選擇性雌激素受體調節劑對AD的作用研究進展

任曉倩，唐蘇蘇，洪浩

(中國藥科大學藥理學教研室，江蘇 南京 210009)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)，是一種起病隱匿進行性發展的中樞神經系統退行性疾病，其主要臨床特征為學習認知功能障礙和記憶能力的減退。隨著人口老年化進程的加速，AD的發病率逐年攀升，嚴重影響人類的健康和生活質量，已成為世界各國共同關注的重大公共衛生課題和越來越突出的社會問題。目前治療AD藥物主要為提高膽堿能神經功能的膽堿酯酶抑制劑(例如多奈哌齊等)和調控谷氨酸神經元突觸活性的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體拮抗劑(例如美金剛)，但這些藥物僅能暫時地緩解癥狀，均不能阻止AD的發展進程，且不良反應較大。因此發掘防治AD的新藥物是目前國內外研究熱點，也是當今醫藥領域亟待破解的難題[1]。

流行病學及臨床研究發現，老年女性存在較高的AD發病率，且隨著絕經后雌激素的減少，AD的發病率逐漸升高[2]，而雌激素替代治療(estrogen replacement therapy,ERT)可明顯降低AD發病率，改善認知功能[3]。大量的實驗證實雌激素能夠降低Aβ沉積、抑制神經炎癥、抗氧化、調節膽堿能系統及神經保護等作用，改善記憶損害[4]。但是雌激素治療在改善認知功能的同時，極易誘發乳腺癌、子宮內膜癌、卵巢癌等疾病，這大大限制了其臨床應用。進一步研究表明，雌激素能非特異性地與雌激素受體(estrogen receptors,ERs)兩種亞型(ERα和ERβ)結合，而當與大量分布在乳腺、子宮等生殖器官的ERα結合后，極易引發乳腺癌、子宮內膜癌等生殖系統癌癥[5]。為此，尋找能夠選擇性結合雌激素受體，無副作用的抗AD藥物是當今亟待解決的問題。選擇性雌激素受體調節劑(selective estrogen receptor modulators,SERMs)因可選擇性結合ERs而避免ERT誘發的乳腺和生殖系統癌癥，引起了人們普遍關注[6]。本文就SERMs的分類及其在阿爾茨海默病中可能的作用機制做一綜述。

1 SERMs及其分類

SERMs是一類可以與ERs高親和力結合的化合物，其在ERβ集中的組織如骨、皮質、海馬和心血管系統區中發揮雌激素作用，而在子宮內膜及乳腺等組織中表現為抗雌激素作用，產生不同的生理效應[7]。SERMs包括植物雌激素(phytoestrogen,PE)和ERβ選擇性激動劑。

1.1 PE PE是一類存在于植物中的非類固醇類的天然化合物，結構多樣，其化學結構與內源性雌激素極為相似，具有弱雌激素作用，但其本身不是激素，是天然SERMs，主要包括四類：①異黃酮類：包括大豆苷元、大豆苷、染料木黃酮苷以及刺芒柄花素，異黃酮是黃酮家族中含量最高的一個亞類，生物活性最強，大豆中含量最豐富；②香豆素類：包括香豆雌醇、補骨脂素等，多存在于豆類植物中；③木脂素類：包括羅漢松脂酚等；④二苯乙烯類：包括白藜蘆醇、虎杖苷等，廣泛分布于谷類、水果和蔬菜。幾項流行病學調查認為，PE對神經退行性疾病(如女性AD)、心血管疾病、骨質疏松等年齡相關的疾病和一些癌癥(如乳腺癌)，以及絕經后癥狀(如熱潮紅)有很多好處[8]。

在人類，PE對ERβ親和力高于ERα。現已闡明，異黃酮與ERβ的親和力很高，它在表達ERβ的腦區含量較高，這可能與其調節行為學的能力有關。PE對ERα和ERβ親和力及ERs在不同器官的表達差異，可能直接影響PE的作用。當雌激素表達水平高時，PE可以競爭性結合ERs，發揮抗雌激素作用，在雌激素水平降低時，則與ERs結合，發揮雌激素樣效應,因此稱為SERMs。目前批準上市的SERMs代表藥為他莫昔芬(Tamoxifen)、雷洛昔芬(Raloxifene)、巴多昔芬(Barthoxifene)，這些SERMs藥物的出現使得絕經后女性骨質疏松、乳腺癌等疾病得到了有效的治療[9]，在預防和治療AD中也發揮保護作用，因其廣泛來源于植物，無明顯的副作用，使得植物雌激素具有廣泛的應用和開發前景。選擇能夠特異性激活ERβ的SERMs可能成為治療AD的一種安全有效方法。

1.2 ERβ選擇性激動劑 ERβ選擇性激動劑可以選擇性的激動ERβ，按照結構類型可以分為甾體類以及非甾體類兩大類。①甾體類：包括雌二醇衍生物，雄甾烯衍生物。此類化合物與天然底物雌激素結構類似。以E2為起始結構設計的ERβ選擇性配體(8β-VE2,TAS-108)，因對ERα的細胞轉錄活性降低或完全拮抗ERα的轉錄活性，而極大地提高了ERβ的選擇性[10]。研究還發現某些甾體激素的代謝產物如3β-二氫雄甾烷二醇也具有ERβ選擇性[11]。②非甾體類：二芳基烷類化合物，酯、酰胺、磺酸酯類衍生物，醛肟、亞胺衍生物，芳香類化合物。小分子化合物二芳基丙腈(diarylpropionitrile,DPN)作為ERβ選擇性激動劑，被用于ERβ選擇性配體的研究[12]。

研究發現，激活大量分布在乳腺、子宮等生殖器官的ERα可以導致細胞的增生，使乳腺癌或子宮內膜癌的發病風險增加，而選擇性激動ERβ則可避免此風險。另有研究結果表明[13]，雌性AD模型鼠或女性AD患者腦內的ERβ水平較老齡鼠或正常老年女性低，ERβ敲除的轉基因鼠表現出明顯的癡呆癥狀。ERβ基因mRNA在腦內的表達水平與小鼠學習記憶能力呈正相關，而與增齡呈負相關；ERα基因mRNA的表達與小鼠記憶能力呈負相關，與增齡無顯著相關性[14]。這表明ERβ選擇性的調節劑不僅能發揮雌激素治療作用，改善海馬依賴性的學習能力的減退， 而且能有效避免ERT治療中產生的副作用。因此ERβ選擇性激動劑已成為研發治療AD非常有潛力的靶標[15]。

2 SERMs作用機制

SERMs具有組織或受體選擇性，其作用機制的研究也取得了很大進展，主要涉及SERMs在不同靶組織與ERs結合、SERMs與ER的作用、靶基因啟動子元件的不同、共調節蛋白不同、細胞內信號通路的參與、非基因效應以及雌激素受體與配體結合后構象的變化等因素，這些因素決定了SERMs在不同組織器官中發揮不同作用的分子基礎。

2.1 SERMs在不同靶組織與ERs結合 ERs在機體內的分布具有組織和細胞特異性。ERα主要表達于生殖功能有關的組織，子宮、卵巢和乳腺等，參與對生殖等多種功能的調節，在內臟器官中，ERα主要在肝臟中表達。而ERβ主要表達于皮質、海馬和小腦，主要參與調節焦慮、學習、記憶、認知和恐懼等的非生殖神經生物學系統作用[16]。G-蛋白耦聯雌激素受體1(G protein-coupled estrogen receptor 1,GPER1)是非細胞核內受體，主要分布于細胞膜，在大腦海馬、皮質和下丘腦區域表達[17]。研究表明，當雌激素與大量分布在乳腺、子宮等生殖器官的ERα結合后，極易引發乳腺癌、子宮內膜癌等生殖系統癌癥。SERMs在不同靶組織與不同雌激素受體亞型結合，使其發揮不同的作用。

2.2 SERMs與ER的作用 SERMs的作用機理與經典的雌激素作用方式有關。SERMs通過與ER的結合發揮其功效。ER作用模型有兩種[18]：經典的ERE模式及ERE非依賴模式。前者為SERMs拮抗雌激素作用，核內ER未與配體結合時，以多蛋白抑制復合物的非活化形式存在，當SERMs與ERs 競爭性結合，引起ER與伴隨蛋白分離，暴露羧基端的激素依賴轉錄活性功能區(transcription activation function-2,AF-2) ，后者與共調節蛋白相互作用，二聚化形成同源二聚體，已發生二聚化的ER與共調節蛋白如泛素連接酶(ubiquitin ligases,UL)和組蛋白乙酰化轉移酶(hitone acetyltransferases,HAT)形成復合體，然后與靶基因調節區的雌激素反應元件(estrogen response element，ERE)結合，從而啟動目的基因的轉錄。后者為SERMs 的激動作用，配體與ER結合后，并不與ERE結合，而是與靶分子DNA上的激活子蛋白-1(Activator protein 1,P-1)結合從而啟動不同的反應元件轉錄。

2.3 靶基因的啟動子元件 SERMs與雌激素之間調節的基因大多不相同，表現出不同的作用和功能，這與受體介導的轉錄功能有關，進一步研究表明SERMs調節不同的基因與這些靶基因的啟動子元件不同有關。靶基因的啟動子元件，除了ERE、AP-1元件外，還有轉錄因子SP1(specificity protein1)、核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)、cAMP反應原件結合蛋白(cAMP response element-binging protein,CREB)、 信號傳導與轉錄活化因子5(singal transduction and activator of transcription 5,STAT5)[19]。

2.4 共調節蛋白 SERMs選擇性的關鍵可以認為SERMs與ERs形成的復合體與具有轉錄激活或抑制功能的共調節蛋白相互作用，進而影響受體-配體復合物轉錄的活性[20]。共調節蛋白在不同組織的表達差異，使不同SERMs具有不同的作用。

2.5 細胞內信號通路 SERMs作用功能的不同也有可能與細胞內信號通路的活性有關。在非配體依賴途徑中，體內的生長因子如胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factors -1,IGF-1)，表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF)可通過生長因子受體激活ERK和AKT信號通路，磷酸化并激活ERs來調節基因轉錄[21]。最近研究發現，GPCR在海馬體和額葉神經元中高表達，作為一種膜結合ER，能夠激活海馬的ERK/MAPK、Akt和JNK信號通路，進而促進記憶的形成，通過非雌激素依賴的方式調節海馬記憶[22]。

2.6 非基因效應 SERMs有非轉錄途徑，它通過細胞膜上ER與胞內信號轉導蛋白發生作用，調控非基因轉錄通路發揮非基因效應，具有細胞特異性，如P13K/Akt(phosphotidylinositol-3 kinase,P13K)或ERKl/ERK2通路[23]。SERMs M-652(Aeolbifene)在血管內皮細胞表現出雌激素樣作用，可以通過MAPK和PBK通路的非基因活性促進一氧化氮(NO)合成[24]。表明SERMs可通過非基因效應發揮作用。

3 SERMs在AD中發揮神經保護作用

絕經后婦女由于雌激素的缺失而增加患AD的風險，雌激素的缺失影響海馬的正常老化、神經存活和再生，以及淀粉樣蛋白的代謝。ERβ的遺傳變異具有性別和年齡依賴性，ERβ的多態性可加速腦老化、認知損害和AD病理的發展。ERβ mRNA在海馬結構中高度表達有助于增加神經元的存活，并有助于防止神經退行性疾病，如AD。而SERMs能選擇性的激動ERβ，發揮降低Aβ蛋白的沉積、增強膽堿能神經元的營養功能、調節血載脂蛋白E(ApoE)的表達水平、抗氧化應激和增強突觸可塑性等作用來預防和治療AD，改善AD患者的學習記憶能力，因此成為治療AD的潛在方向。

3.1 SERMs降低Aβ蛋白的沉積 Aβ是淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)的代謝產物，APP有兩條代謝途徑，生理情況下，APP在α分泌酶作用下只處于很低的水平，對神經元有保護作用；病理情況下，β和γ分泌酶協同作用，產生不溶性Aβ，聚集形成不溶性纖維絲沉積在腦內形成老年斑。

大腦中Aβ的適當濃度對健康功能很重要，過多的Aβ會導致認知障礙。越來越多的研究證實SERMs可以降低具有神經毒性的β淀粉樣物質在細胞內的沉積。最近的研究顯示，多種PE可以拮抗Aβ毒性作用，如染料木黃酮可以減少Aβ的形成，大豆異黃酮可以降低AD發病率[25]。中藥中分離得到的化合物白芍苷、大黃素甲醚、新橙皮苷、蘆薈大黃素可以顯著抑制Aβ的聚集[26]。此外，在AD中，ERβ可以通過上調β降解酶和胰島素降解酶(IDE)增加APP的降解，選擇性雌激素ERβ激動劑的早期干預延長了存活時間，改善了空間識別記憶，并減緩了淀粉樣蛋白病理學的進展[27]。基于這些結果，SERMs作為治療AD的潛在療效值得進一步研究。

3.2 SERMs調節膽堿能系統 大腦膽堿能神經元主要分布在基底前腦和腦干，通過其廣泛分布的軸突纖維投射釋放乙酰膽堿(acetylcholine,Ach)，調控皮層和海馬、嗅球和杏仁核，參與學習、記憶、認知功能及情感等重要功能。AD患者腦中Ach的合成、釋放及攝取功能被破壞，導致膽堿能神經元的異常，學習、記憶能力衰退，因此膽堿能神經系統受損被認為是AD發病原因之一。相關機制的研究已成為目前醫學與神經科學領域的熱點。

膽堿乙酰轉移酶(cholin acetyltransferase,ChAT)是一種在神經元胞體內合成的酶，在Ach合成中起關鍵作用，其功能是將乙酰輔酶A轉移到膽堿上，形成神經遞質Ach，是膽堿能活性的重要標記。雙側卵巢切除引起ChAT的mRNA表達水平下降，Ach合成及釋放減少，Ach神經系統功能顯著降低， 同時引起神經生長因子(nerve growth factor,NGF)和腦源性神經營養因子(brain derived neurophic factor,BDNF)的 mRNA 的水平降低，導致AD患者的學習記憶功能降低，認知功能障礙，而口服大豆植物雌激素后能增加膽堿能神經元ChAT的表達和活性，NGF 和 BDNF 的 mRNA 表達也明顯增加，糾正膽堿能神經遞質的下降和阻止學習記憶功能的惡化[28]。研究表明，在鵝膏蕈氨酸(IBO)致癡呆大鼠模型中，白藜蘆醇可以通過增加NMDA受體亞基NR2A和NR2B的表達水平減輕氧化應激、調控膽堿能受體的表達，改善膽堿能通路，降低神經毒性，提高大鼠的空間學習記憶能力[29]。SERMs三苯氧胺(tamoxifen)通過激動ER而保護記憶免受Aβ誘導的毒性，同時通過升高多巴胺(DA)和Ach來增強空間記憶[30]。

3.3 SERMs調節載脂蛋白E的表達 載脂蛋白E(Apolipoprotein E,ApoE)作為血漿脂蛋白的主要組成成分，介導脂質在細胞間的再分配，并在腦和肝臟中表達水平最高。在中樞神經系統主要由星形膠質細胞和小膠質細胞合成，是腦內膽固醇重要的載體，調節脂代謝，維持Ach的合成。ApoE基因有3個不同等位基因編碼的3個主要亞型，ApoE2、ApoE3 和 ApoE4。ApoE是現在所知的AD的最大危險因素。研究表明，ApoE4增加了Aβ低聚物的沉積，加速神經元樹突的丟失和記憶的損害，顯著加重tau介導的小鼠tau病變模型的神經變性[31]。而另有研究表明，在Tg2576動物模型中，過表達的ApoE2可以有效地減少樹突棘的損失。這表明ApoE與Aβ間的相互作用存在亞型依賴性，從而去調節神經元的完整性。ApoE基因參與AD發病的多個過程，包括Aβ的沉積、tau蛋白的異常磷酸化、神經變性以及認知功能下降等，總之，ApoE基因與AD的發病機制密切相關。

研究表明，AD與ApoE4相關的臨床轉化風險在女性中顯著高于男性，并且這種相互作用存在于從正常衰老到輕度認知障礙的轉變，以及從輕度認知障礙到AD的轉變中[32]。此外，與病例對照研究[33]的發現相一致，在最近的臨床研究中也揭示了ApoE2與性別之間的顯著相互作用，其中在男性受試者中檢測到了ApoE2的保護作用，而在女性受試者中沒有檢測到ApoE2的保護作用[32]。ApoE和AD之間的聯系在女性中更為突出，這表明女性性激素在調節ApoE在AD發展中的作用中起作用。ERβ介導雌激素在大腦中的一些神經保護作用方面發揮重要的作用，ERβ基因多態性與認知損害有關，并且主要與女性AD風險增加有關。已證明，在顯示明顯的斑塊和纏結組織病理學表現以及學習和記憶缺陷的轉基因模型中，ERβ選擇性調節劑治療可引起AD病理學改變。進一步研究ERβ信號轉導與ApoE的遺傳異構體在腦老化和AD危險表型的發展之間的潛在相互作用是非常必要的。因此，ERβ靶向治療途徑可作為更年期前或開始時AD的預防方法。

3.4 SERMs對突觸可塑性作用 突觸可塑性是指神經細胞間的連接，即突觸，其連接強度可調節的特性。突觸的形態和功能在神經元持續活動影響下發生變化的現象，是學習記憶功能的主要神經生理學基礎，可以維持神經元和神經環路穩定，與細胞改變相關，在神經系統中發揮重要的作用，對學習和記憶具有重要的意義[34]。多項研究表明，突觸缺失和突觸可塑性變化與AD患者學習認知功能下降密切相關，在AD的發病機制中起重要的作用[35]。因此，從修復受損的突觸結構，增加突觸可塑性入手尋找AD的發病機制及其相應治療手段，可能成為AD防治的新思路。

研究表明去卵巢(ovariectomized,OVX)野生型鼠給予ERβ激動劑治療后，突觸可塑增強，而在ERβ基因敲除和給予ERα激動劑的OVX 野生型小鼠中未觀察到突觸可塑性的變化，表明雌激素只有作用于ERβ才能夠增強突觸可塑性[36]。而在正常動物和模型動物中進行的研究表明，SERMs可以改善記憶和認知，并且可以增加受損腦中的神經發生和突觸可塑性，如用于治療乳腺癌、骨質疏松癥和更年期綜合征的SERM三苯氧胺(Tamoxifen)、雷洛昔芬(Raloxifene)和替勃龍(Tibolone)，具有強大的神經認知和神經保護特性[37]。此外，它們還減少氧化應激和神經炎癥[38]，這些被認為是許多中樞神經系統疾病的有效病因。

4 結語

綜上所述，大量流行病學及臨床研究發現，老年女性存在較高的AD發病率，且隨著絕經后雌激素的減少，AD的發病率逐漸升高。而SERMs替代治療因可明顯降低AD發病率，改善認知功能，并且具有組織選擇性或ERβ選擇性激動作用，減少了ERT誘發的乳腺、卵巢等生殖系統癌癥的副作用，因此成為治療AD的潛在藥物。但是現階段還沒有這類抗AD藥物上市，急需尋找更為有效的新型SERMs。