染料木素對海馬齒狀回神經再生作用的研究與展望

摘 要：雌激素對神經細胞具有促進再生作用，其作用機制被認為主要與雌激素受體有關。染料木素（Gen）的結構及藥理作用與雌激素類似而譽為“植物雌激素”，在體內主要與雌激素受體結合發揮生物學效應，透過血腦屏障從而對海馬齒狀回神經再生具有促進作用。但Gen對神經細胞再生方面的研究國內、外報道很少且機制尚不清楚，本文在復習現有文獻的基礎上，結合雌激素對神經細胞再生的研究進展，闡述了Gen對海馬齒狀回神經再生可能具有的促進作用和廣闊的開發前景。

關鍵詞：染料木素；雌激素；海馬齒狀回；神經細胞再生

中圖分類號：R285.6文獻標識碼：A文章編號：1673-2197（2008）07-025-04

染料木素（Genistein，Gen）廣泛存在于豆科植物中。在該藥研發過程中，Setchell［1］首次發現Gen與哺乳動物雌激素結構相似，并認為可能有防癌作用，之后的研究［2］證實了他的推論。Gen在人體內可與雌激素受體結合發揮弱雌激素樣（亦稱植物雌激素）作用和抗雌激素活性，即具有雙向調節作用［3］。王增祿等［4］從中藥槐角（Sophora japonica L）中提取獲得該單體成分，經一系列藥學［5］、藥理學［6］、毒理學［7］、藥代動力學［8］等研究，Gen和Gen膠囊已于2004年分別獲得國家SFDA原料藥批文（2004L01547）和臨床研究批件（2004L01548）。目前，該新藥在國內作為主治骨質疏松癥正在進行Ⅱ期臨床試驗研究。其它適應癥方面，Gen在治療更年期綜合癥、降低血脂、抗動脈粥樣硬化等研究較為深入，且未發現明顯毒副作用。Gen還被認為是雌激素的天然替代品，用于激素依賴性腫瘤以及其它腫瘤的防治屢見報道［2］。由于Gen和雌激素的結構的相似性，近期Gen的研究熱點有向神經再生方面發展的趨勢［9］，雖然研究報道不多，但已引起國內、外學者的關注［10］。本文就Gen對海馬齒狀回（Dentate gyrus，DG）神經再生作用的研究及其初步機制綜述如下，以期為開發Gen新的臨床適應癥奠定基礎。

1 神經再生的研究進展

中樞神經系統受損或病理引起的再生問題，一直是臨床研究的熱點。傳統觀念認為：中樞神經再生僅限于哺乳動物的胚胎及出生后早期，成年后中樞神經系統是不可再生的［2］。影響神經再生的因素很多，其中最關鍵的是神經元受損后不能重建正確的樹突和軸突聯系，進而受損或者被切斷軸突的神經元不能運輸和利用神經元營養因子，導致神經元不能存活。所以，損傷不僅將神經元間的聯系破壞，而且導致細胞的變性和凋亡，其結果往往是災難性的。

自20世紀80年代，Richardson等［11］把成年哺乳動物切斷的坐骨神經移植到損傷的中樞神經元附近，發現中樞神經元可以再生出軸突，證實中樞神經具有再生能力以后，更多較深入的研究表明：在成年嚙齒和靈長類動物的海馬、嗅球組織中可產生新的神經元［12］。研究表明［13］：成年哺乳動物中樞神經系統的某些部位存在神經干細胞，在一定生理和病理條件下神經干細胞可以增殖，并且分化成神經元和膠質細胞，新生神經元參與海馬突觸可塑性形成［14］。現今的研究［15］證明，顱腦創傷也會導致海馬內神經元的損傷，同時還能誘導神經元的再生，并且再生神經元多位于海馬及腦室室管膜下區。以上實驗表明：中樞神經系統，尤其是海馬區具有神經再生的能力。

目前，中樞神經再生研究的熱點主要集中在具體神經組織、細胞與其相關疾病關系的研究方面，如DG神經再生與記憶密切相關研究等。早在20世紀中期，成年哺乳動物DG就被認為與學習記憶功能密切相關。隨著研究的不斷深入，特別是腦內神經干細胞的研究和5-溴尿嘧啶核苷（BrdU）增殖細胞標記物的廣泛應用［16］發現：成年哺乳動物的DG不僅存在可分化為神經元的增殖細胞，而且數目極多。Peissner等［17］將大鼠照射后，發現DG有增殖細胞并處于神經前體細胞的增殖期。繼此研究發現，隨著新生神經細胞向顆粒細胞層遷移，細胞趨向成熟，提示這些凋亡細胞可能是進入分裂期的神經前體細胞或者未成熟的神經細胞［18］。采用分子生物學技術研究還發現DG的神經細胞再生可持續至終生［19］，但隨個體的逐漸衰老，DG可增殖細胞的數目也逐漸減少，與此同時新生神經元的存活率也明顯降低。由此可見，DG神經細胞具有一定的神經再生能力。

2 雌激素對神經再生的影響

雌激素有廣泛的生理作用，并非僅對生殖系統的作用。大量的體內、外實驗研究表明雌激素有神經保護作用［20~21］。在DG神經再生的研究中發現，在去勢雌大鼠模型中雌二醇能誘導海馬CA111 錐體細胞產生新的突觸和樹突，增加突觸素蛋白的表達［22］。體外細胞實驗亦表明，雌二醇可使海馬神經元間突觸的通迅聯絡更為活躍。許多研究證實：在海馬區神經再生和雌激素水平有密切聯系，成年大鼠DG細胞增殖的神經細胞數目在性周期的不同階段存在明顯變化［3］。這種變化產生的根源可能源于雌激素的水平，DG神經細胞的樹突棘數目和密度對雌激素非常敏感。它隨動物性周期中雌激素的水平波動而變化，雌激素水平的增高可誘導海馬產生新的突觸和樹突。當DG雌激素水平提高時，可減少在氧化應激和神經毒性損害時皮質神經細胞的死亡；另外，雌激素還可減少阿爾茨海默病的發生［23］。這些研究充分說明雌激素對神經再生，尤其是DG神經再生有一定的促進作用，并且其作用的強弱與雌激素水平的高低密切相關。

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3 Gen與雌激素的構效關系

Gen屬于異黃酮類含芳香環的非類固醇化合物。Gen與雌二醇均為雜環多酚類化合物，都有一個酚羥基，且在相同距離都另有一個羥基，即他們均為雙羥基酚式結構。這種結構的相似性決定了功能的相近。根據結構決定功能的原理，既然雌激素對DG神經再生具有促進作用，那么Gen作為植物雌激素對DG神經細胞的再生有何作用？目前尚無定論。

4 Gen的雙向調節原理

Gen相比雌激素的優點是雙向調節作用。但該調節作用卻與雌激素有密切關系。一是當體內雌激素水平低于正常時，Gen發揮雌激素樣藥理活性，這一作用在臨床上可用于治療更年期綜合征、骨質疏松、血脂升高等疾?。欢求w內雌激素水平高于正常時，表現出對雌激素的拮抗作用。這種抗雌激素作用是由于Gen與受體結合的集中效應，致使其與“雌激素敏感性”細胞的結合上出現“占位效應”，即Gen與雌二醇競爭結合雌激素感受器上受體，使“先入為主”。理論而言，當雌激素受體的位置已被較弱的植物雌激素占據而且達到一定“占位”程度，那么，更具潛能的雌激素就不能再被結合，使得雌二醇不能再產生雌激素效應，進而避免了雌激素對靶細胞的過度刺激。故臨床上可用其防治乳腺癌、子宮內膜炎等。Gen的這種雙向調節作用無疑有助于調節體內的雌激素水平保持在一個平衡、合理、安全的范圍。

5 Gen在海馬齒狀回神經再生的研究進展

5.1 影響突觸體內鈣離子濃度(［Ca2+］) 

Gen可透過血腦屏障［24］，這為研究Gen對DG神經再生的影響具有重要意義。DG神經再生隨著年齡的增加而減少，并伴隨記憶的減退而衰減，此時神經細胞中鈣離子濃度的變化非常敏感。老齡大鼠腦突觸體內［ca2 +］升高，膜流動性降低，提示胞內鈣離子濃度及細胞膜流動性的變化在衰老過程中起非常重要的作用。另外，研究發現成年雌性大鼠去卵巢后基底前腦及海馬的神經元發生退行性變，學習記憶能力下降［25］。突觸體內［ca2+］可代表細胞內的［ca2+］，突觸體膜的流動性反映細胞膜的流動性。這就說明［ca2+］不僅可以視為神經細胞功能質量的一個指標，更有可能是作用的途徑之一。但雌激素或Gen干預下的［ca2+］與神經再生關系研究尚未見報道。

5.2 對神經肽Y的影響

神經肽Y由36個氨基酸組成，是中樞神經組織含量最高的神經肽，存在于小腦、大腦皮質、丘腦及腦干，尤以海馬濃度最高。2000年Thorsell等［26］利用轉基因技術使大鼠海馬中神經肽Y過度表達，發現大鼠在Morris水迷宮中的空間學習能力明顯受損。高曉蘭［27］等證明，去卵巢血管性癡呆大鼠海馬神經肽Y的表達減少，從而導致學習記憶能力下降，給予染料木素可增加大鼠海馬神經肽Y的表達，從而改善大鼠的學習和記憶能力。這提示我們神經肽Y和神經再生有著密切的聯系。

5.3 對超氧陰離子自由基的影響

Gen具有多酚羥基結構，其上的氫原子易于在外來物質的作用下與氧原子解離形成氫離子并發揮還原效應，這就是Gen具有抗氧化作用的結構基礎。因此，Gen可以對抗超氧陰離子自由基（O2-），阻斷自由基的鏈鎖反應發揮抗氧化作用。而DG神經細胞隨著年齡的增長或者受損的前后再生障礙可以看成一種類似氧化作用的遞減過程。所以，Gen抗氧化作用與神經再生可能存在效應關系。

5.4 載脂蛋白E(apolipoprotein E，ApoE)水平的表達

在誘導成人大腦突觸的可塑性過程中 ［19］，雌激素調節突觸形成，可以提高突觸萌芽以適應損傷，雌激素對突觸萌芽效應可以被ApoE表達的上調所介導。已有實驗［3］證明，在內嗅皮質損傷非ApoE 基因敲除小鼠，雌激素可促使突觸萌芽；而ApoE 基因敲除小鼠，萌芽反應有缺失。突觸萌芽的增加是由同一區域的雌激素引起并依賴于ApoE。Gen對ApoE蛋白表達會怎樣已經引起了人們的高度關注。

5.5 腦源性神經營養因子

Rustem R. ［28］報道，雌激素能調節腦源性神經營養因子（brain drived neurotrophic factor，BDNF）的基因和蛋白水平表達，而BDNF可以介導雌激素對大腦的效應。雌激素和BDNF受體在雌激素和神經營養因子靶細胞上有廣泛的共區域化，導致它們信號途徑的聚合和交叉接合。另有報道，雌激素可以直接激活BDNF信號途徑，不需要細胞內雌激素受體，并且雌激素和BDNF可以調節細胞骨架和生長相關的基因中相同寬度的序列 ［29］?，F今已知BDNF就是神經再生微環境，其與中樞神經系統的發育、分化及可塑性有關。神經再生微環境通常包括神經損傷后兩斷端，及其間隙中形成的具有促進神經纖維生長的細胞成分、細胞外基質成分和神經營養物質等，它們均對神經再生起著營養誘導作用［30］。

6 研究意義和展望

Gen是重要的植物雌激素之一，我們研制的染料木素膠囊制劑正在進行主治骨質疏松癥的Ⅱ期臨床研究。Gen除具有明顯調節骨代謝作用外，對神經再生的促進作用已受到關注。

6.1 與學習記憶能力密切相關

DG區的記憶能力分兩類，即海馬依賴型和非依賴型記憶［31］。成熟哺乳動物的DG區新生的神經細胞不僅會被“海馬依賴型記憶”的形成所影響，而且，它們反過來也會強烈地影響“海馬依賴型記憶”的形成。大鼠DG每天能產生幾千個神經細胞，這些神經細胞中的許多會在幾周內死亡，而學習會使這些神經細胞的存活時間延長。這說明DG神經再生與海馬的學習功能密不可分。

6.2 神經保護效應

很多神經性疾病的分子病理均見神經細胞損傷，而雌激素可以依賴或不依賴雌激素受體發揮神經保護效應、抗氧化與細胞內信號傳導途徑相互作用、增強膽堿能神經功能、抑制凋亡、加強突觸萌芽和軸突再生，進而促進神經細胞再生。那么，有理由預測Gen對DG區神經再生作用是可期的，甚至極有可能開發成功神經退行性疾病的防治藥物。

綜上所述，Gen因結構與雌激素的相似性可能對DG神經再生產生促進作用僅是我們的推論，尚需大量研究證實。然而雌激素促進神經細胞再生，尤其對DG神經再生具有明顯促進作用，以及Gen在體內發揮類似雌激素樣藥理作用等是不爭的事實；同時Gen應用安全和具有雙向調節等明顯優于雌激素的諸多特點，為研究和開發治療神經再生相關疾病的藥物提供了機會和可能。

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（責任編輯：姜付平）

Prospect and Effects of Genistein on Neural Regenerationin the Dentate Gyrus

Abstract：It is known that 17 beta-estradiol has promotion on neural regeneration invariably and the mechanism is combined with estrogen receptor.Geinstein has the name of phytoestrogen because it has thesimilar molecular structure and pharmacological action as 17beta-estradiol.Genistein plays a role in biological effect with the mechanism which combined with estrogen receptor.It has base of genistein could promote the dentate gyrus neural regeneration invariably that genistein can permeation blood brain barrier.At present the report on neural regeneration is very few and the mechanism has not clear completely yet.This text intented to explain wide exploitation Prospect and possible effect of genistein on neural regeneration in dentate gyrus by reviewing documents and the investigation of 17 beta-estradiol on neural regeneration.

Key words：Genistein；17 beta-estradiol；Dentate gyrus；Neural regeneration.