雌激素在組織細(xì)胞中對(duì)鈣通道作用的研究進(jìn)展

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1、雌激素在組織細(xì)胞中對(duì)鈣通道作用的研究進(jìn)展 　　雌激素（estrogen）是一種類固醇激素，人體內(nèi)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轉(zhuǎn)化而來的.其中雌二醇的活性最強(qiáng)，雌酮和雌三醇的活性分別為雌二醇的10%和1%.雌激素在體內(nèi)靶組織眾多，具有廣泛的生物學(xué)活性，不僅能影響卵巢、子宮和乳腺等器官的生長、分化及功能，還能對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和骨組織等發(fā)揮作用[2-4].研究[5]表明雌激素能通過多種不同的分子機(jī)制，促進(jìn)或者抑制多種鈣通道的表達(dá)和功能，進(jìn)而影響

2、細(xì)胞內(nèi)Ca2 +的活動(dòng)。目前認(rèn)為，雌激素的作用機(jī)制主要包括基因組效應(yīng)機(jī)制和非基因組效應(yīng)機(jī)制?；蚪M效應(yīng)機(jī)制是指，雌激素與雌激素核受體結(jié)合后與DNA反應(yīng)元件直接作用介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄效應(yīng)；而非基因組效應(yīng)機(jī)制是指，雌激素與雌激素膜受體結(jié)合或與離子通道作用產(chǎn)生的快速效應(yīng)。近年來，環(huán)境雌激素（environmentalestrogens, E ES） 作為一類能夠干擾生物體內(nèi)正常內(nèi)分泌系統(tǒng)功能的物質(zhì)也被報(bào)道可以快速的影響細(xì)胞內(nèi)Ca2+的濃度[8-9],并且由于EES脂溶性很強(qiáng)，進(jìn)入機(jī)體后不易降解排出體外，可能會(huì)長期影響機(jī)體內(nèi)鈣通道的表達(dá)和功能。因此，雌激素可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)控制細(xì)胞內(nèi)的很多過程

3、，包括細(xì)胞的生長、增殖、分化和凋亡。本文就近年來雌激素在一些系統(tǒng)或組織細(xì)胞中對(duì)鈣通道作用的研究進(jìn)展作一概述。 　　1 中樞神經(jīng)系統(tǒng) 　　大腦是雌激素重要的靶器官，大量證據(jù)顯示雌激素能在腦內(nèi)很多區(qū)域發(fā)揮作用，例如海馬、皮質(zhì)等。雌激素不僅能影響神經(jīng)元鈣通道的活性，還能影響鈣通道的轉(zhuǎn)錄和翻譯，進(jìn)而在神經(jīng)元突觸可塑性、神經(jīng)保護(hù)和突觸發(fā)生等神經(jīng)調(diào)節(jié)的多個(gè)過程中發(fā)揮重要作用。 　　1.1 皮質(zhì)和海馬神經(jīng)元 　　雌激素對(duì)腦內(nèi)神經(jīng)元具有多種生物學(xué)效應(yīng)，如快速增加神經(jīng)元的興奮性，并通過增強(qiáng)海馬神經(jīng)元的突觸傳遞從而誘發(fā)電位長時(shí)程增強(qiáng)和長時(shí)程抑制，這些作用均與鈣通道有著密切關(guān)系。 　　Wu和Zhao等研

4、究[10-11]發(fā)現(xiàn)10 ng/mL E2（相當(dāng)于10–11M）可以激活大鼠原代海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元L型電壓門控鈣通道，引起Ca2 +快速內(nèi)流，并進(jìn)一步激活Src/ERK/CREB/Bcl2信號(hào)級(jí)聯(lián)通路，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)和營養(yǎng)作用。Sarkar等[12]用低濃度的E2急性刺激大鼠橫斷海馬切片、原代海馬神經(jīng)元、以及轉(zhuǎn)染有L型電壓門控鈣通道α1C、β1b和α2δ亞基的HEK-293細(xì)胞系，都顯示E2可以通過激活L型電壓門控鈣通道引起Ca2+快速內(nèi)流，并激活多種信號(hào)通路，導(dǎo)致神經(jīng)元持續(xù)放電并增加神經(jīng)元興奮性和突觸強(qiáng)度，這可能對(duì)突觸可塑性和記憶形成有著重要的作用。Kurata等[13]發(fā)現(xiàn)高濃

5、度（30 μM）的E2對(duì)γ-氨基丁酸（gamma amino acid butyric acid,GABA）引起的大鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加具有抑制作用，并推測(cè)E2可能是和L型電壓門控鈣通道直接作用而抑制了鈣通道，減少由GABA引起的鈣超載而發(fā)揮了保護(hù)性效應(yīng)，但低濃度（1 nM-1μM）的E2無此作用。E2也可通過PKC和PKA依賴的信號(hào)通路，而非經(jīng)典的雌激素受體信號(hào)通路，快速、可逆的抑制培養(yǎng)的大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元高電壓激活鈣通道（high-voltage activated Ca2+channels,簡(jiǎn)稱HVA Ca2+通道）電流[2].E2對(duì)腦內(nèi)神經(jīng)元鈣通道的作用方式與其作

6、用濃度、鈣通道種類以及參與的信號(hào)通路都有直接關(guān)聯(lián)，總體來說E2在低濃度（10–12~10–11M）時(shí)可以激活L型電壓門控鈣通道，而在高濃度（10–6~10–4M）時(shí)卻抑制L型電壓門控鈣通道。 　　1.2 GnRH 神經(jīng)元促性腺激素釋放激素（gonadotropin-releasinghormone,GnRH）神經(jīng)元活動(dòng)和分泌過程在機(jī)體的生理活動(dòng)中起著重要的作用，E2可以調(diào)節(jié)GnRH神經(jīng)元多種離子通道m(xù)RNA的表達(dá)，改變低電壓激活T型和高電壓激活L型鈣通道電流。Sun等實(shí)驗(yàn)[14]表明，E2可通過經(jīng)典的雌激素受體ERβ和膜受體GPR30快速增強(qiáng)GnRH神經(jīng)元的L型鈣通道電流，但是E2對(duì)GnRH

7、神經(jīng)元的N型鈣通道無快速效應(yīng)。E2能增加GnRH神經(jīng)元T型鈣通道Cav3.1、Cav3.2和Cav3.3的mRNA表達(dá)，提高GnRH神經(jīng)元的興奮性,并且該作用在Cav3.3T型鈣通道的mRNA上表現(xiàn)最明顯，說明Cav3.3在GnRH/LH分泌高峰期暴發(fā)性放電活動(dòng)中起著最重要的作用[16].由此看來，E2能夠增強(qiáng)GnRH神經(jīng)元鈣通道電流，增加基因水平的表達(dá)，使GnRH神經(jīng)元的興奮性和放電頻率增加，進(jìn)而調(diào)控GnRH神經(jīng)元的神經(jīng)內(nèi)分泌過程。 　　1.3 其他神經(jīng)元Zhang等[17]發(fā)現(xiàn)E2能夠快速激活鼠胚胎干細(xì)胞E S 1 4 細(xì)胞系誘導(dǎo)分化的神經(jīng)元 L 型鈣通道并引起Ca2+內(nèi)流，而對(duì)該細(xì)胞膜

8、上存在的N型、P型鈣通道無作用。100 nM E2可以抑制ATP引起的大鼠背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元L型鈣通道電流增加[18],從而揭示E2可能對(duì)外周神經(jīng)系統(tǒng)的疼痛信號(hào)也有調(diào)節(jié)作用。 　　但10和50 μM E2能夠抑制PC12細(xì)胞電壓門控鈣通道（N型）電流，進(jìn)而影響細(xì)胞的去極化，抑制胞外分泌[19].而雌激素對(duì)大鼠初級(jí)感覺神經(jīng)元HVA激活的Ca2+電流（主要是L型和N型鈣通道）有抑制作用，這種相對(duì)高濃度的E2以非基因組信號(hào)通路快速抑制HVA激活的Ca2+電流，可能對(duì)外周系統(tǒng)感覺功能的調(diào)節(jié)有著重要的意義[20]. 　　以上研究表明，雌激素能通過非基因組機(jī)制快速的調(diào)節(jié)電壓門控鈣通道，但雌激素對(duì)鈣通道m(xù)

9、RNA以及鈣通道蛋白長時(shí)間影響的研究還很少；并且不同細(xì)胞系表達(dá)的各種電壓門控鈣通道的電生理學(xué)特性（包括傳導(dǎo)性和電壓敏感性等）可能會(huì)與體內(nèi)神經(jīng)元不同，致使E2對(duì)電壓門控鈣通道發(fā)揮快速作用的濃度以及引起下游的信號(hào)通路也可能不同，這都將有待進(jìn)一步研究。 　　2 下丘腦、垂體細(xì)胞在下丘腦和垂體細(xì)胞內(nèi)也有三種T型鈣通道Cav3.1、Cav3.2和Cav3.3,并均可表達(dá)鈣通道α亞單位，研究[21]表明，E2可以增加下丘腦內(nèi)側(cè)視前區(qū)和弓狀核T型鈣通道Cav3.1和Cav3.2 mRNA的表達(dá)，但對(duì)Cav3.3 mRNA的表達(dá)無明顯影響；然而E2也可以增加垂體細(xì)胞T型鈣通道Cav3.1 mRNA的表達(dá)，但

10、卻使T型鈣通道Cav3.2和Cav3.3 mRNA的表達(dá)降低，推測(cè)這可能是由于E2和不同的受體作用而產(chǎn)生的不同效應(yīng)。Lee等[22]也發(fā)現(xiàn)E2不僅可以激活高電壓激活L型鈣通道，還可以增加下丘腦腹內(nèi)側(cè)核神經(jīng)元低電壓激活T型鈣通道的電流。除了上述E2對(duì)下丘腦神經(jīng)元鈣通道的非基因組效應(yīng)之外，Qiu 等[發(fā)現(xiàn)E2也可以顯著增加下丘腦內(nèi)側(cè)基底部和垂體細(xì)胞T型鈣通道Cav3.1α1亞基mRNA的表達(dá)，說明E2也能通過基因組效應(yīng)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣通道m(xù)RNA的表達(dá)。因此，雌激素對(duì)下丘腦和垂體細(xì)胞中T型鈣通道的影響，也與其作用鈣通道的亞型有關(guān)，對(duì)不同亞型的T型鈣通道可分別表現(xiàn)出興奮和抑制作用。 　　3 心血管系統(tǒng)

11、 　　3.1 血管平滑肌 　　雌激素對(duì)心血管系統(tǒng)具有保護(hù)作用，它可以作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，通過抑制鈣通道電流，抑制Ca2 +內(nèi)流而發(fā)揮保護(hù)性作用。Kitazawa等[24]實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示生理性濃度的雌激素能抑制血管平滑肌細(xì)胞L型電壓門控鈣通道使Ca2+內(nèi)流減少，并且指出雌激素的類似物也具有相似的抑制性作用。Oprisa等[25]提出E2還能直接抑制轉(zhuǎn)染Cav1.2HEK細(xì)胞的L型電壓門控鈣通道，引起血管內(nèi)皮依賴的舒張。E2和孕酮聯(lián)合應(yīng)用也能抑制L型電壓門控鈣通道并引起大鼠主動(dòng)脈血管舒張[26]. 　　據(jù)Ullrich等[27]實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，E2能夠抑制心血管系統(tǒng)的L型電壓門控鈣通

12、道Cav1.2,并提出可能是雌激素和鈣通道蛋白直接相互作用導(dǎo)致了鈣通道抑制。因此，雌激素能顯著降低電壓門控鈣通道電流峰值，抑制Ca2+內(nèi)流，引起血管舒張、抑制冠狀血管平滑肌收縮，舒張基底動(dòng)脈。 　　Tsang等[28]在研究雌激素對(duì)L型電壓門控鈣通道α1C亞基mRNA水平的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)去卵巢大鼠的主動(dòng)脈中L型電壓門控鈣通道的α1C亞基mRNA水平與對(duì)照組相比顯著上調(diào)，但是長期使用雌激素卻能抑制α1C亞基mRNA的表達(dá)。這說明，雌激素在對(duì)鈣通道的長期調(diào)節(jié)中也表現(xiàn)為抑制作用。 　　瞬時(shí)受體電位通道（transient receptor potential,TRP）是一類非選擇性的陽離子通道超家

13、族，可以介導(dǎo)細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流。HEK293細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞都能表達(dá)TPRC5通道，Majeed等[29]發(fā)現(xiàn)E2對(duì)TPRC5通道也有較弱的抑制性作用。因此，雌激素?zé)o論是對(duì)于血管平滑肌上的電壓依賴性鈣通道，還是TRP通道，均表現(xiàn)為抑制作用，進(jìn)而降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，發(fā)揮對(duì)心血管的保護(hù)作用。 　　3.2 心臟較早的研究表明，雌激素對(duì)心臟的作用主要是通過影響鈣通道m(xù)RNA而發(fā)揮作用的，如Johnson等[30]研究發(fā)現(xiàn)雌激素能調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞膜表面L型鈣通道的密度，并且推測(cè)雌激素水平降低可能會(huì)導(dǎo)致心臟L型鈣通道數(shù)量的增多。E2能增加雌兔心肌細(xì)胞L型鈣通道Cav1.2α亞基mRNA的表達(dá)[31]

14、.卵巢切除后的大鼠心率增快，給予E2可以減慢心率，但是研究發(fā)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)E2不能對(duì)T型鈣通道產(chǎn)生顯著影響，然而用10 nM E2處理心肌細(xì)胞24h 后，會(huì)導(dǎo)致 T 型鈣通道電流峰值下降，并且 T 型鈣通道Cav3.2 mRNA表達(dá)降低[32].最近的研究[8,33-34]發(fā)現(xiàn)，高濃度的E2（10–7~10–9M）和EES壬基苯酚（nonyl phenol,NP）、雙酚A等都能通過非基因組效應(yīng)快速抑制心室肌細(xì)胞L型鈣電流，并且呈現(xiàn)高濃度的濃度依賴性。因此E2既可以對(duì)鈣通道發(fā)揮快速的抑制作用，也能通過經(jīng)典的核雌激素受體調(diào)節(jié)鈣通道的表達(dá)。但鈣電流的減少是由于E2直接和鈣通道蛋白結(jié)合，還是有其他的蛋白表

15、達(dá)導(dǎo)致鈣通道失活還不十分清楚，并且臨床上絕經(jīng)期婦女雌激素的長期替代治療會(huì)對(duì)鈣通道的表達(dá)產(chǎn)生何種影響也未知，所以研究E2對(duì)鈣通道的作用將會(huì)為臨床治療提供新的理論依據(jù)。 　　4 骨組織 　　骨是雌激素發(fā)揮效應(yīng)的重要靶器官之一，大量研究顯示雌激素對(duì)成骨細(xì)胞的分化有促進(jìn)作用，而對(duì)破骨細(xì)胞的分化具有抑制作用，在抗骨質(zhì)疏松方面具有重要的生理意義。在成骨細(xì)胞膜表面表達(dá)有L型電壓門控鈣通道，并且在骨細(xì)胞的刺激-應(yīng)答耦聯(lián)反應(yīng)中L型電壓門控鈣通道發(fā)揮著重要的作用。曾有研究[35]顯示E2可以引起Ca2+內(nèi)流從而激活下游PKC信號(hào)通路，進(jìn)而抑制長骨的生長并促進(jìn)骨生長板加速閉合。Gu等[36]在給予小鼠骨細(xì)胞系M

16、LO-Y4雌激素處理后，發(fā)現(xiàn)生理性濃度的E2可以增加L型電壓門控鈣通道α1C、α1D亞基mRNA的表達(dá)。最近有研究顯示破骨細(xì)胞表面TRPV5通道在破骨細(xì)胞分化和骨的重吸收過程中有著重要意義，而且發(fā)現(xiàn)雌激素能通過雌激素受體降低TRP V5通道的表達(dá)，TRP V5通道表達(dá)下降會(huì)直接影響細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流，進(jìn)而抑制破骨細(xì)胞分化并促進(jìn)骨的重吸收過程。因此，雌激素能夠通過抑制鈣通道，影響Ca2+內(nèi)流，從而抑制破骨細(xì)胞分化，減少人體內(nèi)的骨流失，但是細(xì)胞內(nèi)Ca2+振蕩是否受到雌激素的調(diào)節(jié)仍然未知，以及雌激素是否能夠直接調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞表面的電壓門控鈣通道也有待研究，而這些研究對(duì)雌激素在臨床上治療骨質(zhì)疏松都將提供

17、更好的理論基礎(chǔ)。 　　5 腫瘤細(xì)胞 　　大量研究顯示某些腫瘤的發(fā)生和細(xì)胞內(nèi)Ca2+調(diào)節(jié)紊亂有關(guān)，細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)的改變和鈣通道蛋白表達(dá)異?？赡軙?huì)參與腫瘤發(fā)生的多個(gè)過程，如增殖、遷移和凋亡等。早有研究[37]報(bào)道E2能增加GH3垂體瘤細(xì)胞系低電壓激活的鈣電流密度而不影響高電壓激活的鈣電流密度，并且可持續(xù)24 h以上。Watson課題組[38-39]在研究雌激素膜受體機(jī)制時(shí)，發(fā)現(xiàn)E2能通過mERα激活L型電壓門控鈣通道快速增加垂體瘤細(xì)胞系GH3/B6/F10細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，促進(jìn)催乳素釋放，其量效關(guān)系表現(xiàn)為非單調(diào)的濃度依賴性。 　　Gao等[40]在研究NP對(duì)大鼠垂體瘤GH3細(xì)胞L型鈣通道的作

18、用時(shí)，發(fā)現(xiàn)低濃度的NP（10–15~10–14M）能激活L型鈣通道電流，而高濃度的NP（10–10~10–9M）則卻能夠抑制L型鈣通道電流，指出NP能以一種非單調(diào)的形式快速影響GH3細(xì)胞Ca2+電流。因此，生理性雌激素和環(huán)境雌激素都能夠影響GH3垂體瘤細(xì)胞系L型鈣通道，進(jìn)而使細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生異常，引起內(nèi)分泌紊亂，這對(duì)于內(nèi)分泌腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著重要作用。 　　雌激素在神經(jīng)退行性疾病和神經(jīng)創(chuàng)傷模型中具有神經(jīng)保護(hù)作用，Sribnick等[41]發(fā)現(xiàn)E2可以通過抑制大鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞上某種電壓門控性鈣通道減少Ca2+內(nèi)流，抑制由谷氨酸引起的細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的升高，從而降低由谷氨酸引起的大鼠神經(jīng)

19、膠質(zhì)瘤細(xì)胞的凋亡，發(fā)揮保護(hù)性作用。后來他又應(yīng)用VSC4.1運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（一種腹側(cè)脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和神經(jīng)母細(xì)胞瘤雜交細(xì)胞系）明確了雌激素是通過抑制L型鈣通道使Ca2+內(nèi)流減少，從而限制了由谷氨酸引起的細(xì)胞凋亡[42].Das等[43]在研究雌激素的神經(jīng)保護(hù)作用時(shí)，也觀察到雌激素可以減少由TNF-α誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，且該作用是通過抑制L型鈣通道，減少Ca2+內(nèi)流，并降低ERK磷酸化水平來實(shí)現(xiàn)的?？梢姡萍に啬芡ㄟ^抑制L型鈣通道、減少Ca2+內(nèi)流發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，由于Ca2+參與多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，可能會(huì)影響多種信號(hào)通路，因此，研究雌激素對(duì)鈣通道的調(diào)控機(jī)制有助于促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷及神經(jīng)退行性疾病的臨床治療

20、。 　　6 其他 　　雌激素不僅能影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和骨組織等細(xì)胞的鈣通道，也能對(duì)其他類型的細(xì)胞產(chǎn)生影響。Okabe等[44]發(fā)現(xiàn)雌激素能抑制孕鼠子宮肌層平滑肌細(xì)胞電壓門控鈣通道的電流。雌激素還能降低雌性大鼠陰道平滑肌細(xì)胞L型鈣通道Cav1.3的表達(dá)[45],但Zhang等[46]發(fā)現(xiàn)由雌激素誘導(dǎo)的慢性非細(xì)菌性前列腺炎模型鼠中，前列腺平滑肌細(xì)胞L型鈣通道Cav1.2表達(dá)增多。E2還能以濃度依賴的方式顯著抑制小鼠精原細(xì)胞T型鈣通道[47].在免疫系統(tǒng)中，Azenabor等[48]提出E2能通過激活L型鈣通道引起Ca2 +內(nèi)流調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的氧化還原功能。以上研究表明，雌激素可廣泛影響

21、體內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)的鈣通道，但具體效應(yīng)根據(jù)作用的鈣通道亞型、亞基而有所不同，這也為研究雌激素相關(guān)的疾病的作用機(jī)制提供了新的思路。 　　7 展望 　　綜上所述，雌激素在神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和其他組織如骨組織中都能對(duì)鈣通道產(chǎn)生作用。 　　雌激素不僅可以通過基因組效應(yīng)機(jī)制影響多種不同鈣通道m(xù)RNA的表達(dá)，還能以非基因組效應(yīng)機(jī)制作用于細(xì)胞膜雌激素受體或者細(xì)胞膜表面電壓門控鈣通道，引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+的快速改變。而當(dāng)雌激素發(fā)揮非基因組效應(yīng)時(shí)多呈現(xiàn)一種非單調(diào)的量效關(guān)系（non-monotonic dose-response）[49],即高濃度效應(yīng)曲線所呈現(xiàn)的趨勢(shì)并不隨著低濃度效應(yīng)曲線遞增或遞減，因此則不能通過高濃度的效應(yīng)來推測(cè)低濃度的效應(yīng)，反之，也不能通過低濃度的效應(yīng)來推測(cè)高濃度的效應(yīng)。由于雌激素這種非基因組機(jī)制的非單調(diào)量效關(guān)系極其復(fù)雜并且難以預(yù)測(cè)，成為了目前研究問題的關(guān)鍵。并且，雌激素對(duì)鈣通道的作用具有組織選擇性，雌激素是如何實(shí)現(xiàn)其對(duì)鈣通道m(xù)RNA表達(dá)的影響還有待于進(jìn)一步的研究。研究雌激素對(duì)鈣通道的作用，有助于我們進(jìn)一步了解雌激素發(fā)揮效應(yīng)的機(jī)制，為雌激素的臨床應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。