雌激素的生理意義

『雌激素的生理作用』

●雌激素是由帶有芳香A環的18個碳原子組成的甾體激素。膽固醇在膽固醇側鏈裂解酶的作用下可轉化為孕烯醇酮,后者經羥化作用成為17α-羥孕烯醇酮,再進一步羥化為脫氫表雄酮。脫氫表雄酮是一種雄激素前體物質,它可以在酶的作用下生成雄烯二酮,而雄烯二酮在芳香化酶的作用下又可生成E1。雌二醇脫氫酶最終將E1轉化為E2。E2是體內生物活性最強的雌激素,循環中98%的E2都與性激素結合球蛋白(SHBG)形成結合型雌激素。雌激素在硫酸酯酶的硫酸化作用和糖脂化作用后被滅活并由腎臟排出體外。

●雌激素可以通過被動擴散進入靶細胞,也可以由位于漿膜內的特異性轉運子主動轉運到細胞內。通過細胞膜后,雌激素與靶細胞核內的特異性受體結合,包括雌激素受體α(ER)和β。ERα和ERβ可以形成異二聚體,并表現出與DNA特異序列,即雌激素反應元件不同的親和力。基因敲除小鼠的實驗研究顯示,ERα對靶組織內的基因轉錄更重要,而ERβ基因敲除小鼠的損害較輕,主要表現為生育力減低。

●E2可以誘導其受體的轉錄并可刺激孕激素受體的生物合成,而后者是孕激素作用的必要條件。反之,孕激素也可以抑制雌激素受體的轉錄,因此孕激素具有一定的抗雌激素作用。

●雌激素的靶器官包括外陰、陰道、子宮、輸卵管和卵巢。生殖系統外的靶器官包括皮膚及其附屬物、骨骼、心血管系統、中樞神經系統和肝臟。雌激素與一系列生長因子共同作用促進了組織和器官的生長和分化,對生殖系統、神經系統和骨骼系統的發育都有重要作用。此外,雌激素還作用于女性第二性征發育。

『雌激素對生殖系統的作用』

●青春期之前

◆在胎兒期,胎盤產生大量E3,使胎兒暴露在高濃度的雌激素作用下。雌激素對包括胎兒腦發育在內的許多功能發育都有著重要作用。研究顯示新生的敲除ERα基因小鼠會發生嚴重的生殖系統異常: 如雌鼠的子宮和卵巢發育不全,而雄鼠則存在睪丸發育不全。這2種表型都會導致不育。ERβ基因敲除小鼠表型正常,只有雌鼠會出現生育力下降。如果把2種受體的基因都敲除則會表現為比ERα敲除更嚴重的表型。不過,通過對芳香化酶導致的雌激素缺乏和雌激素受體基因突變所致的雌激素抵抗的研究顯示,對于人類,雌激素對胎兒存活、胎盤生長或性分化并無顯著影響。硫酸酯酶缺乏也不會導致胎兒發育異常。

◆女性新生兒陰道上皮與育齡婦女很相似,表現為低pH值和糖原堆積。子宮體積也較大,不過出生后6至12個月一般會縮小到原體積的三分之一。這可能是由于夾閉臍帶而去除胎盤源性雌激素使新生兒體內雌激素顯著降低所致。有報道顯示雌激素減少還會使女嬰子宮增生的內膜發生撤退性出血。出生后1周,低雌激素濃度使其對垂體的負反饋抑制作用消失,在促性腺激素釋放激素(GnRH)脈沖分泌的刺激下垂體可產生較多的卵泡刺激素(FSH),誘導新生女嬰卵巢內卵泡發育。新生女嬰的平均E2濃度略高于男嬰,這主要就是由前者卵巢活性增加所致。另外,由于循環雌激素減低會引起泌乳,因此出生后血清雌激素的突然減少還可導致短暫的乳腺分泌。

◆近2歲時,GnRH脈沖分泌持續性減少,繼而引起垂體促性激素分泌的減少和對卵巢刺激的降低。有報道,初學走路的孩子睡眠時每3～4個小時會出現低振幅低頻率峰的黃體生成素(LH)分泌,這說明這一時期GnRH分泌最低。E2濃度一般僅為可檢測到的低限甚至無法檢測到。最近,用更敏感的檢測方法發現這一時期E2 濃度存在波動。

◆6至9歲時,下丘腦活性逐漸增強,主要表現為FSH和LH脈沖幅度和頻率的增加。FSH可以增加細胞內cAMP濃度,誘導芳香化酶產生,而后者在雌激素合成過程中發揮重要作用。但FSH和雌激素濃度在青春期開始前仍較低。

●青春期

◆青春期前循環E2的輕微增加就可抑制垂體促腺激素的分泌,因此,這一時期下丘腦脈沖發生器基本完全被抑制,血清LH和FSH濃度也很低,不過其機制尚不清楚。對卵巢切除的靈長類的實驗表明,雌激素對GnRH脈沖發生器的活化并不起決定性的作用,但卻可以調節促性腺激素的釋放。到了青春期,體內FSH增多,刺激卵巢內卵泡發育并產生大量E2,后者與腎上腺和卵巢源性雄激素共同作用,引起陰毛的生長。卵巢、子宮、輸卵管、陰道和乳腺也在E2的作用下開始發育。根據Tanner分期,到了第3至4期,E2濃度達到近40pg/mL(140nmol/L)時,內膜增生程度已可以在應用孕激素后發生撤退出血。月經初潮,一般由于E2濃度的短暫輕微的下降所致的雌激素撤退性出血。月經初潮是女性青春期開始的標志。

●育齡期

◆正常育齡期婦女最典型的特點就是規律月經的建立。在每個月經周期中雌激素和促性腺激素間都存在一種互相制約的平衡機制。FSH濃度升高誘導卵巢顆粒細胞內雄激素的芳香化,從而增加E2濃度。E2和FSH可以刺激卵泡顆粒細胞高表達FSH受體。外周E2的增加又可與卵巢抑制素一起反饋抑制FSH的分泌。當E2濃度超過一定閾值,就說明卵泡已完全成熟,垂體分泌大量LH和FSH,并誘導卵子排出和黃體形成。不過在外周雌激素濃度較低,垂體也分泌很少量的LH和FSH時,排卵前卵泡仍可繼續生長。這說明卵子成熟和受精可能并不依賴于外周雌激素濃度,雌激素的自分泌－旁分泌作用較弱。

◆卵泡期E2濃度升高引起子宮內膜增生、腺體數目增加,宮頸粘液的量和理化性質也發生改變。而黃體后期的E2和孕激素的下降可導致內膜血供不足,最終引發月經。此外,雌激素對子宮黏膜免疫系統還有一定調節作用。女性生殖道的黏膜免疫系統是抵抗致病微生物的第一道防線。大鼠動情周期中子宮分泌的IgA和IgG濃度會發生明顯改變,排卵期的濃度要顯著高于周期內的其他時期。用E2對卵巢切除動物進行處理時,IgA和IgG濃度也比未處理動物明顯增高。結果提示雌激素對局部子宮防御機制具有調節作用,這種作用為囊胚植入提供了一個不受免疫攻擊的環境。

●絕經期

◆絕經期是女性生殖系統和其他生殖外系統逐漸衰退的時期。在過去十幾年里,內源性和外源性雌激素作用研究最受關注。絕經最早的臨床征象在卵巢完全衰竭前大約5年就開始出現,表現為雌孕激素合成障礙導致的不規則月經出血,這一時期稱為絕經前期,在此時期,孕激素合成下降明顯,而E2的減低要相對緩和一些，這些雌激素的改變說明了卵泡正在逐漸消失。

◆在絕經過程中,循環E2濃度顯著降低,直到其濃度達20pg/mL以下。這樣的濃度已不足以刺激子宮內膜增生和繼發的月經出血。絕經后期女性行卵巢切除也不會使E2濃度進一步降低,這表明卵巢功能已完全喪失。由于對垂體促性腺激素分泌的負反饋作用已消失,LH和FSH濃度會持續性增加。

◆外陰、陰道也因雌激素的減少而逐漸退化,陰道對外傷的易感性也有所增加,部分絕經期女性會有陰道脫垂的困擾。子宮、卵巢和乳腺體積也會變小,不再有卵泡結構。

『妊娠期雌激素的作用』

●受精和囊胚植入

◆隨著卵泡發育E2濃度會明顯增加。排卵后,黃體分泌孕激素和E2。黃體期E2分泌也會和孕激素一起增加,但增加程度不如卵泡期。

◆受精后,E2對子宮內囊胚的植入有重要意義。動物實驗表明,卵巢切除的嚙齒類動物僅用孕激素進行預處理并不能保證囊胚的成功植入。而提前用少量雌激素進行處理就可以成功誘導植入。雌激素的作用是由局部生長因子介導的。

●妊娠過程中雌激素的產生

◆孕期雌激素的產生已得到充分研究。妊娠前4周母血中的E2主要是由母親卵巢合成的。研究顯示孕4周后,進行雙側卵巢切除或手術去除黃體已不會使子宮分泌的雌激素水平降低。孕7周后,母體和胎兒的雌激素主要是胎盤源性。

◆在這一時期,雌激素的產生是正常排卵婦女平均每日雌激素合成的1000倍。母體血循環中的E3濃度也達到非孕婦女的1000倍。同樣,母血E2和E1濃度也從50～100pg/mL增加到30000pg/mL,其中50%的E2來自于胎兒腎上腺硫酸脫氫表雄酮(DHEAS),50%來自于母體DHEAS。母血中90%的E3是由16α-羥-硫酸脫氫表雄酮(16α-HO-DHEAS)在胎盤中轉化而來,只有10%為其他來源。16α-HO-DHEAS是由胎兒肝臟將16α-HO-DHEA硫酸化得來,前者主要在腎上腺中產生。

●雌激素對母體的影響

◆妊娠期雌激素濃度的增加會促進運輸蛋白的合成,如甲狀腺素結合球蛋白、皮質類固醇結合球蛋白和SHBG。暴露于妊娠期高濃度的E3之下,許多組織會發生增生,特別是子宮,其體積可增加300倍,乳腺導管也受到雌激素的刺激而發育。研究表明ERα敲除小鼠由于缺少雌激素作用,就不會出現這種現象。

◆孕期母體內E3占主導地位,它可以引起水電解質貯留和一系列其他已知的妊娠改變。研究證實,硫酸酯酶缺陷導致母體血循環E3濃度顯著降低時,對妊娠過程并無其他不良影響。孕后期的高濃度E3還會導致泌乳發生延遲。因此,只有去除胎盤這一雌激素合成的主要來源,才能使催乳素的促乳汁產生作用占主導地位。用倍他米松預防新生兒呼吸窘迫綜合征時也會出現類似的乳汁產生和溢乳現象,這可能是由于倍他米松可以降低E3濃度而致。

『雌激素對非生殖系統的作用』

●雌激素可以促進青春期骨骼的生長和骨骺的閉合。如果雌激素作用減低或消失,如芳香化酶基因突變所致的雌激素缺乏和雌激素受體基因突變所致的雌激素抵抗,就會引起青春期生長突增、骨成熟延遲、骨骺不溶和成人期持續生長,并最終導致成人期身高過高。

●通過對絕經后雌激素缺乏狀態的研究,發現雌激素對心血管系統、骨骼系統和中樞神經系統有保護作用。育齡女性心血管系統疾病的易感性低于同齡男性的主要原因就可能是由于雌激素與NO系統的相互作用所致。后者可以預防動脈粥樣硬化斑塊的出現。此外,雌激素還對血脂有有利影響,并有抗血小板和抗氧化的作用。絕經后期雌激素濃度減低后動脈粥樣硬化斑塊形成明顯加速,進而增加了心肌梗死或腦血栓的風險。

●30至40歲的育齡婦女每年骨礦物質損失量為0.5%～1%。如果不進行雌激素替代治療,這一過程在絕經后第一年就加速到10%。除了骨礦物質外,一些有機物成分,如I型膠原蛋白也發生流失。因此絕經后10至20年,骨折風險顯著增加。當然,絕經期骨質流失不僅是由于雌激素缺乏,同時也與體力活動減少、鈣攝取不足和生長激素濃度減低有關。不過因基因突變所致的雌激素缺乏或雌激素抵抗的年輕女性也存在骨礦物質量異常,其胰島素敏感性和血脂平衡也被破壞。應用雌激素可以促進骨質疏松引起的干骺端骨折的愈合,并對骨質疏松有預防作用。

●另外,絕經期雌激素減少所致的I型膠原的喪失,也會使皮膚受到相應的影響,水分流失還可使真皮層變薄,皮膚的分泌小體也發生萎縮。膀胱和尿道也因雌激素的減少而對外傷的易感性增加。因此絕經后婦女尿失禁的發生率有所增加。基礎神經科學研究了雌激素對大腦記憶區域的結構和功能的作用機制,發現絕經后期婦女應用雌激素可以增強語言記憶和學習新信息的能力。應用促性腺激素釋放激素類似物抑制卵巢功能的年輕女性,補充雌激素可得到同樣效果。

●雌激素不僅是女性生殖系統生長發育的基本保證,尤其在女性青春期性成熟和妊娠過程有關鍵生理作用，而且對骨骼系統、中樞神經以及心血管系統并正常功能作用均有重要意義。各種原因引起的雌激素水平下降、缺乏或過多都可能導致機體不適或疾病,但雌激素涉及的某些病理過程的機制機理尚未明了。雌激素在維持女性及男性基本生理功能、代謝及抗衰老等作用也有待今后更深入的研究。