雌激素、apoE与阿尔茨海默病
发表时间：2012-05-22 浏览次数：526次
作者：贾晓静 贾少杰 张昱 李晶 作者单位：吉林大学第一医院神经内科，吉林 长春 130021
【关键词】 雌激素,apoE,阿尔茨海默病
随着世界人口的老龄化，痴呆的患病率显著上升，并成为成人死因的第四位。痴呆是由诸多病因导致的一种持续性高级神经功能全面减退的后天获得性综合征。临床早期表现为记忆和认知功能较患者先前的水平明显下降，晚期出现精神活动、情感和人格障碍。在痴呆患者中50%～60%是阿尔茨海默病(AD)，因而AD成为临床研究的热点。研究者发现雌激素和apoE与其发病有着密切的关系，现将雌激素和apoE在AD发病中的作用及其相互关系做一综述。
1 雌激素与AD
11 雌激素对中枢神经递质的调节 基底节-皮层胆碱能投射系统神经元退行性病变与AD有关。该类神经元分泌的神经递质乙酰胆碱(Ach)是中枢系统中与认知功能最直接相关的递质，一旦缺乏即会出现记忆力下降，注意力不集中等症状。胆碱乙酰转移酶(ChAT)是Ach合成的限速酶，是胆碱能活性的重要标记。研究发现，卵巢切除大鼠学习和记忆行为的可逆性损伤与大鼠海马及前皮质高亲和力的胆碱摄取及活性受抑制有关。服用雌激素后可增加ChAT的活性和K+刺激Ach的释放，延长胆碱能神经元的存活〔1〕，完成记忆任务比未用雌激素有更好的表现，这与海马前皮质胆碱摄取增加ChAT的高水平有关，应用雌激素拮抗剂可阻断此作用。临床上应用抗胆碱酯酶药tacrine治疗AD病人已取得一定疗效，对同时服用雌激素的患者的认知功能的改善要比未用者疗效更显著。但亦有人对此提出异议，Thal Leon〔2〕等的临床研究结果表明雌激素水平与认知功能之间无相关性。
神经生长因子(NGF)是胆碱能神经元存活所必需的。它与高亲和力受体(trKA)结合，通过自身磷酸化和Ras途径引起一系列的蛋白激酶活化，诱导多 种基因表达，维持神经和免疫细胞的存活，促进神经元的分化〔3〕。NGF还可上 调乙酰胆碱转移酶的mRNA水平及蛋白质的合成，使乙酰胆碱转移酶的活性增加，从而增加Ach的合成，并增加了海马区钾离子引发的Ach 释放,提高认知功能。在大鼠基底前脑，雌激素受体与神经生长因子受体共存于胆碱能神经元，表明它们作用于同一神经元，通过协同作用共同调节神经元的存活、分化、再生及可塑性的基因表达，改善胆碱能神经元的老化及损伤，提示中枢胆碱能神经元受神经生长因子和雌激素的双重调节。
雌激素还可通过降低血中单胺氧化酶的活性，来调节与记忆、学习有关的肾上腺素、5羟色胺和多巴胺神经递质通路，从而改善AD患者的临床症状。
12 雌激素对淀粉样前体蛋白(APP)的调节 Aβ在脑组织及血管周围异常沉积形成老年斑，是AD的一个重要病理特征〔4〕。Aβ是APP的一个大分子片断，APP有两条分解代谢途径，由3种分泌酶催化：一种是α分泌酶，在该酶的作用下分解为可溶性淀粉样蛋白，对神经元有保护作用，此通路可由蛋白激酶C激活;另一种为β分泌酶，在该酶作用下分解产物可进一步被γ-分泌酶分解，在异常情况下β分泌酶和γ分泌酶协同作用加强，生成难降解的Aβ，不溶性的Aβ具有神经毒性，沉积在脑内，成为典型的老年斑而致病。
雌激素能够调节APP代谢，促进可溶性sAPP的生成，减少Aβ形成。sAPP能促进神经树突生长、保护神经元免受兴奋性氨基酸的损害。Ari〔5〕报道生理浓度的雌激素可使人乳癌细胞株ZR751培养基中的sAPP生成增多，而细胞内APP并无明显变化。大量临床研究表明，女性绝经期前Aβ水平明显低于同龄男性，绝经期后随着雌激素水平下降Aβ逐渐增高，给予雌激素治疗后，Aβ量显著降低。其作用机制在于雌激素可通过神经生长因子介导激活蛋白激酶C(PKC)，PKC又激活α分泌酶的活性，从而激活sAPP的生成途径，发挥其神经保护作用。
13 雌激素抗氧化和抗自由基的作用 氧化应激和自由基介导的氧化损伤存在于许多不同的神经紊乱和神经退行性变的疾病中，如Parkinson′s病和AD。自由基学说认为：自由基损伤所引发的脂质过氧化反应是导致机体细胞损伤衰亡的主要因素。研究表明H2O2可介导Aβ神经毒性，引起H2O2在细胞内聚积，导致啮齿类和人类神经元兴奋性增高，造成神经损伤，引起神经元丢失而发生AD〔6〕。
雌激素有抗氧化损伤的作用，保护神经元免受Aβ的损害〔8〕。从其化学结构看，雌二醇具有能传递氢原子的酚羟基团，即在其内消旋环上有一个羟基，其末端还有一个亲脂性糖基，因而具有了天然抗氧化的特性;从体外实验看，Behl〔7〕等将小鼠HT22海马细胞暴露在Aβ、H2O2中，引起神经细胞死亡，预先给予17β雌二醇或维生素E可减轻此损害;从临床资料看，绝经期后妇女应用雌激素替代治疗，可阻止因应激诱导的可的松水平增高，严重认知障碍的AD病人大脑影像表现为海马结构的萎缩，与应激引起记忆力受损导致海马神经元萎缩死亡部位相一致。故应用雌激素治疗，可缓解应激的有害效应，增强了记忆力。
14 促进神经突触生长与重塑 神经突触丢失是AD患者脑内病理改变的重要特征，中枢神经突触的可塑性与学习记忆密切相关。研究报道：求偶前期(雌激素水平升高)神经元突起数量增加，求偶期(雌激素水平降低)突触数目明显下降，表明神经的树突数目和密度对雌激素浓度非常敏感，随动物性周期雌激素水平的波动而变化。
突触素是突触终末特异性标记物，位于突触前囊泡内，能准确反应突触数量的变化。体内实验表明，给去卵巢大鼠补充雌二醇后发现海马区突触素含量上升〔9〕。体外实验亦发现应用雌激素可增加胚胎大鼠中隔胆碱能神经元轴突数目。以上实验均表明雌激素有促进神经突触生长与重塑的作用。
15 增加脑血流量 统计学资料表明，绝经期后妇女大脑血流量明显减少，脑血管意外的发生率由绝经前低于同龄男子到绝经后达到甚至超过同龄男子，并且50%以上有痴呆症状的患者有脑血管病的表现，有严重脑血管病变的患者超过半数有AD症状，这两类患者在大脑区域均可见血流量减少。接受雌激素替代治疗(ERT)的患者脑血流量增加，与认知有关的部位血流量增加的更明显。作用机制为雌激素能直接加强血管内皮舒血管机制，刺激血管源性内皮舒张因子释放，同时抑制内皮收缩因子，从而改善脑血流 〔10〕。
16 其他作用
161 炎症反应 近年来研究发现炎症反应过程中的重要介质白介素1,6(IL1,6)与AD发病关系密切。IL1,6能够促进βAPPmRNA生成，βAPP增加、Aβ增高，促进Aβ聚集。将IL1注入大鼠侧脑室，可降低海马区ChAT活性，IL6转基因小鼠由于自身IL6表达过量，使隔海马胆碱能通路的功能受损。雌激素与其受体结合作用于IL6基因启动子，影响其转录活性，发挥保护作用〔11〕。
162 钙代谢紊乱 钙稳态的破坏使APP加工、tau蛋白的降解和去磷酸化神经递质的释放和记忆的形成等一系列依赖钙的生化过程出现异常。雌激素可作用于钙通道，促进细胞内钙的释放降低神经细胞损伤，延缓AD的发生〔12〕。
2 apoE与AD
21 apoE调节Aβ 人类apoE基因位于第19号染色体上，分子量37kb，有四个外显子，及三个内含子，apoE异构体受一个基因点上的3个等位基因控制即ε2、ε3、ε4，形成三种异构体即E2、E3、E4。apoE主要在肝脏和大脑中合成，在中枢神经系统主要是星形胶质细胞产生，在周围神经系统是通过巨噬细胞合成。
Aβ是老年斑的核心成分，其毒性作用使神经突起变性，导致神经元损伤。当中枢神经系统损伤时，星形细胞合成apoE增加，并向受损部位运送增加，apoE于Aβ结合，形成apoEAβ复合物由中性粒细胞通过LRP介导清除。E3、E4均能与Aβ结合，但E4的结合速度和程度均比E3强，Evans等〔13〕证实E3在生理浓度时是淀粉样蛋白集结的抑制剂，浓度降低时对淀粉样原纤维的形成有明显的延时作用。在E4个体中，E4与Aβ的相互作用发生改变，因为apoE浓度太低使得Aβ不能有效清除导致老年斑增加。在对AD患者的脑检分析中发现E4与老年斑大量形成显著相关。因而E4被认为是AD发病的高危因素〔14〕。
22 apoE与tau蛋白 tau蛋白是一种低分子量的相关蛋白(MAP)，与轴突中微管的稳定与装配有关。tau蛋白是成对螺旋丝(PHF)的主要成分，PHF聚集在AD患者脑内受累神经元中形成神经元纤维缠结(NFT)。 E3同tau蛋白在体外可形成耐受SDS的复合物，而E4则不能，提示E3能防止tau磷酸化稳定微管结构，从而保护神经细胞，而E4则活化微管，缺乏对tau蛋白磷酸化的调节，tau蛋白将产生双螺旋丝状物，进而形成NFT。
3 雌激素与apoE
31 雌激素调节apoE的表达 apoE是一种含多种脂蛋白,相对分子质量为34×105的载脂蛋白,主要由星形胶质细胞和小胶质细胞合成。星形胶质细胞和离体培养细胞可生成17β雌二醇和表达芳香化酶,此酶作用于睾酮转化为17β雌二醇的过程中。在体内实验中,apoE mRNA和蛋白水平在海马CA1区表达增加,与雌激素水平引起的突触密度的增加密切相关〔15〕。揭示雌激素与apoE之间关系密切。
Stone〔16〕利用大鼠规律的排卵周期做在体实验，混合培养的星形细胞和小胶质细胞做体外模型，研究了雌激素对海马CA1区、下丘脑弓状核区脑胶质apoE的调节。当血浆雌激素水平增高时，apoE mRNA水平也增高，突触密度增加;雌激素对单独培养的星形细胞和小胶质细胞的apoE mRNA水平不产生影响，但对单独培养的胶质细胞 apoE mRNA和蛋白质均有提高作用，说明雌激素调节胶质细胞apoE的表达。其作用机制可能在于对胆碱合成的调节〔17〕。
此外apoE本身亦具有神经营养功能。有实验表明在apoE缺失的情况下CNS的损伤修复功能受损,将重组apoE注入apoE缺失的转基因小鼠的侧脑室后,可逆转其行为及神经元损伤,改善其学习记忆能力。
32 雌激素调节apoE受体的表达 脑中apoE的mRNA的含量丰富仅次于在肝脏中的含量,apoE可与低密度脂蛋白受体(LDLR)及LDLR相关蛋白(LRP)结合,调节脂质运输,调控神经细胞生长发育,协助介导apoE参与轴突生长以及可溶性淀粉前体蛋白(sAPP)的内吞作用〔18〕。减少Aβ沉积，减轻神经损伤。
研究表明，apoE能将脂类转送到细胞内，参与神经元轴突的伸展和生长。对中枢神经系统损伤的动物模型研究发现〔19〕，变性神经末稍的胆固醇被星形胶质细胞摄取并积累于其中，诱导apoE合成增加，形成脂蛋白复合物，通过LDL受体介导进入靶神经元，胆固醇在胞内释放并被运送到树突或末稍参与膜和突触的整复。
雌激素可以直接或间接的激活调节apoE受体的表达,增加神经生长因子(NGF)介导的通路,保护神经元。
33 雌激素调节apoE基因型的表达 人类的apoE由19q132所编码，其基因常见有三种表型，即ε2、ε3、ε4等位基因所编码的三种载脂蛋白E2、E3和E4。三种载脂蛋白的区别仅在于第112位和158位氨基酸的差异E2(112Cys/158Cys)E3(112Cys/158Arg)E4(112Arg/158Arg)，但这些结构上的微小变化却发生了功能上的巨大变化。ε2、ε3的表达物可维持tau蛋白的稳定性，被认为是保护性因素;而ε4可引起tau蛋白的异常磷酸化，促进神经元纤维缠结的形成，增加Aβ的沉积，加速老年斑的形成，因而被作为AD的高危因素和易患基因，由Strittmatter等于1993年首先报道，以后的研究陆续证实ε4在家族晚发型和散发型AD病人中有较高的表达。Marz等〔20〕通过apoE基因多态性和AD相关组织学改变的关系研究中，使用分级系统评估AD患者的病程进展和认知功能的下降，发现神经元纤维缠结和Aβ沉积与apoE基因量存在明显的正相关。
雌激素能够通过调节apoE基因型的表达，减少ε4，减轻AD的病理损伤。有人对绝经后妇女应用雌激素治疗，发现载脂蛋白ε4的表达被显著抑制。同时亦有研究表明雌激素可促进脑内ε2、ε3的mRNA表达，通过apoE依赖机制促进神经突触的生长。
Lon等〔21〕研究发现,对于那些不携带ε4等位基因的AD患者,雌激素可明显增强胆碱脂酶抑制剂的效应。而对apoE4异型体的表达者却无益,因为在这些患者中已有大量淀粉样蛋白沉积和突触前胆碱能细胞缺失,雌激素已不能逆转这种损伤。也有一些报道认为,雌激素对绝经期妇女的保护作用与apoE表型无关。这表明雌激素的保护作用可能与apoE自身的神经营养作用,即诱导受损脑组织神经元的再生有关,此作用不依赖异型体的表达。
34 雌激素受体多态性与apoE多态性 雌激素的作用大部分是通过受体(ERα和ERβ)介导的，其分布与AD病变部位高度重合，参与了AD的发病机制。近年来研究发现apoE基因多态性与AD的发病关系密切，故贾建平等〔22〕人提出雌激素受体多态性与apoE多态性之间存在相关性，并对中国SAD患者ERα与apoE基因多态性进行了研究，发现同时携带E4和P时SAD发病危险性增加，但其作用机制不清，推测可能是对apoE合成的影响。国内外关于此项研究报道还很少，其作用机制还有待进一步研究。
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