雄激素受体信号通路在前列腺癌中的表达调控

张 政 张毓红 杨 泽

研究表明，前列腺癌、前列腺增生、kennedydiseas病、男性不孕、雄激素不敏感综合症以及男性乳癌等疾病的发生均与雄激素受体信号通路的异常有关［1］。雄激素受体信号通路在前列腺癌中起重要作用，当雄激素受体与双氢睾酮形成受体配体复合物时，能够促进前列腺细胞的存活和增生［2］，但是其具体的作用机制尚不清楚，因此，探讨雄激素受体信号通路的各种分子组成、结构、功能以及与其他信号通路的联系一直是临床泌尿外科的研究热点。本文就雄激素受体信号通路的研究进展进行综述。

1.雄激素受体结构

1.1 雄激素受体基因的结构 雄激素受体基因被定位于Xq11.2－12，长度约为90kb，由8个外显子和7个内含子构成，共有5400多个碱基对［3］，能编码918个氨基酸，(可能存个体差异，910～920之间)。雄激素受体基因属于核受体基因超家族的一员，是一种配体诱导的转录因子。雄激素受体基因可分为三个功能域:氨基末端域，DNA结合域，羧基末端配体结合域。雄激素受体基因转录起始位点的上游即5'端，存在一个基因调节元件，它可以控制雄激素受体基因的表达，在这个调节元件中包含的是GC盒，而并非通常的TATA盒，或者CCAAT盒。而这些盒在聚合酶Ⅱ依赖的基因中很常见。在转录起始位点的上游，有一个包含50个碱基对的顺式作用元件，该元件富含嘌呤，它的作用是激活雄激素受体基因的转录。还有一些其他的顺式作用元件，包括:AP-1，RARE，以及cAMP反应元件。这些顺式作用元件可能都会参与调节雄激素受体基因的表达。另外，对人AR基因的研究发现，在人类前列腺癌和前列腺增生中发挥重要作用，具有高度多态性的CAG重复序列位于氨基端结构域，有研究表明(The androgen receptorCAGrepeat:amodifier of carcinogenes)，在正常范围内不同的CAG数目对AR的转录活性影响是不同的，而AR对雄激素敏感性随CAG重复序列增长而增加，但AR mRNA及AR蛋白的水平与CAG重复序列长度成负相关［4］。

1.2 雄激素受体蛋白的结构 雄激素在男性一生中都发挥重要作用，人体内雄激素的主要成分是睾酮，主要由睾丸的Leydig细胞合成，小部分由肾上腺合成。人体内主要发挥作用的雄激素是双氢睾酮(DHT)，是在5α还原酶作用下由睾酮转化而来，双氢睾酮与雄激素受体的结合能力大约是睾酮的4倍。雄激素受体蛋白属于核受体超家族中的一员，分子质量为98.5kDa(1kDa=1u)，由910个氨基酸组成［5］。其结构被划分为4个结构域，分别具有不同的功能:低保守的氨基端结构域(N-Terminus domain，NTD)，高保守的DNA结合结构域(DNA-binding domain，DBD)，铰链区(flexible hinge)和高保守的羧基端配体结合结构域(1igand binding domain，LBD)［6］。结构分析发现NTD包含两种多聚体:多聚谷氨酸和多聚脯氨酸。多聚氨基酸结构通常与转录激活有关，因此NTD是雄激素受体的转录激活区。DBD包括由3个α螺旋组成的两个锌指结构。这两个锌指是由两个不同的外显子编码的，且结构和功能各异。第1个α螺旋可以识别含有5'-TGTTCT-3'序列的DNA六聚体，第2个锌指结构则可以稳定受体与靶基因上激素反应元件(hormone response element，HRE)的结合。两个锌指之间的基底部结构以及锌指顶端的序列也参与或影响受体与HRE的识别。受体通过其DBD区识别HRE，并与之结合，结合后的激素/受体复合物可刺激转录起始点附近的起始前复合物的形成或使该复合物稳定，并可能将其与RNA聚合酶Ⅱ连接起来，从而引发靶基因的有效转录。铰链区(flexible hinge)连接AR-LBD和AR-DBD，是AR二聚体形成、辨认AR的特异响应元件(ARE)以及AR转录活性的重要调节区。铰链区有抑制AR-LBD-AF-2活性的作用。LBD区由AR基因的第4～8外显子编码，主要决定受体结合配体的特异性，包含激素结合区(ABD)、一个核定位信号、一个二聚体化区域、与热休克蛋白(Hotshockprotein，Hsp)相互作用区域和激活功能区AF2(activationfunction2)。

2.雄激素受体信号通路的激活

2.1 睾酮、双氢睾酮 前列腺是雄激素依赖性器官，它的胚胎发育及正常功能的维持都需要雄激素的作用，已有确定的证据证明雄激素能够促进前列腺癌的发生、发展。睾酮是循环中的主要雄激素，可以直接与雄激素受体结合来发挥其生物活性，也可以被类固醇5α-还原酶1(S5AR1)和类固醇5α-还原酶2(S5AR2)转化为5α-双氢睾酮(DHT)后与雄激素受体结合。DHT是前列腺细胞内的主要雄激素，其与AR的亲和性大于睾酮。睾酮或者双氢睾酮与雄激素受体结合后会发生某些结构上的变化并促进受体配体复合物的核转位，同时会招募其他辅助调节因子，如转录共激活蛋白E1A结合蛋白p300(p300)、类固醇受体辅助活化因子 1［NCOA1(SRC1)］、NCOA2(TIF2/GRIP1)等，与靶基因上的雄激素受体反应原件结合，共同调控靶基因的表达。Gann［7］在他的临床研究中发现循环血睾酮水平高出平均值的人群会增加其前列腺肿瘤的发病风险，老年男性中高水平的睾酮会刺激前列腺的增长，并增加其发生突变的可能。而Kjellman［8］等对65名初诊为前列腺癌的患者的双氢睾酮水平进行了15年的随访及生存分析，在随访中点死亡的41人中，有17人死于PCa。研究得出的结论是高DHT水平的患者生存4率明显优于低水平者，提示低水平的DHT可能促进PCA的发展。

2.2 白介素－6白介素－6(IL-6)是一种具有多潜能的细胞因子，对细胞生长即有刺激作用，又有抑制作用。IL-6由单核/巨噬细胞、内皮细胞、活化T淋巴细胞及肿瘤细胞等产生。其中，肿瘤细胞分泌的IL-6通过两种方式调节肿瘤发生、发展的［9］。一是自分泌环路:肿瘤细胞分泌的IL-6与自身的IL-6R结合，调节肿瘤的发生发展。另一种是旁分泌环路:肿瘤细胞分泌的IL-6与其他细胞表面的IL-6R结合来发挥其生物学效应。包世新［10］等人的研究结果显示:IL-6与IL-6R可能相互协同，共同促进PCa的发生、发展，并且IL-6、IL-6R水平随着PCa的发生、发展而升高。研究中还指出随着恶性程度增加，肿瘤的生长活性增高，可分泌和生成更多的IL-6，可能对促进肿瘤的扩散和转移具有一定作用。IL-6主要通过STAT3信号传递子的作用增强雄激素受体的反式激活［11］，STAT3与雄激素受体结合形成AR-STAT3复合物并可引起雄激素受体介导的基因激活。

早期的PCa是雄激素依赖性癌，去势治疗能够有效的抑制PCA的发展，但是绝大多数PCa晚期都会发展为雄激素非依赖性癌。研究发现去势治疗后会引起IL-6水平增高，这是促使雄激素依赖性癌转变为雄激素非依赖性癌的重要原因。

2.3 WNT WNT信号通路是细胞增殖和分化的关键。经典的WNT信号通路是WNT蛋白与一种特殊卷曲的G蛋白偶联受体(GPCRs)结合，然后作用于细胞内的DSh蛋白结合，激活WNT信号通路，抑制细胞内β-catenin的磷酸化降解，从而使β-catenin积蓄。研究表明［12］，β-catenin蛋白是一种标准的WNT信号分子，其浓度直接影响着WNT信号通路的活性。它还可以以配体依赖的方式与雄激素受体结合，提高雄激素信号和后续的雄激素介导的基因的转录激活。

2.4 转化生长因子β-1 转化生长因子β-1(TGF-β1)是作为肿瘤抑制基因和癌基因的双重角色存在的，这是由于TGF-β1在不同条件下起着不同的双向调控作用。TGF-β1是一种抑癌基因，能抑制上皮细胞增生，诱导凋亡，Wilding［13，15］发现TGF-β1可抑制雄激素非依赖性前列腺癌细胞系DUl45和PC-3，但不能抑制雄激素依赖性低分化细胞系LNCaP细胞系的增殖。在肿瘤发生早期，可能作为肿瘤抑制因子起作用，但因其表达和激活方式的缺陷，以及TGF-β1受体或受体后水平缺陷，导致生长抑制作用消失，而随着肿瘤的发展，在肿瘤晚期可以作为促进因子刺激血管生成、细胞扩散、抑制免疫和加速肿瘤细胞生长。相对于正常前列腺组织、癌旁组织和已有转移的PCa组织，TGF-β1高表达于PCa组织和未转移的PCa组织，并且TGF-β1表达越强，肿瘤发展越快，肿瘤转移性越强，患者生存率越低，死亡率越高［14，15］。也有研究指出:前列腺癌未转移者血浆TGF-β1水平与前列腺增生症者相比无明显差异，提示TGF-β1并未参与前列腺癌的发生过程，而仅在前列腺癌骨转移过程中发挥作用。TGF-β1介导的反应伴有一个复杂的信号通路。它可以与转化生长因子受体1和2(TGF-β1-R1和TGF-β1-R2)结合并磷酸化，以此激活转录因子SMAD家族成员3(SMAD3)。SMAD3与雄激素受体相互作用，激活雄激素受体转录活性。

2.5 p300和Hic-5 富含脯氨酸的酪氨酸激酶2［pyk2(FAK2)］可以通过灭活雄激素受体共激活子Hic-5/ARA55(转化生长因子β1介导的转录产物)来抑制雄激素受体的反式激活［16］。这种灭活可能是PYK2(FAK2)在酪氨酸43处直接使Hic-5/ARA55磷酸化的结果，损害了激活Hic-5/ARA55的共激活剂或者使Hic-5/ARA55隔离来减少它与雄激素受体的交互作用。

2.6 MAPK 胰岛素样生长因子－1(IGF-1)是一类具有促进细胞增殖、分化以及血管形成等多种生物活性的多肽生长因子，由70个氨基酸组成。IGF-1的主要生物学功能是通过激活胰岛素样生长因子受体(IGF-1R)实现的。IGF-1与IGF-1R结合激活MAPK级联。磷酸化的IGF-1R能够直接与衔接蛋白SHC反应并使之磷酸化，产生Shc蛋白，Shc蛋白会募集生长因子受体结合蛋白(GRB2)和son of sevenless(SOS)，然后激活病毒性肉瘤致癌基因(H-Ras)、滤过性病毒致癌基因(c-Raf-1)和MAPK级联的分裂素活化的蛋白激酶1(MEK1(MAP2K1))/分裂素活化的蛋白激酶1(ERK2(MAPK1))［17］。ERK2激酶会使雄激素受体本身和它的辅助调节因子如NCOA1和NCOA2磷酸化并激活。多项研究表明:阻断IGF-1R信号转导途径可抑制肿瘤的生长，增加肿瘤细胞的凋亡，并可以降低肿瘤对化疗药物的抵抗。表皮生长因子(EGF)也是这一通路中的重要分子，EGF可以与表皮生长因子受体(EGFR)结合，然后结合到Shc蛋白上共同募集GRB2和SOS，激活MAPK级联。

3.雄激素受体信号通路的抑制

3.1 糖原合成酶激酶3-β 糖原合成酶激酶3-β(GSK3-β)是WNT信号通路的一员，可以通过直接使雄激素受体磷酸化来抑制雄激素受体调控的反式激活和细胞生长，也可以使细胞内的β-catenin磷酸化失活，抑制其与雄激素受体的结合。与GSK-3作用相似的还有大肠腺瘤息肉蛋白(APC)，APC参与β-catenin的磷酸化。许多研究表明，在前列腺癌组织中存在APC基因突变，缺失和甲基化现象，APC水平下降使胞浆内的β-catenin不能被正常降解而大量积聚。

3.2 p21活化激酶6p21活化激酶6(PAK6)属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，主要表达于前列腺和脑、睾丸等组织。PAKs有两个亚家族共6个成员(PAK1～PAK6)，主要参与细胞增殖、调控细胞凋亡、骨架重塑、运动以及癌变等多种病理过程。在高级的真核生物中，PAK家族被分为两个亚家族:PAKⅠ亚家族和PAKⅡ亚家族，PAK6属于PAKⅡ亚家族，是通过酵母双杂交被首次鉴定的。在雄激素受体信号通路中，PAK6可以直接与AR的配体结合域上的氨基酸序列结合，是目前所知的唯一能与AR结合的PAK家族成员［18］。PAK6可以使AR磷酸化，抑制其转录激活，更关键的是激活的PAK6能抑制已受刺激的AR的核转位。温星桥在他的实验研究中得出PAK6激酶活性可影响前列腺癌细胞的体外增值，雄激素对前列腺癌细胞的生长刺激作用受PAK6激酶活性的影响，同时还指出，PAK6激酶失活可使前列腺癌细胞对雄激素的生长依赖性下降，增殖能力增强。免疫组织化学检测发现，在不同分化程度的PCa组织中PAK6表达与PCa的分化等级呈明显正相关性，PAK6的阳性表达率和表达程度随着恶性度的增高而明显增加。

3.3 蛋白激酶B 目前对蛋白激酶B(AKT1(PKB))的研究多与TGF-β1信号通路有关，如李伟［19］等人的研究中指出前列腺癌细胞中PI3K-PKB信号通路可以抑制TGF-β信号通路的活化并调节细胞对TGF-β的敏感性。其作用机制是PKB可以与smad4竞争性结合smad3;PKB的活化可以促进PKB与smad3的相互作用。由于前列腺癌中PI3K-PKB信号通路高度活化，PKB的活性和含量都高于正常组织，所以大量的Smad3与PKB结合，较少的Smad3与Smad4结合，导致TGF-β信号通路因为主要信号传递分子缺乏而受到抑制，认为这是大多数前列腺癌对TGF-β诱导的生长抑制和凋亡不敏感的原因。但最新的研究发现，PKB不仅能通过TGF-β1途径发挥作用，也可以激活PKB依赖的AR磷酸化，最终抑制雄激素受体靶基因(如p21)的表达并减少雄激素受体介导的细胞凋亡。

3.4 细胞周期素D1，RAD9，N-coR 在细胞质中细胞周期素D1，RAD9，N-coR与雄激素受体的配体结合区(LBD)结合，使雄激素受体处于失活状态。李伟等人的实验研究发现前列腺癌Pc-3细胞中，β-catenin与TCF-4(wT)可以协同激活细胞周期蛋白D1(cyclinD1)启动子活性，使AR从受体配体复合物上游离出来，而cyclinD1作为主要的细胞周期促进蛋白，同时又是WNT信号通路的主要靶基因，对肿瘤的发生起直接促进作用。

4.小结与展望

雄激素受体信号通路在前列腺癌的发生、发展过程中发挥重要作用，而雄激素受体信号通路受到多种辅助因子的共同调控，因此研究这些辅助因子在组织标本中的表达水平，以及在雄激素非依赖性前列腺癌中的表达变化，对调整雄激素非依赖性前列腺癌的治疗策略、寻找新的药物靶点、提高治疗效果均具有重要的意义。

1 买铁军，汪欣，郭应禄.雄激素受体信号通路研究进展［J］．中华泌尿外科杂志，2005，26(10):717-719.

2 Nantermet P V，Xu J，Yu Y，etal.Identification of genetic pathways activated by the androgen receptor during the induction of proliferation in the ventral prostate gland［J］．J Biol Chem，2004，279(2):1310－1322.

3 芦志华.血清睾酮及雄激素受体与前列腺癌关系的临床研究［D］．中国协和医科大学(北京协和医学院)北京协和医学院清华大学医学部中国医学科学院，2008.

4 黄宝锋，刘智皓，吴风瑞，等.雄激素受体的结构和功能［J］．四川动物，2008，27(2):307－310.

5 姚根宏，侯亚义，徐志宏.雄激素对雄激素受体调节作用的研究进展［J］．生命科学研究，2001，5(z1):202－205.

6 Shafi A A，Yen A E，Weigel N L.Androgen receptors in hormone-dependent and castration-resistant prostate cancer［J］．Pharmacol Ther，2013，140(3):223－238.

7 Gann P H，Fought A，Deaton R，etal.Risk factors for prostate cancer detection after a negative biopsy:a novel multivariable longitudinal approach［J］．J Clin Oncol，2010，28(10):1714－1720.

8 Kjellman A，Akre O，Norming U，etal.Dihydrotestosterone levels and survival in screening-detected prostate cancer:a 15-yr follow-up study［J］．Eur Urol，2008，53(1):106－111.

9 Wegiel B，Evans S，Hellsten R，etal.Molecular pathways in the progression of hormone-independent and metastatic prostate cancer［J］．Curr Cancer Drug Targets，2010，10(4):392－401.

10 包世新，杨为民，叶章群.前列腺癌中白细胞介素－6的表达及其意义［J］．华中科技大学学报(医学版)，2009，38(5):696－699，702.

11 Hagman Z，Haflidadottir B S，Ceder JA，etal.miR-205 negatively regulates the androgen receptor and is associated with adverse outcome of prostate cancer patients［J］．Br J Cancer，2013，108(8):1668－1676.

12 Luo Y，Lan L，Jiang Y G，etal.Epithelial-mesenchymal transition and migration of prostate cancer stem cells is driven by cancer-associated fibroblasts in an HIF-1alpha/beta-catenin-dependent pathway［J］．Mol Cells，2013，36(2):138－144.

13 Wilding G，Zugmeier G，Knabbe C，etal.Differential effects of transforming growth factor beta on human prostate cancer cells in vitro［J］．Mol Cell Endocrinol，1989，62(1):79－87.

14 Grubisha M J，Cifuentes M E，Hammes S R，etal.A local paracrine and endocrine network involving TGFbeta，Cox-2，ROS，and estrogen receptor beta influences reactive stromal cell regulation of prostate cancer cell motility［J］．Mol Endocrinol，2012，26(6):940－954.

15 Grubisha M J，Cifuentes M E，Hammes S R，etal.A local paracrine and endocrine network involving TGFbeta，Cox-2，ROS，and estrogen receptor beta influences reactive stromal cell regulation of prostate cancer cell motility［J］．Mol Endocrinol，2012，26(6):940－954.

16 Yuan T C，Lin F F，Veeramani S，etal.ErbB-2 via PYK2 upregulates the adhesive ability of androgen receptor-positive human prostate cancer cells［J］．Oncogene，2007，26(54):7552－7559.

17 Che JP，Li W，Yan Y，etal.Expression and clinical significance of the nin one binding protein and p38 MAPK in prostate carcinoma［J］．Int JClin Exp Pathol，2013，6(11):2300－2311.

18 Kaur R，Yuan X，Lu M L，etal.Increased PAK6 expression in prostate cancer and identification of PAK6 associated proteins［J］．Prostate，2008，68(14):1510－1516.

19 李伟，辛殿祺，郭应禄.PKB与SMAD3相互作用调节前列腺癌细胞株 PC-3 对 TGF-β 的敏感性［J］．科学通报，2006，51(11):1269－1275.