雌激素膜受體-α信號通路與乳腺癌的相關性

430070 廣州軍區(qū)武漢總醫(yī)院

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雌激素膜受體-α信號通路與乳腺癌的相關性

黃前川丁進亞綜述王萍審校

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雌激素受體α和β是一類轉錄因子，產(chǎn)生多種生理功能，雌激素受體α和β調(diào)控靶基因轉錄是配體依賴性的，然而，近來研究表明雌激素受體α還存在另外一條信號途徑，也稱作非基因組或膜啟動途徑，能夠快速地被雌激素激活，這種雌激素受體α位于細胞膜，因此也稱作膜雌激素受體α，已經(jīng)報道膜雌激素受體α與多種腫瘤的發(fā)生相關，本文闡述了近年來雌激素受體α的研究成果以及與乳腺癌的相關性。

1雌激素受體結構與功能

雌激素在生殖系統(tǒng)、骨骼及大腦發(fā)育等多種生理過程中有重要作用，其生理效應由雌激素受體(estrogen receptor，ER)介導。雌激素受體亞型包括ERα和ERβ，經(jīng)典雌激素信號途徑是通過核內(nèi)ER產(chǎn)生的，2010年首次證實小鼠細胞膜上存在ER啟動的快速信號轉導通路，這種膜ER啟動的信號在腫瘤的發(fā)生中有重要作用[1]。

雌激素受體ERα和ERβ亞型分別由基因ESR1 和 ESR2編碼,在序列和空間結構上有高度的相似性，包括6個功能區(qū)：N端(A/B區(qū))是蛋白間的相互作用和基因轉錄激活區(qū)，C區(qū)參與受體二聚化和將ER結合至雌激素反應元件(ERE)的啟動子上，D區(qū)的作用是結合DNA，同時也有促進受體的二聚化功能；C末端的E區(qū)和F區(qū)組成配體結合區(qū)，E區(qū)與雌激素的結合、核定位及與輔助激活因子或輔助抑制因子的結合等相關。在ER中已經(jīng)鑒定出2種不同的轉錄功能(AFs)區(qū)域，其中AF-1位于N端(A/B區(qū))，即使在缺少配體的情況下，AF-1也可以調(diào)控ERE的基因轉錄；而C末端的AF-2含有配體結合區(qū)，其轉錄活性依賴于雌激素作用。細胞中 AF-1和AF-2往往通過輔助因子協(xié)同調(diào)控基因轉錄[2-3]。除了全長ERs，在許多正常的和病理的組織中還發(fā)現(xiàn)ERs的截短體或ER降解肽(如ERα17p)，它們可以不同程度地調(diào)控雌激素活性，影響靶基因表達，參與腫瘤的生長和進程[4-6]。

2雌激素的膜受體

ERs屬于核受體家族，但近年研究發(fā)現(xiàn)用抗核ERα表位的多個抗體在細胞膜同樣檢測出ERα，并且針對核ERα的反義核苷酸也導致細胞膜ERα表達的下降，2006年Pedram等通過質(zhì)譜和免疫印跡分析進一步證實了乳腺癌細胞膜上的ERα與核受體ERα氨基酸序列完全一致?，F(xiàn)在醫(yī)學界已經(jīng)廣泛認同雌激素敏感的細胞存在細胞膜ER，膜ER是雌激素產(chǎn)生快速信號轉導通路的前提。盡管細胞質(zhì)膜ER含量僅占內(nèi)源性ER含量的5%～10%，但足以使雌激素介導的膜ER產(chǎn)生快速信號轉導通路，抑制這些膜ER介導的快速信號途徑可以阻止雌激素產(chǎn)生的促有絲分裂、凋亡等反應[7-8]。同時，實驗證明攝取雌激素后靶細胞只有5%～10%的ER被激活，因此推測核內(nèi)活化的ER，很可能就是來自激活的膜ER；ER本身無內(nèi)在激酶活性，ER是通過與膜結合的生長因子受體作用后，招募信號轉導分子(如p85)激活下游的磷酸化級聯(lián)反應[8]，這種ER膜啟動激活方式更利于細胞對細胞外雌激素濃度的變化產(chǎn)生快速反應。研究發(fā)現(xiàn)雌激素并非自由進出細胞，而是識別、活化膜ER后穩(wěn)定地插入在細胞膜中，再通過細胞內(nèi)化過程轉運入細胞內(nèi)[9]。ER分子不含跨膜區(qū)域，目前已經(jīng)被證實ER膜定位的主要機制包括3個：①ER與膜固有蛋白小窩蛋白-1(caveolin-1)等的結合；②ER與跨膜蛋白受體HER-2等的相互作用；③ER翻譯后棕櫚?；揎棥Ｆ渲蠩R-E區(qū)翻譯后棕櫚?；揎椫陵P重要，它不僅調(diào)控ER與小窩蛋白-1結合，而且活化雌激素介導的快速信號，引起下游磷酸化級聯(lián)反應完成[8]。

雌激素的作用是識別活化細胞膜ERα或ERβ，并使ERα或ERβ發(fā)生去棕櫚?；磻喝プ貦磅；腅Rα后與小窩蛋白分開，重新結合到其它蛋白(HER-2和IGF-1等)參與下游反應，而去棕櫚?；腅Rβ則加強與小窩蛋白作用并活化p38/MAPK 信號，最終導致膜ERα和ERβ啟動快速信號轉導通路，產(chǎn)生細胞增殖或凋亡兩種相反效應[7]，比如膜ERα啟動對乳腺癌起促進作用，而膜ERβ啟動對結腸癌則產(chǎn)生抑制效應。

3雌激素受體的信號轉導機制

ERα和ERβ屬于轉錄因子，在細胞核內(nèi)結合DNA后調(diào)控基因的轉錄(基因組作用機制)，這種轉錄效率取決于ER與DNA位點的結合和分離能力，雌激素結合ER后可以穩(wěn)定ER/DNA復合物，并促進基因的表達；ER還可通過和其它轉錄因子相互作用而激活基因表達，這種方式稱作間接基因組作用機制。研究發(fā)現(xiàn)在細胞膜存在ERα和ERβ，ER的膜定位使得雌激素產(chǎn)生快速的生物效應[7-8]，因此，雌激素的生物效應嚴格依賴ERs的細胞內(nèi)定位，需要強調(diào)的是雌激素對ERs的核內(nèi)外效應是協(xié)同進行的，并且相互整合。

3.1基因組機制

細胞中ER與熱休克蛋白結合后呈現(xiàn)非激活狀態(tài)的，當雌激素與ER結合后，ER發(fā)生變構效應，與熱休克蛋白發(fā)生分離，ER轉位到核內(nèi)，作用于富含亮氨基酸的核受體輔助因子-1[3,10]，導致靶基因染色質(zhì)變構、RNA聚合酶激活和ER與基礎轉錄裝置相結合等系列反應，使得含ERE的基因發(fā)生轉錄。在缺乏雌激素的情況下，核內(nèi)的ERα與基因啟動子的結合或分離呈動態(tài)狀態(tài)，這種ERα-DNA結合/分離過程不發(fā)生轉錄效應，只有當ERα結合雌激素后，ERα的ERE轉錄反應才被激活，這種現(xiàn)象同樣存在于ERβ[11]，可見ER與DNA的動態(tài)結合具有遺傳保守性。ER不通過直接作用ERE而對基因表達的調(diào)控也叫做非基因組機制，這種方式與某些結合ERα的轉錄因子相關，如刺激蛋白Sp1和轉錄蛋白AP-1,它們結合ERα后參與調(diào)控乳腺癌等腫瘤細胞的增殖。

3.2非基因組機制

雌激素通過膜ER啟動產(chǎn)生的轉錄激活(數(shù)秒或數(shù)分)遠遠快于核ER信號啟動(大于2 h)，轉錄或翻譯抑制因子對這些膜ER啟動產(chǎn)生的基因調(diào)控效應無抑制作用，在雌激素敏感細胞的膜ER啟動與ERK、PI3K/AKT、MAPK、RhoA/ROCK-2/moesin等信號通路的活化相關[12]。膜ERα和膜ERβ都能活化雌激素誘導的快速信號通路，在許多正?；蚰[瘤細胞系中，越來越多的證據(jù)表明膜ERα啟動的快速信號至少存在2個保守的途徑： 雌激素依賴的MAPK信號途徑和PI3K信號途徑，雌激素與ERα結合后促使膜ERα與蛋白Shc,Src,Ras的相互作用而激活這兩條信號途徑，導致細胞增殖和抗凋亡效應。目前對于膜ERβ介導的核外快速信號的機制報道較少，但已經(jīng)證實膜ERβ與P38作用是雌激素激活P38/MAPK必需條件，雌激素通過膜ERβ產(chǎn)生的快速信號途徑在對抗結腸腺癌的發(fā)生中有重要作用[13]，可導致結腸癌細胞的抗增殖和促凋亡效應[14]。

4雌激素介導的膜ER啟動與乳腺癌的相關性

臨床上目前僅檢測核內(nèi)ER作為療效預測和藥物選擇的指標。然而，越來越多的研究表明乳腺癌組織中只在腫瘤細胞膜ERα的表達為陽性，鄰近的非癌性組織的細胞膜ERα呈陰性[15]；有趣的是，Kim等對219例原發(fā)性的乳腺癌進行免疫組織化學染色，發(fā)現(xiàn)膜ERα在34%的病例中是陽性，而這些病例的核ERα的表達卻是陰性的，同時膜ERα表達和磷酸化的AKT及HER-2過表達正相關，說明膜ERα表達與乳腺癌的發(fā)生密切相關[16]。另有研究報道，在細胞核ERα陽性的乳腺標本中膜ERα蛋白在118絲氨基酸殘基發(fā)生異常磷酸化而呈活化狀態(tài)，這類膜ERα磷酸化的細胞抗凋亡信號通路ERK/MAPK 和 AKT呈過度激活，在新鮮組織標本中顯示出侵襲性腫瘤的病理特征[17]，可見，細胞核ERα陽性和陰性的乳腺癌細胞中ERα膜啟動的信號均存在。

目前認為乳腺癌細胞中膜ERα定位及活性升高的機制與多種因素相關：①失去調(diào)控的受體棕櫚?；缚筛淖僂Rα與乳腺組織細胞膜的結合力，并直接影響ERα產(chǎn)生的信號傳導通路；②一些過表達的ERα作用因子可以促使ERα定位在細胞核外或細胞膜，其中激活轉移性腫瘤抗原(MTA1s)可以將ERα隔離至細胞質(zhì)，阻止ERα進入細胞核，細胞核ERα陰性的乳腺癌細胞中升高的MTA1s與細胞質(zhì)ERα表達相關；而核外ER活性調(diào)節(jié)因子(MNAR)優(yōu)先表達于快速增長的組織細胞類型中(如腫瘤細胞)[18]，不僅可以把ERα和信號蛋白分子連接在細胞膜，而且參與乳腺癌細胞中雌激素刺激的Src/MAPK快速活化過程?，F(xiàn)已經(jīng)證實MNAR在侵襲性和轉移性乳腺癌中表達顯著升高[19]；③另外，造血相關的PBX相互作用蛋白質(zhì)可以通過招募乳腺癌細胞內(nèi)的ERα信號作用分子促進雌激素的核外信號。除了這些核外的ERα作用因子，定位在細胞質(zhì)或質(zhì)膜過表達特異性的ERα剪切體(ERα36;ERα46)，也會導致ERα膜信號激活而促進雌激素產(chǎn)生細胞增殖和抗凋亡的信號[20-21]。

綜上所述，動物模型和臨床標本中均已證實雌激素介導的膜ERα信號與乳腺癌有相關性，但膜ERα調(diào)控的多條信號通路間存在相互影響，它們在激素敏感腫瘤形成中的作用仍需進一步的研究。免疫組化發(fā)現(xiàn)ERβ陽性的乳腺癌預后較好，De Marinis等認為ERβ信號途徑促進細胞的凋亡[13]。由于雌激素的靶基因可分布于細胞膜、細胞質(zhì)及細胞核多個部位，并且雌激素的膜啟動信號和核內(nèi)信號具有整合作用，因此雌激素與ER在乳腺癌發(fā)生中的作用變得更加復雜，今后的研究可以利用蛋白組學分析乳腺癌細胞膜ER的作用因子，并對膜ER翻譯后修飾在功能性上的影響進行分類研究，為進一步確定新的乳腺癌治療靶點提供依據(jù)。

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(編輯：甘艷)

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(收稿日期2015-03-29修回日期 2015-07-23)

文章編號：1001-5930(2016)03-0517-03

中圖分類號：R737.9

文獻標識碼：B

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.03.052

通訊作者：黃前川

基金項目：湖北省青年基金資助項目(編號：QJX2010-31)

關鍵詞：雌激素膜受體-α；乳腺癌