17β羥類(lèi)固醇脫氫酶(17β-HSD)與乳腺癌研究進(jìn)展

李淑香 張海鵬 吳 迪 韓 冰 (吉林市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)預(yù)防保健疾病控制中心，吉林 吉林 30)

雌二醇(E2)在激素依賴(lài)型乳腺癌發(fā)生發(fā)展中其重要作用，在人類(lèi)乳腺癌組織中包含所有能夠在乳腺癌局部組織中合成E2的酶，包括芳香化酶、硫酸酯酶和17β羥化類(lèi)固醇脫氫酶(17β-HSD)家族，它們利用血液中的前體物質(zhì)(DHEA和DHEA-s)合成E2。芳香化酶和硫酸酯酶分別催化雄烯二酮和硫酸雌酮轉(zhuǎn)化為雌酮(E1)，而17β-HSD家族則在E1和E2相互轉(zhuǎn)化中起著重要作用。因此17β-HSD酶家族是雌激素和雄激素活化與滅活的關(guān)鍵酶，也是性激素合成過(guò)程中最后步驟的關(guān)鍵酶。它催化性激素C17位上的酮基和醇基之間的還原和氧化反應(yīng)，調(diào)控低生物活性的E1、A2與高生物活性的E2、睪酮(T)之間相互轉(zhuǎn)化。到目前為止在哺乳動(dòng)物中已經(jīng)克隆出17β-HSD共有15型，以發(fā)現(xiàn)的先后順序命名。17β-HSD各型同工酶在結(jié)構(gòu)上非常相似，但它們卻表現(xiàn)出不同的底物特異性，與不同的輔助因子結(jié)合而發(fā)揮作用。17β-HSD家族中與乳腺癌相關(guān)的主要是1、2、5、12和14型。

1 17β-HSD1

人類(lèi)17β-HSD1由6個(gè)外顯子和5個(gè)內(nèi)含子組成，包含兩個(gè)串聯(lián)的基因:17-HSD1Ⅰ和Ⅱ。Ⅱ是活性基因，I是假基因，其與活性基因有89%的同源性。該酶的主要功能是催化E1轉(zhuǎn)化為E2的還原反應(yīng)。Oduwole等〔1〕采用原位雜交方法發(fā)現(xiàn)17β-HSD1在乳腺癌組織中陽(yáng)性率約16%，而采用免疫組化發(fā)現(xiàn)其蛋白表達(dá)陽(yáng)性率為20%，二者基本上是一致的;但也有人報(bào)道采用 RT-PCR 方法發(fā)現(xiàn)其陽(yáng)性率為50%左右〔2〕。Vihko〔3〕研究發(fā)現(xiàn)有17β-HSD1 mRNA表達(dá)的患者，其預(yù)后明顯較陰性患者差，無(wú)病生存期也明顯變短。而且他們還通過(guò)多因素分析發(fā)現(xiàn)該酶和雌激素受體α(ERα)是判斷預(yù)后的獨(dú)立因素。Gunnarsson等〔4〕回顧了ER陽(yáng)性采用他莫西芬治療的患者發(fā)現(xiàn)17β-HSD1表達(dá)水平與復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)，他們同樣發(fā)現(xiàn)17β-HSD2也與無(wú)病生存期顯著相關(guān)。由于該酶在雌激素合成中所起的重要作用，人們對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，其三維結(jié)構(gòu)已經(jīng)闡明。

2 17β-HSD2

17β-HSD2基因定位于16q24，由5個(gè)外顯子組成，是短鏈醇脫氫酶超家族的一員，使用NAD+作為輔助因子。該酶并不單催化E2轉(zhuǎn)化為E1，還催化睪酮(TESTO)轉(zhuǎn)化為4-dione以及5-diol轉(zhuǎn)化為脫氫表雄酮(DHEA)。鑒于它的表達(dá)形式和酶活性特點(diǎn)，該酶可能保護(hù)組織免受高類(lèi)固醇激素活性的影響。該酶轉(zhuǎn)化E2的活性比17β-HSD1轉(zhuǎn)化E1的活性高50倍，其通過(guò)調(diào)節(jié)E1和E2的平衡來(lái)保護(hù)乳腺上皮細(xì)胞。

到目前為止，17β-HSD2在乳腺癌組織中的表達(dá)水平還存在爭(zhēng)議。Gunnarsson等〔4〕采用RT-PCR方法在69%的乳腺癌患者中發(fā)現(xiàn)了17β-HSD2的mRNA;Miettinen等報(bào)道在一些乳腺癌細(xì)胞系中(包括BT-20和MDA-MB-361)有該酶的表達(dá)并且認(rèn)為該酶在一些乳腺癌組織局部雌激素合成中可能有作用。Joanna等〔5〕報(bào)道在一些乳腺癌細(xì)胞系中(Human MCF-7，MDAMB-231，T47D等)，只有MDA-MB-231細(xì)胞系和T47D細(xì)胞系能夠檢測(cè)到17β-HSD2的表達(dá)，其中以MDA-MB-231細(xì)胞系表達(dá)水平為高。但是Han等〔6〕采用免疫組化的方法并未在乳腺癌組織中發(fā)現(xiàn)17β-HSD2。Oduwole等〔1〕在絕經(jīng)前乳腺癌患者癌旁正常組織上皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)有17β-HSD1和17β-HSD2 mRNA的表達(dá)，但是在絕經(jīng)后的乳腺癌患者癌旁正常組織上皮細(xì)胞中則沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它們mRNA的表達(dá)，由此作者認(rèn)為它們與月經(jīng)狀態(tài)有關(guān)。在乳腺癌組織中，25%的病例有17β-HSD2表達(dá)，并且絕經(jīng)前患者比絕經(jīng)后患者該酶mRNA表達(dá)陽(yáng)性率高。

Yaeger等〔7〕比較在非洲居住的美國(guó)婦女和高加索女性乳腺癌組織中17β-HSD2的基因以及mRNA表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)該酶在非洲居住的美國(guó)婦女乳腺癌細(xì)胞中mRNA表達(dá)明顯增高。由于在非洲居住的美國(guó)婦女與高加索女性相比其乳腺癌更具侵襲性并且發(fā)生年齡更小，由此作者認(rèn)為17β-HSD2的高表達(dá)會(huì)導(dǎo)致ER陰性乳腺癌細(xì)胞比例，從而導(dǎo)致患者較差的預(yù)后。

3 17β-HSD5

17β-HSD5是醛酮還原酶(AKR)家族的一員(AKR1C3)，也叫3a-HSD2。盡管AKR1C3與家族其他成員有近86%的相似性，但是它有其不同于其他酶的活性。AKR家族每一種酶都選擇性的還原某種17-酮甾類(lèi)底物，從而進(jìn)行類(lèi)固醇激素受體前調(diào)節(jié)。而17β-HSD5是35 kD胞漿蛋白，與1型和3型3a-HSD以及20a-HSD的氨基酸序列有84%的相似性。它廣泛分布于肝、腎上腺、前列腺、子宮內(nèi)膜、卵巢、睪丸和乳腺組織。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該酶表現(xiàn)出20a-HSD、17β-HSD和3a-HSD活性。17β-HSD5象AKR1C2一樣表現(xiàn)出3酮類(lèi)固醇還原酶活性，催化DHT轉(zhuǎn)化為3a-androstanediol(3a-diol);作為17β-HSD催化A2轉(zhuǎn)化為T(mén)、DHEA轉(zhuǎn)化為A2和A2轉(zhuǎn)化為雙氫睪酮;做為20a-HSD它催化孕酮轉(zhuǎn)為為20a-羥基孕酮。這種20a-HSD活性能夠保護(hù)男性免受雌激素影響，還能夠保護(hù)人類(lèi)雄激素生成細(xì)胞抵抗雌激素。在卵巢中這種活性更有意義，因?yàn)檫@里雌激素濃度非常高，而這種環(huán)境將抑制雄激素生成細(xì)胞的活性。但是在乳腺組織中17β-HSD5的20a-HSD活性尚無(wú)報(bào)道。

17β-HSD5是外周行使17β-HSD3功能的酶，其mRNA在65% ～83%的乳腺癌中都有表達(dá)〔8〕。尤其是Vihko等〔3〕報(bào)道該酶mRNA在乳腺癌組織中的表達(dá)明顯高于正常組織，而且他們還發(fā)現(xiàn)17β-HSD5 mRNA高表達(dá)的患者預(yù)后不良。Han等〔6〕采用免疫組化方法已經(jīng)發(fā)現(xiàn)17β-HSD 5在正常乳腺組織和53%乳腺癌細(xì)胞中有表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)該酶與患者年齡、月經(jīng)狀態(tài)和ERα呈明顯正相關(guān)。Suzuki等采用免疫組化方法統(tǒng)計(jì)60乳腺癌病人發(fā)現(xiàn)該酶與5a還原酶1型和2型顯著相關(guān)，但是與其他臨床參數(shù)無(wú)顯著相關(guān)，例如年齡、月經(jīng)狀態(tài)、分期、腫瘤大小、淋巴結(jié)狀態(tài)、組織學(xué)分級(jí)、ER、PR、AR、Ki67和 HER2。Vihko〔3〕發(fā)現(xiàn)17β-HSD5高表達(dá)的患者其預(yù)后明顯比低表達(dá)或無(wú)表達(dá)患者差，而ERα陽(yáng)性患者預(yù)后較好，但是該酶并不是判斷乳腺癌患者預(yù)后的獨(dú)立因素。目前17β-HSD5的生物學(xué)意義還不是十分清楚。

4 17β-HSD12

該酶被命名為3-ketoacyl-CoA還原酶(KAP)，一種在長(zhǎng)鏈脂肪酸合成增長(zhǎng)時(shí)催化3-ketoacyl-CoA還原的酶。該酶廣泛的在人的肝、肌肉、和腎臟中高表達(dá)。該酶與17β-HSD 3高度相似。種族發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)17β-HSD12可能是17β-HSD 3的前體〔9〕。最近研究發(fā)現(xiàn)該酶基因由 11個(gè)外顯子組成，長(zhǎng)為240 kb，定位于11q11染色體〔10〕。人類(lèi)17β-HSD12主要作用是在女性激素敏感性組織(卵巢、乳腺)形成活性的雌激素〔10〕。最近關(guān)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合酮脂酰還原酶的功能描述認(rèn)為17β-HSD12的主要功能涉及了脂肪酸的合成和長(zhǎng)鏈脂酰輔酶A的延長(zhǎng)作用〔11〕。Luu-The等〔10〕的研究發(fā)現(xiàn) 17β-HSD12 在 E1 轉(zhuǎn)化為E2所起的作用可能與17β-HSD1一樣重要，他們發(fā)現(xiàn)17β-HSD12蛋白在乳腺癌中比在正常上皮組織中表達(dá)高。另外通過(guò)免疫細(xì)胞化學(xué)的方法，宋東等〔12〕發(fā)現(xiàn)在41名乳腺癌患者中，僅有1人的乳腺癌組織有17β-HSD1表達(dá)，而且發(fā)現(xiàn)17β-HSD7和17β-HSD12在乳腺癌組織中更常見(jiàn)，由此認(rèn)為這可能預(yù)示這17β-HSD12在乳腺癌中的重要作用，而且該酶可能取代經(jīng)典的17β-HSD1而稱(chēng)為乳腺癌局部雌激素合成的關(guān)鍵酶。但是Day等〔13〕卻有不同觀點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)盡管17β-HSD12在乳腺癌細(xì)胞系中高表達(dá)，但并沒(méi)有有效的催化E2的形成。

5 17β-HSD14

大腸桿菌異源性表達(dá)和純化的人retSDR3底物篩查使得NAD+依賴(lài)的17β-HSD14在E2和睪酮中的活性得到驗(yàn)證，它也叫做DHRS10 or retSDR3。17β-HSD14的cDNA在人類(lèi)的腦和腎中高度表達(dá)，在乳腺癌組織中檢測(cè)到該酶的mRNA。結(jié)構(gòu)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該酶的活性基團(tuán)能夠以類(lèi)固醇作為底物〔14〕。轉(zhuǎn)染了17HSD14的人乳腺癌細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)E2水平顯著降低〔15〕。乳腺癌17β-HSD14 mRNA的低表達(dá)與生存率顯著相關(guān)〔15〕。對(duì)于該酶尚需進(jìn)一步研究。

在乳腺癌局部E2及睪酮代謝相關(guān)的17β-HSD成員主要是還原酶1、5和12;氧化酶2和14。它們?cè)谌橄倬植考に卮x中起著非常重要的作用，隨著對(duì)絕經(jīng)期婦女乳腺內(nèi)分泌治療研究的深入，局部雌激素合成對(duì)乳腺癌的重要作用越來(lái)越為人們認(rèn)識(shí)，芳香化酶抑制劑的應(yīng)用具有里程碑式的意義，而17β-HSD酶家族最為局部雌激素合成的另一重要通路，也必將成為乳腺癌內(nèi)分泌治療中的重要角色。

1 Oduwole OO，Li Y，Isomaa VV，et al.17beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 is an independent prognostic marker in breast cancer〔J〕.Cancer Res，2004;64(20):7604-9.

2 Gunnarsson C，Olsson BM，Stal O，et al.Abnormal expression of 17betahydroxysteroid dehydrogenases in breast cancer predicts late recurrence〔J〕.Cancer Res，2001;61(23):8448-51.

3 Vihko P，Herrala A，H?rk?nen P，et al.Control of cell proliferation by steroids:the role of 17HSDs〔J〕.Mol Cell Endocrinol，2006;248(1-2):141-8.

4 Gunnarsson C，Hellqvist E，St?l O，et al.17beta-Hydroxysteroid dehydrogenases involved in local oestrogen synthesis have prognostic significance in breast cancer〔J〕.Br J Cancer，2005;92(3):547-52.

5 Day HM，Tutill HJ，Newman SP，et al.17β-hydroxysteroid dehydrogenase Type 1 and Type 2:association between mRNA expression and activity in cell lines〔J〕.Mol Cell Endocrinol，2006;248(1-2):246-9.

6 Han B，Li S，Song D，et al.Expression of 17beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 and type 5 in breast cancer and adjacent non-malignant tissue:a correlation to clinicopathological parameters〔J〕.J Steroid Biochem Mol Biol，2008;112(4-5):194-200.

7 Yaeger R，Nolan PC，Su T，et al.17β-HSD 2 may be higher in African-A-merican breast cancer and is associated with estrogen receptor-negative tumors〔J〕.Cancer Genomics Proteomics，2007;4(5):341-8.

8 Vihko P，Herrala A，H?rk?nen P，et al.Enzymes as modulators in malignant transformation〔J〕.J Steroid Biochem Mol Biol，2005;93(2-5):277-83.

9 Mindnich R，Haller F，Halbach F，et al.Androgen metabolism via 17betahydroxysteroid dehydrogenase type 3 in mammalian and non-mammalian vertebrates:comparison of the human and the zebrafish enzyme〔J〕.J Mol Endocrinol，2005;35(2):305-16.

10 Luu-The V，Tremblay P，Labrie F，et al.Characterization of type 12 17beta-hydroxysteroid dehydrogenase，an isoform of type 3 17betahydroxysteroid dehydrogenase responsible for estradiol formation in women〔J〕.Mol Endocrinol，2006;20(2):437-43.

11 Moon YA，Horton JD.Identification of two mammalian reductases involved in the two-carbon fatty acyl elongation cascade〔J〕.J Biol Chem，2003;278(19):7335-43.

12 Song D，Liu G，Luu-The V，et al.Expression of aromatase and 17betahydroxysteroid dehydrogenase types 1，7 and 12 in breast cancer.An immunocytochemical study〔J〕.J Steroid Biochem Mol Biol，2006;101(2-3):136-44.

13 Day JM，F(xiàn)oster PA，Tutill HJ，et al.17beta-hydroxysteroid dehydrogenase Type 1，and not Type 12，is a target for endocrine therapy of hormone-dependent breast cancer〔J〕.Int J Cancer，2008;122(9):1931-40.

14 Lukacik P，Keller B，Bunkoczi G，et al.Structural and biochemical characterization of human orphan DHRS10 reveals a novel cytosolic enzyme with steroid dehydrogenase activity〔J〕.Biochem J，2007;402(3):419-27.

15 Jansson AK，Gunnarsson C，Cohen M，et al.17beta-hydroxysteroid dehydrogenase 14 affects estradiol levels in breast cancer cells and is a prognostic marker in estrogen receptor-positive breast cancer〔J〕.Cancer Res，2006;66(23):11471-7.