孫琦，張紅綜述 趙自剛審校

雌激素包括雌酮、17β-雌二醇(17β estradiol，E2)、雌三醇，通過雌激素受體(estradiol receptors，ERs)發(fā)揮作用，參與諸多生理功能的調(diào)節(jié)，如細胞的生長、分化、代謝和死亡等。生理條件下，細胞自噬是細胞代謝過程中的衰老細胞器和異常蛋白質(zhì)等成分降解的過程，受多條信號通路與多種信號分子的調(diào)節(jié)，有利于維持細胞穩(wěn)態(tài)；病理狀態(tài)下，自噬被激活或抑制，參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展，調(diào)節(jié)細胞自噬對于防治相關疾病具有積極作用[1]。研究表明，雌激素通過其受體ERα、ERβ和G蛋白偶聯(lián)雌激素受體(G-protein coupled estrogen receptor，GPER)對自噬發(fā)揮雙向調(diào)節(jié)作用，從而在疾病防治中發(fā)揮有益作用[2]。本文綜述雌激素對細胞自噬的雙向調(diào)節(jié)作用與部分機制，以期加深對雌激素藥理作用的認識，為相關疾病的防治提供新思路。

1 細胞自噬概述

細胞自噬為一個高度保守的細胞分解代謝過程，是內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的主要貢獻者，在細胞分化和發(fā)育、蛋白質(zhì)和細胞器質(zhì)量控制、代謝和免疫等諸多過程中發(fā)揮重要作用。一方面，自噬可降解有害或多余的細胞成分，減少這些成分對細胞的直接或間接損傷；另一方面，降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為細胞代謝過程中所需的營養(yǎng)和能量，用于細胞重塑[3]。自噬在形態(tài)學上分為3種不同的形式：微自噬、分子伴侶介導的自噬、巨自噬。微自噬被定義為溶酶體膜動力學，直接包裹和運輸細胞質(zhì)成分到溶酶體或液泡進行降解的過程；分子伴侶介導的自噬被描述為溶酶體膜上特定可溶性蛋白質(zhì)降解的選擇性機制；巨自噬是雙膜小泡包裹需要降解物質(zhì)形成自噬小體，再與溶酶體融合后降解的過程。盡管這些自噬形式在過程上存在差異，但都具有維持細胞穩(wěn)態(tài)的功效[4]。由于巨自噬是最具有自噬特征的一種形式，一般情況下若無特殊說明，自噬均指“巨自噬”，故本文重點介紹巨自噬的過程。

簡單來說，自噬的形成過程包括[5]：細胞內(nèi)待降解底物形成分隔膜；分隔膜延伸、拓展形成自噬前體；自噬前體包裹降解底物形成自噬泡，進而形成雙層膜結構的自噬體；自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體；水解酶將自噬溶酶體中的底物分解成可能再利用的小分子物質(zhì)。在饑餓或應激因素的作用下，并由多種自噬相關基因及信號蛋白的調(diào)控，引起自噬形成。自噬在各種疾病發(fā)展進程中的作用及參與調(diào)控自噬的因素受到學者們的關注。一般來說，可控范圍內(nèi)的自噬有利于維持細胞穩(wěn)態(tài)，過度自噬或自噬不足均可引起細胞損傷，成為多種疾病的重要發(fā)生機制之一；靶向自噬并以恢復自噬通量正?；癁槟繕?，成為決策不同疾病治療措施的重要依據(jù)之一。

2 雌激素抑制細胞過度自噬的作用

2.1 神經(jīng)保護作用 對于神經(jīng)細胞而言，自噬通常維持基本代謝，保護細胞免受能量代謝障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激、營養(yǎng)缺乏、炎性反應和各種病理狀況的影響，但過度自噬是有害的。Yang等[6]應用雙側(cè)卵巢去勢(ovariectomy，OVX)大鼠結扎雙側(cè)頸總動脈(bilateral common carotid arteries occlusion，BCCAO)建立雌激素缺乏血管性癡呆大鼠模型，發(fā)現(xiàn)正常大鼠海馬CA1區(qū)錐體神經(jīng)細胞形態(tài)正常，排列整齊，細胞核圓而飽滿，核仁和細胞質(zhì)清晰，雙層核膜清晰，染色質(zhì)排列均勻，細胞質(zhì)中有正常數(shù)量形態(tài)典型的細胞器；雌激素缺乏大鼠海馬區(qū)神經(jīng)細胞排列松散、紊亂，數(shù)量明顯減少，多為梭形或多邊形，形態(tài)不規(guī)則，超微結構顯示細胞核變形，核仁縮小，核膜溶解，核染色質(zhì)聚集成塊，細胞器數(shù)量顯著減少，線粒體腫脹和空泡化，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張和破裂；雌激素治療后，細胞核和細胞器的超微結構損傷明顯減輕，且E2早期治療比后期治療效果更顯著。進一步研究顯示，雌激素缺乏大鼠海馬體自噬相關蛋白LC3B、Beclin1表達顯著增加，E2早期治療后顯著降低。Lin等[7]在不同的脊髓損傷大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，E2處理顯著減少了大鼠脊髓壞死和缺損面積，脊髓中運動神經(jīng)元顯著保留，減少了自主神經(jīng)功能障礙，改善了運動功能，同時顯著降低了神經(jīng)元LC3Ⅱ和Beclin-1的mRNA與蛋白表達。Yue等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酸顯著降低了神經(jīng)細胞活力，上調(diào)了自噬相關蛋白Beclin1和LC3Ⅱ/Ⅰ、下調(diào)了P62表達；GPER激動劑G1預處理可增強神經(jīng)細胞活力，降低Beclin1和LC3Ⅱ/Ⅰ、增強P62表達，且G1的保護作用被GPER抑制劑G15阻斷；G1通過磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)—蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)—哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)途徑抑制神經(jīng)細胞自噬。此外，在大鼠模型上發(fā)現(xiàn)，細胞過度自噬參與了脊髓缺血再灌注損傷的發(fā)生過程，抑制過度自噬可減輕這一損傷[9]，但雌激素是否能通過抑制過度自噬發(fā)揮作用還需要研究。

上述研究表明，雌激素可以有效減輕血管性癡呆及脊髓損傷導致的神經(jīng)細胞損傷，這種作用是通過抑制過度自噬實現(xiàn)的，且GPER激活可抑制谷氨酸誘導的過度自噬從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用。但雌激素抑制自噬發(fā)揮有益作用是否與ERα、ERβ有關，還需要研究。

2.2 心肌保護作用 過度自噬參與了多種心臟疾病的發(fā)生發(fā)展，包括心臟肥大、心力衰竭和缺血再灌注損傷。女性絕經(jīng)前心血管疾病的發(fā)病率較低，與雌激素水平相關。雌激素調(diào)節(jié)心肌細胞自噬的作用受到關注。Wang等[10]的研究顯示，脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)處理增加了心肌細胞的乳酸脫氫酶活性，降低了細胞活力，上調(diào)了Atg5和Beclin1的mRNA表達，增加了LC3-Ⅱ表達，E2治療逆轉(zhuǎn)了LPS的上述不良作用。結果表明，LPS引起心肌損傷與功能障礙的作用與誘導細胞自噬、降低細胞活力有關，E2保護心肌細胞的作用是通過逆轉(zhuǎn)LPS引起心肌細胞過度自噬實現(xiàn)的。

Bcl2/腺病毒E1B 19kDa蛋白相互作用蛋白3(Bcl2/adenovirus E1B 19 kDa protein-interacting protein 3，BNIP3)作為一種缺氧誘導的標志物，可誘導自噬和凋亡，心肌BNIP3高表達與心肌肥厚、心肌病的發(fā)生相關。Chen等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，BNIP3過表達引起了心肌H9c2細胞的自噬和凋亡，E2通過下調(diào)BNIP3、自噬相關蛋白LC3Ⅱ、凋亡蛋白Caspase3表達，從而阻斷了BNIP3誘導的自噬和凋亡，減少了H9c2細胞死亡。多西環(huán)素或E2處理，增強了BNIP3與ERα結合，削弱了BNIP3與Bcl-2、Rheb和泛素結合，從而減輕了細胞損傷，說明ERα與Bcl-2或Rheb競爭結合BNIP3，從而允許Rheb激活mTOR，導致自噬抑制。

E2或ERβ處理均顯著抑制了缺氧引起H9c2細胞的自噬與凋亡、BNIP3高表達，促進胰島素樣生長因子1受體(insulin-like growth factor 1 receptor，IGF1R)、p-Akt磷酸化和Bcl-2表達，降低了缺氧相關蛋白、自噬相關蛋白和線粒體凋亡相關蛋白的積累，提高了缺氧條件下Bak蛋白水平；ERβ拮抗劑可完全消除ERβ的心臟保護特性；瞬時轉(zhuǎn)染Tet-On ERβ基因，增加了缺氧處理H9c2細胞的ERβ表達，ERβ通過抑制缺氧誘導因子-1α調(diào)節(jié)的BNIP3和胰島素樣生長因子結合蛋白-3信號通路抑制缺氧誘導的心肌細胞自噬和凋亡[12]。

研究顯示[13]，心肌細胞表達GPER，G1可減弱血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)誘導的心肌細胞肥大，并下調(diào)心鈉素(atrial natriuretic factor，ANF)和腦鈉肽的基因表達水平；G1處理抑制了AngⅡ增加心肌細胞LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值的作用，提高了p-Akt、p-70S6K1和p-mTOR的蛋白水平，降低了p-4EBP1的表達；G1抑制心肌細胞自噬的作用被GPER拮抗劑G15、Akt抑制劑MK2206、自噬激動劑雷帕霉素(rapamycin，RAPA)抑制。結果表明，GPER激活通過上調(diào)PI3K-Akt-mTOR信號通路和抑制自噬來減輕AngⅡ誘導的心肌細胞肥大，從而發(fā)揮心肌保護作用。生物信息學分析表明，F(xiàn)am120b、RGD1562310、Ctrb1、Rap1gap和Pag1這5種蛋白可能是參與G1抑制AngⅡ誘導心肌細胞肥大的關鍵蛋白，但這5種蛋白與心肌細胞自噬的作用有待進一步觀察。

上述研究表明，雌激素治療能夠減輕多種因素引起的心肌細胞自噬，減輕心肌細胞死亡進而發(fā)揮心肌保護作用，該作用與心肌細胞的3種ERs有關；單純激動心肌細胞ERs，亦發(fā)揮同樣的心肌保護作用。

3 雌激素誘導細胞自噬的作用

3.1 神經(jīng)保護作用 阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是一種與老齡化高度相關的神經(jīng)退行性疾病，β-淀粉樣蛋白(amyloid protein β，Aβ)聚集是AD顯著的病理特征，廣泛用于AD神經(jīng)病理學的診斷[14]。由于體內(nèi)分泌的雌激素通過其受體發(fā)揮提高記憶力、改善認知能力的功能，故AD主要發(fā)病女性人群為絕經(jīng)后的婦女[15]。大量研究表明，自噬增強可促進Aβ降解，從而保護AD患者的神經(jīng)功能[16]。雌激素通過其受體調(diào)節(jié)自噬具有減少Aβ聚集、促進Aβ降解的作用，進而抑制AD的發(fā)展進程[17]。Wei等[18]采用人神經(jīng)母細胞瘤SH-SY5Y細胞系研究發(fā)現(xiàn)，ERβ過表達有助于增加LC3-Ⅱ表達，提高自噬通量；ERβ轉(zhuǎn)染增加了LC3陽性表達的亞細胞結構自噬體和自溶體，且敲除ERβ降低了LC3-Ⅱ表達；ERβ選擇性激動劑DPN(diarylpropionitrile)顯著增加了SH-SY5Y細胞LC3-Ⅱ的水平；ERβ過表達增加了SH-SY5Y細胞ATG7表達和ATG5-ATG12復合物的形成，而ERβ沉默具有相反的效果，且依賴于ATG7表達；這些證據(jù)表明，ERβ通過激活ATG7蛋白誘導了SH-SY5Y細胞自噬，且ERβ與SH-SY5Y細胞的自噬狀態(tài)呈正相關。雌激素通過其受體激活自噬促進Aβ降解，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用，使雌激素可能成為治療AD的備選新藥物。

此外，G1對大腦中動脈閉塞小鼠模型的星形膠質(zhì)細胞具有明顯的保護作用，且這種作用在GPER-/-小鼠中消失；谷氨酸通過激活體外培養(yǎng)的原代星形膠質(zhì)細胞mTOR和c-Jun N端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)、抑制p38絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路，誘導星形膠質(zhì)細胞增殖，降低星形膠質(zhì)細胞自噬，G1處理通過調(diào)節(jié)p38 MAPK通路而不是mTOR和JNK信號通路使自噬恢復到基礎水平，從而達到保護星形膠質(zhì)細胞的作用[19]。結果表明，活化GPER增加自噬有利于保護星形膠質(zhì)細胞。

3.2 心肌保護作用 在D-半乳糖(D-galactose)引起心肌老化的小鼠模型上，E2治療顯著提高了小鼠心肌功能，降低了心肌老化標志物的蛋白水平，提高了Beclin1、LC3、ATG5的mRNA與蛋白表達，降低了Beclin1、LC3、ATG5的甲基化水平；E2的作用被ERα特異性抑制劑甲基哌啶吡唑(methyl-piperidino-pyrazole，MPP)抑制；結果表明，E2通過ERα下調(diào)了自噬相關基因的甲基化、增加自噬進而發(fā)揮抗心肌老化的作用[20]。在OVX大鼠內(nèi)毒素血癥模型上，E2替代治療提高了內(nèi)毒素血癥OVX大鼠的存活率，抑制了LPS引起心肌核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)p65、誘生型一氧化氮合酶高表達與氧化應激、炎性反應，提高了心肌自噬標志蛋白(Atg12、LC3B-Ⅱ/LC3B-Ⅰ)表達及血紅素加氧酶-1和熱休克蛋白70表達，結果表明，E2通過增加心肌細胞自噬可對抗LPS的心肌損傷[21]。

3.3 肝細胞保護作用 膿毒癥和膿毒癥性休克是急危重癥醫(yī)學面臨的重要臨床問題。王云等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，盲腸結扎穿孔(cecal ligation and puncture，CLP)后，雄性大鼠血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶顯著高于雌性大鼠，肝細胞損傷程度、嗜中性粒細胞浸潤程度均強于雌性大鼠，自噬蛋白表達增加但低于雌性大鼠，雌激素處理顯著降低了2個轉(zhuǎn)氨酶水平及肝細胞損傷程度，且低于雌性大鼠，且自噬蛋白表達明顯高于CLP的雄性和雌性大鼠；同樣的實驗結果亦應用雄性小鼠進行了驗證。這一結果表明，雌激素通過誘導細胞自噬減輕膿毒癥后的肝損傷。此外，具有植物雌激素作用的葛根素(puerarin，PU)可減輕重金屬鎘污染對小鼠肝細胞AML-12的細胞毒性，該作用與抑制細胞凋亡、氧化應激和恢復細胞自噬活性有關[23]。

3.4 骨保護作用 研究表明，雌激素可以通過誘導細胞自噬發(fā)揮抗細胞凋亡作用。流行病學證據(jù)表明，類風濕性關節(jié)炎的病因和發(fā)病機制與雌激素代謝和缺乏密切相關，ERs廣泛分布于滑膜、骨和軟骨細胞[24]。酸敏感離子通道1α(acid sensing ion channels 1α，ASIC1α)是一種鈉離子滲透通道，通過誘導軟骨細胞凋亡損傷軟骨細胞，亦可通過增加類風濕性關節(jié)炎患者軟骨細胞凋亡和滑膜炎性反應從而參與酸誘導的軟骨和骨損傷[25-26]。抑制或缺乏ASIC1α可保護關節(jié)免受酸誘導的損傷，細胞自噬參與了這一過程，因此靶向ASIC1α可能在類風濕關節(jié)炎治療中發(fā)揮作用[27-29]。Song等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，E2通過ERα以時間依賴的方式降低了軟骨細胞ASIC1α蛋白表達；且更為顯著地降低了蛋白合成抑制劑環(huán)己酰亞胺(10 μm)處理6 h后軟骨細胞ASIC1α蛋白水平，表明E2通過降解ASIC1α以達到降低ASIC1α蛋白水平的作用；E2增加了Beclin-1和LC3-Ⅱ的表達，減輕了酸處理的軟骨細胞凋亡，表明E2的抗凋亡作用是通過上調(diào)自噬標志蛋白表達進而誘導自噬實現(xiàn)的；自噬抑制劑CQ預處理抑制了E2降低ASIC1α表達的作用，進而阻斷了E2抗軟骨細胞凋亡、減輕關節(jié)軟骨損傷的有利作用。這一數(shù)據(jù)表明，雌激素可通過降低ASIC1α表達、激活自噬，進而抑制ASIC1α誘導的軟骨細胞凋亡，減輕關節(jié)軟骨損傷，雌激素成為治療類風濕關節(jié)炎新的藥物，這為類風濕性關節(jié)炎的治療開辟新的道路。

4 雌激素減輕急性肺損傷的作用

急性肺損傷(acute lung injury，ALI)是重癥患者最早發(fā)生的器官損傷之一，也是引起患者高病死率的一個主要原因。近年來的研究顯示，雌激素及其受體可減輕多種原因?qū)е碌腁LI，其機制涉及抑制氧化應激、炎性反應、細胞凋亡、細胞焦亡、改善內(nèi)皮屏障功能等多個方面[30-33]。細胞自噬在ALI的發(fā)病過程中具有雙刃劍作用，自噬過度或不足均參與了ALI的發(fā)生，自噬通量正常化成為防治ALI的關鍵靶點，以調(diào)節(jié)自噬通量正?；囊恍┲委煷胧┰跍p輕ALI的過程中發(fā)揮重要作用[34]。此外，靶向巨噬細胞自噬，有利于減輕LPS誘導膿毒癥后的炎性反應[35]，提示減輕自噬可能成為通過抗炎機制減輕膿毒癥ALI的新措施。但雌激素抗ALI的作用是否與調(diào)節(jié)自噬有關，還有待進一步證實。

5 小結與展望

雌激素對細胞自噬的雙向調(diào)節(jié)作用參與了多種疾病發(fā)展進程中的細胞保護作用，從而可能成為自噬相關疾病防治的有效藥物之一。雌激素對自噬發(fā)揮的雙向調(diào)節(jié)作用主要是通過不同的ERs實現(xiàn)的，且與PI3K-AKT-mTOR、NF-κB、MAPK等多種信號通路有關。在重癥醫(yī)學研究領域，細胞自噬參與了多種致病因素引起組織器官損傷的病理過程，雌激素治療也對組織器官損傷具有很好的干預作用，但相關機制仍未完全闡明。因此，深入研究雌激素調(diào)節(jié)自噬進而發(fā)揮細胞保護作用與機制，將助力器官損傷的臨床決策，也有利于拓展雌激素的藥理學作用，為以雌激素作為新型藥物、在多種疾病中發(fā)揮有利干預作用提供實驗依據(jù)。同時，還需要將雌激素藥理學作用的基礎研究成果轉(zhuǎn)化應用于臨床，也將為疾病開辟新的治療思路。此外，應結合臨床資料，關注雌激素對于自噬相關疾病的治療效果，以期擴展雌激素的臨床應用范圍。但在臨床上如何尋找反映自噬通量的生物標志物仍是目前的難題。