选择性雌激素受体调节剂对AD的作用研究进展

任晓倩，唐苏苏，洪浩

(中国药科大学药理学教研室，江苏 南京 210009)

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)，是一种起病隐匿进行性发展的中枢神经系统退行性疾病，其主要临床特征为学习认知功能障碍和记忆能力的减退。随着人口老年化进程的加速，AD的发病率逐年攀升，严重影响人类的健康和生活质量，已成为世界各国共同关注的重大公共卫生课题和越来越突出的社会问题。目前治疗AD药物主要为提高胆碱能神经功能的胆碱酯酶抑制剂(例如多奈哌齐等)和调控谷氨酸神经元突触活性的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂(例如美金刚)，但这些药物仅能暂时地缓解症状，均不能阻止AD的发展进程，且不良反应较大。因此发掘防治AD的新药物是目前国内外研究热点，也是当今医药领域亟待破解的难题[1]。

流行病学及临床研究发现，老年女性存在较高的AD发病率，且随着绝经后雌激素的减少，AD的发病率逐渐升高[2]，而雌激素替代治疗(estrogen replacement therapy,ERT)可明显降低AD发病率，改善认知功能[3]。大量的实验证实雌激素能够降低Aβ沉积、抑制神经炎症、抗氧化、调节胆碱能系统及神经保护等作用，改善记忆损害[4]。但是雌激素治疗在改善认知功能的同时，极易诱发乳腺癌、子宫内膜癌、卵巢癌等疾病，这大大限制了其临床应用。进一步研究表明，雌激素能非特异性地与雌激素受体(estrogen receptors,ERs)两种亚型(ERα和ERβ)结合，而当与大量分布在乳腺、子宫等生殖器官的ERα结合后，极易引发乳腺癌、子宫内膜癌等生殖系统癌症[5]。为此，寻找能够选择性结合雌激素受体，无副作用的抗AD药物是当今亟待解决的问题。选择性雌激素受体调节剂(selective estrogen receptor modulators,SERMs)因可选择性结合ERs而避免ERT诱发的乳腺和生殖系统癌症，引起了人们普遍关注[6]。本文就SERMs的分类及其在阿尔茨海默病中可能的作用机制做一综述。

1 SERMs及其分类

SERMs是一类可以与ERs高亲和力结合的化合物，其在ERβ集中的组织如骨、皮质、海马和心血管系统区中发挥雌激素作用，而在子宫内膜及乳腺等组织中表现为抗雌激素作用，产生不同的生理效应[7]。SERMs包括植物雌激素(phytoestrogen,PE)和ERβ选择性激动剂。

1.1 PE PE是一类存在于植物中的非类固醇类的天然化合物，结构多样，其化学结构与内源性雌激素极为相似，具有弱雌激素作用，但其本身不是激素，是天然SERMs，主要包括四类：①异黄酮类：包括大豆苷元、大豆苷、染料木黄酮苷以及刺芒柄花素，异黄酮是黄酮家族中含量最高的一个亚类，生物活性最强，大豆中含量最丰富；②香豆素类：包括香豆雌醇、补骨脂素等，多存在于豆类植物中；③木脂素类：包括罗汉松脂酚等；④二苯乙烯类：包括白藜芦醇、虎杖苷等，广泛分布于谷类、水果和蔬菜。几项流行病学调查认为，PE对神经退行性疾病(如女性AD)、心血管疾病、骨质疏松等年龄相关的疾病和一些癌症(如乳腺癌)，以及绝经后症状(如热潮红)有很多好处[8]。

在人类，PE对ERβ亲和力高于ERα。现已阐明，异黄酮与ERβ的亲和力很高，它在表达ERβ的脑区含量较高，这可能与其调节行为学的能力有关。PE对ERα和ERβ亲和力及ERs在不同器官的表达差异，可能直接影响PE的作用。当雌激素表达水平高时，PE可以竞争性结合ERs，发挥抗雌激素作用，在雌激素水平降低时，则与ERs结合，发挥雌激素样效应,因此称为SERMs。目前批准上市的SERMs代表药为他莫昔芬(Tamoxifen)、雷洛昔芬(Raloxifene)、巴多昔芬(Barthoxifene)，这些SERMs药物的出现使得绝经后女性骨质疏松、乳腺癌等疾病得到了有效的治疗[9]，在预防和治疗AD中也发挥保护作用，因其广泛来源于植物，无明显的副作用，使得植物雌激素具有广泛的应用和开发前景。选择能够特异性激活ERβ的SERMs可能成为治疗AD的一种安全有效方法。

1.2 ERβ选择性激动剂 ERβ选择性激动剂可以选择性的激动ERβ，按照结构类型可以分为甾体类以及非甾体类两大类。①甾体类：包括雌二醇衍生物，雄甾烯衍生物。此类化合物与天然底物雌激素结构类似。以E2为起始结构设计的ERβ选择性配体(8β-VE2,TAS-108)，因对ERα的细胞转录活性降低或完全拮抗ERα的转录活性，而极大地提高了ERβ的选择性[10]。研究还发现某些甾体激素的代谢产物如3β-二氢雄甾烷二醇也具有ERβ选择性[11]。②非甾体类：二芳基烷类化合物，酯、酰胺、磺酸酯类衍生物，醛肟、亚胺衍生物，芳香类化合物。小分子化合物二芳基丙腈(diarylpropionitrile,DPN)作为ERβ选择性激动剂，被用于ERβ选择性配体的研究[12]。

研究发现，激活大量分布在乳腺、子宫等生殖器官的ERα可以导致细胞的增生，使乳腺癌或子宫内膜癌的发病风险增加，而选择性激动ERβ则可避免此风险。另有研究结果表明[13]，雌性AD模型鼠或女性AD患者脑内的ERβ水平较老龄鼠或正常老年女性低，ERβ敲除的转基因鼠表现出明显的痴呆症状。ERβ基因mRNA在脑内的表达水平与小鼠学习记忆能力呈正相关，而与增龄呈负相关；ERα基因mRNA的表达与小鼠记忆能力呈负相关，与增龄无显著相关性[14]。这表明ERβ选择性的调节剂不仅能发挥雌激素治疗作用，改善海马依赖性的学习能力的减退， 而且能有效避免ERT治疗中产生的副作用。因此ERβ选择性激动剂已成为研发治疗AD非常有潜力的靶标[15]。

2 SERMs作用机制

SERMs具有组织或受体选择性，其作用机制的研究也取得了很大进展，主要涉及SERMs在不同靶组织与ERs结合、SERMs与ER的作用、靶基因启动子元件的不同、共调节蛋白不同、细胞内信号通路的参与、非基因效应以及雌激素受体与配体结合后构象的变化等因素，这些因素决定了SERMs在不同组织器官中发挥不同作用的分子基础。

2.1 SERMs在不同靶组织与ERs结合 ERs在机体内的分布具有组织和细胞特异性。ERα主要表达于生殖功能有关的组织，子宫、卵巢和乳腺等，参与对生殖等多种功能的调节，在内脏器官中，ERα主要在肝脏中表达。而ERβ主要表达于皮质、海马和小脑，主要参与调节焦虑、学习、记忆、认知和恐惧等的非生殖神经生物学系统作用[16]。G-蛋白耦联雌激素受体1(G protein-coupled estrogen receptor 1,GPER1)是非细胞核内受体，主要分布于细胞膜，在大脑海马、皮质和下丘脑区域表达[17]。研究表明，当雌激素与大量分布在乳腺、子宫等生殖器官的ERα结合后，极易引发乳腺癌、子宫内膜癌等生殖系统癌症。SERMs在不同靶组织与不同雌激素受体亚型结合，使其发挥不同的作用。

2.2 SERMs与ER的作用 SERMs的作用机理与经典的雌激素作用方式有关。SERMs通过与ER的结合发挥其功效。ER作用模型有两种[18]：经典的ERE模式及ERE非依赖模式。前者为SERMs拮抗雌激素作用，核内ER未与配体结合时，以多蛋白抑制复合物的非活化形式存在，当SERMs与ERs 竞争性结合，引起ER与伴随蛋白分离，暴露羧基端的激素依赖转录活性功能区(transcription activation function-2,AF-2) ，后者与共调节蛋白相互作用，二聚化形成同源二聚体，已发生二聚化的ER与共调节蛋白如泛素连接酶(ubiquitin ligases,UL)和组蛋白乙酰化转移酶(hitone acetyltransferases,HAT)形成复合体，然后与靶基因调节区的雌激素反应元件(estrogen response element，ERE)结合，从而启动目的基因的转录。后者为SERMs 的激动作用，配体与ER结合后，并不与ERE结合，而是与靶分子DNA上的激活子蛋白-1(Activator protein 1,P-1)结合从而启动不同的反应元件转录。

2.3 靶基因的启动子元件 SERMs与雌激素之间调节的基因大多不相同，表现出不同的作用和功能，这与受体介导的转录功能有关，进一步研究表明SERMs调节不同的基因与这些靶基因的启动子元件不同有关。靶基因的启动子元件，除了ERE、AP-1元件外，还有转录因子SP1(specificity protein1)、核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)、cAMP反应原件结合蛋白(cAMP response element-binging protein,CREB)、 信号传导与转录活化因子5(singal transduction and activator of transcription 5,STAT5)[19]。

2.4 共调节蛋白 SERMs选择性的关键可以认为SERMs与ERs形成的复合体与具有转录激活或抑制功能的共调节蛋白相互作用，进而影响受体-配体复合物转录的活性[20]。共调节蛋白在不同组织的表达差异，使不同SERMs具有不同的作用。

2.5 细胞内信号通路 SERMs作用功能的不同也有可能与细胞内信号通路的活性有关。在非配体依赖途径中，体内的生长因子如胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factors -1,IGF-1)，表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)可通过生长因子受体激活ERK和AKT信号通路，磷酸化并激活ERs来调节基因转录[21]。最近研究发现，GPCR在海马体和额叶神经元中高表达，作为一种膜结合ER，能够激活海马的ERK/MAPK、Akt和JNK信号通路，进而促进记忆的形成，通过非雌激素依赖的方式调节海马记忆[22]。

2.6 非基因效应 SERMs有非转录途径，它通过细胞膜上ER与胞内信号转导蛋白发生作用，调控非基因转录通路发挥非基因效应，具有细胞特异性，如P13K/Akt(phosphotidylinositol-3 kinase,P13K)或ERKl/ERK2通路[23]。SERMs M-652(Aeolbifene)在血管内皮细胞表现出雌激素样作用，可以通过MAPK和PBK通路的非基因活性促进一氧化氮(NO)合成[24]。表明SERMs可通过非基因效应发挥作用。

3 SERMs在AD中发挥神经保护作用

绝经后妇女由于雌激素的缺失而增加患AD的风险，雌激素的缺失影响海马的正常老化、神经存活和再生，以及淀粉样蛋白的代谢。ERβ的遗传变异具有性别和年龄依赖性，ERβ的多态性可加速脑老化、认知损害和AD病理的发展。ERβ mRNA在海马结构中高度表达有助于增加神经元的存活，并有助于防止神经退行性疾病，如AD。而SERMs能选择性的激动ERβ，发挥降低Aβ蛋白的沉积、增强胆碱能神经元的营养功能、调节血载脂蛋白E(ApoE)的表达水平、抗氧化应激和增强突触可塑性等作用来预防和治疗AD，改善AD患者的学习记忆能力，因此成为治疗AD的潜在方向。

3.1 SERMs降低Aβ蛋白的沉积 Aβ是淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)的代谢产物，APP有两条代谢途径，生理情况下，APP在α分泌酶作用下只处于很低的水平，对神经元有保护作用；病理情况下，β和γ分泌酶协同作用，产生不溶性Aβ，聚集形成不溶性纤维丝沉积在脑内形成老年斑。

大脑中Aβ的适当浓度对健康功能很重要，过多的Aβ会导致认知障碍。越来越多的研究证实SERMs可以降低具有神经毒性的β淀粉样物质在细胞内的沉积。最近的研究显示，多种PE可以拮抗Aβ毒性作用，如染料木黄酮可以减少Aβ的形成，大豆异黄酮可以降低AD发病率[25]。中药中分离得到的化合物白芍苷、大黄素甲醚、新橙皮苷、芦荟大黄素可以显著抑制Aβ的聚集[26]。此外，在AD中，ERβ可以通过上调β降解酶和胰岛素降解酶(IDE)增加APP的降解，选择性雌激素ERβ激动剂的早期干预延长了存活时间，改善了空间识别记忆，并减缓了淀粉样蛋白病理学的进展[27]。基于这些结果，SERMs作为治疗AD的潜在疗效值得进一步研究。

3.2 SERMs调节胆碱能系统 大脑胆碱能神经元主要分布在基底前脑和脑干，通过其广泛分布的轴突纤维投射释放乙酰胆碱(acetylcholine,Ach)，调控皮层和海马、嗅球和杏仁核，参与学习、记忆、认知功能及情感等重要功能。AD患者脑中Ach的合成、释放及摄取功能被破坏，导致胆碱能神经元的异常，学习、记忆能力衰退，因此胆碱能神经系统受损被认为是AD发病原因之一。相关机制的研究已成为目前医学与神经科学领域的热点。

胆碱乙酰转移酶(cholin acetyltransferase,ChAT)是一种在神经元胞体内合成的酶，在Ach合成中起关键作用，其功能是将乙酰辅酶A转移到胆碱上，形成神经递质Ach，是胆碱能活性的重要标记。双侧卵巢切除引起ChAT的mRNA表达水平下降，Ach合成及释放减少，Ach神经系统功能显著降低， 同时引起神经生长因子(nerve growth factor,NGF)和脑源性神经营养因子(brain derived neurophic factor,BDNF)的 mRNA 的水平降低，导致AD患者的学习记忆功能降低，认知功能障碍，而口服大豆植物雌激素后能增加胆碱能神经元ChAT的表达和活性，NGF 和 BDNF 的 mRNA 表达也明显增加，纠正胆碱能神经递质的下降和阻止学习记忆功能的恶化[28]。研究表明，在鹅膏蕈氨酸(IBO)致痴呆大鼠模型中，白藜芦醇可以通过增加NMDA受体亚基NR2A和NR2B的表达水平减轻氧化应激、调控胆碱能受体的表达，改善胆碱能通路，降低神经毒性，提高大鼠的空间学习记忆能力[29]。SERMs三苯氧胺(tamoxifen)通过激动ER而保护记忆免受Aβ诱导的毒性，同时通过升高多巴胺(DA)和Ach来增强空间记忆[30]。

3.3 SERMs调节载脂蛋白E的表达 载脂蛋白E(Apolipoprotein E,ApoE)作为血浆脂蛋白的主要组成成分，介导脂质在细胞间的再分配，并在脑和肝脏中表达水平最高。在中枢神经系统主要由星形胶质细胞和小胶质细胞合成，是脑内胆固醇重要的载体，调节脂代谢，维持Ach的合成。ApoE基因有3个不同等位基因编码的3个主要亚型，ApoE2、ApoE3 和 ApoE4。ApoE是现在所知的AD的最大危险因素。研究表明，ApoE4增加了Aβ低聚物的沉积，加速神经元树突的丢失和记忆的损害，显著加重tau介导的小鼠tau病变模型的神经变性[31]。而另有研究表明，在Tg2576动物模型中，过表达的ApoE2可以有效地减少树突棘的损失。这表明ApoE与Aβ间的相互作用存在亚型依赖性，从而去调节神经元的完整性。ApoE基因参与AD发病的多个过程，包括Aβ的沉积、tau蛋白的异常磷酸化、神经变性以及认知功能下降等，总之，ApoE基因与AD的发病机制密切相关。

研究表明，AD与ApoE4相关的临床转化风险在女性中显著高于男性，并且这种相互作用存在于从正常衰老到轻度认知障碍的转变，以及从轻度认知障碍到AD的转变中[32]。此外，与病例对照研究[33]的发现相一致，在最近的临床研究中也揭示了ApoE2与性别之间的显著相互作用，其中在男性受试者中检测到了ApoE2的保护作用，而在女性受试者中没有检测到ApoE2的保护作用[32]。ApoE和AD之间的联系在女性中更为突出，这表明女性性激素在调节ApoE在AD发展中的作用中起作用。ERβ介导雌激素在大脑中的一些神经保护作用方面发挥重要的作用，ERβ基因多态性与认知损害有关，并且主要与女性AD风险增加有关。已证明，在显示明显的斑块和缠结组织病理学表现以及学习和记忆缺陷的转基因模型中，ERβ选择性调节剂治疗可引起AD病理学改变。进一步研究ERβ信号转导与ApoE的遗传异构体在脑老化和AD危险表型的发展之间的潜在相互作用是非常必要的。因此，ERβ靶向治疗途径可作为更年期前或开始时AD的预防方法。

3.4 SERMs对突触可塑性作用 突触可塑性是指神经细胞间的连接，即突触，其连接强度可调节的特性。突触的形态和功能在神经元持续活动影响下发生变化的现象，是学习记忆功能的主要神经生理学基础，可以维持神经元和神经环路稳定，与细胞改变相关，在神经系统中发挥重要的作用，对学习和记忆具有重要的意义[34]。多项研究表明，突触缺失和突触可塑性变化与AD患者学习认知功能下降密切相关，在AD的发病机制中起重要的作用[35]。因此，从修复受损的突触结构，增加突触可塑性入手寻找AD的发病机制及其相应治疗手段，可能成为AD防治的新思路。

研究表明去卵巢(ovariectomized,OVX)野生型鼠给予ERβ激动剂治疗后，突触可塑增强，而在ERβ基因敲除和给予ERα激动剂的OVX 野生型小鼠中未观察到突触可塑性的变化，表明雌激素只有作用于ERβ才能够增强突触可塑性[36]。而在正常动物和模型动物中进行的研究表明，SERMs可以改善记忆和认知，并且可以增加受损脑中的神经发生和突触可塑性，如用于治疗乳腺癌、骨质疏松症和更年期综合征的SERM三苯氧胺(Tamoxifen)、雷洛昔芬(Raloxifene)和替勃龙(Tibolone)，具有强大的神经认知和神经保护特性[37]。此外，它们还减少氧化应激和神经炎症[38]，这些被认为是许多中枢神经系统疾病的有效病因。

4 结语

综上所述，大量流行病学及临床研究发现，老年女性存在较高的AD发病率，且随着绝经后雌激素的减少，AD的发病率逐渐升高。而SERMs替代治疗因可明显降低AD发病率，改善认知功能，并且具有组织选择性或ERβ选择性激动作用，减少了ERT诱发的乳腺、卵巢等生殖系统癌症的副作用，因此成为治疗AD的潜在药物。但是现阶段还没有这类抗AD药物上市，急需寻找更为有效的新型SERMs。