IGF-1 相互作用介導(dǎo)的海馬突觸結(jié)構(gòu)變化［106］。在E2 存在條件下，ERα通過(guò)PI3K 的p85 亞基和胰島素受體底物IRS-1，與IGF-1 受體相互作用共同調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌、生殖行為、突觸可塑性以及神經(jīng)元存活［107］。具體的可能機(jī)制為：E2 存在條件下，IGF-1 通過(guò)PI3KAkt-GSK3β-β-catenin 信號(hào)通路下調(diào)ERα的轉(zhuǎn)錄活性［108］；而在沒(méi)有E2 時(shí)，IGF-1 則提高ERα的轉(zhuǎn)錄活性［109］。ERα和IGF-1 受體之間的這種相互作用可以認(rèn)為是一種偶聯(lián)信號(hào)檢測(cè)機(jī)制，其允許認(rèn)知系統(tǒng)在生理和病理?xiàng)l件下適應(yīng)不同水平的雌二醇和IGF-1［110］。

E2 與膜受體GPER1 的結(jié)合，被認(rèn)為是介導(dǎo)E2 認(rèn)知功能保護(hù)作用的另外一種可能機(jī)制。Xu 等人發(fā)現(xiàn)：激活CPER1，可通過(guò)BDNF/TrkB 信號(hào)通路，增強(qiáng)MFCA3 通路LTD，提高衰老小鼠的記憶［111］。GPER1 激動(dòng)劑可增加海馬CA1 樹(shù)突棘密度，提高空間記憶與社會(huì)學(xué)習(xí)［102，112］。

組蛋白乙?；揎棻徽J(rèn)為參與到學(xué)習(xí)與記憶過(guò)程當(dāng)中。在體海馬局部注射E2 通過(guò)調(diào)節(jié)組蛋白修飾，促進(jìn)BDNF 啟動(dòng)子乙?；?，進(jìn)而提高衰老小鼠的物體識(shí)別記憶和空間記憶［113］。海馬組蛋白乙?；{(diào)節(jié)E2 介導(dǎo)的新物體識(shí)別記憶增強(qiáng)［114］。這些研究說(shuō)明，E2 可能通過(guò)調(diào)節(jié)組蛋白乙?；揎椷M(jìn)而發(fā)揮認(rèn)知功能保護(hù)作用。

5.腦源雌激素與AD

隨著對(duì)腦源雌激素作用及其機(jī)制的深入挖掘，腦源雌激素的神經(jīng)保護(hù)作用已經(jīng)逐漸明朗。從AD 動(dòng)物模型到AD 患者的尸檢報(bào)告中均觀察到腦中E2 異常、P450Arom 以及ERs 下降，這些研究表明腦源雌激素耗竭及其雌激素受體異常均參與衰老進(jìn)程和AD 病理過(guò)程［28，115-116］。近期在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，腦靶性E2 前藥所取得的成果為后期AD 藥物開(kāi)發(fā)提供新方向［117-118］。下面，我們主要從腦源雌激素、P450Arom 及ERs 在AD 中的變化及其作用進(jìn)行討論。

5.1 腦源雌激素在AD 中的變化及作用

衰老是AD 的重要風(fēng)險(xiǎn)因素。在雌性衰老的大鼠海馬檢測(cè)到E2 減少，且被認(rèn)為與認(rèn)知功能下降相關(guān)［119］。在臨床病例研究中，女性AD 患者腦脊液和額葉中的 E2 含量較對(duì)照組顯著下降［11-12］，而血清中E2并無(wú)差異，同時(shí)對(duì)P450Arom 進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)P450Arom也顯著下降［12］。Aβ是淀粉樣蛋白前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）代謝的蛋白水解副產(chǎn)物，是AD的重要病理標(biāo)志。APP 由兩種競(jìng)爭(zhēng)途徑加工，即淀粉樣蛋白生成途徑通過(guò)β-分泌酶和γ-分泌酶，產(chǎn)生β-APPs 和Aβ40/Aβ42 肽，以及通過(guò)α-分泌酶的非淀粉樣蛋白生成途徑產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)的α-APPs 和幾種非淀粉樣蛋白形成肽［120］。雌激素通過(guò)MARK/ERK 通路激活非淀粉樣蛋白生成途徑降低BACE1 水平，減少Aβ的產(chǎn)生，也可通過(guò)刺激小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬及降解作用，以及調(diào)節(jié)Aβ降解中涉及的主要酶類促進(jìn)Aβ清除［70］。小鼠卵巢去勢(shì)10周之后，將Aβ注入腦室2周發(fā)現(xiàn)：激活NF-κB 信號(hào)通路增加Aβ沉積，并伴有更為嚴(yán)重的認(rèn)知功能下降［121］。在離體實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，E2 可抑制BV2 小膠質(zhì)細(xì)胞中Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥，并減少Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡［121］，間接證明腦源雌激素的神經(jīng)保護(hù)作用以及潛在的治療作用。

基于現(xiàn)有的研究成果可知，靶向增加腦組織中E2水平有望改善AD 的認(rèn)知功能。近期，研究人員開(kāi)發(fā)出一種只在腦內(nèi)產(chǎn)生E2 的腦選擇性前藥，去氫吳茱萸合成（dehydroevodiamine，DHED），其可有效降低卵巢去勢(shì)APPswe/PS1dE9 小鼠腦組織中的 Aβ，并顯著改善APPswe/PS1dE9 小鼠認(rèn)知功能障礙［117］。另外，Yan等人發(fā)現(xiàn)，DHED 可通過(guò)ER-klf5-NF-κB 信號(hào)通路，減少AD 模型鼠Tg2576 腦中Aβ沉積、磷酸化Tau 蛋白、氧化應(yīng)激炎癥、進(jìn)而改善認(rèn)知功能［118］。DHED 在AD動(dòng)物模型取得的研究成果為后期藥物開(kāi)發(fā)提供新的思路，然而其作用分子機(jī)制有待進(jìn)一步明確。

5.2 P450Arom 在AD 中的變化

在對(duì)女性AD 患者死后尸檢發(fā)現(xiàn)，其海馬、下丘腦和基底前腦中P450Arom 水平相對(duì)于對(duì)照組顯著下降［12］。動(dòng)物研究水平也發(fā)現(xiàn)，5×FAD 模型鼠海馬中P450Arom 的mRNA 和蛋白水平均顯著下降［122］。相較于3×TgAD 小鼠，雌性3×TgAD 小鼠卵巢去勢(shì)后給予P450Arom 抑制劑，其海馬CA1 錐體Aβ陽(yáng)性細(xì)胞明顯增多［123］。研究人員將P450Arom 敲除鼠與APP23 小鼠（一種AD 轉(zhuǎn)基因鼠）雜交得到雌激素缺乏APP23 小鼠，發(fā)現(xiàn)該小鼠腦組織中的E2 含量顯著下降、Aβ沉積出現(xiàn)更早和更多，并且發(fā)現(xiàn)由這些小鼠腦組織分離培養(yǎng)的小膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出Aβ清除受損［12］。這些研究說(shuō)明，腦組織雌激素的耗竭可能是AD 病理發(fā)展的重要風(fēng)險(xiǎn)因素。

近期，Song 等人的meta 分析中發(fā)現(xiàn)，CYP19A1基因rs10046、rs1143704、rs767199 和rs727479 多態(tài)性顯著地增加AD 易感性，其中rs10046 的純合TT 基因型，rs767199中的顯性AA 和AG 基因型，rs727479中的純合TT 基因型以及rs1143704 的顯性TT 和TA 基因型可能是AD 的易感基因型［124］。Zheng 等人的病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)：CYP19A1基因的rs3751592 變異增加中國(guó)漢族人群對(duì)AD 的易感性［125］。以上研究成果表明，P450Arom 的減少及其基因變異都是AD 的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)因素。

5.3 腦內(nèi)ERs 異常在AD 中的作用

在雌性衰老的大鼠和小鼠海馬中檢測(cè)到ERα和ERβ表達(dá)均顯著減少［103，119］。Tang 等人發(fā)現(xiàn)18個(gè)月APP/PS1 小鼠的皮層和海馬中ERα蛋白表達(dá)顯著下降，其mRNA 水平在海馬中同樣明顯減少［126］。ERα敲除鼠腦室注射Aβ兩周之后，表現(xiàn)出更明顯的Aβ沉積、膠質(zhì)細(xì)胞活化、神經(jīng)源性炎癥和更嚴(yán)重的認(rèn)知功能受損［127］。近期，Lai 等人報(bào)道ERα激動(dòng)劑可誘導(dǎo)Cav1.2（一個(gè)L 型電壓門(mén)控鈣通道的成孔亞基）降解，涉及賴氨酸29 突變泛素化蛋白和E3 泛素化連接酶Mdm2，改善卵巢去勢(shì)APP/PS1 小鼠認(rèn)知功能［128］。離體實(shí)驗(yàn)同樣驗(yàn)證了ERα可抑制AD 相關(guān)病理進(jìn)程改變。在HEK293 細(xì)胞中加入達(dá)全長(zhǎng)的APP，過(guò)表達(dá)ERα不僅能抑制APP 的淀粉樣蛋白合成過(guò)程、減少Aβ1-40/1-42水平；還可以減弱Tau 蛋白磷酸化位點(diǎn)、降低GSK3β活性［126］。

同時(shí)，也有一些研究報(bào)道ERβ在AD 中的作用。對(duì)AD 病人尸檢發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)中的核ERβ顯著下降［129］。Long 等人報(bào)道，女性AD 患者額葉神經(jīng)元線粒體中ERβ顯著下降，伴有線粒體細(xì)胞色素C 氧化酶活性降低和蛋白質(zhì)羰基化增加，提示ERβ缺乏可能通過(guò)促進(jìn)線粒體功能障礙在女性AD 發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用［130］。Zhao等人報(bào)道，ERβ激動(dòng)劑可減緩雌性AD 小鼠模型淀粉樣蛋白病變的進(jìn)展，改善空間識(shí)別記憶，延長(zhǎng)其存活時(shí)間［131］。另外一項(xiàng)研究同樣發(fā)現(xiàn)ERβ激動(dòng)劑可降低Aβ水平、改善AD 小鼠認(rèn)知功能障礙［132］。這些ERβ在女性AD 病程中的變化及其作用的相關(guān)研究成果，表明其具有治療AD 的潛能。

在Tau 蛋白磷酸化這一AD 病理標(biāo)志中，ERα和ERβ發(fā)揮不同的作用。Xiong 等人的研究發(fā)現(xiàn)：ERα上調(diào)miR-218，抑制其靶點(diǎn)蛋白酪氨酸磷酸酶α（tyrosine phosphatase α，PTPα）表達(dá)、引起GSK3β和PP2A 過(guò)度磷酸化進(jìn)而導(dǎo)致Tau 蛋白磷酸化；反之，ERβ通過(guò)限制miR-218 表達(dá)、抑制Tau 蛋白磷酸化［133］。雄性與雌性5xFAD 轉(zhuǎn)基因小鼠都表現(xiàn)出明顯的識(shí)別記憶障礙，而雌性鼠在給予GPER1 受體激動(dòng)劑之后得到顯著改善［134］。Li 等人發(fā)現(xiàn)：ERα啟動(dòng)子甲基化的AD患者表現(xiàn)為較低的日?；顒?dòng)和生活質(zhì)量，其中可能機(jī)制為ERα啟動(dòng)子甲基化通過(guò)抑制ERα mRNA 表達(dá)損傷AD 患者認(rèn)知功能［135］。

6 小結(jié)與展望

盡管現(xiàn)在越來(lái)越多的研究在揭示腦源雌激素及其受體在調(diào)節(jié)認(rèn)知中的作用，為AD 藥物開(kāi)發(fā)提供許多靶點(diǎn)，然而依然有許多領(lǐng)域等待人們?nèi)ネ诰颉ｊP(guān)于腦源雌激素作用的分子機(jī)制目前尚未明朗，仍需要進(jìn)一步研究去完善這方面的知識(shí)。目前關(guān)于腦源雌激素的研究大都集中在雌性，因此絕大多數(shù)研究采用雌性動(dòng)物，腦源雌激素在雄性的作用機(jī)制及其在AD 病理過(guò)程當(dāng)中發(fā)揮何種作用及其機(jī)制需要進(jìn)一步研究。目前一些研究報(bào)道循環(huán)給予雌激素能有效改善AD 動(dòng)物模型認(rèn)知功能障礙。因此，明確其他來(lái)源的雌激素調(diào)節(jié)認(rèn)知功能是否依賴于腦源雌激素的作用十分關(guān)鍵。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)其他性激素如孕酮和睪酮均可以在腦中合成并發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［136-137］。這些激素作為雌激素合成的中間產(chǎn)物是否是通過(guò)雌激素發(fā)揮作用或者直接發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用有待進(jìn)一步探究。