雌激素在组织细胞中对钙通道作用的研究进展

时间：2015-12-20 17:07:01 所属分类：基础医学 浏览量:

雌激素（estrogen）是一种类固醇激素，人体内的雌激素主要有雌酮（estrone）、雌二醇（estradiol,E2） 及雌三醇 （estriol , E3） ,由芳香化酶催化雄激素转化而来的.其中雌二醇的活性最强，雌酮和雌三醇的活性分别为雌二醇的10%和1%.雌激素在体内靶组织众多

　　雌激素（estrogen）是一种类固醇激素，人体内的雌激素主要有雌酮（estrone）、雌二醇（estradiol,E2） 及雌三醇 （estriol , E3） ,由芳香化酶催化雄激素转化而来的.其中雌二醇的活性最强，雌酮和雌三醇的活性分别为雌二醇的10%和1%.雌激素在体内靶组织众多，具有广泛的生物学活性，不仅能影响卵巢、子宫和乳腺等器官的生长、分化及功能，还能对神经系统、心血管系统和骨组织等发挥作用[2-4].研究[5]表明雌激素能通过多种不同的分子机制，促进或者抑制多种钙通道的表达和功能，进而影响细胞内Ca2 +的活动。目前认为，雌激素的作用机制主要包括基因组效应机制和非基因组效应机制。基因组效应机制是指，雌激素与雌激素核受体结合后与DNA反应元件直接作用介导基因转录效应；而非基因组效应机制是指，雌激素与雌激素膜受体结合或与离子通道作用产生的快速效应。近年来，环境雌激素（environmentalestrogens, E ES） 作为一类能够干扰生物体内正常内分泌系统功能的物质也被报道可以快速的影响细胞内Ca2+的浓度[8-9],并且由于EES脂溶性很强，进入机体后不易降解排出体外，可能会长期影响机体内钙通道的表达和功能。因此，雌激素可以通过调节细胞内Ca2+的稳态控制细胞内的很多过程，包括细胞的生长、增殖、分化和凋亡。本文就近年来雌激素在一些系统或组织细胞中对钙通道作用的研究进展作一概述。

　　1 中枢神经系统

　　大脑是雌激素重要的靶器官，大量证据显示雌激素能在脑内很多区域发挥作用，例如海马、皮质等。雌激素不仅能影响神经元钙通道的活性，还能影响钙通道的转录和翻译，进而在神经元突触可塑性、神经保护和突触发生等神经调节的多个过程中发挥重要作用。

　　1.1 皮质和海马神经元

　　雌激素对脑内神经元具有多种生物学效应，如快速增加神经元的兴奋性，并通过增强海马神经元的突触传递从而诱发电位长时程增强和长时程抑制，这些作用均与钙通道有着密切关系。

　　Wu和Zhao等研究[10-11]发现10 ng/mL E2（相当于10–11M）可以激活大鼠原代海马和皮质神经元L型电压门控钙通道，引起Ca2 +快速内流，并进一步激活Src/ERK/CREB/Bcl2信号级联通路，从而发挥神经保护和营养作用。Sarkar等[12]用低浓度的E2急性刺激大鼠横断海马切片、原代海马神经元、以及转染有L型电压门控钙通道α1C、β1b和α2δ亚基的HEK-293细胞系，都显示E2可以通过激活L型电压门控钙通道引起Ca2+快速内流，并激活多种信号通路，导致神经元持续放电并增加神经元兴奋性和突触强度，这可能对突触可塑性和记忆形成有着重要的作用。Kurata等[13]发现高浓度（30 μM）的E2对γ-氨基丁酸（gamma amino acid butyric acid,GABA）引起的大鼠海马神经元细胞内Ca2+浓度增加具有抑制作用，并推测E2可能是和L型电压门控钙通道直接作用而抑制了钙通道，减少由GABA引起的钙超载而发挥了保护性效应，但低浓度（1 nM-1μM）的E2无此作用。E2也可通过PKC和PKA依赖的信号通路，而非经典的雌激素受体信号通路，快速、可逆的抑制培养的大鼠皮质神经元高电压激活钙通道（high-voltage activated Ca2+channels,简称HVA Ca2+通道）电流[2].E2对脑内神经元钙通道的作用方式与其作用浓度、钙通道种类以及参与的信号通路都有直接关联，总体来说E2在低浓度（10–12~10–11M）时可以激活L型电压门控钙通道，而在高浓度（10–6~10–4M）时却抑制L型电压门控钙通道。

　　1.2 GnRH 神经元促性腺激素释放激素（gonadotropin-releasinghormone,GnRH）神经元活动和分泌过程在机体的生理活动中起着重要的作用，E2可以调节GnRH神经元多种离子通道mRNA的表达，改变低电压激活T型和高电压激活L型钙通道电流。Sun等实验[14]表明，E2可通过经典的雌激素受体ERβ和膜受体GPR30快速增强GnRH神经元的L型钙通道电流，但是E2对GnRH神经元的N型钙通道无快速效应。E2能增加GnRH神经元T型钙通道Cav3.1、Cav3.2和Cav3.3的mRNA表达，提高GnRH神经元的兴奋性,并且该作用在Cav3.3T型钙通道的mRNA上表现最明显，说明Cav3.3在GnRH/LH分泌高峰期暴发性放电活动中起着最重要的作用[16].由此看来，E2能够增强GnRH神经元钙通道电流，增加基因水平的表达，使GnRH神经元的兴奋性和放电频率增加，进而调控GnRH神经元的神经内分泌过程。

　　1.3 其他神经元Zhang等[17]发现E2能够快速激活鼠胚胎干细胞E S 1 4 细胞系诱导分化的神经元 L 型钙通道并引起Ca2+内流，而对该细胞膜上存在的N型、P型钙通道无作用。100 nM E2可以抑制ATP引起的大鼠背根神经节神经元L型钙通道电流增加[18],从而揭示E2可能对外周神经系统的疼痛信号也有调节作用。

　　但10和50 μM E2能够抑制PC12细胞电压门控钙通道（N型）电流，进而影响细胞的去极化，抑制胞外分泌[19].而雌激素对大鼠初级感觉神经元HVA激活的Ca2+电流（主要是L型和N型钙通道）有抑制作用，这种相对高浓度的E2以非基因组信号通路快速抑制HVA激活的Ca2+电流，可能对外周系统感觉功能的调节有着重要的意义[20].

　　以上研究表明，雌激素能通过非基因组机制快速的调节电压门控钙通道，但雌激素对钙通道mRNA以及钙通道蛋白长时间影响的研究还很少；并且不同细胞系表达的各种电压门控钙通道的电生理学特性（包括传导性和电压敏感性等）可能会与体内神经元不同，致使E2对电压门控钙通道发挥快速作用的浓度以及引起下游的信号通路也可能不同，这都将有待进一步研究。

　　2 下丘脑、垂体细胞在下丘脑和垂体细胞内也有三种T型钙通道Cav3.1、Cav3.2和Cav3.3,并均可表达钙通道α亚单位，研究[21]表明，E2可以增加下丘脑内侧视前区和弓状核T型钙通道Cav3.1和Cav3.2 mRNA的表达，但对Cav3.3 mRNA的表达无明显影响；然而E2也可以增加垂体细胞T型钙通道Cav3.1 mRNA的表达，但却使T型钙通道Cav3.2和Cav3.3 mRNA的表达降低，推测这可能是由于E2和不同的受体作用而产生的不同效应。Lee等[22]也发现E2不仅可以激活高电压激活L型钙通道，还可以增加下丘脑腹内侧核神经元低电压激活T型钙通道的电流。除了上述E2对下丘脑神经元钙通道的非基因组效应之外，Qiu 等[发现E2也可以显著增加下丘脑内侧基底部和垂体细胞T型钙通道Cav3.1α1亚基mRNA的表达，说明E2也能通过基因组效应调节细胞内钙通道mRNA的表达。因此，雌激素对下丘脑和垂体细胞中T型钙通道的影响，也与其作用钙通道的亚型有关，对不同亚型的T型钙通道可分别表现出兴奋和抑制作用。

　　3 心血管系统

　　3.1 血管平滑肌

　　雌激素对心血管系统具有保护作用，它可以作用于血管内皮细胞和平滑肌细胞，通过抑制钙通道电流，抑制Ca2 +内流而发挥保护性作用。Kitazawa等[24]实验结果显示生理性浓度的雌激素能抑制血管平滑肌细胞L型电压门控钙通道使Ca2+内流减少，并且指出雌激素的类似物也具有相似的抑制性作用。Oprisa等[25]提出E2还能直接抑制转染Cav1.2HEK细胞的L型电压门控钙通道，引起血管内皮依赖的舒张。E2和孕酮联合应用也能抑制L型电压门控钙通道并引起大鼠主动脉血管舒张[26].

　　据Ullrich等[27]实验结果显示，E2能够抑制心血管系统的L型电压门控钙通道Cav1.2,并提出可能是雌激素和钙通道蛋白直接相互作用导致了钙通道抑制。因此，雌激素能显著降低电压门控钙通道电流峰值，抑制Ca2+内流，引起血管舒张、抑制冠状血管平滑肌收缩，舒张基底动脉。

　　Tsang等[28]在研究雌激素对L型电压门控钙通道α1C亚基mRNA水平的影响时，发现去卵巢大鼠的主动脉中L型电压门控钙通道的α1C亚基mRNA水平与对照组相比显著上调，但是长期使用雌激素却能抑制α1C亚基mRNA的表达。这说明，雌激素在对钙通道的长期调节中也表现为抑制作用。

　　瞬时受体电位通道（transient receptor potential,TRP）是一类非选择性的阳离子通道超家族，可以介导细胞外Ca2+内流。HEK293细胞和血管平滑肌细胞都能表达TPRC5通道，Majeed等[29]发现E2对TPRC5通道也有较弱的抑制性作用。因此，雌激素无论是对于血管平滑肌上的电压依赖性钙通道，还是TRP通道，均表现为抑制作用，进而降低细胞内Ca2+浓度，发挥对心血管的保护作用。

　　3.2 心脏较早的研究表明，雌激素对心脏的作用主要是通过影响钙通道mRNA而发挥作用的，如Johnson等[30]研究发现雌激素能调节心肌细胞膜表面L型钙通道的密度，并且推测雌激素水平降低可能会导致心脏L型钙通道数量的增多。E2能增加雌兔心肌细胞L型钙通道Cav1.2α亚基mRNA的表达[31].卵巢切除后的大鼠心率增快，给予E2可以减慢心率，但是研究发现短时间内E2不能对T型钙通道产生显著影响，然而用10 nM E2处理心肌细胞24h 后，会导致 T 型钙通道电流峰值下降，并且 T 型钙通道Cav3.2 mRNA表达降低[32].最近的研究[8,33-34]发现，高浓度的E2（10–7~10–9M）和EES壬基苯酚（nonyl phenol,NP）、双酚A等都能通过非基因组效应快速抑制心室肌细胞L型钙电流，并且呈现高浓度的浓度依赖性。因此E2既可以对钙通道发挥快速的抑制作用，也能通过经典的核雌激素受体调节钙通道的表达。但钙电流的减少是由于E2直接和钙通道蛋白结合，还是有其他的蛋白表达导致钙通道失活还不十分清楚，并且临床上绝经期妇女雌激素的长期替代治疗会对钙通道的表达产生何种影响也未知，所以研究E2对钙通道的作用将会为临床治疗提供新的理论依据。

　　4 骨组织

　　骨是雌激素发挥效应的重要靶器官之一，大量研究显示雌激素对成骨细胞的分化有促进作用，而对破骨细胞的分化具有抑制作用，在抗骨质疏松方面具有重要的生理意义。在成骨细胞膜表面表达有L型电压门控钙通道，并且在骨细胞的刺激-应答耦联反应中L型电压门控钙通道发挥着重要的作用。曾有研究[35]显示E2可以引起Ca2+内流从而激活下游PKC信号通路，进而抑制长骨的生长并促进骨生长板加速闭合。Gu等[36]在给予小鼠骨细胞系MLO-Y4雌激素处理后，发现生理性浓度的E2可以增加L型电压门控钙通道α1C、α1D亚基mRNA的表达。最近有研究显示破骨细胞表面TRPV5通道在破骨细胞分化和骨的重吸收过程中有着重要意义，而且发现雌激素能通过雌激素受体降低TRP V5通道的表达，TRP V5通道表达下降会直接影响细胞外Ca2+内流，进而抑制破骨细胞分化并促进骨的重吸收过程。因此，雌激素能够通过抑制钙通道，影响Ca2+内流，从而抑制破骨细胞分化，减少人体内的骨流失，但是细胞内Ca2+振荡是否受到雌激素的调节仍然未知，以及雌激素是否能够直接调节破骨细胞表面的电压门控钙通道也有待研究，而这些研究对雌激素在临床上治疗骨质疏松都将提供更好的理论基础。

　　5 肿瘤细胞

　　大量研究显示某些肿瘤的发生和细胞内Ca2+调节紊乱有关，细胞内钙信号的改变和钙通道蛋白表达异常可能会参与肿瘤发生的多个过程，如增殖、迁移和凋亡等。早有研究[37]报道E2能增加GH3垂体瘤细胞系低电压激活的钙电流密度而不影响高电压激活的钙电流密度，并且可持续24 h以上。Watson课题组[38-39]在研究雌激素膜受体机制时，发现E2能通过mERα激活L型电压门控钙通道快速增加垂体瘤细胞系GH3/B6/F10细胞内Ca2+浓度，促进催乳素释放，其量效关系表现为非单调的浓度依赖性。

　　Gao等[40]在研究NP对大鼠垂体瘤GH3细胞L型钙通道的作用时，发现低浓度的NP（10–15~10–14M）能激活L型钙通道电流，而高浓度的NP（10–10~10–9M）则却能够抑制L型钙通道电流，指出NP能以一种非单调的形式快速影响GH3细胞Ca2+电流。因此，生理性雌激素和环境雌激素都能够影响GH3垂体瘤细胞系L型钙通道，进而使细胞内的信号转导发生异常，引起内分泌紊乱，这对于内分泌肿瘤的发生发展有着重要作用。

　　雌激素在神经退行性疾病和神经创伤模型中具有神经保护作用，Sribnick等[41]发现E2可以通过抑制大鼠神经胶质瘤细胞上某种电压门控性钙通道减少Ca2+内流，抑制由谷氨酸引起的细胞内Ca2+浓度的升高，从而降低由谷氨酸引起的大鼠神经胶质瘤细胞的凋亡，发挥保护性作用。后来他又应用VSC4.1运动神经元（一种腹侧脊髓运动神经元和神经母细胞瘤杂交细胞系）明确了雌激素是通过抑制L型钙通道使Ca2+内流减少，从而限制了由谷氨酸引起的细胞凋亡[42].Das等[43]在研究雌激素的神经保护作用时，也观察到雌激素可以减少由TNF-α诱导的细胞凋亡，且该作用是通过抑制L型钙通道，减少Ca2+内流，并降低ERK磷酸化水平来实现的。可见，雌激素能通过抑制L型钙通道、减少Ca2+内流发挥神经保护作用，由于Ca2+参与多种信号转导过程，可能会影响多种信号通路，因此，研究雌激素对钙通道的调控机制有助于促进中枢神经系统损伤及神经退行性疾病的临床治疗。

　　6 其他

　　雌激素不仅能影响中枢神经系统、心血管系统和骨组织等细胞的钙通道，也能对其他类型的细胞产生影响。Okabe等[44]发现雌激素能抑制孕鼠子宫肌层平滑肌细胞电压门控钙通道的电流。雌激素还能降低雌性大鼠阴道平滑肌细胞L型钙通道Cav1.3的表达[45],但Zhang等[46]发现由雌激素诱导的慢性非细菌性前列腺炎模型鼠中，前列腺平滑肌细胞L型钙通道Cav1.2表达增多。E2还能以浓度依赖的方式显著抑制小鼠精原细胞T型钙通道[47].在免疫系统中，Azenabor等[48]提出E2能通过激活L型钙通道引起Ca2 +内流调节巨噬细胞的氧化还原功能。以上研究表明，雌激素可广泛影响体内各个系统的钙通道，但具体效应根据作用的钙通道亚型、亚基而有所不同，这也为研究雌激素相关的疾病的作用机制提供了新的思路。

　　7 展望

　　综上所述，雌激素在神经系统、心血管系统和其他组织如骨组织中都能对钙通道产生作用。

　　雌激素不仅可以通过基因组效应机制影响多种不同钙通道mRNA的表达，还能以非基因组效应机制作用于细胞膜雌激素受体或者细胞膜表面电压门控钙通道，引起细胞内Ca2+的快速改变。而当雌激素发挥非基因组效应时多呈现一种非单调的量效关系（non-monotonic dose-response）[49],即高浓度效应曲线所呈现的趋势并不随着低浓度效应曲线递增或递减，因此则不能通过高浓度的效应来推测低浓度的效应，反之，也不能通过低浓度的效应来推测高浓度的效应。由于雌激素这种非基因组机制的非单调量效关系极其复杂并且难以预测，成为了目前研究问题的关键。并且，雌激素对钙通道的作用具有组织选择性，雌激素是如何实现其对钙通道mRNA表达的影响还有待于进一步的研究。研究雌激素对钙通道的作用，有助于我们进一步了解雌激素发挥效应的机制，为雌激素的临床应用提供理论基础和依据。

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