雌激素受体alpha亚基118位点丝氨酸的磷酸化在大脑海马性别分化中的作用及机制

During the critical period of sexual differentiation in the rodent brain, whether estradiol is synthesized within the brain is critical in organizing some of the most salient and reliable sex differences, but the mechanism remains elusive. Our recent research showed that perinatal exposure to bisphenol A (BPA) can induce feminization of males and masculinization of females in hippocampus. Furthermore, we found that in hippocampus estrogen receptor phosphorylation at serine118 residue (P-ERa-ser118), which was observed only within the critical period of brain sexual differentiation, was down-regulated by early postnatal BPA exposure. The fact implies that P-ERa-ser118 may play a pivotal role in the process of hippocampus sexual differentiation. The object of the present research is: 1) to analyze the sexual difference in P-ERa-ser118 expression level in developing hippocampus; 2) to examine whether blocking the phosphorylation of the 118 site can disturb the hippocampus sexual difference, and 3) to search for the molecular pathway by which estrogen and environmental estrogen influence the sexual differentiation. This research will help clarify the mechanism of sexual differentiation of the whole brain.

出生后早期是大脑性别分化的关键时期，脑内雌激素在这段时期的产生与否在大脑性别分化中起着重要的作用，但对其中的的神经机理仍知之甚少。申请人近期的研究表明，雌激素受体alpha亚基118位点的丝氨酸磷酸化（P-ERa-ser118）仅在性分化关键期一过性出现，而出生后摄入环境雌激素bisphenol A（BPA）则可明显下调该磷酸化，并引起海马的异常性分化-即雌性雄性化和雄性雌性化（Xu X, et al，Neurotoxicol and Terotol, 2011）。我们据此推测，P-ERa-ser118可能在海马的性别分化中发挥重要作用。在本课题中，申请人拟运用基因定点突变、质粒转染以及行为学等技术，观察雌雄小鼠脑内P-ERa-ser118水平与海马性分化的相关关系，分析干预该磷酸化对海马性分化的可能影响，并探讨潜在的分子机制。本研究对于阐明大脑性别分化的机制具有重要的生物学意义。

大脑发育关键期暴露于环境雌激素可能导致成年后大鼠行为的雄性雌性化或雌性雄性化，因此研究环境雌激素如何影响大脑发育可能会帮助我们阐明大脑性别分化的分子机制。我们前期发现，出生后早期暴露于环境雌激素双酚A（Bisphenol A, BPA）的雄性大鼠成年后在海马依赖的空间学习记忆实验中表现出行为上的雌性化，同时，BPA影响了发育中海马的环境雌激素受体alpha（Estrogen receptor alpha, ERa）118位点丝氨酸的磷酸化（P-ERa-Ser118）水平, 且此磷酸化水平与行为上的雌性化水平有显著相关。因此，在本课题中，我们受BPA暴露影响的海马内的P-ERa-Ser118的表达及其在细胞内的分布，分析其与行为雌性化的相关性，并筛选转录受到P-ERa-Ser118调控的下游因子。本研究发现：① 发育中海马内的ER在细胞核和细胞质中都有大量表达，而非传统上所认为的只是分布于细胞核中；细胞核中磷酸化ER浓度远远高于细胞质中的磷酸化ER，说明磷酸化促进核转录调控因子ER向核内的迁移，从而可能影响其对下游因子转录的调控；② 发育中的海马神经元细胞核内的ER主要为P-ERa-Ser118，在出生后10天内高表达，其后表达水平迅速减少至极低水平。BPA暴露显著降低了P-ERa-Ser118的核内表达水平；③ BPA暴露不仅降低了成年雄性海马中的少突胶质细胞密度，也导致了成年后海马依赖的情境性恐惧学习障碍；少突胶质细胞密度与行为结果有显著相关。BPA暴露还显著降低了成熟少突胶质细胞中两种重要的功能蛋白-髓鞘碱性蛋白（MBP）以及单羧酸转运蛋白1（MCT1）的表达水平；中介效应的统计学分析结果显示，相较于MBP，MCT1更大程度地介导了BPA引起情境性恐惧学习障碍。④ 成年大鼠海马中MCT1, MCT4和MCT8的表达水平与发育期海马内的P-ERa-Ser118的表达水平显著相关，说明P-ERa-Ser118可能参与调控海马内的单羧酸转运从而影响海马的能量代谢。核磁共振等大脑成像研究结果表明，大脑性别分化显著的区域往往存在能量代谢的性别差异。这些结果提示P-ERa-Ser118可能调控海马内单羧酸转运蛋白的表达从而影响海马能量代谢，进而影响海马的功能。本研究不仅为大脑性别分化的研究提供了新的思路，也为探讨自闭症、抑郁症等两性发病率差异悬殊的精神疾病提供了新的视角。