雌激素受体与动物性别发育关系的研究进展

金子笛 刘龙 龚道清/扬州大学 225009

性别决定是一个涉及多个基因的级联调控过程，包括初级性别决定和次级性别决定。其中初级性别决定是由性染色体决定性腺的发育方向，而次级性别决定是由性腺分泌的激素决定身体的表型。现在公认的性别决定基因只有哺乳动物中Y 染色体短臂上存在的性别决定基因SRY。SRY 通过瞬时表达使胚胎性腺向雄性的睾丸方向分化，产生雄性激素并诱导哺乳动物中的雄性性别分化。鸟类的性染色体组成为ZW 型染色体。目前对鸟类的研究虽然发现了许多鸟类性别决定的候选基因（如DMRT1、SOX9、AMH、FOXL2 等），但其具体的性别决定机制目前并不十分明确。

近年来，Zhao 等通过对3 只雌雄嵌合体鸡进行研究发现，鸟类体细胞具有细胞自主性性别特征（CASI），并提出了鸟类性别决定的新模型。在这种雌雄嵌合体的鸡中，它们两侧的身体在相同的性激素水平下（血液循环）却表现出不同的性别表型，这与哺乳动物中以“性腺-激素”为中心的性别决定机制不同。其中，性激素受体很可能发挥了重要的作用。

雌激素受体（ER）是甾体激素受体（SHR）大家族的一种核受体，在结构上具有两种亚型（ERα 和ERβ），位于胞浆或细胞核内，起到转录因子的作用。雌激素通过与雌激素受体结合，发生变构形成二聚体，再与雌激素受体反应原件（ERE）结合，刺激靶基因转录，从而调节雌激素发挥其正常功能。在多个物种中，雌激素受体被发现与性别发育过程有关，本文将对这方面的研究进展作一综述。

1 雌激素受体的结构

雌激素受体是由雌激素受体基因编码的蛋白质。不同的物种雌激素受体基因的染色体位置不同，如人的位于6 号染色体，家鼠的位于10 号染色体，鸡的位于3 号染色体，但它们都具有DNA 结合转录因子活性、雌激素受体活性，能与Hsp90 蛋白、特异性DNA序列、甾体和锌离子结合。

从保守域的N 端开始，雌激素受体蛋白结构可分为A-F 六个区域，其中A/B 区是一个转录调控区，含有非配基依赖的转录激活功能域（AF-1）。C 区是DNA 结合域（DBD）。D 是铰链区，在该区结合的Hsp90 二聚体可以在ER和雌激素结合前对ER 进行适当的折叠使其配基结合域（LBD）保持非活性状态E 区为配体结合域（LBD），LBD含有ER 二聚化过程中起重要作用的序列，具有调节配体与ER 的结合、发生二聚化等一系列功能。E/F 区还含有配基依赖性的转录激活功能域（AF-2）。

雌激素受体在结构上有ERα 和ERβ两种亚型，二者在结构上高度相似，在人体中二者DBD 同源性为96%，LBD 同源性为53%。在鸡中，ERα 的研究比ERβ 更为深入。鸡雌激素受体α（cERα）蛋白分为I 型和II 型。I 型大小为66kda，是几个cERα-mRNAs（A1-D）的翻译产物，以严格依赖于E2 的方式激活或抑制。II 型大小为61kda，其缺乏I 型中存在的N 末端的41 个氨基酸，由一个新的cERα-mRNA（A2）编码，A2 富集于肝脏，在缺乏配体的情况下具有部分反式激活或抑制活性。因为II 型蛋白的翻译起始蛋氨酸在卵生生物中保守，在哺乳动物中并不保守，所以ERα 基因产生的两种功能不同的蛋白质亚型的存在，可能是卵生生物一个共同而特殊的特征。

2 雌激素受体的作用机制

2.1 配基依赖型ER 激活ER 在与雌激素结合前与Hsp90 结合，Hsp90 使LBD 区处于非活性状态，与雌激素结合后ER 被激活，Hsp90 被解离，ER转移到细胞核内通过LBD 区与雌激素（E2）结合发生二聚化，其DBD 与靶基因的ERE 结合，顺式激活靶基因调控区的增强子促进靶基因的转录。

2.2 ER 的转录调控ER 在结构上具有AF-1 和AF-2 两个转录激活功能域。AF-1 和AF-2 可以协同调控雌激素应答基因也可单独发挥转录作用。但ERα和ERβ 与雌激素结合后对转录功能的作用有所不同，在AP1 位点，ERα 与雌激素结合可以激活转录，但ERβ 与雌激素结合则会抑制转录。且抗雌激素药物能选择性地拮抗ERα 而对ERβ不起作用，这可能是ERα 和ERβ 的AF-1 的差异造成的。

2.3 非配基依赖型ER 激活除了传统的配基依赖型激活，ER 还能在无配基的情况下与其他通路发生作用，即非配基依赖型ER 激活。包括ER 的磷酸化、ER 与生长因子、共调节因子、孕激素受体等通路的相互作用。

3 雌激素受体在不同物种中的表达规律

3.1 雌激素受体在哺乳动物中的表达Brandenberger 等用半定量RT-PCR的方法检测了妊娠16～23 周胎儿的ERα 和ERβ 的分布，发现ERα 在子宫表达量较高，卵巢、睾丸、皮肤和肠道中均有表达但表达量相对较低；ERβ 在子宫中的表达较少但在卵巢、睾丸、肾上腺和脾脏的表达量均高于ERα，且在胸腺、垂体、皮肤、肺、肾脏和大脑皮层中均有表达。

3.2 雌激素受体在鸟类中的表达母鸡的卵巢发育是一种很明显的不对称发育，在发育过程中，右侧性腺会逐渐退化，只有左侧性腺会发育成卵巢。在鸡的性别决定过程中，ERα 在左右髓质都有表达，但在左侧性腺上皮中不对称表达。进一步的mRNA 表达检测显示，最早在孵化3.5d 时就可以在雌性的生殖组织中检测到ER；在5.5 胚龄的胚胎中，ER 表达仅限于性腺。这说明雌雄胚胎早在生殖腺形态分化前（6～6.6d）就已经出现了ER 的mRNA 表达，即两性性腺在胚胎发生早期、性腺分化之前就具有了对雌激素的反应能力。

3.3 雌激素受体在爬行动物中的表达爬行动物的雌激素受体mRNA 在性腺分化前也已经开始表达。Zhang 等对扬子鳄的脑组织和外周组织的实时定量PCR 结果显示，ERα 的mRNA 在脑组织和外周组织中广泛表达，脑组织中在小脑的表达水平最高，外周组织中在卵巢中的表达水平最高；且在生殖期时小脑、垂体、肝、脾、肺、肾、卵巢的ERα 表达水平均显著高于冬眠期。

4 雌激素受体与性别发育的调控

4.1 雌激素受体对哺乳动物性别发育的调控外源性雌激素可以诱导北美负鼠和尤金袋鼠这两种有袋动物XY 性腺的性反转。Calatayud 等检测了尤金袋鼠性腺分化过程中ER 的表达，发现尽管在早期性腺发育过程中缺乏有效配体，但在不同性别的性腺中就已经存在ER 的保守表达，ER 能在早期就对外源雌激素做出反应并在早期哺乳动物性腺中传递信号。这说明哺乳动物的ER 在雌激素出现前就已经出现在性腺内，这可能对性腺发育起到一定的导向作用。Della 等在小鼠的研究中发现，ER 在怀孕12d 时就已经处于活跃状态，且在小鼠发育的胚胎中具有广泛的转录活性，表明了ER 在非生殖器官和生殖器官的发育中具有潜在作用。

4.2 雌激素受体对鸟类性别发育的调控在鸡的研究中发现，体外注射E2可以提高ERα 的mRNA 表达；在性别决定点前向ZZ 胚胎注射雌激素会导致性别发生逆转，但这种逆转的表型在该个体成年后会恢复正常；在性别决定点后向ZZ 胚胎注射雌激素可以在孵化第10d 观察到该胚胎左侧性腺髓质外覆盖着一层狭窄的皮质结构，在孵化第17d 时这个皮质结构更加明显，且富含生殖细胞。这说明雌激素可以诱导卵巢的形成。实际上，ER 介导的雌激素在母鸡的左侧性腺皮质发育中起到决定性的作用，母鸡右侧性腺皮质分泌不足的原因可能就是右侧性腺生发上皮缺乏雌激素的靶细胞和受体。

在鸟类的生殖系统中，ER 可以调节发育阶段生殖器官的发育和生殖细胞的成熟，ERα 的早期失活会影响发育，使成年个体性腺表型混乱。此外，ERα 激活剂的注射会导致两性生殖器官的分化紊乱，而ERβ 激活剂的注射则不会造成影响。这说明ERα 在母鸡生殖道的性别分化中起重要作用，而ERβ 发挥的作用较少。不过，值得注意的是，即便是鸡的性腺表型发生改变，其体细胞和身体的表型依然会保持原有的性别。

4.3 雌激素受体对鱼类性别发育的调控在鱼类中，雌激素通过与ERα、ERβ 和G 蛋白偶联雌激素受体（GPER）结合调节椎体的发育和功能。Crowder等对GPER 突变斑马鱼的卵巢发育和功能的研究发现，斑马鱼的性别决定、卵巢发育及生育能力不需要GPER 的参与，而ERα 和ERβ 可能和斑马鱼的性别决定、卵巢发育及生育能力有关。

4.4 雌激素受体对爬行动物性别发育的调控在爬行动物中，许多物种都表现出温度依赖型的性别决定。如果在温度敏感期对雄性生产温度下孵育的胚胎给予外源性雌激素，会抑制这种温度效应产生雌性胚胎；对雌性生产温度下孵育的胚胎抑制其内源性雌激素的产生会导致胚胎发育为雄性。Kohno等对美洲短吻鳄ERα 和ERβ 体外反式激活试验的结果表明，ERα 可能是影响美洲短吻鳄性反转和胚胎苗勒氏管存在和生长的主要雌激素受体。雌激素-雌激素受体依赖的过程可能在爬行动物性别决定和性腺分化过程中起到重要作用。

5 结语

自从雌激素发现以来，人们对于雌激素及其受体已经进行了大量的研究，阐明了其结构、作用机制和许多功能。雌激素受体在生殖系统的发育上具有重要作用，在不同物种上的研究表明雌激素受体可能还参与了性别的调控。而鸟类中CASI 机制的提出更是为雌激素受体在鸟类性别决定中的作用机制带来了新的研究价值。在鸟类的性别决定过程中，“ERα 在雌性性腺左右髓质都有表达但在左侧性腺上皮不对称表达”的现象使其成为了一个很好的雌激素传感器的研究模型，可以用于雌激素作用于不同细胞类型或通过不同途径影响性腺髓质和皮质分化的研究。目前，尽管我们对鸡的雌激素受体有了一定的了解，但其在性别发育中起到的确切作用还不是十分清楚，对雌激素受体在鸡性别发育中的进一步研究将为鸟类性别决定机制的研究提供重要的参考。