雌激素受體在骨肉瘤中的作用研究進(jìn)展

孫小丹，劉鷖雯，何怡青，杜 艷，張國良，高 鋒，楊翠霞

（1.上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院檢驗(yàn)科，上海 200233；2.上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，上海 200233）

骨肉瘤是常見的原發(fā)性惡性骨腫瘤，占原發(fā)性惡性骨腫瘤的40%，致死率及致殘率極高，預(yù)后極差[1]。骨肉瘤具有高度侵襲性和轉(zhuǎn)移性，有80%的骨肉瘤患者在確診時已伴有微小轉(zhuǎn)移灶[2]。因此，單純行手術(shù)截肢的患者5年生存率僅為20%[3]?？刂乒侨饬鲛D(zhuǎn)移的主要方法是化療，可顯著提高患者的預(yù)期壽命。目前，臨床多采用手術(shù)切除聯(lián)合化療的治療方案，使骨肉瘤患者的5年生存率提高至70%[4]。甲氨蝶呤、阿霉素、順鉑和異環(huán)磷酰胺等被認(rèn)為是有效治療骨肉瘤的藥物[3]，但是大劑量使用化療藥物的副作用較多[5]，如肝功能損傷、腎功能損傷、骨髓抑制、神經(jīng)毒性等，且易產(chǎn)生耐藥性[6]，導(dǎo)致患者10年生存率較低[7]。因此，臨床亟需尋找一種理想的藥物治療方案。

骨肉瘤可發(fā)生于任何年齡人群，但常見于10～20歲青少年，男性多于女性，其疾病特點(diǎn)是成骨細(xì)胞過度活躍、異常增殖[8]，好發(fā)的年齡段是性激素最活躍的時期。性激素中的雌激素水平與骨肉瘤的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切[9]，且在骨肉瘤組織及細(xì)胞中均發(fā)現(xiàn)了雌激素受體（estrogen receptor，ER）的表達(dá)[10]。ER包括經(jīng)典的核受體（ERα、ERβ）和膜受體[G蛋白偶聯(lián)的雌激素受體（G protein-coupled estrogen receptor，GPER）]。ERα和ERβ除有共同的配體——雌激素外，還有各自的特異性配體。ER在多種腫瘤中表達(dá)，如乳腺癌、結(jié)直腸癌、甲狀腺癌、骨肉瘤等[11]。在正常生理?xiàng)l件下，ER的主要作用是與雌激素發(fā)生特異性結(jié)合，形成激素-受體復(fù)合物，調(diào)節(jié)下游基因轉(zhuǎn)錄，使雌激素發(fā)揮生物學(xué)功能。在腫瘤進(jìn)展過程中，雌激素與ER結(jié)合可調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生長特性[12]，抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化[9]。本文擬對ER在骨肉瘤發(fā)生、發(fā)展及治療中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為骨肉瘤的預(yù)防和治療提供新思路。

1 ER的結(jié)構(gòu)與功能

1.1 ER的結(jié)構(gòu)

ER主要分為核受體（ERα、ERβ）和GPER。ERα和ERβ分別由基因ESR1和ESR2編碼，于6q25.1和14q23.2轉(zhuǎn)錄。2種ER均由A、B、C、D、E和F 5個功能區(qū)組成，見圖1。其中，A/B區(qū)含有1個轉(zhuǎn)錄激活區(qū)（activation function，AF）-1，可在不與配體結(jié)合的情況下反式激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄。C區(qū)被稱為DNA結(jié)構(gòu)域（DNA binding domain，DBD），包含2個鋅指結(jié)構(gòu)，在與DNA結(jié)合過程中發(fā)揮重要作用，參與ER的同源二聚化。D區(qū)是C區(qū)和E區(qū)的鉸合區(qū)域。E區(qū)和F區(qū)被稱為配體結(jié)構(gòu)域（ligand binding domain，LBD），含有1個AF-2。E區(qū)和F區(qū)不僅與ER同源二聚化有關(guān)，而且與核易位以及靶基因表達(dá)的反式激活相關(guān)[13-14]。雖然ERα和ERβ的功能區(qū)組成相似，但其發(fā)揮的生物學(xué)功能卻完全不同。GPER包括G蛋白偶聯(lián)受體30（G protein-coupled receptor 30，GPR30）、Gαq蛋白偶聯(lián)雌激素受體（Gαq protein-coupled estrogen receptor，Gαq-ER）和ER-X（一種假定的膜性ER）[11]。GPER通過蛋白激酶B（protein kinase B，PKB；又稱Akt）、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinase，ERK）等信號通路影響細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲和耐藥性[15]。但是，目前關(guān)于GPER的研究尚不多見，其具體的生物學(xué)功能尚不明確。因此，本文將重點(diǎn)闡述核內(nèi)的受體ERα、ERβ和GPER在骨肉瘤進(jìn)展中的作用。

圖1 ER的功能區(qū)組成

1.2 ER的功能

ER與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)。在骨肉瘤微環(huán)境中，ERα和ERβ發(fā)揮完全不同的生物學(xué)功能，ERα與雌激素結(jié)合可抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖，影響腫瘤侵襲性和患者預(yù)后[6]；激活ERβ則可誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞的凋亡[9]。

1.2.1 ERα的功能 ERα與腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲及藥物敏感性關(guān)系密切[16]。在乳腺癌[17]、卵巢癌[18]、子宮內(nèi)膜癌[19]、宮頸癌[20]等生殖系統(tǒng)腫瘤中，ERα影響著腫瘤細(xì)胞的增殖。ERα發(fā)揮作用的機(jī)制有以下幾種途徑：（1）細(xì)胞內(nèi)鈣的動員；（2）環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）的產(chǎn)生和激活；（3）增加磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）的活性，激活A(yù)kt和內(nèi)皮型一氧化氮合酶[21-22]；（4）膜酪氨酸激酶受體的激活[23]；（5）Src同源結(jié)構(gòu)域的磷酸化[24]。有研究發(fā)現(xiàn)，激活骨肉瘤細(xì)胞的ERα可抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖[10]。另外，ERα在抑制腫瘤細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transformation，EMT）進(jìn)程和延緩腫瘤進(jìn)展中發(fā)揮重要作用[25]。動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在小鼠皮下成瘤模型中過表達(dá)ERα可抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[9]。這提示ERα功能的變化在骨肉瘤的進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。

1.2.2 ERβ的功能 ERβ具有促進(jìn)細(xì)胞凋亡，抑制細(xì)胞增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和EMT的功能[26]。在結(jié)腸癌[27]、乳腺癌[12]、骨肉瘤[26]等腫瘤中均被證實(shí)激活ERβ可以顯著抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。敲降ERβ可激活Wnt信號通路，促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的侵襲和遷移[28]。在小鼠模型中，過表達(dá)ERβ可使異種移植瘤的腫瘤生長顯著減慢，血管新生顯著減少[18]。因此，ERβ被認(rèn)為是腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)。

1.2.3 GPER的功能 GPER與腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，激活GPER可促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞[29]、甲狀腺癌細(xì)胞[30]、前列腺癌細(xì)胞[31]的增殖。GPER的特異性活化可激活ERK信號通路，進(jìn)而影響細(xì)胞周期蛋白CyclinA和CyclinD1啟動子的轉(zhuǎn)錄及翻譯，促使腫瘤生長[32]。在骨肉瘤細(xì)胞中，GPER呈低水平表達(dá)，GPER可通過多種機(jī)制調(diào)節(jié)腫瘤的進(jìn)展，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)cAMP、促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鈣動員、活化PI3K信號通路、激活表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR），促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞增殖[33-34]。然而有研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)或激活GPER可顯著抑制骨肉瘤細(xì)胞的遷移和侵襲[15]。因此，學(xué)者們對GPER的活化與骨肉瘤進(jìn)展的關(guān)系仍存在爭議。

1.2.4 ERα與ERβ之間的相互作用 ERα和ERβ功能之間存在相互作用，主要表現(xiàn)為ERβ對ERα功能的抑制作用。ERβ能夠抑制約70%的ERα依賴的調(diào)控基因，包括參與增殖和代謝的基因[35]。HALL等[36]的研究結(jié)果顯示，當(dāng)雌激素處于亞飽和水平時，ERβ可抑制ERα的活性，從而降低腫瘤細(xì)胞對雌激素的敏感性。PARUTHIYIL等[37]的研究結(jié)果顯示，過表達(dá)ERβ可以抑制ERα陽性乳腺癌細(xì)胞的增殖，并阻礙雌激素誘導(dǎo)的裸鼠體內(nèi)乳腺癌異種移植瘤的形成。腫瘤細(xì)胞中的ERα和ERβ可能會相互作用，共同調(diào)節(jié)腫瘤的進(jìn)展。ER調(diào)節(jié)示意圖見圖2。

圖2 ER調(diào)節(jié)示意圖

2 ER在骨肉瘤進(jìn)展中的作用

有研究發(fā)現(xiàn)，骨肉瘤發(fā)生中伴隨著ER的持續(xù)減少[9]，骨肉瘤細(xì)胞中ER的表達(dá)量顯著低于成骨細(xì)胞[10，18]。ERα在骨肉瘤組織中幾乎無表達(dá)[36]，ERβ在骨肉瘤組織中的表達(dá)亦明顯低于癌旁組織[28]，GPER在骨肉瘤細(xì)胞中的表達(dá)水平顯著低于成骨細(xì)胞[15]。骨肉瘤發(fā)生時ER減少的機(jī)制是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。LILLO OSUNA等[10]的研究結(jié)果顯示，骨肉瘤細(xì)胞中有1 379個啟動子區(qū)域被高度甲基化，其中包括ER相關(guān)的啟動子區(qū)域，這是導(dǎo)致骨肉瘤細(xì)胞ER表達(dá)低于成骨細(xì)胞的原因之一。

雖然在骨肉瘤細(xì)胞中ER呈低水平表達(dá)，但激活ER相關(guān)通路仍會對骨肉瘤細(xì)胞的生物學(xué)特性產(chǎn)生重要影響。雌激素可通過與ER結(jié)合誘導(dǎo)骨肉瘤中成骨細(xì)胞分化基因的轉(zhuǎn)錄，如促進(jìn)堿性磷酸酶的表達(dá)等[10]，具有促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞分化的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，植物雌激素大豆苷元、姜黃素等可通過不同的信號途徑抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖，促進(jìn)其凋亡，抑制細(xì)胞遷移及侵襲，對骨肉瘤有一定的療效[38]。LILLO OSUNA等[10]發(fā)現(xiàn)，在骨肉瘤細(xì)胞中，ERα可通過調(diào)控堿性磷酸酶來降低波形蛋白、基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）9的表達(dá)，進(jìn)而影響細(xì)胞轉(zhuǎn)移；過表達(dá)ERα可增強(qiáng)堿性磷酸酶的表達(dá)，降低骨肉瘤細(xì)胞中SOX2、OCT4、NANOG基因的表達(dá)，進(jìn)而使腫瘤干細(xì)胞的干性減弱[10]。沉默ERβ的表達(dá)可激活骨肉瘤細(xì)胞的Wnt通路，降低MMP-7和MMP-9的表達(dá)，使其侵襲轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)[28]。GPER通過MAPK信號通路抑制白細(xì)胞介素-6（interleukin-6，IL-6）mRNA的穩(wěn)定性，使骨肉瘤細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移能力減弱。ER在調(diào)控骨肉瘤細(xì)胞生物學(xué)特性中的具體機(jī)制見表1。

表1 ER在骨肉瘤進(jìn)展中的機(jī)制

3 ER在骨肉瘤治療中的作用

有研究結(jié)果顯示，接受規(guī)律化療的骨肉瘤患者5年生存率為78.5%，而進(jìn)行非規(guī)律化療患者的5年生存率僅為35.2%[40]?；熌退幨菍?dǎo)致骨肉瘤患者療效較差的主要原因之一。ER參與了腫瘤細(xì)胞耐藥的發(fā)生過程。有研究結(jié)果顯示，患者在化療過程中發(fā)生順鉑耐藥時，ER的表達(dá)水平有所降低[41]。在轉(zhuǎn)移性乳腺癌的耐藥過程中，ER表達(dá)減少，甚至消失，使乳腺癌細(xì)胞失去對雌激素的依賴性[12，42]，誘發(fā)內(nèi)分泌治療耐藥和轉(zhuǎn)移。因此，ER與腫瘤細(xì)胞對化療藥物的敏感性密切相關(guān)，腫瘤細(xì)胞耐藥的發(fā)生通常伴隨著ER表達(dá)的減少和異常激活。當(dāng)骨肉瘤患者發(fā)生順鉑耐藥時，多藥耐藥相關(guān)蛋白（multidrug resistance-associated protein，MRP）表達(dá)增加，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)藥物的排出，從而減少藥物在細(xì)胞內(nèi)蓄積[43]。但是有研究發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生順鉑耐藥時，ER的表達(dá)水平降低了，而提高ER的活性或者表達(dá)水平可影響腫瘤細(xì)胞對化療藥物的敏感性[42]。參與凋亡的信號通路有多種，如PI3K/Akt通路[44]、p38-MAPK通路[45]，凋亡信號通路的抑制或缺失也會減弱順鉑的細(xì)胞毒性作用。凋亡信號通路的異常改變可影響ER的表達(dá)及活性，進(jìn)而降低骨肉瘤細(xì)胞對順鉑的敏感性[46]。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑地西他濱可使骨肉瘤細(xì)胞的ER重新表達(dá)，進(jìn)而與雌激素協(xié)同作用，顯著抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖[9]，而敲除ERα基因則可抑制地西他濱的藥效[10]。因此，ER的表達(dá)水平與活性改變與骨肉瘤的化療耐藥密切相關(guān)。

由于ER在調(diào)控骨肉瘤細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移和藥物敏感性中發(fā)揮著重要的作用，因此調(diào)控ER的功能或活性可能會影響骨肉瘤的進(jìn)展。目前，選擇性ER調(diào)節(jié)劑有三苯乙烯類（他莫昔芬）、苯并噻吩類（雷洛昔芬）和萘類（拉索昔芬）3類[47]。他莫昔芬在乳腺組織內(nèi)表現(xiàn)為ER拮抗，通常用于ER陽性乳腺癌患者的內(nèi)分泌輔助治療，可增強(qiáng)雌激素對腫瘤生長的抑制作用[48]；而在骨組織、心血管系統(tǒng)中，他莫昔芬具有激活ER的作用[49]。因此，他莫昔芬可作為化療增敏劑，增強(qiáng)腫瘤患者對化療藥物的敏感性[50]。有研究發(fā)現(xiàn)，他莫昔芬聯(lián)合多柔比星在體外實(shí)驗(yàn)中協(xié)同抑制了骨肉瘤細(xì)胞U2OS的增殖[51]。因此，選擇性ER調(diào)節(jié)劑對骨肉瘤細(xì)胞侵襲、轉(zhuǎn)移的影響具有潛在的臨床價值。

4 ER在骨肉瘤治療中的作用展望

骨肉瘤的臨床特點(diǎn)是疾病進(jìn)展快、易出現(xiàn)轉(zhuǎn)移、易產(chǎn)生化療耐藥性，因此預(yù)后極差。在骨肉瘤的發(fā)生中常伴隨著ER水平的持續(xù)降低，且骨肉瘤細(xì)胞中ER的表達(dá)水平顯著低于成骨細(xì)胞[10，18]。雖然ER在骨肉瘤細(xì)胞中呈低水平表達(dá)，但其對骨肉瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移及藥物敏感性仍具有重要的調(diào)節(jié)作用[10]。提高ER的表達(dá)水平或活性可有效改變雌激素/ER依賴的轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，進(jìn)而抑制骨肉瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[15]、促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的凋亡[35]。未來有望將內(nèi)分泌治療和化療的聯(lián)合用藥方案用于骨肉瘤治療，以達(dá)到增加藥物療效、降低化療藥物毒性反應(yīng)的目的。