430070 廣州軍區(qū)武漢總醫(yī)院

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雌激素膜受體-α信號通路與乳腺癌的相關(guān)性

黃前川丁進(jìn)亞綜述王萍審校

430070 廣州軍區(qū)武漢總醫(yī)院

雌激素受體α和β是一類轉(zhuǎn)錄因子，產(chǎn)生多種生理功能，雌激素受體α和β調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄是配體依賴性的，然而，近來研究表明雌激素受體α還存在另外一條信號途徑，也稱作非基因組或膜啟動途徑，能夠快速地被雌激素激活，這種雌激素受體α位于細(xì)胞膜，因此也稱作膜雌激素受體α，已經(jīng)報(bào)道膜雌激素受體α與多種腫瘤的發(fā)生相關(guān)，本文闡述了近年來雌激素受體α的研究成果以及與乳腺癌的相關(guān)性。

1雌激素受體結(jié)構(gòu)與功能

雌激素在生殖系統(tǒng)、骨骼及大腦發(fā)育等多種生理過程中有重要作用，其生理效應(yīng)由雌激素受體(estrogen receptor，ER)介導(dǎo)。雌激素受體亞型包括ERα和ERβ，經(jīng)典雌激素信號途徑是通過核內(nèi)ER產(chǎn)生的，2010年首次證實(shí)小鼠細(xì)胞膜上存在ER啟動的快速信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，這種膜ER啟動的信號在腫瘤的發(fā)生中有重要作用[1]。

雌激素受體ERα和ERβ亞型分別由基因ESR1 和 ESR2編碼,在序列和空間結(jié)構(gòu)上有高度的相似性，包括6個(gè)功能區(qū)：N端(A/B區(qū))是蛋白間的相互作用和基因轉(zhuǎn)錄激活區(qū)，C區(qū)參與受體二聚化和將ER結(jié)合至雌激素反應(yīng)元件(ERE)的啟動子上，D區(qū)的作用是結(jié)合DNA，同時(shí)也有促進(jìn)受體的二聚化功能；C末端的E區(qū)和F區(qū)組成配體結(jié)合區(qū)，E區(qū)與雌激素的結(jié)合、核定位及與輔助激活因子或輔助抑制因子的結(jié)合等相關(guān)。在ER中已經(jīng)鑒定出2種不同的轉(zhuǎn)錄功能(AFs)區(qū)域，其中AF-1位于N端(A/B區(qū))，即使在缺少配體的情況下，AF-1也可以調(diào)控ERE的基因轉(zhuǎn)錄；而C末端的AF-2含有配體結(jié)合區(qū)，其轉(zhuǎn)錄活性依賴于雌激素作用。細(xì)胞中 AF-1和AF-2往往通過輔助因子協(xié)同調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄[2-3]。除了全長ERs，在許多正常的和病理的組織中還發(fā)現(xiàn)ERs的截短體或ER降解肽(如ERα17p)，它們可以不同程度地調(diào)控雌激素活性，影響靶基因表達(dá)，參與腫瘤的生長和進(jìn)程[4-6]。

2雌激素的膜受體

ERs屬于核受體家族，但近年研究發(fā)現(xiàn)用抗核ERα表位的多個(gè)抗體在細(xì)胞膜同樣檢測出ERα，并且針對核ERα的反義核苷酸也導(dǎo)致細(xì)胞膜ERα表達(dá)的下降，2006年P(guān)edram等通過質(zhì)譜和免疫印跡分析進(jìn)一步證實(shí)了乳腺癌細(xì)胞膜上的ERα與核受體ERα氨基酸序列完全一致?，F(xiàn)在醫(yī)學(xué)界已經(jīng)廣泛認(rèn)同雌激素敏感的細(xì)胞存在細(xì)胞膜ER，膜ER是雌激素產(chǎn)生快速信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的前提。盡管細(xì)胞質(zhì)膜ER含量僅占內(nèi)源性ER含量的5%～10%，但足以使雌激素介導(dǎo)的膜ER產(chǎn)生快速信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，抑制這些膜ER介導(dǎo)的快速信號途徑可以阻止雌激素產(chǎn)生的促有絲分裂、凋亡等反應(yīng)[7-8]。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)證明攝取雌激素后靶細(xì)胞只有5%～10%的ER被激活，因此推測核內(nèi)活化的ER，很可能就是來自激活的膜ER；ER本身無內(nèi)在激酶活性，ER是通過與膜結(jié)合的生長因子受體作用后，招募信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子(如p85)激活下游的磷酸化級聯(lián)反應(yīng)[8]，這種ER膜啟動激活方式更利于細(xì)胞對細(xì)胞外雌激素濃度的變化產(chǎn)生快速反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)雌激素并非自由進(jìn)出細(xì)胞，而是識別、活化膜ER后穩(wěn)定地插入在細(xì)胞膜中，再通過細(xì)胞內(nèi)化過程轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)[9]。ER分子不含跨膜區(qū)域，目前已經(jīng)被證實(shí)ER膜定位的主要機(jī)制包括3個(gè)：①ER與膜固有蛋白小窩蛋白-1(caveolin-1)等的結(jié)合；②ER與跨膜蛋白受體HER-2等的相互作用；③ER翻譯后棕櫚?；揎棥Ｆ渲蠩R-E區(qū)翻譯后棕櫚?；揎椫陵P(guān)重要，它不僅調(diào)控ER與小窩蛋白-1結(jié)合，而且活化雌激素介導(dǎo)的快速信號，引起下游磷酸化級聯(lián)反應(yīng)完成[8]。

雌激素的作用是識別活化細(xì)胞膜ERα或ERβ，并使ERα或ERβ發(fā)生去棕櫚酰化反應(yīng)：去棕櫚?；腅Rα后與小窩蛋白分開，重新結(jié)合到其它蛋白(HER-2和IGF-1等)參與下游反應(yīng)，而去棕櫚?；腅Rβ則加強(qiáng)與小窩蛋白作用并活化p38/MAPK 信號，最終導(dǎo)致膜ERα和ERβ啟動快速信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，產(chǎn)生細(xì)胞增殖或凋亡兩種相反效應(yīng)[7]，比如膜ERα啟動對乳腺癌起促進(jìn)作用，而膜ERβ啟動對結(jié)腸癌則產(chǎn)生抑制效應(yīng)。

3雌激素受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制

ERα和ERβ屬于轉(zhuǎn)錄因子，在細(xì)胞核內(nèi)結(jié)合DNA后調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄(基因組作用機(jī)制)，這種轉(zhuǎn)錄效率取決于ER與DNA位點(diǎn)的結(jié)合和分離能力，雌激素結(jié)合ER后可以穩(wěn)定ER/DNA復(fù)合物，并促進(jìn)基因的表達(dá)；ER還可通過和其它轉(zhuǎn)錄因子相互作用而激活基因表達(dá)，這種方式稱作間接基因組作用機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞膜存在ERα和ERβ，ER的膜定位使得雌激素產(chǎn)生快速的生物效應(yīng)[7-8]，因此，雌激素的生物效應(yīng)嚴(yán)格依賴ERs的細(xì)胞內(nèi)定位，需要強(qiáng)調(diào)的是雌激素對ERs的核內(nèi)外效應(yīng)是協(xié)同進(jìn)行的，并且相互整合。

3.1基因組機(jī)制

細(xì)胞中ER與熱休克蛋白結(jié)合后呈現(xiàn)非激活狀態(tài)的，當(dāng)雌激素與ER結(jié)合后，ER發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)，與熱休克蛋白發(fā)生分離，ER轉(zhuǎn)位到核內(nèi)，作用于富含亮氨基酸的核受體輔助因子-1[3,10]，導(dǎo)致靶基因染色質(zhì)變構(gòu)、RNA聚合酶激活和ER與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置相結(jié)合等系列反應(yīng)，使得含ERE的基因發(fā)生轉(zhuǎn)錄。在缺乏雌激素的情況下，核內(nèi)的ERα與基因啟動子的結(jié)合或分離呈動態(tài)狀態(tài)，這種ERα-DNA結(jié)合/分離過程不發(fā)生轉(zhuǎn)錄效應(yīng)，只有當(dāng)ERα結(jié)合雌激素后，ERα的ERE轉(zhuǎn)錄反應(yīng)才被激活，這種現(xiàn)象同樣存在于ERβ[11]，可見ER與DNA的動態(tài)結(jié)合具有遺傳保守性。ER不通過直接作用ERE而對基因表達(dá)的調(diào)控也叫做非基因組機(jī)制，這種方式與某些結(jié)合ERα的轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)，如刺激蛋白Sp1和轉(zhuǎn)錄蛋白AP-1,它們結(jié)合ERα后參與調(diào)控乳腺癌等腫瘤細(xì)胞的增殖。

3.2非基因組機(jī)制

雌激素通過膜ER啟動產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄激活(數(shù)秒或數(shù)分)遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于核ER信號啟動(大于2 h)，轉(zhuǎn)錄或翻譯抑制因子對這些膜ER啟動產(chǎn)生的基因調(diào)控效應(yīng)無抑制作用，在雌激素敏感細(xì)胞的膜ER啟動與ERK、PI3K/AKT、MAPK、RhoA/ROCK-2/moesin等信號通路的活化相關(guān)[12]。膜ERα和膜ERβ都能活化雌激素誘導(dǎo)的快速信號通路，在許多正常或腫瘤細(xì)胞系中，越來越多的證據(jù)表明膜ERα啟動的快速信號至少存在2個(gè)保守的途徑： 雌激素依賴的MAPK信號途徑和PI3K信號途徑，雌激素與ERα結(jié)合后促使膜ERα與蛋白Shc,Src,Ras的相互作用而激活這兩條信號途徑，導(dǎo)致細(xì)胞增殖和抗凋亡效應(yīng)。目前對于膜ERβ介導(dǎo)的核外快速信號的機(jī)制報(bào)道較少，但已經(jīng)證實(shí)膜ERβ與P38作用是雌激素激活P38/MAPK必需條件，雌激素通過膜ERβ產(chǎn)生的快速信號途徑在對抗結(jié)腸腺癌的發(fā)生中有重要作用[13]，可導(dǎo)致結(jié)腸癌細(xì)胞的抗增殖和促凋亡效應(yīng)[14]。

4雌激素介導(dǎo)的膜ER啟動與乳腺癌的相關(guān)性

臨床上目前僅檢測核內(nèi)ER作為療效預(yù)測和藥物選擇的指標(biāo)。然而，越來越多的研究表明乳腺癌組織中只在腫瘤細(xì)胞膜ERα的表達(dá)為陽性，鄰近的非癌性組織的細(xì)胞膜ERα呈陰性[15]；有趣的是，Kim等對219例原發(fā)性的乳腺癌進(jìn)行免疫組織化學(xué)染色，發(fā)現(xiàn)膜ERα在34%的病例中是陽性，而這些病例的核ERα的表達(dá)卻是陰性的，同時(shí)膜ERα表達(dá)和磷酸化的AKT及HER-2過表達(dá)正相關(guān)，說明膜ERα表達(dá)與乳腺癌的發(fā)生密切相關(guān)[16]。另有研究報(bào)道，在細(xì)胞核ERα陽性的乳腺標(biāo)本中膜ERα蛋白在118絲氨基酸殘基發(fā)生異常磷酸化而呈活化狀態(tài)，這類膜ERα磷酸化的細(xì)胞抗凋亡信號通路ERK/MAPK 和 AKT呈過度激活，在新鮮組織標(biāo)本中顯示出侵襲性腫瘤的病理特征[17]，可見，細(xì)胞核ERα陽性和陰性的乳腺癌細(xì)胞中ERα膜啟動的信號均存在。

目前認(rèn)為乳腺癌細(xì)胞中膜ERα定位及活性升高的機(jī)制與多種因素相關(guān)：①失去調(diào)控的受體棕櫚酰化酶可改變ERα與乳腺組織細(xì)胞膜的結(jié)合力，并直接影響ERα產(chǎn)生的信號傳導(dǎo)通路；②一些過表達(dá)的ERα作用因子可以促使ERα定位在細(xì)胞核外或細(xì)胞膜，其中激活轉(zhuǎn)移性腫瘤抗原(MTA1s)可以將ERα隔離至細(xì)胞質(zhì)，阻止ERα進(jìn)入細(xì)胞核，細(xì)胞核ERα陰性的乳腺癌細(xì)胞中升高的MTA1s與細(xì)胞質(zhì)ERα表達(dá)相關(guān)；而核外ER活性調(diào)節(jié)因子(MNAR)優(yōu)先表達(dá)于快速增長的組織細(xì)胞類型中(如腫瘤細(xì)胞)[18]，不僅可以把ERα和信號蛋白分子連接在細(xì)胞膜，而且參與乳腺癌細(xì)胞中雌激素刺激的Src/MAPK快速活化過程?，F(xiàn)已經(jīng)證實(shí)MNAR在侵襲性和轉(zhuǎn)移性乳腺癌中表達(dá)顯著升高[19]；③另外，造血相關(guān)的PBX相互作用蛋白質(zhì)可以通過招募乳腺癌細(xì)胞內(nèi)的ERα信號作用分子促進(jìn)雌激素的核外信號。除了這些核外的ERα作用因子，定位在細(xì)胞質(zhì)或質(zhì)膜過表達(dá)特異性的ERα剪切體(ERα36;ERα46)，也會導(dǎo)致ERα膜信號激活而促進(jìn)雌激素產(chǎn)生細(xì)胞增殖和抗凋亡的信號[20-21]。

綜上所述，動物模型和臨床標(biāo)本中均已證實(shí)雌激素介導(dǎo)的膜ERα信號與乳腺癌有相關(guān)性，但膜ERα調(diào)控的多條信號通路間存在相互影響，它們在激素敏感腫瘤形成中的作用仍需進(jìn)一步的研究。免疫組化發(fā)現(xiàn)ERβ陽性的乳腺癌預(yù)后較好，De Marinis等認(rèn)為ERβ信號途徑促進(jìn)細(xì)胞的凋亡[13]。由于雌激素的靶基因可分布于細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞核多個(gè)部位，并且雌激素的膜啟動信號和核內(nèi)信號具有整合作用，因此雌激素與ER在乳腺癌發(fā)生中的作用變得更加復(fù)雜，今后的研究可以利用蛋白組學(xué)分析乳腺癌細(xì)胞膜ER的作用因子，并對膜ER翻譯后修飾在功能性上的影響進(jìn)行分類研究，為進(jìn)一步確定新的乳腺癌治療靶點(diǎn)提供依據(jù)。

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(編輯：甘艷)

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(收稿日期2015-03-29修回日期 2015-07-23)

文章編號：1001-5930(2016)03-0517-03

中圖分類號：R737.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.03.052

通訊作者：黃前川

基金項(xiàng)目：湖北省青年基金資助項(xiàng)目(編號：QJX2010-31)

關(guān)鍵詞：雌激素膜受體-α；乳腺癌