脑源雌激素在阿尔茨海默病中的作用研究进展

杨 琳 艾 静

哈尔滨医科大学药学院药理教研室，哈尔滨，150086，中国

1906 年，德国医生 阿勒斯·阿尔茨海默，在德国图宾根举办的第37 届德国西南精神病学年会上报告了奥古斯特·蒂的病历。1901 年奥古斯特表现为严重记忆障碍、语言表述困难和语言理解困难，其病情急剧恶化于1906 年去世［1］。阿尔茨海默医生对其尸检发现，脑组织当中出现两个明显特征，即大量老年斑（senile plaques，SP）和神经纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFT）［2］。直到1910 年，精神病学家埃米尔·克雷佩林在其著作第八版《精神病学》中首次将这种疾病命名为阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）。AD 俗称老年性痴呆，是一种高发于65 岁以上人群的进行性、致死性神经退行性疾病，其主要特征表现为执行功能缺陷、失语、失用和认知功能障碍［3］。目前尚无有效药物或治疗方法彻底治愈AD。据《World Alzheimer’s Report 2018》报告显示：目前全球范围内约有5 千万老年性痴呆患者，这一数字将在2050 年增长到1.52 亿。据统计，2018 年，全球用于AD 的医疗费用高达1 万亿，预计到2030 年AD 相关医疗费用将高达2 万亿［4］。AD 的发病存在一定的性别差异，女性的发病率明显高于男性，且女性的终生患病风险也高于男性［5-6］。与男性不同的是，女性进入绝经期后，性腺器官卵巢开始萎缩，其合成分泌功能不全，导致体内雌激素水平逐渐降低，提示体内雌激素水平可能参与AD 疾病发生发展过程。然而，临床研究有关血清雌激素与女性AD 发病率相关性的结论并不一致［7-8］，且绝经后雌激素替代疗法并不能降低女性AD 发病率［9］。近年来研究发现，不仅卵巢等性腺器官能合成雌激素，肝脏、肌肉和脑组织也能合成雌激素［10］。女性进入绝经后期，卵巢完全萎缩不再合成雌激素，此时女性体内雌激素主要依靠其余非性腺器官如脑、肝脏和脂肪组织合成。不同于卵巢合成雌激素的是，脑组织合成的组织特异性雌激素主要以旁分泌和（或）胞分泌形式作用于合成部位维持重要的组织特异性功能。相对于健康的衰老人群，AD 患者脑脊液中雌二醇（estradiol，E2）水平或是尸检脑组织中E2水平显著降低［11-12］。这些现象提示，脑源雌激素水平的下降可能在女性衰老进程中引发AD 中发挥重要作用。本文就脑源雌激素在AD 中变化及其作用分子机制进行讨论。

1 雌激素的合成与代谢

雌激素在卵巢中主要由卵泡细胞和颗粒细胞在卵泡刺激素（follicle stimulating hormone，FSH）和黄体生成素（luteinizing hormone，LH）相互作用下合成。除了卵巢，肝脏、心脏和脑组织均能合成雌激素［10，13-14］。

1.1 芳香酶：关键的雌激素合成酶

芳香酶（aromatase，P450Arom）作为细胞色素P450家族中的一员广泛分布于许多组织中。P450Arom 催化E2 合成的最后一个步骤也是限速步骤，所以P450Arom的调节是控制E2 合成的重要机制［15］。组织特异性芳香酶的表达依赖于选择性剪切、组织特异性启动子和多种转录因子。

在人类中编码芳香酶蛋白的CYP19A1基因位于染色体15q21.2 处约123 kb，由93 kb 的5’-非翻译区，30 kb 的编码区和3’-末端组成［16］。CYP19A1 的上游93 kb 包含许多启动子。其中，启动子Ⅱ为性腺特异性，在外显子Ⅱ的上游33 kb 处为脑特异性启动子If。虽然P450Arom 的mRNA 的5’-非翻译区具有启动子特异性，但所有这些5’端都被拼接到ATG 翻译起始位点上游38 bp 的共同连接处。

P450Arom 的活性同样受到翻译后修饰调控，比如磷酸化［17］。升高ATP、Mg2+和Ca2+浓度通过提高蛋白激酶活性可抑制P450Arom 的活性，给予酪氨酸激酶抑制剂或丝氨酸/苏氨酸激酶抑制剂可阻断ATP，Mg2+和Ca2+的抑制作用［17］。磷酸化作用比剪接、转录后产生蛋白产物所用时间短得多，这一作用在脑中可能尤其重要。

1.2 雌激素在卵巢中的合成

雌激素作为一种体内重要的性激素在维持正常的生理功能充当了重要的角色，包括主导女性第二性征的发育和维持，调控女性体内环境的稳定和控制女性的生命周期等。育龄期女性体内雌激素水平主要依赖于卵巢、黄体和胎盘合成分泌。女性体内雌激素的主要形式有：雌酮（estrone，E1），E2 和雌三醇（estriol，E3），其中E2为体内生物活性最高的一种。

在卵巢卵泡形成过程中，LH 作用于卵泡细胞上的LH 受体，催化ATP为cAMP，提高17-羟化酶活性。随后，在细胞色素P450 侧链裂解酶（cytochrome P450 sidechain cleavage enzyme，P450scc）、3β羟类固醇脱氢酶（3β-hydroxysteroid dehydrogenase，3β-HSD）、细胞色素P450 17α-羟化酶（cytochrome P450 17α-hydroxylase，P45017α）和17β羟类固醇脱氢酶（17β-hydroxysteroid dehydrogenase，17β-HSD）的逐步催化作用下生成雄激素。卵泡细胞中的雄激素可跨越基底膜进入颗粒细胞。卵泡细胞产生雄激素但不能合成雌激素，颗粒细胞不能从孕酮合成雄激素，但可以将雄激素转化为E2。FSH 作用于颗粒细胞上的FSH 受体可提高 P450Arom 的活性，最后，P450Arom 催化雄激素为E2［18］（Fig.1）。在月经周期中，E2 水平在排卵期前到达高峰约为110～410 pg·mL-1，在卵泡期和黄体期约为19～150 pg·mL-1。然而，绝经后女性E2 水平减少低于35 pg·mL-1［19］。

1.3 脑源雌激素的合成

人们发现脑组织能从胆固醇逐步催化合成E2，得益于发现E2 合成过程的所有酶类都在脑中有表达。P450scc 和3β-HSD广泛表达于脑组织中［20］。17β-HSD 蛋白发现在下丘脑、海马、丘脑、皮层、小脑、尾状核和松果体中的神经元和星形胶质细胞都有表达［21-22］。成年大鼠脑中，P45017α在海马CA1 和CA3 锥体神经元和DG 颗粒神经元中都有表达［23］。P450Arom 广泛表达于基底前脑、大脑皮质、海马、丘脑等脑组织中［24］。从细胞类型上来说，P450Arom 主要表达于神经元中，但其也在星形胶质细胞中表达［25-26］。

脑中神经元和星形胶质细胞可产生E2，而小胶质细胞和少突胶质细胞则不能合成E2［27］。在正常生理条件下，神经元是脑内E2 的主要合成部位。不同于卵巢中E2 的合成需要在两种细胞中完成，脑中神经元可自行完成E2 合成的所有生物过程。胆固醇进入神经元中线粒体作为E2 合成的开始；胆固醇在P450SCC作用下生成孕烯醇酮；孕烯醇酮分别在 3β-HSD 和P450C17 作用下合成孕酮和脱氢表雄酮体（dehydroepiandrosterone，DHEA）；随后孕酮和DHEA 分别在P450C17 和3β-HSD 催化作用下生成雄烯二酮；雄烯二酮通过17β-HSD 催化形成睾酮，或在P450Arom 催化下生成雌酮；最终睾酮和雌酮分别通过P450Arom 和17β-HSD催化生成E2［10，28］（Fig.2）。研究发现，脑损伤后星形胶质细胞中的芳香化酶的表达升高，提示神经元损伤可诱导星形胶质细胞产生E2［27］。

Fig.1 Estradiol synthesis within the ovary

综上所述，大脑本身可以产生合成雌激素。同时，循环中的雌激素和C19 类固醇前体也可以透过血脑屏障进入大脑，为中枢神经系统中雌激素合成提供必要的底物［29］。

脑源雌激素不仅能作用于中枢神经系统中的神经元，研究发现，雌激素也可作用于神经血管单元中其他许多细胞类型并起到减轻缺血再灌注损伤的作用［30］。基于神经元和星形胶质细胞密切的相互作用，且雌激素对二者均有保护作用，因此脑源雌激素可能也作用于神经血管单元发挥神经保护作用。

1.4 雌激素的灭活与代谢

雌激素通过催化代谢和与其他底物结合的机制灭活。E2 可通过17β-HSD 转化为活性低的E1，随后E1经过雌激素硫酸转移酶作用形成雌酮硫酸盐［16］。亲脂性雌激素与硫酸盐结合是雌激素靶组织中雌激素的主要失活方式［31］。除了硫酸化作用，E1 和E2 还可以通过其他方式代谢。例如，E2 和E1 及其代谢物可以通过与葡萄糖醛酸结合形成没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，促进尿液中雌激素代谢物的排泄。虽然在循环和胆汁中检测到少量的硫酸化雌激素，但绝大多数母体雌激素及其代谢产物经过葡萄糖醛酸化并通过尿液排泄［32］。

2 脑内雌激素受体的种类和分布

E2 受体包括核雌激素受体α（estrogen receptor α，ERα）和雌激素受体β（estrogen receptor β，ERβ）、膜受体 G 蛋白偶联雌激素受体1（G protein coupled estrogen receptor 1，GPER1）和雌激素受体X（estrogen receptor X，ER-X）［10］。脑中合成的E2 以自分泌或旁分泌作用于ERs［33］。E2 与膜受体结合发挥快速的信号转导作用，而与核受体结合则经过调控转录翻译等过程需要较长时间发挥作用。

2.1 ERα

ERα全长包括595个氨基酸、分子量为67 kDa，作为E2 核受体的一种，广泛表达于脑组织中的神经元和胶质细胞中［34-35］。免疫组化实验结果显示，ERα蛋白在杏仁核、终纹床核、中央灰质和视交叉前区为强阳性标记；在古皮层、下丘脑、蓝斑核和三叉神经脊束核为中等阳性标记；在海马、中缝核和未定带有弱阳性标记；还在背盖腹侧核、小脑、苍白球、下橄榄核、新脑皮层、脑桥核、丘脑、黑质、上橄榄核和腹侧背盖区存在定位［36］。直接给予背侧海马E2 或者 ERα激动剂可增加CA1 树突棘数量，提高小鼠学习能力［37］。不仅如此，脑中ERα还与社会行为有关［38］。

Fig.2 Estradiol synthesis in the brain

2.2 ERβ

ERβ全长包括530个氨基酸、分子量为59 kDa，也是一种核内雌激素受体，作用方式与ERα相似，但在脑中的分布却不相同。原位杂交观察ERβ mRNA 的分布发现，其大量富含在下丘脑室旁核、视上核、乳头状前核和内侧后背杏仁核中［39］。免疫组化发现，ERβ在杏仁核、终纹床核、中缝核和黑质中为强阳性标记；在古皮层、苍白球、海马、蓝斑核、视交叉前区和腹侧背盖区为中等信号标记；在背盖腹侧核、下丘脑、下橄榄核、新脑皮层、中央灰质、脑桥核、三叉神经脊束核、上橄榄核和丘脑中检测到弱阳性信号；也在小脑和未定带中发现有定位［36］。激活ERβ介导的信号通路可调节神经元的树突棘形态［40］。ERβ敲除小鼠表现出更少的攻击行为，说明ERβ可能在建立和维持雄性小鼠之间的等级社会关系中发挥重要作用［41］。

2.3 GPER1

GPER1 又名GPR30，是一种能与E2 结合，具有高亲和力的雌激素膜受体。GPR1 几乎广泛分布在所有脑区中［42］。GPER1 蛋白和mRNA 主要表达在大鼠海马、额叶皮质、内侧隔核/Broca 斜角区、基底核大细胞部和纹状体［43］，以及腹侧苍白球、嗅结节和苍白球［44］。免疫组化实验发现，GPER1 在大鼠和小鼠下丘脑的室旁核，视上核和辅助神经内分泌核中为强阳性标记［44-45］，而在大鼠视交叉上核，弓状核和脑垂体当中为中等标记信号［44］。在大鼠中脑，极后区，迷走神经背侧运动核，孤束核和脑桥网状结构中发现有GPER1 定位［44］。从细胞内分布来看，GPER1 在神经元树突、树突棘、胞体、轴突以及突触后骨架蛋白的轴突末端附近的细胞膜上分布［46-47］。研究发现，GPER1 可有效逆转卵巢去势小鼠感觉皮质区树突棘减少［48］。GPER1 介导的信号转导作用通过促进神经递质的释放和树突棘形成，提高海马空间记忆［49-50］。此外，激活GPER1 可表现出焦虑和社交及弓背姿势等社会行为［51］。GPER1 激活可以使细胞内ERα磷酸化，说明GPER1 与ERα的相互作用在这些行为当中发挥重要作用［42］。

2.4 ER-X

ER-X 是一种细胞膜雌激素受体，富集于出生后类囊状微区［52］。胎儿狒狒脑和产后啮齿动物的新皮质中检测到丰富的ER-X，在正常成年中水平极低，几乎检测不到ER-X，但在缺血损伤后和AD 动物模型中又能重新检测到ER-X［53］。

3 E2 的作用模式与信号通路

E2 的信号转导主要通过ERs 实现，其中包括核受体ERα和ERβ、膜受体GPER1 和ER-X［54］。E2 通过ERs 依赖的“基因组途径”和“非基因组途径”机制调控体内生理或者病理过程。除此之外，E2 还可以通过ERs 非依赖信号通路调节酶活性或者与非性类固醇激素核受体相互作用发挥功能（Fig.3）。

3.1 核ERs 依赖型作用

Fig.3 E2 signaling pathway

在基因组途径中，E2 与其核内受体结合，诱导受体构象改变导致受体与其伴侣解离形成二聚体、激活受体的转录区域。雌激素的转录作用主要由核内ERα和ERβ介导。ERα和ERβ两种受体都是核配体激活的转录因子，能激活或抑制靶基因的转录。尽管ERα和ERβ在很多方面存在共同点，但二者在配体识别、受体激活、协同因子招募、调控靶基因等方面各具不同［55］。当ERα或ERβ与E2 结合，形成同源二聚体（ERα/ERα或ERβ/ERβ）或异二聚体（ERα/ERβ），从细胞膜转移到核内招募转录复合物和其他辅助因子结合到DNA 上的雌激素反应元件（estrogen response elements，EREs），调控基因表达［10］。然而，E2 也可以通过非经典的EREs 介导转录发挥转录作用。有文献报道，人类超出三分之一受雌激素受体调节的基因都不是由经典的EREs 介导转录调控［56］。例如，ERs 通过作用或者影响刺激蛋白-1（stimulating protein-1，SP-1）、激活蛋白-1（activator protein 1，AP-1）、NF-kB 和c-jun 等其他转录因子活性进而调控相关基因转录过程［57-58］。E2可通过这两种不同的作用机制实现对某一基因的不同的转录调控结果。例如，E2 通过ERE 介导转录通路激活前腹侧室旁核Kiss1 表达，而E2 可通过ERE 非依赖机制抑制Kiss1 在弓状核的表达［57］。

3.2 膜ERs 依赖型作用

不同于核内ERs，雌激素膜受体同样可以通过非基因组途径，调控细胞质改变和基因表达［59-60］。超微结构分析海马椎体细胞发现，核外也有ERα和ERβ定位，主要分布于树突棘、轴突和轴突末端［61-62］。膜结合雌激素受体GPER1 和一些膜ERα和ERβ变异体，例如ERα36，介导非基因组雌激素信号传导［63-66］。E2介导的非基因组途径通常涉及信号转导机制的激活，产生细胞内第二信使cAMP 调节信号级联蛋白激酶激活，间接调节基因表达［67］。蛋白激酶级联通路大致可分为四类：PLC/PKC 通路；Ras/Raf/MAPK 通路；PI3K/Akt 激酶级联和cAMP/ PKA 信号通路。Elk-1、CREB、NF-κB 和STAT 家族等转录因子都受上述信号通路的调节［68］。此外，膜受体ER-X 可通过介导磷酸化（5～15 min）或者通过激活MAPK 亚型ERK1 和ERK2 持续发挥E2 作用（2～3 h）［69-70］。

此外，基因组途径和非基因组途径中的蛋白-蛋白相互作用同样可以发挥E2 的作用。基因组途径机制中，E2-ERs 复合物二聚化并易位至细胞核，从而与非基因组途径机制中GPER1 信号传导中产生的磷酸化转录因子结合［71］。

3.3 ERs 非依赖作用

尽管绝大多数E2 的生物功能通过ERs 介导，但E2 也可通过调节酶的活性或者与非类固醇激素核受体相互作用启动非ERs 依赖途径。研究发现E2 可以通过非ERs 依赖性途径发挥抗氧化和抑制氧化应激的作用［72］。选择性ERs 调节剂巴多昔芬通过非ERs 途径提高中枢神经系统的髓鞘再生能力［73］。

3.4 ERs 配体独立信号作用

有趣的是，许多细胞在没有E2 和任何ERs 激动剂的情况下，依然可以激活ERs［74］。这种机制被称为ERs 配体独立信号通路，通常需要磷酸化所必需调节分子发挥作用，例如PKA，PKC，MAPK 等磷酸化级联反应组分，炎症细胞因子（如IL-2）、细胞黏附分子、细胞周期调控因子（例如RAS p21 蛋白激活cyclins A 和D1）和包括EGF、IGF1 和TGFβ等多肽生长因子［68］。

4 脑源雌激素在调节认知功能中的作用

从结构到功能，大脑对不同水平的E2 都能快速反应。脑内E2 通过多种复杂交错的分子机制，调节突触可塑性，影响学习与记忆过程。

4.1 脑源雌激素在学习记忆中的作用

E2 在脑组织神经环路中的神经元合成，其在神经环路中快速（数分钟内）调节一系列行为，包括空间学习记忆与交流。在新物体识别实验的训练期结束后，背侧海马注射E2，小鼠的新物体识别记忆有所提高，说明E2 在训练期之后快速激活海马的作用足以提高记忆［75］。近期，研究人员通过Cre/loxP 和FLP/FRT 重组系统构建前脑神经元特异性P450Arom 敲除鼠，发现该小鼠前脑中的P450Arom 和E2 水平显著降低，伴有显著的树突棘和突触密度降低，且表现出海马依赖性的空间记忆、再识别记忆和条件恐惧记忆损伤［76］。这些研究表明海马内源性E2 对学习与认知调控十分关键。有研究表明，系统性补充E2 可提高海马依赖的记忆，这种效果不是由于循环中E2 的升高，而是通过促进海马合成雌激素发挥作用。例如，在卵巢去势大鼠皮下埋置E2 胶囊补充循环E2 可激活海马GnRH 受体促进脑源雌激素合成，进而调控海马依赖的记忆［77］。E2 除了对海马依赖性的记忆具有调节作用，同样可调节其他脑区相关的记忆。近期研究发现，鼻周皮层内注射 E2，可提高小鼠对物体与位置的长期记忆和短期记忆［78］。脑源雌激素不仅在啮齿类动物身上发现具有神经保护作用，在其他动物身上同样发挥类似功能。脑源雌激素在鸣禽感官学习上发挥相似的作用，包括处理和巩固近期的听觉经验［79］。另外，有研究报道E2 可提高卵巢去势衰老恒河猴的工作记忆［80］。

4.2 脑源雌激素在调节突触可塑性的作用

突触可塑性是指当环境改变或脑部受到损伤时，突触具有重塑形态结构以调整其功能的能力［81-82］。突触可塑性是学习与记忆形成的基础神经机制［83］。突触可塑性广义上可大致分为突触结构可塑性与突触功能可塑性，其中突触结构形态的可塑性是实现功能可塑性的基础［84-85］。

突触的结构可塑性包括：①突触前神经递质的合成、储存、释放等过程的变化［86］；②突触后的神经递质受体数量、分布的变化［87］；③树突棘的形态与数量变化［88］。在突触前神经递质释放方面，研究报道E2 通过ER/Akt/nNOS 信号作用于GnRH 神经元，生成NO 进而促进突触前末端GABA 和谷氨酸的释放［89］。双光子谷氨酸释放技术发现，E2 作用于GPER1 可增加雌性小鼠海马树突棘的谷氨酸释放［90］。E2 同样可以调节突触后受体。研究发现雌激素通过降低衰老恒河猴的前额叶突触phospho-GluN2B 相对含量，降低细胞钙毒性，进而提高工作记忆［80］。在海马CA1 锥体细胞中，E2 增加突触表面AMPAR 数量，调节突触NMDAR 向表面转运，提高短期记忆［91］。树突棘，即从树突发出的突起，通过形成、内吞、增大、增长、收缩和重构等一系列动态的可塑性变化传递不同突触输入信息，在学习和记忆巩固中发挥重要作用。在体实验中，海马内注射E2 激活ERK 和mTOR，增加海马CA1 和内侧前额叶皮层锥体细胞树突棘密度［92-93］，提高海马空间记忆［93］。在与学习阶段相一致的时间内，背侧海马内注射 E2 或者 ERα激动剂可显著增加海马CA1 树突密度和快速提高雌性小鼠的物体辨别学习能力［37］。E2-ERα介导激活的树突棘发生的机制可能与E2 迅速短暂地降低CA1 中AMPA 的活性、减少AMPA 介导的海马CA1 兴奋性输入相关［37］。研究发现前脑神经元特异性P450Arom 敲除鼠，其前脑中的P450Arom 和E2 水平显著降低，树突棘和突触密度降低，伴有明显认知功能损伤［76］。这些研究表明脑内E2 能调控突触前递质释放、突触后受体数量和分布和树突棘生长等重要结构可塑性，参与调节学习与认知过程。

突触功能可塑性指突触可通过增强或减弱突触传递效能对环境刺激进行应答的一种生理特性，这种可塑性变化可持续几十毫秒、几小时、几天甚至更久［81］。长时程突触可塑性可持续长达几个小时或几周，分为长时程增强（long-term potentiation，LTP）和长时程抑制（long-term depression，LTD），被公认为记忆形成的主要神经分子机制［94］。成年大鼠脑片在孵育时加入E2 记录到的LTP 斜率显著大于对照组［95］。体外培养脑片的培养液中加入P450Arom 抑制剂letrozole 连续培养7 天，脑片培养基的E2 显著减少且脑片诱发不出LTP，而在letrozole 处理脑片的同时加入E2 则能诱导出LTP［96］，说明海马E2 对于LTP 的形成十分关键。近期，研究人员采用高频刺激记录神经元特异性P450Arom敲除鼠海马脑片LTP 发现，该敲除鼠的LTP 幅度显著降低［76］。以上研究说明脑内E2 在LTP 的诱导和维持阶段均发挥重要作用。

4.3 脑源雌激素调节认知功能的分子机制

许多与谷氨酸受体激活有关的细胞信号通路参与海马的记忆形成过程，其中包括ERK/MAPK、PI3K、PKA、CaMKII、mTOR 等通路［97］。E2 通过上述在内的多种信号通路途径调节认知功能。

在HT-22 细胞系中，E2 作用于ERα和ERβ，通过MAPK 通路磷酸化CREB，使其磷酸化水平在15 min后达到峰值［98］。同样在原代培养海马神经中检测类似结果，即加入E2 后，磷酸化MAPK 水平在15 min 内达到最高［99］。成年大鼠海马脑片加入E2，弱TBS（阈下刺激）可成功诱导出LTP，而在分别阻断Erk、MAPK、PKA、PKC、PI3K、NR2B 和CaMKII 之后LTP 均诱导失败［95］。在体水平，E2 同样对ERK 信号通路发挥快速效应。背侧海马局部注射E2 一个小时后取材，背侧海马ERK 磷酸化水平显著升高［75］。将膜不可渗透的E2，BSA 结合的E2 或E2 注入脑室中，海马ERK 磷酸化水平在5 min 内显著升高［100］。除了ERK 通路，E2还能通过其他信号通路发挥快速作用。研究表明 E2可通过调节RhoA/RhoA 蛋白激酶通路，促进肌动蛋白聚合，进而促进树突棘生成以及增强LTP［101］。而加入ERK 或mTOR 抑制剂，可阻断海马内注射E2 所介导的海马CA1 锥体神经元树突棘生长［92］。

单独给予ERβ激动剂可提高物体识别和物体位置［93］，而其他的研究中则显示ERα和ERβ都参与调节记忆［102-104］。E2-ERs 所发挥的认知保护功能与谷氨酸受体密切相关。在离体水平，E2-ERα信号通路通过代谢型谷氨酸受体1a（metabotropic glutamate receptor 1a，mGluR1a）引起ERK 依赖的CREB 磷酸化，说明ERs 与mGluR1a 的相互作用在E2 记忆增强中起关键作用［105］。在体情况下，E2 介导ERα/ERβ-mGluR1a-ERK 信号通路激活可促进海马空间记忆巩固作用［104］。

IGF-1 受体参与E2 诱导的增强空间记忆，依赖于E2/IGF-1 相互作用介导的海马突触结构变化［106］。在E2 存在条件下，ERα通过PI3K 的p85 亚基和胰岛素受体底物IRS-1，与IGF-1 受体相互作用共同调节神经内分泌、生殖行为、突触可塑性以及神经元存活［107］。具体的可能机制为：E2 存在条件下，IGF-1 通过PI3KAkt-GSK3β-β-catenin 信号通路下调ERα的转录活性［108］；而在没有E2 时，IGF-1 则提高ERα的转录活性［109］。ERα和IGF-1 受体之间的这种相互作用可以认为是一种偶联信号检测机制，其允许认知系统在生理和病理条件下适应不同水平的雌二醇和IGF-1［110］。

E2 与膜受体GPER1 的结合，被认为是介导E2 认知功能保护作用的另外一种可能机制。Xu 等人发现：激活CPER1，可通过BDNF/TrkB 信号通路，增强MFCA3 通路LTD，提高衰老小鼠的记忆［111］。GPER1 激动剂可增加海马CA1 树突棘密度，提高空间记忆与社会学习［102，112］。

组蛋白乙酰化修饰被认为参与到学习与记忆过程当中。在体海马局部注射E2 通过调节组蛋白修饰，促进BDNF 启动子乙酰化，进而提高衰老小鼠的物体识别记忆和空间记忆［113］。海马组蛋白乙酰化调节E2 介导的新物体识别记忆增强［114］。这些研究说明，E2 可能通过调节组蛋白乙酰化修饰进而发挥认知功能保护作用。

5.脑源雌激素与AD

随着对脑源雌激素作用及其机制的深入挖掘，脑源雌激素的神经保护作用已经逐渐明朗。从AD 动物模型到AD 患者的尸检报告中均观察到脑中E2 异常、P450Arom 以及ERs 下降，这些研究表明脑源雌激素耗竭及其雌激素受体异常均参与衰老进程和AD 病理过程［28，115-116］。近期在动物实验当中，脑靶性E2 前药所取得的成果为后期AD 药物开发提供新方向［117-118］。下面，我们主要从脑源雌激素、P450Arom 及ERs 在AD 中的变化及其作用进行讨论。

5.1 脑源雌激素在AD 中的变化及作用

衰老是AD 的重要风险因素。在雌性衰老的大鼠海马检测到E2 减少，且被认为与认知功能下降相关［119］。在临床病例研究中，女性AD 患者脑脊液和额叶中的 E2 含量较对照组显著下降［11-12］，而血清中E2并无差异，同时对P450Arom 进行检测发现P450Arom也显著下降［12］。Aβ是淀粉样蛋白前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）代谢的蛋白水解副产物，是AD的重要病理标志。APP 由两种竞争途径加工，即淀粉样蛋白生成途径通过β-分泌酶和γ-分泌酶，产生β-APPs 和Aβ40/Aβ42 肽，以及通过α-分泌酶的非淀粉样蛋白生成途径产生神经保护的α-APPs 和几种非淀粉样蛋白形成肽［120］。雌激素通过MARK/ERK 通路激活非淀粉样蛋白生成途径降低BACE1 水平，减少Aβ的产生，也可通过刺激小胶质细胞吞噬及降解作用，以及调节Aβ降解中涉及的主要酶类促进Aβ清除［70］。小鼠卵巢去势10周之后，将Aβ注入脑室2周发现：激活NF-κB 信号通路增加Aβ沉积，并伴有更为严重的认知功能下降［121］。在离体实验中发现，E2 可抑制BV2 小胶质细胞中Aβ诱导的神经炎症，并减少Aβ诱导的神经元死亡［121］，间接证明脑源雌激素的神经保护作用以及潜在的治疗作用。

基于现有的研究成果可知，靶向增加脑组织中E2水平有望改善AD 的认知功能。近期，研究人员开发出一种只在脑内产生E2 的脑选择性前药，去氢吴茱萸合成（dehydroevodiamine，DHED），其可有效降低卵巢去势APPswe/PS1dE9 小鼠脑组织中的 Aβ，并显著改善APPswe/PS1dE9 小鼠认知功能障碍［117］。另外，Yan等人发现，DHED 可通过ER-klf5-NF-κB 信号通路，减少AD 模型鼠Tg2576 脑中Aβ沉积、磷酸化Tau 蛋白、氧化应激炎症、进而改善认知功能［118］。DHED 在AD动物模型取得的研究成果为后期药物开发提供新的思路，然而其作用分子机制有待进一步明确。

5.2 P450Arom 在AD 中的变化

在对女性AD 患者死后尸检发现，其海马、下丘脑和基底前脑中P450Arom 水平相对于对照组显著下降［12］。动物研究水平也发现，5×FAD 模型鼠海马中P450Arom 的mRNA 和蛋白水平均显著下降［122］。相较于3×TgAD 小鼠，雌性3×TgAD 小鼠卵巢去势后给予P450Arom 抑制剂，其海马CA1 锥体Aβ阳性细胞明显增多［123］。研究人员将P450Arom 敲除鼠与APP23 小鼠（一种AD 转基因鼠）杂交得到雌激素缺乏APP23 小鼠，发现该小鼠脑组织中的E2 含量显著下降、Aβ沉积出现更早和更多，并且发现由这些小鼠脑组织分离培养的小胶质细胞表现出Aβ清除受损［12］。这些研究说明，脑组织雌激素的耗竭可能是AD 病理发展的重要风险因素。

近期，Song 等人的meta 分析中发现，CYP19A1基因rs10046、rs1143704、rs767199 和rs727479 多态性显著地增加AD 易感性，其中rs10046 的纯合TT 基因型，rs767199中的显性AA 和AG 基因型，rs727479中的纯合TT 基因型以及rs1143704 的显性TT 和TA 基因型可能是AD 的易感基因型［124］。Zheng 等人的病例对照研究发现：CYP19A1基因的rs3751592 变异增加中国汉族人群对AD 的易感性［125］。以上研究成果表明，P450Arom 的减少及其基因变异都是AD 的发病风险因素。

5.3 脑内ERs 异常在AD 中的作用

在雌性衰老的大鼠和小鼠海马中检测到ERα和ERβ表达均显著减少［103，119］。Tang 等人发现18个月APP/PS1 小鼠的皮层和海马中ERα蛋白表达显著下降，其mRNA 水平在海马中同样明显减少［126］。ERα敲除鼠脑室注射Aβ两周之后，表现出更明显的Aβ沉积、胶质细胞活化、神经源性炎症和更严重的认知功能受损［127］。近期，Lai 等人报道ERα激动剂可诱导Cav1.2（一个L 型电压门控钙通道的成孔亚基）降解，涉及赖氨酸29 突变泛素化蛋白和E3 泛素化连接酶Mdm2，改善卵巢去势APP/PS1 小鼠认知功能［128］。离体实验同样验证了ERα可抑制AD 相关病理进程改变。在HEK293 细胞中加入达全长的APP，过表达ERα不仅能抑制APP 的淀粉样蛋白合成过程、减少Aβ1-40/1-42水平；还可以减弱Tau 蛋白磷酸化位点、降低GSK3β活性［126］。

同时，也有一些研究报道ERβ在AD 中的作用。对AD 病人尸检发现脑白质中的核ERβ显著下降［129］。Long 等人报道，女性AD 患者额叶神经元线粒体中ERβ显著下降，伴有线粒体细胞色素C 氧化酶活性降低和蛋白质羰基化增加，提示ERβ缺乏可能通过促进线粒体功能障碍在女性AD 发病机制中发挥重要作用［130］。Zhao等人报道，ERβ激动剂可减缓雌性AD 小鼠模型淀粉样蛋白病变的进展，改善空间识别记忆，延长其存活时间［131］。另外一项研究同样发现ERβ激动剂可降低Aβ水平、改善AD 小鼠认知功能障碍［132］。这些ERβ在女性AD 病程中的变化及其作用的相关研究成果，表明其具有治疗AD 的潜能。

在Tau 蛋白磷酸化这一AD 病理标志中，ERα和ERβ发挥不同的作用。Xiong 等人的研究发现：ERα上调miR-218，抑制其靶点蛋白酪氨酸磷酸酶α（tyrosine phosphatase α，PTPα）表达、引起GSK3β和PP2A 过度磷酸化进而导致Tau 蛋白磷酸化；反之，ERβ通过限制miR-218 表达、抑制Tau 蛋白磷酸化［133］。雄性与雌性5xFAD 转基因小鼠都表现出明显的识别记忆障碍，而雌性鼠在给予GPER1 受体激动剂之后得到显著改善［134］。Li 等人发现：ERα启动子甲基化的AD患者表现为较低的日常活动和生活质量，其中可能机制为ERα启动子甲基化通过抑制ERα mRNA 表达损伤AD 患者认知功能［135］。

6 小结与展望

尽管现在越来越多的研究在揭示脑源雌激素及其受体在调节认知中的作用，为AD 药物开发提供许多靶点，然而依然有许多领域等待人们去挖掘。关于脑源雌激素作用的分子机制目前尚未明朗，仍需要进一步研究去完善这方面的知识。目前关于脑源雌激素的研究大都集中在雌性，因此绝大多数研究采用雌性动物，脑源雌激素在雄性的作用机制及其在AD 病理过程当中发挥何种作用及其机制需要进一步研究。目前一些研究报道循环给予雌激素能有效改善AD 动物模型认知功能障碍。因此，明确其他来源的雌激素调节认知功能是否依赖于脑源雌激素的作用十分关键。近年来，研究发现其他性激素如孕酮和睾酮均可以在脑中合成并发挥神经保护作用［136-137］。这些激素作为雌激素合成的中间产物是否是通过雌激素发挥作用或者直接发挥神经保护作用有待进一步探究。