G蛋白耦联雌激素受体在心血管系统中作用的研究进展

张筑晶邓胜利

遵义医科大学附属医院麻醉科，遵义 563099

国际麻醉学与复苏杂志,2023,44(04):438-448.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20220527‑00789

REVIEW ARTICLES

【综述】

G蛋白耦联雌激素受体（G protein‑coupled estrogen receptor, GPER）是雌激素的膜受体，与介导慢信号的经典雌激素核受体不同的是，它介导快速信号传递，其作用的发生仅需数分钟。这种快速作用使得GPER的研究（尤其在心血管系统方面）备受关注。GPER被激活后不仅可改善脂质代谢和线粒体功能障碍，还能减轻炎症和氧化应激反应，平衡自噬，甚至逆转一些心血管疾病的病理生理改变以促进心功能的恢复，对防治心血管系统疾病具有重要意义。了解GPER在心血管系统疾病方面的影响及机制可为今后相关研究带来一些新思路。

1GPER选择性配体

除雌激素外，GPER还具有激动剂（G1）和拮抗剂（G15、G36）两类主要高选择性配体。G1、G15和G36结构相似，均是二氢喹啉类衍生物，与GPER亲和力高。但不同的是，G1结构中具有乙酮，后者参与形成氢键从而激活受体；而G15和G36的结构中缺乏这种重要的乙酮部分，导致与GPER结合后无法形成氢键而产生无活性化合物。作为GPER激动剂，G1能够在经典雌激素受体存在的复杂环境下选择性激活GPER，因此它具有相对高的特异性并常被用于研究GPER在各种组织与器官中的作用与机制。近期有文献表明，GPER与伴侣蛋白形成一种细胞质膜上的复合物，这种复合物的出现可能是GPER与G1或雌激素结合后表现出生物活性的原因，而非受体和配体的直接结合。尽管如此，G1和雌激素可激活GPER并产生生物活性的作用仍然存在。此外，Dennis等先后发现G15和G36属于GPER拮抗剂，二者在抑制GPER功能方面具相似的效力。在结构上，G15缺少乙酮基团，而G36则以异丙基取代乙酮基团，这可能是G36比G15对GPER具有更高选择性的原因。GPER选择性配体广泛应用于各种器官、组织的研究，使GPER的功能更为清晰，也为之后GPER在心血管系统中的研究奠定基础。

2GPER信号转导

GPER发挥生物学效应有赖于表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor, EGFR）。研究发现，当GPER与雌激素或其他配体结合后，激活耦联的G蛋白，使G蛋白解离出Gα亚基和Gβγ二聚体，随后Gβγ二聚体激活Src家族相关酪氨酸激酶，进而活化基质金属蛋白酶，促进肝素结合表皮生长因子释放，后者又通过反向激活EGFR，活化下游包括促细胞内环磷酸腺苷释放、活化磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B, PI3K/Akt）轴、启动丝裂原活化蛋白激酶（mitogen‑activated protein kinase, MAPK）级联放大反应、Ca2+动员等多条信号通路，从而实现GPER对各种信号通路的激活，并释放第二信使，促进细胞增殖和蛋白合成而发挥生物学效应。尽管有报道称GPER可以起到抑制肿瘤生长的作用，如激活GPER可磷酸化胞外调节蛋白激酶1/2（extracellular regulated protein kinases 1/2, ERK1/2），而细胞质ERK1/2的激活可抑制细胞核中的存活与增殖信号，抑制卵巢癌细胞的增殖和迁移；但亦有学者发现，GPER介导的促生长作用也可能与结肠癌、肺癌等癌症细胞生长有关。有关GPER在肿瘤生长方面产生的不同作用是否存在组织相关性还需进一步深入研究。

3GPER在心血管系统中的作用

近年发现心肌细胞中特异性的GPER缺失可导致心脏重塑和心衰发生；而激活GPER则可使心脏免受如心肌缺血再灌注（ischemia reperfusion, IR）损伤等应激伤害，GPER在心血管系统方面的作用有助于防止心肌肥大、心肌纤维化（myocardial fibrosis, MF）等的病理生理改变的发生。

3.1GPER与冠心病

心肌供血主要来源于冠状动脉，动脉粥样硬化（atherosclerosis, AS）使冠状动脉狭窄导致心肌缺血，形成冠心病，后者是发生心血管不良事件的主要病因，且年轻化趋势严重。而低密度脂蛋白（low density lipoprotein, LDL）的增多与冠状动脉血管的炎性损害是导致AS的重要因素。在小鼠AS模型中观察到，GPER表达的缺失使体内总胆固醇和LDL水平显著升高，巨噬细胞和T细胞等炎症细胞显著增加，而促进血管扩张的一氧化氮（nitrous oxide, NO）活性明显降低，导致AS程度更为严重。相反，使用GPER选择性激动剂G1后，体内LDL水平和炎症程度得到改善，并且一氧化氮合酶（nitrous oxide synthase, NOS）受到激活，冠状动脉血管张力得到调节。

Ghaffari等发现，GPER被雌激素活化后可通过激活EGFR降低B类Ⅰ型清道夫受体的表达，从而抑制内皮细胞对LDL的胞吞作用；同时他们还发现冠状动脉内皮细胞中GPER含量较高，说明GPER对冠状动脉具有高选择性，进一步证实了GPER的抗冠状动脉AS作用。而Fu等的研究则表明，GPER受到激活后磷脂酶Cγ迅速发生磷酸化，释放Ca2+并改变网格蛋白依赖的胞吞途径，影响前蛋白转化酶（枯草溶菌素转化酶9）对LDL受体的降解作用，达到提高LDL清除率的目的。还有研究发现，山奈酚（一种雌激素调节剂）可上调GPER的表达，从而激活下游PI3K/Akt信号通路，继而减弱氧化LDL（oxidized low‑density lipoprotein, ox‑LDL）带来的炎症、细胞凋亡等损害，降低AS斑块的形成，且主动脉内皮细胞中ox‑LDL的增加将下调GPER表达。然在血管平滑肌细胞中，ox‑LDL的增加反而上调GPER表达，且依普利酮正是通过抑制GPER对EGFR的激活，减少血管平滑肌细胞的过度增殖和迁移并发挥抗ox‑LDL的作用，从而实现抗AS作用。上述实验均是在体外细胞水平上进行，不同的实验结果是否与细胞组织来源不同，或是否与所给药物不同有关，有待我们进一步探索。但多数研究结论表明，GPER可通过降低LDL从而改善AS。

有关GPER减轻冠状动脉血管炎性损害的相关研究证实，GPER通过抑制NF‑κB信号通路以减少细胞间黏附，且明显降低主动脉弓AS病变区域的CD68细胞（巨噬细胞）和CD3细胞（T细胞）等炎症细胞积聚等方式减轻炎症反应、减少斑块聚集；也可通过激活PI3K/Akt信号通路，使细胞凋亡相关蛋白B淋巴细胞瘤2水平升高，B淋巴细胞瘤2相关X蛋白水平降低来抑制血管内皮细胞凋亡，以恢复受损血管功能。在其他组织器官的研究同样表明GPER的抑炎效应，如胰岛素样生长因子‑1通过GPER抑制星形胶质细胞中环氧化酶‑2和诱导型NOS的上调产生抗炎作用；染料木黄酮通过GPER抑制脂多糖诱导的小胶质细胞炎症反应；GPER可上调锌指蛋白A20的表达来抑制异位性皮肤炎或治疗过敏性炎症反应等。这些研究均进一步说明GPER在抑制炎症反应中的作用。

3.2GPER与心肌IR损伤

心肌缺血后，再灌注治疗是拯救垂死心肌的有效方法，然缺血心肌在恢复血液再灌注后，所蓄积的代谢产物反而加重细胞线粒体功能障碍，引起细胞死亡，致使心肌梗死（myocardial infarct, MI）范围扩大，造成心血管功能的进一步损害。减少MI面积和缓解线粒体功能障碍可有效改善心肌IR损伤，发挥围手术期心肌保护作用。Ibañez等预先在雌性去卵巢（ovariectomized, OVX）大鼠体内加入G1以激活GPER后再建立大鼠离体心肌IR模型，发现MI面积减少，同时左心室功能得到了有效恢复，说明GPER可产生心肌保护效应。有研究证实G1可以改善线粒体持续除极的状态和钙保留能力，而保持线粒体活性是维持心肌正常功能的重要因素。Feng等在雌性OVX大鼠在体心肌IR模型中发现，心肌再灌注时激活GPER可介导MAPK信号通路进而减少MI面积，并且证实GPER可增加线粒体对Ca2+的耐受性以及降低线粒体自噬水平从而改善线粒体功能障碍，进一步说明GPER的抗心肌IR损伤作用。此外，CPB是心血管手术不可或缺的部分，期间易发生心肌IR损伤。通过向小鼠离体心脏IR模型的停搏液中加入G1可以改善衰老心肌的缺血耐受性，有效降低心肌IR损伤。一方面，GPER经上述机制可改善线粒体的功能障碍；另一方面，GPER可通过启动MAPK信号通路途径，增加线粒体内膜量并减少活性氧（reactive oxygen species, ROS）和炎症物质的释放进而发挥改善线粒体功能障碍的作用。其中，ROS的主要来源之一还原型辅酶Ⅱ氧化酶（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase, Nox）可被GPER所抑制，Nox亚型包括Nox1~Nox5。Ogola等发现，GPER选择性激动剂G1可刺激细胞内环磷酸腺苷的表达进而抑制Nox4活性，达到减少ROS，产生抗氧化的作用，继而发挥抗线粒体功能障碍的效应。另有研究报道，GPER拮抗剂G36可能通过抑制PI3K途径选择性降低Nox1的表达，但不影响Nox4的表达，同样也减少了ROS的产生。上述关于GPER激动剂或抑制剂均可降低ROS生成的原因，可能与GPER选择性配体作用于Nox的亚型结构不同有关。值得注意的是，G1和G36均通过选择性结合的方式作用于Nox亚型，二者可能互不干扰。需谨慎考虑是否可将GPER作为Nox的上调剂或下调剂来进行药物的研发。

3.3GPER与MF

MI后，缺血区心肌细胞大量凋亡、胶原蛋白沉积增加，心肌成纤维细胞（cardiac fibroblast, CF）的病态分布优势是MF的主要病理改变。炎症因子通过激活相关的信号通路调节细胞凋亡，而细胞凋亡可反馈炎症程度，这两个因素又共同影响MI的面积、MF程度以及心功能的恢复情况。Wang等通过雌性OVX小鼠MI模型及原代培养的CF实验证明，GPER选择性激动剂G1通过激活PI3K/Akt信号通路，不仅抑制了MF相关蛋白转化生长因子‑β（transforming growth factor‑β, TGF‑β）、Ⅰ型胶原蛋白及促进细胞凋亡相关蛋白等的表达，还下调了炎症因子（TNF‑α、IL‑10）水平，进而降低心肌组织梗死边界区的纤维化程度和纤维化组织的比例，改善心肌功能。对于老年OVX大鼠而言，GPER选择性激动剂G1可能通过磷酸化膜磷蛋白增加大鼠心脏中的腺苷三磷酸酶含量，从而促进肌质网中Ca2+的聚集，逆转年龄相关性心肌舒张功能障碍，继而减弱心肌间质胶原蛋白的沉积，而这种间质纤维化与年龄增长明显相关。果蝇母本抗生存因子蛋白（small mother against decapentaplegic, Smad）是TGF‑β1发挥促纤维化作用的下游调节因子，Garate‑Carrillo等发现表儿茶素可减少经高糖培养基CF中TGF‑β1、纤连蛋白及总胶原蛋白等的表达从而产生抗MF作用，这种效应可能与GPER抑制TGF‑β1/Smad信号通路有关。GPER通过影响Smad2和Smad3的磷酸化以及Smad4复合物的形成，从而减少TGF‑β1诱导的Ⅳ型胶原蛋白和纤连蛋白的表达。此外，MF是糖尿病心肌病的特征之一，而MF的发生使心脏功能严重受损，无法维持机体供血需求，是最终演变为难以逆转的心衰等心血管疾病的重要因素。GPER激活后不仅可介导大鼠血糖降低及改善代谢异常以延缓糖尿病进展，而且能显著减少心肌组织NOS的表达与细胞凋亡，并抑制CF增殖进而减轻MF。上述信号通路机制说明，GPER可减少心肌中胶原纤维生成、改善心肌功能。

3.4GPER与心肌肥大

心肌肥大是一种对血流动力学超负荷的适应性反应，最初发生时尚可维持机体的心排血量，当有害刺激持续存在时反而发生不良的心脏重塑事件。醛固酮（aldosterone, Ald）通过活化盐皮质激素受体可磷酸化ERK1/2，促进细胞的增殖与分化，在病理性心肌肥大中起着至关重要的作用。Di Mattia等通过Wistar大鼠离体心肌细胞实验证实，预防性使用GPER选择性激动剂G1不仅可避免Ald诱导的心肌肥大发生，甚至可逆转已经发生的心肌肥大；进一步实验表明，这种效应并非源自改变血管收缩，而是由于直接作用于心肌所致。虽然他们尚未明确产生这种作用的可能途径，但有文献表明，激活GPER将减弱ERK1/2活性从而拮抗内皮素‑1诱导的新生心肌细胞肥大。因此，可推测GPER改善Ald诱导的心肌肥大效应可能是通过抑制ERK1/2磷酸化而产生。细胞自噬是目前学术研究的热点，尽管自噬与心肌肥大之间的关系存在争议。但有研究表明，GPER的激活可下调心肌细胞肥大的生物标志物（心房利钠因子和脑利钠肽）的表达水平，保护心肌细胞免受血管紧张素Ⅱ引起的细胞肥大，而其机制可能是通过GPER介导PI3K/Akt信号通路进而抑制细胞自噬。以上研究说明，GPER可经不同信号通路途径抑制心肌细胞的病理性肥大，有望成为一种新型抗心室重塑的治疗靶点。

4总结与展望

心血管系统疾病仍是当今世界难题，近年来其患病率和致死率逐年上升，而GPER介导的信号通路的激活使其在体内发挥着广泛的生物学效应，尤其在改善AS、减轻心肌IR损伤、抑制心肌细胞肥大以及减少MF等方面，为深入研究围手术期心血管系统疾病的防治及其远期预后提供了方向。随着GPER被视为药物靶点进行相应的研发，其产生的促生长作用是否会为疾病的治疗带来不良反应，需要面对及解决。进一步全面了解GPER心脏保护作用的机制以及进行精准调控以避免可能带来的副作用仍将任重道远。

国际麻醉学与复苏杂志

International Journal of Anesthesiology and Resuscitation

主管：中华人民共和国国家卫生健康委员会

主办：中华医学会   徐州医科大学

ISSN：1673-4378

CN: 32-1761/R

打赏