雌激素受體的生物學(xué)功能及其在骨骼肌發(fā)育和前列腺癌中作用的研究進展

黃明清，翁雨亭綜述，方克偉審校

0 引 言

雌激素是一種重要的性激素，雌激素受體(estrogen receptor，ER)廣泛分布在各種組織中，因此具有廣泛而重要的作用。其不僅能促進女性生殖器官的發(fā)育，并在對調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)、代謝、骨骼肌的發(fā)育等過程中發(fā)揮重要的作用。雌激素的作用在很大程度上是通過核激素受體ERα 和 ERβ 的活性介導(dǎo)的，以細(xì)胞、組織和時間特異性的方式調(diào)節(jié)復(fù)雜、動態(tài)的基因網(wǎng)絡(luò)，從而參與多種生理、病理過程。研究發(fā)現(xiàn)，雌激素通過ERα、ERβ 在骨骼肌的質(zhì)量和再生中發(fā)揮著重要作用，雌激素的缺乏可導(dǎo)致肌肉質(zhì)量下降[1-3]。同時，ERα、ERβ 也介導(dǎo)前列腺癌的發(fā)生與發(fā)展[4-6]。因此，研究ER在骨骼肌和前列腺癌中的具體調(diào)控作用可更好了解疾病的發(fā)病機制，并為治療提供新的靶點。本文就ER的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能及其在骨骼肌發(fā)育、前列腺癌中的作用作一綜述。

1 ER的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能

1.1 ER的結(jié)構(gòu)和分布ER主要包括ERα和ERβ，ERα 基因位于人類第6號染色體上，編碼595個氨基酸，而ERβ位于人類第14號染色體上，編碼530個氨基酸[7]。兩者結(jié)構(gòu)相似，主要由A/B、C、D、E/F四個具有不同功能的結(jié)構(gòu)域組成。A/B區(qū)具有一個非配體依賴的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)(AF-1)，AF-1不依賴雌激素的激活，參與調(diào)節(jié)雌激素與受體的結(jié)合。C區(qū)為DNA結(jié)合域，主要與特異DNA的結(jié)合，從而達到轉(zhuǎn)錄靶基因的目的。D區(qū)為鉸鏈區(qū)，帶有核定位信息。E/F區(qū)稱為配體結(jié)合域，主要與配體特異性結(jié)合發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的作用[8]。其中ERα主要在性器官中表達(前列腺除外)，如乳腺、子宮、卵巢等[9]，ERβ主要存在于骨骼、前列腺組織等[10]。

1.2 ER的生物學(xué)功能ER按細(xì)胞中的位置分為兩大類：一是經(jīng)典的核受體，包括ERα和ERβ，其主要位于細(xì)胞核內(nèi)通過調(diào)節(jié)特異性靶基因的轉(zhuǎn)錄而發(fā)揮“基因型”調(diào)節(jié)效應(yīng)；二是膜性受體，包括經(jīng)典核受體的膜性成分以及屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族的GPER-1、Gaq-ER和ER-X，通過第二信使系統(tǒng)發(fā)揮間接的轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能，介導(dǎo)快速的非基因型效應(yīng)。

ER的生物學(xué)功能主要有以下幾點：①調(diào)控細(xì)胞增殖。細(xì)胞周期蛋白依賴性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinase, CDK)與周期蛋白具有協(xié)同作用，CDK在細(xì)胞周期的特定時間被激活，通過磷酸化相應(yīng)底物，驅(qū)使細(xì)胞完成細(xì)胞周期。研究發(fā)現(xiàn)，GPER-1通過cAMP/PKA/p-CREB途徑和上調(diào)細(xì)胞周期蛋白D1/CDK6及細(xì)胞周期蛋白E1/CDK2復(fù)合物，調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖[11]。同時，ER可通過調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞中的 G1/S 特異性周期蛋白D1和p21(細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑)的表達來促進或抑制細(xì)胞增殖[12]。②調(diào)控細(xì)胞凋亡。眾多研究表明ERβ可通過調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)分子，如Bax、caspase-3和PARP等的表達和調(diào)控 NF-JB/bcl-2 凋亡途徑來調(diào)控細(xì)胞凋亡。首先，ER能促進細(xì)胞凋亡，研究發(fā)現(xiàn)，木犀草素可通過 H3K4 單甲基化和抑制PI3K/AKT/mTOR通路對三苯氧胺耐藥的ER陽性乳腺癌細(xì)胞具有誘導(dǎo)凋亡的作用[13]；另外，ER也可抑制細(xì)胞凋亡，Liao等[14]實驗證明，線粒體雌激素受體ERβ(mtERβ)可通過誘導(dǎo)Mn-超氧化物歧化酶(ROS清除酶)和抗凋亡蛋白的表達而抑制氧化損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。BNIP3是Bcl-2蛋白家族中的一種促凋亡蛋白，可誘導(dǎo)細(xì)胞自噬和凋亡。在心臟缺氧損傷的研究中發(fā)現(xiàn)，ERα與BNIP3結(jié)合，導(dǎo)致功能性BNIP3的水平降低，同時，ERα 通過與SP-1或 NFκB 位點結(jié)合而減弱 BNIP3 啟動子的活性，從而抑制細(xì)胞凋亡和自噬[15]。③調(diào)控細(xì)胞自噬。自噬是保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要機制，在調(diào)節(jié)疾病的進展中有重要的作用。越來越多的研究表明，ERβ 可通過抑制 PI3K/AKT/mTOR通路和AMPK通路的激活，調(diào)節(jié)自噬相關(guān)標(biāo)志物(如LC3-I、 p62等)的表達，從而調(diào)控細(xì)胞自噬。首先，ER能抑制細(xì)胞自噬，Wang等[16]的實驗證明，促生長因子(insulin-like growth factor 1,IGF-1)可通過調(diào)節(jié)GPER和IGF-1R/PI3K-Akt-mTOR途徑，從而抑制多巴胺能神經(jīng)元細(xì)胞的自噬；同時，ER也可促進細(xì)胞自噬，Yang等[17]結(jié)果表明，ERβ通過下調(diào)P62的表達和抑制mTOR活化，從而誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞自噬。CLDN6 是一種緊密連接蛋白，在乳腺癌中起著抑癌基因的作用，且CLDN6 可正向調(diào)節(jié)自噬相關(guān)基因Beclin1的表達，從而參與調(diào)節(jié)自噬。研究證明，ERβ對乳腺癌細(xì)胞遷移和侵襲的抑制作用是由 CLDN6 介導(dǎo)的 Beclin1 依賴性自噬級聯(lián)反應(yīng)[18]。

2 ER在骨骼肌發(fā)育和前列腺癌中的作用

2.1 ER在骨骼肌發(fā)育中的作用骨骼肌的發(fā)育離不開肌衛(wèi)星細(xì)胞的增殖、分化過程[19]，肌衛(wèi)星細(xì)胞一般處于靜止?fàn)顟B(tài)，受到刺激后激活，激活后的肌衛(wèi)星細(xì)胞可進行對稱分裂和非對稱分裂產(chǎn)生子衛(wèi)星細(xì)胞和參與肌生成的子細(xì)胞，用于維持衛(wèi)星細(xì)胞池的穩(wěn)定和損傷的修復(fù)[20]。ER與骨骼肌發(fā)育密切相關(guān)，其結(jié)構(gòu)或功能的異常會影響肌肉的再生和質(zhì)量，最終導(dǎo)致肌營養(yǎng)不良、肌肉萎縮等疾病。骨骼肌中存在三種ER：ERα、ERβ 和 G 蛋白偶聯(lián)雌激素受體(G protein conjugates estrogen receptor, GPER)[21]。在肌肉組織中ERα主要參與肌細(xì)胞線粒體完整性、脂質(zhì)代謝和再生等過程。研究發(fā)現(xiàn)，雌二醇可通過ERα介導(dǎo)的途徑調(diào)節(jié)衛(wèi)星細(xì)胞中肌球蛋白重鏈的表達，同時刺激肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖[22]。ERβ則主要介導(dǎo)成肌細(xì)胞的分化。泛素特異性蛋白酶19(USP19)是肌肉萎縮過程中負(fù)性調(diào)節(jié)肌肉質(zhì)量的關(guān)鍵因素。 研究表明，雌二醇通過ERα 增加了USP19的表達，從而降低了比目魚肌質(zhì)量，而大豆苷元(一種異黃酮)可抑制雌二醇誘導(dǎo)ERα募集并促進ERβ募集到USP19的功能性半雌激素反應(yīng)元件上，從而下調(diào)USP19的表達，增加了肌肉的質(zhì)量[23]。同時，在面肩肱骨肌營養(yǎng)不良癥的研究中雌激素通過介導(dǎo) ERβ 拮抗雙同源盒4的活性來促進成肌細(xì)胞分化[24]。在Pellegrini等[25]的研究中，黃烷酮柚皮素(Nar)通過 ERβ 途徑激活 P38/MAPK 的磷酸化，降低骨骼肌細(xì)胞中活性氧的形成，從而減少細(xì)胞的氧化損傷和促進骨骼肌的分化。雌二醇(E2)除可與ERα、ERβ結(jié)合介導(dǎo)基因組效應(yīng)外，還能與GPER-1結(jié)合介導(dǎo)對細(xì)胞功能的非基因組效應(yīng)參與肌肉的發(fā)育。研究表明，抑制GPER-1會降低E2對蛋白合成速率的作用，從而影響肌細(xì)胞的再生[26, 27]。以上的研究說明，ERα、ERβ分別主要通過介導(dǎo)肌衛(wèi)星細(xì)胞的增殖和分化，從而在骨骼肌的發(fā)育中發(fā)揮重要作用。

2.2 ER在前列腺癌中的作用晚期前列腺癌可分為激素敏感型前列腺癌及雄激素剝奪治療后的去勢抵抗型前列腺癌(castration-resistant prostate cancer, CRPC)。前列腺癌的發(fā)生發(fā)展與雄激素和雌激素密切相關(guān)[28]。目前對前列腺癌的研究大多集中在雄激素及其受體上，而忽略了ER的作用。前列腺組織中主要存在ERα、ERβ兩種ER。其中ERα主要存在前列腺間質(zhì)組織中，而ERβ含量最豐富，主要在前列腺上皮的分泌腔和基底部表達[29]。目前的研究更多支持ERα 對前列腺癌的發(fā)展起到促進作用，其與癌組織的增殖、腫瘤不良分期、去勢抵抗及不良預(yù)后相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，ERα的上調(diào)可促進前列腺癌致癌轉(zhuǎn)錄因子ERG的表達，且ERα-ERG共表達的增加也與患者的Gleason評分和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[30]。在CRPC組織中芳香化酶的表達顯著升高，且芳香化酶可催化雄烯二酮轉(zhuǎn)為雌二醇。研究發(fā)現(xiàn)，芳香化酶抑制劑來曲唑可減輕CRPC癌細(xì)胞移植小鼠中腫瘤的轉(zhuǎn)移[31]。在探討芳香化酶的作用機制時發(fā)現(xiàn)，芳香化酶誘導(dǎo)的內(nèi)源性雌激素促進ERα與基質(zhì)金屬蛋白酶12(matrix metalloproteinase 12,MMP12)啟動子上的雌激素反應(yīng)元件結(jié)合，增強了MMP12的表達，從而參與CRPC進展和腫瘤轉(zhuǎn)移。也有研究表明，ERα對癌細(xì)胞的侵襲有抑制作用。癌蛋白NMyc對多種類型的癌癥均具有致癌作用，并且可引起前列腺癌的去勢抵抗，而PPARγ共激活因子1 alpha(PGC1α)是一種前列腺腫瘤抑制因子，可控制合成代謝和分解代謝之間的平衡。研究發(fā)現(xiàn)，PGC1α和雌激素相關(guān)受體1α(ERRα)形成的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物可與癌蛋白MYC的啟動子結(jié)合，抑制MYC的表達水平和活性從而抑制前列腺癌細(xì)胞的侵襲性[32]。相反，ERβ對癌組織具有抗增殖作用，因此多被認(rèn)為對前列腺癌的發(fā)生具有保護作用。在正常生理條件下和惡性腫瘤中前列腺都受雄激素及其受體的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，ERβ的激活可抑制ERα并誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞不依賴于雄激素的凋亡[29, 33]。同時，ERβ與雄激素受體之間存在功能串?dāng)_，ERβ激活后，AR的轉(zhuǎn)錄物、蛋白質(zhì)水平和轉(zhuǎn)錄活性均被下調(diào)，從而降低前列腺癌的發(fā)生[34]。然而，Lai等[35]的研究發(fā)現(xiàn)ERβ在前列腺癌的骨和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中的表達升高，提示ERβ與晚期前列腺癌的發(fā)生存在因果關(guān)系。綜上可知，ERα、ERβ均參與前列腺腫瘤的發(fā)生發(fā)展，在不同類型和不同階段的前列腺癌中作用不同。

3 結(jié)語與展望

總之，ER在細(xì)胞的增殖、凋亡、自噬等過程中具有重要的調(diào)控作用。在骨骼肌發(fā)育過程中ERα 主要介導(dǎo)肌衛(wèi)星細(xì)胞的增殖，而ERβ主要介導(dǎo)肌衛(wèi)星細(xì)胞的分化；在前列腺癌的發(fā)生與發(fā)展中，ERα多被認(rèn)為對前列腺癌的發(fā)展起促進作用，與癌組織的增殖、腫瘤不良分期、去勢抵抗及不良預(yù)后相關(guān)，而ERβ多被認(rèn)為對前列腺癌的發(fā)生具有保護作用，對癌組織具有抗增殖作用。由此可見，ER與肌肉的發(fā)育及前列腺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。通過對ER的研究可為部分肌肉性疾病及前列腺癌的治療提供新的思路。目前，關(guān)于ER的研究大多集中在ERα、ERβ上，而忽略了G蛋白偶聯(lián)受體家族的作用。因此，在今后的研究中可關(guān)注G蛋白偶聯(lián)受體家族介導(dǎo)的非基因型效應(yīng)在疾病中的調(diào)控作用，從而找到新的治療思路。