2024年5月16日发(作者:阳明钰)
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Chinese Journal of Cardiovascular Medicine,Dec 2007,Vol 12.No 6
雌激素与活性氧
安尚玉 综述 霍洪亮 审校
摘要:大量证据表明活性氧(R0s)对心脑血管疾病的发生和发展有重要影响。它可以直接氧化膜脂质和DNA,
造成细胞氧化损伤和异常;同时还作为信使参与细胞各种生理和病理活动,例如调节基因表达和信号转导。近几
年,雌激素对心脑血管疾病的保护作用越来越受到人们的重视,它主要参与细胞内的氧化应激反应,但在某些方面
也存在争议。
关键词:雌激素; 活性氧; 调节
中图分类号:R361 .3 文献标识码:A 文章编号:1007—5410(2007 J 06—0472—02
Estrogen and reactive oxygen species AN Shang—yu,HUO Hong-liang.School of Life Sciences,Northeast
Normal University,Jilin Changchun 130024,China
Abstract: A number of evidences indicated reactive oxygen species(ROS)have an important impact on the
pathogenesis of cardiovascular and cerebrovascular diseases.ROS can react directly with cellular lipids and DNA,
causing cell oxidative damage and dysfunction;also involve in cellular physiological and pathological processes as a
messenger,such as regulating gene expression and signal transduction.In recent years,the protective effects of
estrogen on the cardioVascular and cerebrovascular diseases have attracted more and more attention. It is mainly
involved in intracellular oxidative stress,but in some aspects there are controversia1.
Key words: Estrogen; Reactive oxygen species; Regulation
活性氧(reactive oxygen species,ROS)是机体代谢的中
通过Ras/Raf/细胞外信号调节激酶(extracellular signal—
间产物,在机体中有很强的氧化反应能力,而且能产生连锁
regulated kinase,ERK)信号途径能生成大量的ROS,诱导
反应,造成细胞损伤。它造成DNA链断裂或碱基缺失,使
ET-1生成增加,下调NO供体精胺NO-亲核复合体(SPNO)
细胞膜的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应,蛋白质发生交 的水平,降低依赖NO的血管舒张作用。Ez能使还原型辅酶
联,活性降低。脂质过氧化能引起细胞膜通透性增加以及引
II(nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate,NADPH)
起糖链破坏等。雌激素对ROS生成具有调节作用,能够减
活性降低,减少ROS生成,降低内皮素一1的基因表达、激活
少细胞损伤,对组织有保护作用。这可能是女性比男性寿命 蛋白一1(activator protein一1,AP_1)结合活性以及ERK磷酸
长的原因之一。
化水平,从而抑制细胞分泌内皮素一1。另外,Yen等_l 报道,
卵巢切除的鼠腹主动脉内皮细胞超氧阴离子自由基(Oi)
1雌激素对血管内皮细胞活性氧的调节
产生增多,降低了NO的水平,使血红素加氧酶一1和诱导型
雌激素对血管稳态的调节作用,主要是通过提高血管内
N0合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)的表达增
皮舒张因子的活性,抑制内皮素的分泌实现的。血管内皮细
强。E 或抗氧化剂处理后的细胞NO代谢水平增强,血红素
胞的衍生物过氧化氢(HzOz)作为一种内皮依赖性超极化因
加氧酶一1活性基本消失,也抑制了iN0s活性。Asaka[。]等
子(endothelium—derived hyperpolarizing factor,EDHF),能
在以牛主动脉内皮细胞为模型进行研究时发现,由高血糖引
够诱导血管舒张和超极化。雌二醇(178一estradiol,E )能够
起的内皮细胞异常,如内皮型一氧化氮合酶(endothelial
活化EDHF,增加一氧化氮(N0)的合成和释放,使EDHF
nitric oxide synthase,eN0s)、三磷酸鸟苷环水解酶I活性
介导的鼠肠系膜动脉舒张效应增强,但H 0 是否参与E 的
下降,四氢生物嘌呤(BH4)水平降低,亚硝酸盐产物升高,能
调节还有待于进一步研究。内皮素一1(endothelin一1,ET一1)
够被lnME 所恢复,亚硝酸盐产物也降回到正常水平。
是血管内皮细胞释放的最强烈的血管收缩因子之一,能促进
Ez能够抑制血管紧张素I/(angiotensinI/,AngII)途径
血管疾病的发生,E 能够通过减少R0S的生成,抑制ET一1
产生ROS,主要是通过调节NADPH氧化酶活性,降低0 i
的分泌。研究表明,在缺氧/复氧或其他胁迫下的内皮细胞
水平而发挥作用,这种作用不能被ER阻断剂所抑制。 还
可以增强胞外超氧化物歧化酶(SOD)和锰超氧化物歧化酶
作者单位:东北师范大学生命科学学院,吉林长春130024
作者简介:安尚玉(1983一),男,吉林省人,东北师范大学生命科学学
(manganese superoxide dismutase,MnS0D)的mRNA表
院在读硕士研究生,主要从事心血管方面研究。
达。用Ez预处理或共培养的内皮细胞脂质过氧化水平也显
审校者:霍洪亮,副教授。
著降低。
・
472・
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中国心血管杂志2007年12月第12卷第6期
最近研究表明Ez对血管的保护作用与线粒体功能关系
密切。Chris等 ]首次在未受损的血管中发现生理水平Ez
(10nM)激活雌鼠脑血管细胞磷脂酰肌醇(-3)激酶
凋亡蛋白,激活细胞凋亡途径。如果在实验中加入10 nM
E ,可以上调MnSOD酶活性,抑制ROS产生,从而降低细
胞死亡率。据研究用炔雌醇处理的雌鼠肝细胞,在线粒体和
细胞核中的谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽水平增加,线粒体细
胞色素氧化酶I、Ⅱ、Ⅲ基因转录水平和呼吸链活动也增强,
ATP、Bcl2产生相应增多,能够抑制转化生长因子p(TGF—p)
(phosphoinositide 3 kinase,PI3K)/Akt信号,增加了线粒体
蛋白的水平,如核基因组编码的ERa、细胞色素c、复合物Ⅳ
的Ⅳ亚基、MnSOD 核呼吸因子1(nuclear respiratory{actor一
1,NRF一1)以及线粒体基因编码的复合物Ⅳ的I亚基,提高
了线粒体的产能效率。
介导的细胞凋亡。刘红军等 最近研究证明,植物雌激素大
豆异黄酮也能明显上调SOD活性和GSH水平,降低由R0S
2雌激素对神经细胞内活性氧的调节
儿茶酚胺类物质代谢产生大量活性氧,能造成神经组织
损伤,Timothy等 用Ez处理ACI大鼠的纹状体区域后,醌
氧化还原酶1(NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1,
NQO1)、谷胱甘肽一S转移酶(glutathione S-transferase,
GST)、UDP~糖基转移酶(UDP—glucuronosyltransferase,
UGT)和磺基转移酶1A1(phenol sulfotransferase 1A1,
SULT1A1)的活性明显增强。NQO1是一种黄素酶,它催化
醌双电子还原反应,从而减少氧自由基的产生;GST能提高
谷胱甘肽水平,提高抗氧化能力,从而保护神经组织免受活
性氧的损伤。这种保护作用雄性比雌性更显著。这与以前
报道 只保护雌性神经细胞免受损伤相矛盾,具体机制尚
不清楚 j。
Xiao_6 等实验还表明E2能通过非雌激素受体(estrogen
receptor,ER)途径对鼠视网膜神经元有保护作用,这种保护
作用依赖于胰岛素受体/PI3K/Akt信号通路。
3雌激素对心肌细胞内活性氧的调节
雌激素对缺氧再复氧过程(hypoxia/reoxygenation,H/
R)中的心肌细胞具有明显的保护作用。在心肌细胞H/R
模型中,线粒体能产生大量的ROs,能够上调p38a亚基活
性,引起细胞凋亡。加入Ez激活PI3K/Akt,上调p38B亚基
活性,抑制R0S产生,下调了p38a。Ez通过ER途径调节与
细胞凋亡相关的信号分子,能够有效降低细胞凋亡率。有证
据表明ROs能影响KA 通道的开放以及下游信号途径。
E2能使心肌H9c2细胞系胞膜K r通道开放水平增加,减少
细胞色素C从线粒体释放人胞浆,有效减少心肌细胞在H/
R过程中的细胞凋亡,且KA r通道开放水平与E 剂量呈正
相关。另外,Karyn等 ]对成年雌鼠心肌细胞研究表明Ez
能够活化NF—KB,随后激活热休克因子1(heat—shock{actor一
1,HSF1),启动基因转录HSP72,增加HSP72水平,提高抗
氧化应激反应的能力,保护H/R过程中心肌细胞免受损伤。
E 上调HSP72蛋白水平,对雄鼠心肌细胞也有保护作用。
5雌激素对其他细胞内活性氧的调节
Alipedram等嗍报道,用紫外线辐射诱发MCF一7细胞
(乳腺癌细胞系)线粒体产生ROS增多,激活了JNK和蛋白
激酶c(PKCS),随后活化Bax蛋白,使线粒体去极化,释放
引起的细胞氧化损伤。
综上所述,雌激素可以从抗氧化酶、线粒体、细胞信号因
子等多条途径对各种组织细胞进行活性氧调节,希望这可以
为绝经后女性心脑血管等疾病的防治提供一些依据。
参考文献
口]Yen MI T,Pao Yun C,Su—Fen H,et al、Oxidative stress
induces vascular heme oxygenase 1 expression in
ovariectomized rats[J]、Free Radical Biology&Medicine,
2005,39:108 117.
[2]Asaka MA,Toshio H,Qun FD,et a1.17beta—estradiol
antagonizes the down-regulation of endothelial nitric oxide
synthase and GTP cyc1ohydro1ase I by high glucose:
relevance to postmenopausal diabetic cardiovascular disease.
[J].J Pharmacol Exp Ther,2007,320:591—598.
[3]Chris S,Sue PD,Diana NK,et a1. Estrogen increases
mitochondrial efficiency and reduces oxidative stress in cerebral
blood vessels[J].Mol Pharmaco,2005,168:959—965.
[4]Timothy MS,Sonia MV.Phase Ⅱ antioxidant enzyme
activities jn brain of male and female ACI rats treated
chronically with estradiol[J].Brain Research,2006,1 104:8O一
91.
[53 Dluzen DE,McDermott JL.Estrogen,anti estrogen,and
gender:differences in methamphetamine neurotoxicity[J].
Sciece,2002,965:136-1 56.
[6]Xiaorui Y,Raju VSR,James FM,et a1.Involvement of
insulin/phosphoinosjtjde 3-klnase/Akt signal pathway in 1713-
estradiol-mediated neuroprotection[J].J Biol Chem,2004,
279:13086 13094.
[73 Karyn LHS,Gupta AAKnowlton.Estrogen and regulation of
heat shock protein expression in female cardiomyocytes:cross-
talk with NF KB signaling口].J Mol Cell Cardiol,2004,36:
577—584.
[8]All P,Mahnaz R,Douglas CW,et a1.Functional estrogen
receptors in the mitochondria of breast cancer cells[J].Mol
Bioi Celi,2006,17:21 25 2137.
[93 Hongyun L,Caiqiao Z,Weidong Z.Estrogenic and antioxidant
effects of a phytoestrogen daidzein on ovarian germ cells in
embryonic chickens[J].Domest Anim Endocrinol,2006,31:
258-268.
(收稿日期:2007—09—04;修回日期:2007—9—30)
2024年5月16日发(作者:阳明钰)
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Chinese Journal of Cardiovascular Medicine,Dec 2007,Vol 12.No 6
雌激素与活性氧
安尚玉 综述 霍洪亮 审校
摘要:大量证据表明活性氧(R0s)对心脑血管疾病的发生和发展有重要影响。它可以直接氧化膜脂质和DNA,
造成细胞氧化损伤和异常;同时还作为信使参与细胞各种生理和病理活动,例如调节基因表达和信号转导。近几
年,雌激素对心脑血管疾病的保护作用越来越受到人们的重视,它主要参与细胞内的氧化应激反应,但在某些方面
也存在争议。
关键词:雌激素; 活性氧; 调节
中图分类号:R361 .3 文献标识码:A 文章编号:1007—5410(2007 J 06—0472—02
Estrogen and reactive oxygen species AN Shang—yu,HUO Hong-liang.School of Life Sciences,Northeast
Normal University,Jilin Changchun 130024,China
Abstract: A number of evidences indicated reactive oxygen species(ROS)have an important impact on the
pathogenesis of cardiovascular and cerebrovascular diseases.ROS can react directly with cellular lipids and DNA,
causing cell oxidative damage and dysfunction;also involve in cellular physiological and pathological processes as a
messenger,such as regulating gene expression and signal transduction.In recent years,the protective effects of
estrogen on the cardioVascular and cerebrovascular diseases have attracted more and more attention. It is mainly
involved in intracellular oxidative stress,but in some aspects there are controversia1.
Key words: Estrogen; Reactive oxygen species; Regulation
活性氧(reactive oxygen species,ROS)是机体代谢的中
通过Ras/Raf/细胞外信号调节激酶(extracellular signal—
间产物,在机体中有很强的氧化反应能力,而且能产生连锁
regulated kinase,ERK)信号途径能生成大量的ROS,诱导
反应,造成细胞损伤。它造成DNA链断裂或碱基缺失,使
ET-1生成增加,下调NO供体精胺NO-亲核复合体(SPNO)
细胞膜的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应,蛋白质发生交 的水平,降低依赖NO的血管舒张作用。Ez能使还原型辅酶
联,活性降低。脂质过氧化能引起细胞膜通透性增加以及引
II(nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate,NADPH)
起糖链破坏等。雌激素对ROS生成具有调节作用,能够减
活性降低,减少ROS生成,降低内皮素一1的基因表达、激活
少细胞损伤,对组织有保护作用。这可能是女性比男性寿命 蛋白一1(activator protein一1,AP_1)结合活性以及ERK磷酸
长的原因之一。
化水平,从而抑制细胞分泌内皮素一1。另外,Yen等_l 报道,
卵巢切除的鼠腹主动脉内皮细胞超氧阴离子自由基(Oi)
1雌激素对血管内皮细胞活性氧的调节
产生增多,降低了NO的水平,使血红素加氧酶一1和诱导型
雌激素对血管稳态的调节作用,主要是通过提高血管内
N0合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)的表达增
皮舒张因子的活性,抑制内皮素的分泌实现的。血管内皮细
强。E 或抗氧化剂处理后的细胞NO代谢水平增强,血红素
胞的衍生物过氧化氢(HzOz)作为一种内皮依赖性超极化因
加氧酶一1活性基本消失,也抑制了iN0s活性。Asaka[。]等
子(endothelium—derived hyperpolarizing factor,EDHF),能
在以牛主动脉内皮细胞为模型进行研究时发现,由高血糖引
够诱导血管舒张和超极化。雌二醇(178一estradiol,E )能够
起的内皮细胞异常,如内皮型一氧化氮合酶(endothelial
活化EDHF,增加一氧化氮(N0)的合成和释放,使EDHF
nitric oxide synthase,eN0s)、三磷酸鸟苷环水解酶I活性
介导的鼠肠系膜动脉舒张效应增强,但H 0 是否参与E 的
下降,四氢生物嘌呤(BH4)水平降低,亚硝酸盐产物升高,能
调节还有待于进一步研究。内皮素一1(endothelin一1,ET一1)
够被lnME 所恢复,亚硝酸盐产物也降回到正常水平。
是血管内皮细胞释放的最强烈的血管收缩因子之一,能促进
Ez能够抑制血管紧张素I/(angiotensinI/,AngII)途径
血管疾病的发生,E 能够通过减少R0S的生成,抑制ET一1
产生ROS,主要是通过调节NADPH氧化酶活性,降低0 i
的分泌。研究表明,在缺氧/复氧或其他胁迫下的内皮细胞
水平而发挥作用,这种作用不能被ER阻断剂所抑制。 还
可以增强胞外超氧化物歧化酶(SOD)和锰超氧化物歧化酶
作者单位:东北师范大学生命科学学院,吉林长春130024
作者简介:安尚玉(1983一),男,吉林省人,东北师范大学生命科学学
(manganese superoxide dismutase,MnS0D)的mRNA表
院在读硕士研究生,主要从事心血管方面研究。
达。用Ez预处理或共培养的内皮细胞脂质过氧化水平也显
审校者:霍洪亮,副教授。
著降低。
・
472・
维普资讯
中国心血管杂志2007年12月第12卷第6期
最近研究表明Ez对血管的保护作用与线粒体功能关系
密切。Chris等 ]首次在未受损的血管中发现生理水平Ez
(10nM)激活雌鼠脑血管细胞磷脂酰肌醇(-3)激酶
凋亡蛋白,激活细胞凋亡途径。如果在实验中加入10 nM
E ,可以上调MnSOD酶活性,抑制ROS产生,从而降低细
胞死亡率。据研究用炔雌醇处理的雌鼠肝细胞,在线粒体和
细胞核中的谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽水平增加,线粒体细
胞色素氧化酶I、Ⅱ、Ⅲ基因转录水平和呼吸链活动也增强,
ATP、Bcl2产生相应增多,能够抑制转化生长因子p(TGF—p)
(phosphoinositide 3 kinase,PI3K)/Akt信号,增加了线粒体
蛋白的水平,如核基因组编码的ERa、细胞色素c、复合物Ⅳ
的Ⅳ亚基、MnSOD 核呼吸因子1(nuclear respiratory{actor一
1,NRF一1)以及线粒体基因编码的复合物Ⅳ的I亚基,提高
了线粒体的产能效率。
介导的细胞凋亡。刘红军等 最近研究证明,植物雌激素大
豆异黄酮也能明显上调SOD活性和GSH水平,降低由R0S
2雌激素对神经细胞内活性氧的调节
儿茶酚胺类物质代谢产生大量活性氧,能造成神经组织
损伤,Timothy等 用Ez处理ACI大鼠的纹状体区域后,醌
氧化还原酶1(NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1,
NQO1)、谷胱甘肽一S转移酶(glutathione S-transferase,
GST)、UDP~糖基转移酶(UDP—glucuronosyltransferase,
UGT)和磺基转移酶1A1(phenol sulfotransferase 1A1,
SULT1A1)的活性明显增强。NQO1是一种黄素酶,它催化
醌双电子还原反应,从而减少氧自由基的产生;GST能提高
谷胱甘肽水平,提高抗氧化能力,从而保护神经组织免受活
性氧的损伤。这种保护作用雄性比雌性更显著。这与以前
报道 只保护雌性神经细胞免受损伤相矛盾,具体机制尚
不清楚 j。
Xiao_6 等实验还表明E2能通过非雌激素受体(estrogen
receptor,ER)途径对鼠视网膜神经元有保护作用,这种保护
作用依赖于胰岛素受体/PI3K/Akt信号通路。
3雌激素对心肌细胞内活性氧的调节
雌激素对缺氧再复氧过程(hypoxia/reoxygenation,H/
R)中的心肌细胞具有明显的保护作用。在心肌细胞H/R
模型中,线粒体能产生大量的ROs,能够上调p38a亚基活
性,引起细胞凋亡。加入Ez激活PI3K/Akt,上调p38B亚基
活性,抑制R0S产生,下调了p38a。Ez通过ER途径调节与
细胞凋亡相关的信号分子,能够有效降低细胞凋亡率。有证
据表明ROs能影响KA 通道的开放以及下游信号途径。
E2能使心肌H9c2细胞系胞膜K r通道开放水平增加,减少
细胞色素C从线粒体释放人胞浆,有效减少心肌细胞在H/
R过程中的细胞凋亡,且KA r通道开放水平与E 剂量呈正
相关。另外,Karyn等 ]对成年雌鼠心肌细胞研究表明Ez
能够活化NF—KB,随后激活热休克因子1(heat—shock{actor一
1,HSF1),启动基因转录HSP72,增加HSP72水平,提高抗
氧化应激反应的能力,保护H/R过程中心肌细胞免受损伤。
E 上调HSP72蛋白水平,对雄鼠心肌细胞也有保护作用。
5雌激素对其他细胞内活性氧的调节
Alipedram等嗍报道,用紫外线辐射诱发MCF一7细胞
(乳腺癌细胞系)线粒体产生ROS增多,激活了JNK和蛋白
激酶c(PKCS),随后活化Bax蛋白,使线粒体去极化,释放
引起的细胞氧化损伤。
综上所述,雌激素可以从抗氧化酶、线粒体、细胞信号因
子等多条途径对各种组织细胞进行活性氧调节,希望这可以
为绝经后女性心脑血管等疾病的防治提供一些依据。
参考文献
口]Yen MI T,Pao Yun C,Su—Fen H,et al、Oxidative stress
induces vascular heme oxygenase 1 expression in
ovariectomized rats[J]、Free Radical Biology&Medicine,
2005,39:108 117.
[2]Asaka MA,Toshio H,Qun FD,et a1.17beta—estradiol
antagonizes the down-regulation of endothelial nitric oxide
synthase and GTP cyc1ohydro1ase I by high glucose:
relevance to postmenopausal diabetic cardiovascular disease.
[J].J Pharmacol Exp Ther,2007,320:591—598.
[3]Chris S,Sue PD,Diana NK,et a1. Estrogen increases
mitochondrial efficiency and reduces oxidative stress in cerebral
blood vessels[J].Mol Pharmaco,2005,168:959—965.
[4]Timothy MS,Sonia MV.Phase Ⅱ antioxidant enzyme
activities jn brain of male and female ACI rats treated
chronically with estradiol[J].Brain Research,2006,1 104:8O一
91.
[53 Dluzen DE,McDermott JL.Estrogen,anti estrogen,and
gender:differences in methamphetamine neurotoxicity[J].
Sciece,2002,965:136-1 56.
[6]Xiaorui Y,Raju VSR,James FM,et a1.Involvement of
insulin/phosphoinosjtjde 3-klnase/Akt signal pathway in 1713-
estradiol-mediated neuroprotection[J].J Biol Chem,2004,
279:13086 13094.
[73 Karyn LHS,Gupta AAKnowlton.Estrogen and regulation of
heat shock protein expression in female cardiomyocytes:cross-
talk with NF KB signaling口].J Mol Cell Cardiol,2004,36:
577—584.
[8]All P,Mahnaz R,Douglas CW,et a1.Functional estrogen
receptors in the mitochondria of breast cancer cells[J].Mol
Bioi Celi,2006,17:21 25 2137.
[93 Hongyun L,Caiqiao Z,Weidong Z.Estrogenic and antioxidant
effects of a phytoestrogen daidzein on ovarian germ cells in
embryonic chickens[J].Domest Anim Endocrinol,2006,31:
258-268.
(收稿日期:2007—09—04;修回日期:2007—9—30)