下丘脑室旁核的神经内分泌机制

下丘脑室旁核的神经内分泌机制

靠近第三脑室，呈一条直线，后半向脑沟，头和腹部靠近视交叉处。PVN是一个重要的神经内分泌核团,可分为大细胞部、小细胞部、背侧帽部三个部分。其中大细胞主要合成催产素(OT)和加压素(VP),小细胞分别合成促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)、甘丙肽(GAL)、生长抑素、促甲状腺激素释放激素和少量催产素、加压素等。已经发现雌激素对PVN的神经内分泌活动具有重要的调节作用,而雌激素受体(ER-α和ER-β)在PVN内的表达具有动物种属差异性。本文就PVN内雌激素受体的表达及其可能的生理意义作一简要论述。一、激素对cck诱导的“饱感”有文献报道PVN内有芳香化酶(即雌激素合成酶)免疫反应性和酶活性,提示该部位的结构与功能可能受雌激素的调节(Sanghera.1991,Foidart.1995)。早已有研究证实了PVN内OT和VP的表达受雌激素的调节,近年研究发现PVN内的雌激素植入能显著增强PVN内CCK诱导的“饱感”,进而降低动物的摄食与体重,提示雌激素能通过PVN对摄食产生调节(Butera.1996)。PVN内GAL的表达也受雌激素调节,而这种调节可被雌激素拮抗剂抑制(Gabriel.1993)。雌激素会导致大鼠血液中OT浓度升高(Yamaguchi等.1979)、诱导OTmRNA表达增加(Chung等.1991);在哺乳早期补充雌激素能阻止分娩后PVN内VPmRNA的下降(Thomas等.1996),提示雌激素能调节VP和OT的表达。二、膜激素受体虽然Pietras等(1977)认为可能存在一种可对雌激素做出迅速反应的细胞膜雌激素受体,而且其存在性已被广泛认可,但这种膜雌激素受体至今尚未被克隆出来。目前已克隆出了两种雌激素受体,即ER-α和ER-β,二者均属核受体超家族成员,分别于1986年和1996年被克隆出来。研究发现两种ER在不同种属动物的PVN内的表达水平有差别,表明ERs在PVN的表达具有动物种属差异性。(一)pvn内er--1996年以前的研究发现大鼠PVN能富集同位素标记的雌激素,但是在该部位却检测不到雌激素受体的表达,这让研究者很是困惑。ER-β被克隆出来以后,Shughrue首先报道了在正常大鼠PVN内ER-β的表达非常高,但ER-α的表达微弱;Li等(1997)应用免疫细胞化学研究发现大鼠PVN有很高水平的ER-β蛋白表达,免疫阳性物质主要位于细胞核,其它文献也有类似的报道(Alves,1998)。以上结果提示在大鼠PVN是ER-β而非ER-α介导了雌激素对PVN的神经结构和神经内分泌活动的调节。对大鼠的研究发现,ER-β免疫阳性反应主要见于PVN小细胞部的内侧、背外侧腹区和背区,以及大细胞部的后部、内区和外区。大细胞部的表达明显较其它几个部弱(Alves.1997,Stephen.1998)。而Shughrue等的原位杂交实验却发现阳性细胞大多数存在于大细胞部的细胞,最高表达在后部,主要在内侧、背盖部,小细胞部也有少量被标记的细胞。造成ICC和ISH结果不一致的原因尚不清楚。研究发现PVN内ER-β免疫阳性反应见于几种肽能神经元。PVN从嘴侧到尾侧的整个区域都存在各种水平的表达ER-βmRNA的OT免疫阳性神经元,最高水平的表达见于PVN尾部、腹侧和背内侧。PVN内大多数VP免疫阳性神经元也能表达ER-βmRNA(Hrabovszky.1998,Laflamme.1998)。ER-β高表达的VP免疫阳性细胞见于小细胞部的尾外侧区,而内侧PVN的小细胞部神经元几乎不表达(Laflamme.1998)。尾侧PVN的绝大多数表达ER-βmRNA的细胞也呈促肾上腺皮质激素释放素免疫阳性。因此,在大鼠PVN,ER-β是唯一的雌激素受体,介导雌激素对大鼠PVN神经结构与功能的调节。(二)er-在小鼠pvn中的表达Shughrue等于1999年对ER-α基因敲除小鼠的原位杂交实验研究发现,小鼠PVN内有ER-βmRNA的密集分布。利用125I-雌激素分别注射入敲除ER-α基因小鼠和野生型小鼠,发现放射性标记出现在敲除ER-α基因小鼠的PVN以及利用竞争性实验消除了ER-α结合力的野生型小鼠PVN,说明ER-βmRNA在小鼠PVN内转录成了有生理活性的蛋白质(Shughrue.1999)。进一步研究表明ER-β免疫阳性反应也见于小鼠PVN的细胞核。研究发现雌激素导致野生型小鼠PVN内OT转录明显增加而VP转录降低,这种调节在敲除ER-β基因后完全消失。而免疫细胞化学实验也发现外源雌激素引起野生型小鼠PVN内OT能细胞数量增加,VP能细胞数量减少,而此调节在ER-β基因敲除小鼠则完全消失,提示ER-β在雌激素调节OT基因和VP基因在小鼠PVN中的表达起关键作用。免疫细胞化学实验发现,ER-β在小鼠PVN的分布集中在合成OT的大细胞部,少数在小细胞部和背侧帽部,而雌鼠PVN中ER-β免疫阳性反应的最高表达出现在分娩前后很短的时间(妊娠18天到出生后1天),孕鼠的最高表达出现在生后早期(1~9天)(张吉强等,待发表),而此时OT表达也很高,提示ER-β可能通过调节PVN内OT、VP等多种肽类的合成,介导对分娩等生理活动的影响。与对大鼠PVN的研究结果不同,小鼠PVN内也有ER-α表达,但相对于ER-β来说ER-α的表达很低,因此在小鼠PVN两种ER的作用是拮抗还是协同尚不清楚。我们的初步研究发现,小鼠PVN内未见ER-α与OT或VP共存,提示ER-α可能并未参与雌激素对OT和VP的调节,而ER-β在上述调节过程中可能发挥主导作用(张吉强等.待发表)。(三)其他种属动物pvn内ers表达目前关于两种ER在PVN内的表达与功能研究主要来自于对啮齿动物即大鼠和小鼠的研究数据,对其它种属动物PVN内ERs的报道甚少。有报道,在雄性绵羊PVN,ER-αmRNA的表达强于ER-βmRNA的表达(Scott等.2000);在人脑PVN有ER-α表达(Kruijver等.2002),但尚未见免疫组化的研究报道。三、循环高效激素检测大鼠pvn、h-的表达研究发现循环类固醇激素对ER-β表达的调节具有组织类型、细胞类型和动物种属特异性。如在牛的输卵管、雌性大鼠PVN和大鼠蜕膜细胞,孕酮上调ER-β的表达;但在仓鼠卵巢和短尾猴的某些脑区(PVN、海马等)孕酮则下调ER-β表达。卵泡刺激素和催乳素上调仓鼠卵巢和大鼠蜕膜细胞内ER-β表达;人绒毛膜促性腺激素(HCG)下调仓鼠卵巢和人粒黄体细胞内ER-β表达;促生长激素释放激素也能下调人粒黄体细胞ER-β表达;雌激素上调牛输卵管、仓鼠卵巢和大鼠蜕膜细胞内ER-β表达,但下调雌性大鼠PVN内ER-β的表达。我们的研究发现在小鼠PVN,高水平的ER-β表达见于低循环类固醇水平的生后早期发育过程;而到成年当循环类固醇激素水平升高时ER-β的表达显著降低,也表明循环类固醇激素下调小鼠PVN内ER-β的表达。但在妊娠过程中,小鼠PVN内ER-β的表达可能受孕酮的下调但受雌激素和催产素的上调,因为我们发现在妊娠过程中ER-β的表达是逐渐升高的(张吉强.待发表)。脑内ER-α的表达可能也受雌激素的下调(Agarwal等.2000)。一个有趣的现象是,小鼠PVN内ER-β的表达可能是依赖于ER-α的(Young.1998);另一方面,ER-β也能调节ER-α的表达。目前我们仍不清楚在不同的脑区这两种ER如何相互影响彼此的信息传递和蛋白表达,未来有关两种ER相互作用的研究将有助于阐明雌激素在脑内的作用机制。四、hev对pvn的影响(一)er-在小鼠pvn内和ot、vp共存的调节作用育OT和VP主要由下丘脑PVN和视上核的大细胞部合成,它们通过调节子宫收缩参与了对正常分娩的调节、哺乳期的泌乳反射、母性行为(舔仔、为幼子梳理毛发等)的诱导和后代正常发育的调节。如前所述,已经发现PVN内有ER-β/OT共存于某些神经元,而ER-β是大鼠PVN内唯一的雌激素受体,提示雌激素是通过ER-β的介导调节PVN内OT和VP的表达,最终对分娩及母性行为发挥调控作用。与大鼠的研究结果不同,在纯合子OT突变小鼠的PVN和视上核垂体检测不到OT的表达,然而这些小鼠能生育,但产出的幼鼠不能成功吮奶,24小时内死亡,其胃里没有奶,因此小鼠的正常性行为和母性行为看来不一定需要OT的参与,但OT对哺乳过程中的泌乳反射是必需的。目前还没有关于小鼠PVN内ER-β与OT共存的报道,有证据表明在小鼠PVN,雌激素能显著升高OT而降低VP的表达,而且雌激素的这种调节在敲除ER-β基因的小鼠则完全丧失,表明ER-β直接介导了雌激素对OT和VP的调节,我们发现最高水平的ER-β表达见于生后早期,提示ER-β可能通过OT和VP的调节从而对幼鼠的吮奶反射等产生影响。ER-β在小鼠PVN内与OT或VP共存的研究将为ER-β调节OT、VP的表达提供直接的证据。由于ER-β并非小鼠PVN内唯一表达的雌激素受体,ER-α对小鼠脑内雌激素诱导OT受体与OT结合是必需的(Young.1998),因此在小鼠PVN两种受体很可能协同作用,共同调节OT及VP系统。(二)er-在小鼠体内的调节作用研究表明雌激素能降低PVN内CCK诱导的c-FOS表达(Flanagan-Cato.1998),而PVN内的雌激素植入能显著增强CCK的“过饱”行为从而降低食物摄入与体重(Butera.1996)。因此在大鼠PVN内ER-β可能通过对CCK系统的调节而参与对摄食的控制。在小鼠PVN内同时有ER-β和ER-α表达,Geary等报道ER-α对小鼠的食物摄入、体重增加、脂代谢等起主要调节作用,ER-β并非必需。但也有报道敲除ER-β基因后幼鼠的个体较正常偏小,提示ER-β可能对幼鼠早期发育、体重增加等仍具有一定的调节作用(Krege.1998)。我们的研究发现生后早期ER-β的表达很高而ER-α的表达很少,提示ER-β可能对动物早期的摄食、代谢起主要作用。GAL与多种神经调控有关,如摄食、生殖、内分泌、代谢等;同时GAL与某些神经肽(OT、VP及CRH等)共存或共同释放,而这些物质被证明与应激、能量代谢、生殖、水平衡及泌乳等有关(Akabayashi.1994,Leibowitz.1998)。在生后早期进食过多的大鼠,观察到幼年体重的超重伴随有PVN内GAL阳性神经元数量的增加,提示下丘脑GAL能神经元的功能障碍是由于新生后进食过多的缘故(Plagemann.1999)。已经在小鼠PVN内的大细胞部发现大量的GAL免疫阳性反应神经元分布,而该部位也有高水平的ER-β表达,提示ER-β与GAL的表达与功能可能具有一定的调节作用,但这也需要进一步的证据。(三)er-与crh间的共存和联系CRH能抑制食物摄入,主要参与对肾上腺皮质激素分泌的调节,也对应激的整合发挥作用。有证据显示CRH也能直接调节免疫系统的功能,提示该激素可能在神经内分泌与免疫系统之间发挥重要的“通讯”作用(Tsagarakis.1994)。已有研究发现ER-β与CRH在大鼠PVN的部分神经元内共存,提示在大鼠ER-β能直接调节CRH,从而参与对免疫功能的调节,但这也需要进一步的实验证据。目前,还未见有关ER-β与CRH在小鼠PVN共存的报道,但发现生后早期小鼠PVN内ER-β的表达很高,随发育降低,这种变化趋势与小鼠PVN内CRH的生后表达趋势非常相似(Tsagarakis.1994),强烈提示ER-β与CRH之间存在非常密切的关系。但也有报道,无论在敲除ER-β基因或野生型小鼠,PVN内的CRH的表达均不受雌激素的影响,因此小鼠PVN内ER-β与CRH的关系仍是一个待解的迷。五、pvn内er-的表达下丘脑具有重要的神经内分泌意义,PVN作为下丘脑中非常重要的一个核团,参与对摄食、脂代谢、分娩、水盐代谢等多方面的重要功能。芳香化酶表达见于PVN,雌激素对PVN的神经结构与功能具有重要的调节作用。雌激素受体在下丘脑PVN的表达表现动物种属、细胞类型等特异性,