雌激素受体的生物学功能及其在骨骼肌发育和前列腺癌中作用的研究进展

黄明清，翁雨亭综述，方克伟审校

0 引 言

雌激素是一种重要的性激素，雌激素受体(estrogen receptor，ER)广泛分布在各种组织中，因此具有广泛而重要的作用。其不仅能促进女性生殖器官的发育，并在对调节内分泌系统、代谢、骨骼肌的发育等过程中发挥重要的作用。雌激素的作用在很大程度上是通过核激素受体ERα 和 ERβ 的活性介导的，以细胞、组织和时间特异性的方式调节复杂、动态的基因网络，从而参与多种生理、病理过程。研究发现，雌激素通过ERα、ERβ 在骨骼肌的质量和再生中发挥着重要作用，雌激素的缺乏可导致肌肉质量下降[1-3]。同时，ERα、ERβ 也介导前列腺癌的发生与发展[4-6]。因此，研究ER在骨骼肌和前列腺癌中的具体调控作用可更好了解疾病的发病机制，并为治疗提供新的靶点。本文就ER的结构、生物学功能及其在骨骼肌发育、前列腺癌中的作用作一综述。

1 ER的结构及生物学功能

1.1 ER的结构和分布ER主要包括ERα和ERβ，ERα 基因位于人类第6号染色体上，编码595个氨基酸，而ERβ位于人类第14号染色体上，编码530个氨基酸[7]。两者结构相似，主要由A/B、C、D、E/F四个具有不同功能的结构域组成。A/B区具有一个非配体依赖的转录激活区(AF-1)，AF-1不依赖雌激素的激活，参与调节雌激素与受体的结合。C区为DNA结合域，主要与特异DNA的结合，从而达到转录靶基因的目的。D区为铰链区，带有核定位信息。E/F区称为配体结合域，主要与配体特异性结合发挥转录因子的作用[8]。其中ERα主要在性器官中表达(前列腺除外)，如乳腺、子宫、卵巢等[9]，ERβ主要存在于骨骼、前列腺组织等[10]。

1.2 ER的生物学功能ER按细胞中的位置分为两大类：一是经典的核受体，包括ERα和ERβ，其主要位于细胞核内通过调节特异性靶基因的转录而发挥“基因型”调节效应；二是膜性受体，包括经典核受体的膜性成分以及属于G蛋白偶联受体家族的GPER-1、Gaq-ER和ER-X，通过第二信使系统发挥间接的转录调控功能，介导快速的非基因型效应。

ER的生物学功能主要有以下几点：①调控细胞增殖。细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinase, CDK)与周期蛋白具有协同作用，CDK在细胞周期的特定时间被激活，通过磷酸化相应底物，驱使细胞完成细胞周期。研究发现，GPER-1通过cAMP/PKA/p-CREB途径和上调细胞周期蛋白D1/CDK6及细胞周期蛋白E1/CDK2复合物，调节骨髓间充质干细胞的增殖[11]。同时，ER可通过调节子宫内膜癌细胞中的 G1/S 特异性周期蛋白D1和p21(细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂)的表达来促进或抑制细胞增殖[12]。②调控细胞凋亡。众多研究表明ERβ可通过调节凋亡相关分子，如Bax、caspase-3和PARP等的表达和调控 NF-JB/bcl-2 凋亡途径来调控细胞凋亡。首先，ER能促进细胞凋亡，研究发现，木犀草素可通过 H3K4 单甲基化和抑制PI3K/AKT/mTOR通路对三苯氧胺耐药的ER阳性乳腺癌细胞具有诱导凋亡的作用[13]；另外，ER也可抑制细胞凋亡，Liao等[14]实验证明，线粒体雌激素受体ERβ(mtERβ)可通过诱导Mn-超氧化物歧化酶(ROS清除酶)和抗凋亡蛋白的表达而抑制氧化损伤诱导的细胞凋亡。BNIP3是Bcl-2蛋白家族中的一种促凋亡蛋白，可诱导细胞自噬和凋亡。在心脏缺氧损伤的研究中发现，ERα与BNIP3结合，导致功能性BNIP3的水平降低，同时，ERα 通过与SP-1或 NFκB 位点结合而减弱 BNIP3 启动子的活性，从而抑制细胞凋亡和自噬[15]。③调控细胞自噬。自噬是保持细胞内环境稳态的重要机制，在调节疾病的进展中有重要的作用。越来越多的研究表明，ERβ 可通过抑制 PI3K/AKT/mTOR通路和AMPK通路的激活，调节自噬相关标志物(如LC3-I、 p62等)的表达，从而调控细胞自噬。首先，ER能抑制细胞自噬，Wang等[16]的实验证明，促生长因子(insulin-like growth factor 1,IGF-1)可通过调节GPER和IGF-1R/PI3K-Akt-mTOR途径，从而抑制多巴胺能神经元细胞的自噬；同时，ER也可促进细胞自噬，Yang等[17]结果表明，ERβ通过下调P62的表达和抑制mTOR活化，从而诱导骨肉瘤细胞自噬。CLDN6 是一种紧密连接蛋白，在乳腺癌中起着抑癌基因的作用，且CLDN6 可正向调节自噬相关基因Beclin1的表达，从而参与调节自噬。研究证明，ERβ对乳腺癌细胞迁移和侵袭的抑制作用是由 CLDN6 介导的 Beclin1 依赖性自噬级联反应[18]。

2 ER在骨骼肌发育和前列腺癌中的作用

2.1 ER在骨骼肌发育中的作用骨骼肌的发育离不开肌卫星细胞的增殖、分化过程[19]，肌卫星细胞一般处于静止状态，受到刺激后激活，激活后的肌卫星细胞可进行对称分裂和非对称分裂产生子卫星细胞和参与肌生成的子细胞，用于维持卫星细胞池的稳定和损伤的修复[20]。ER与骨骼肌发育密切相关，其结构或功能的异常会影响肌肉的再生和质量，最终导致肌营养不良、肌肉萎缩等疾病。骨骼肌中存在三种ER：ERα、ERβ 和 G 蛋白偶联雌激素受体(G protein conjugates estrogen receptor, GPER)[21]。在肌肉组织中ERα主要参与肌细胞线粒体完整性、脂质代谢和再生等过程。研究发现，雌二醇可通过ERα介导的途径调节卫星细胞中肌球蛋白重链的表达，同时刺激肌卫星细胞增殖[22]。ERβ则主要介导成肌细胞的分化。泛素特异性蛋白酶19(USP19)是肌肉萎缩过程中负性调节肌肉质量的关键因素。 研究表明，雌二醇通过ERα 增加了USP19的表达，从而降低了比目鱼肌质量，而大豆苷元(一种异黄酮)可抑制雌二醇诱导ERα募集并促进ERβ募集到USP19的功能性半雌激素反应元件上，从而下调USP19的表达，增加了肌肉的质量[23]。同时，在面肩肱骨肌营养不良症的研究中雌激素通过介导 ERβ 拮抗双同源盒4的活性来促进成肌细胞分化[24]。在Pellegrini等[25]的研究中，黄烷酮柚皮素(Nar)通过 ERβ 途径激活 P38/MAPK 的磷酸化，降低骨骼肌细胞中活性氧的形成，从而减少细胞的氧化损伤和促进骨骼肌的分化。雌二醇(E2)除可与ERα、ERβ结合介导基因组效应外，还能与GPER-1结合介导对细胞功能的非基因组效应参与肌肉的发育。研究表明，抑制GPER-1会降低E2对蛋白合成速率的作用，从而影响肌细胞的再生[26, 27]。以上的研究说明，ERα、ERβ分别主要通过介导肌卫星细胞的增殖和分化，从而在骨骼肌的发育中发挥重要作用。

2.2 ER在前列腺癌中的作用晚期前列腺癌可分为激素敏感型前列腺癌及雄激素剥夺治疗后的去势抵抗型前列腺癌(castration-resistant prostate cancer, CRPC)。前列腺癌的发生发展与雄激素和雌激素密切相关[28]。目前对前列腺癌的研究大多集中在雄激素及其受体上，而忽略了ER的作用。前列腺组织中主要存在ERα、ERβ两种ER。其中ERα主要存在前列腺间质组织中，而ERβ含量最丰富，主要在前列腺上皮的分泌腔和基底部表达[29]。目前的研究更多支持ERα 对前列腺癌的发展起到促进作用，其与癌组织的增殖、肿瘤不良分期、去势抵抗及不良预后相关。研究发现，ERα的上调可促进前列腺癌致癌转录因子ERG的表达，且ERα-ERG共表达的增加也与患者的Gleason评分和转移密切相关[30]。在CRPC组织中芳香化酶的表达显著升高，且芳香化酶可催化雄烯二酮转为雌二醇。研究发现，芳香化酶抑制剂来曲唑可减轻CRPC癌细胞移植小鼠中肿瘤的转移[31]。在探讨芳香化酶的作用机制时发现，芳香化酶诱导的内源性雌激素促进ERα与基质金属蛋白酶12(matrix metalloproteinase 12,MMP12)启动子上的雌激素反应元件结合，增强了MMP12的表达，从而参与CRPC进展和肿瘤转移。也有研究表明，ERα对癌细胞的侵袭有抑制作用。癌蛋白NMyc对多种类型的癌症均具有致癌作用，并且可引起前列腺癌的去势抵抗，而PPARγ共激活因子1 alpha(PGC1α)是一种前列腺肿瘤抑制因子，可控制合成代谢和分解代谢之间的平衡。研究发现，PGC1α和雌激素相关受体1α(ERRα)形成的转录复合物可与癌蛋白MYC的启动子结合，抑制MYC的表达水平和活性从而抑制前列腺癌细胞的侵袭性[32]。相反，ERβ对癌组织具有抗增殖作用，因此多被认为对前列腺癌的发生具有保护作用。在正常生理条件下和恶性肿瘤中前列腺都受雄激素及其受体的调控。研究发现，ERβ的激活可抑制ERα并诱导前列腺癌细胞不依赖于雄激素的凋亡[29, 33]。同时，ERβ与雄激素受体之间存在功能串扰，ERβ激活后，AR的转录物、蛋白质水平和转录活性均被下调，从而降低前列腺癌的发生[34]。然而，Lai等[35]的研究发现ERβ在前列腺癌的骨和淋巴结转移中的表达升高，提示ERβ与晚期前列腺癌的发生存在因果关系。综上可知，ERα、ERβ均参与前列腺肿瘤的发生发展，在不同类型和不同阶段的前列腺癌中作用不同。

3 结语与展望

总之，ER在细胞的增殖、凋亡、自噬等过程中具有重要的调控作用。在骨骼肌发育过程中ERα 主要介导肌卫星细胞的增殖，而ERβ主要介导肌卫星细胞的分化；在前列腺癌的发生与发展中，ERα多被认为对前列腺癌的发展起促进作用，与癌组织的增殖、肿瘤不良分期、去势抵抗及不良预后相关，而ERβ多被认为对前列腺癌的发生具有保护作用，对癌组织具有抗增殖作用。由此可见，ER与肌肉的发育及前列腺癌的发生发展密切相关。通过对ER的研究可为部分肌肉性疾病及前列腺癌的治疗提供新的思路。目前，关于ER的研究大多集中在ERα、ERβ上，而忽略了G蛋白偶联受体家族的作用。因此，在今后的研究中可关注G蛋白偶联受体家族介导的非基因型效应在疾病中的调控作用，从而找到新的治疗思路。