蘇 凱 章衛(wèi)平 曹冬梅

垂體是人體重要的內(nèi)分泌器官，主要由5種內(nèi)分泌細(xì)胞組成：生長(zhǎng)激素細(xì)胞、催乳素細(xì)胞、促甲狀腺素細(xì)胞、促性腺激素細(xì)胞和促腎上腺皮質(zhì)激素細(xì)胞，功能涉及維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、生長(zhǎng)發(fā)育、物質(zhì)代謝、生殖和哺乳等。其中，生長(zhǎng)激素細(xì)胞和催乳素細(xì)胞占腺垂體內(nèi)分泌細(xì)胞數(shù)量的半數(shù)以上，兩者在分化上關(guān)系密切，在生物學(xué)功能上部分重疊，而它們分化命運(yùn)決定的分子機(jī)制至今尚不完全清楚。由于出生后垂體中的催乳素細(xì)胞數(shù)量仍有很大可塑性，因此催乳素瘤也是臨床上最常見(jiàn)的垂體瘤類(lèi)型之一。近年來(lái)，筆者所在實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了以垂體催乳素細(xì)胞群?jiǎn)我恍匀笔楸硇偷幕蚯贸∈?，這為催乳素細(xì)胞分化命運(yùn)決定的分子機(jī)制研究提供了很好的模型，也使人們對(duì)催乳素細(xì)胞分化發(fā)育的特異性調(diào)控機(jī)制有了更深入的理解，并可能為垂體相關(guān)疾病的防治提供新的靶點(diǎn)。本文就該領(lǐng)域的研究進(jìn)展做一綜述。

一、垂體催乳素細(xì)胞的分化發(fā)育過(guò)程

1.胚胎期催乳素細(xì)胞的分化起源：胚胎期垂體催乳素細(xì)胞、生長(zhǎng)激素細(xì)胞和促甲狀腺素細(xì)胞共同起源于同一群以轉(zhuǎn)錄因子Pit-1(Pou1f1)為標(biāo)志分子的前體細(xì)胞。小鼠胚胎第13.5天(E13.5)，上述3群內(nèi)分泌細(xì)胞開(kāi)始分化。小鼠胚胎第14.5天促甲狀腺素細(xì)胞分化成熟，其標(biāo)志是在前葉中的部分細(xì)胞表達(dá)促甲狀腺素(thyroid stimulating hormone β subunit，TSHβ)。小鼠胚胎第15.5天，生長(zhǎng)激素(growth hormone，GH)和催乳素(prolactin，PRL)的表達(dá)標(biāo)志著生長(zhǎng)激素細(xì)胞和催乳素細(xì)胞的分化成熟。隨后，生長(zhǎng)激素細(xì)胞數(shù)量急速增加并延伸至整個(gè)前葉的中央和側(cè)面，而催乳素細(xì)胞則分布于前葉腹側(cè)面的中央。

在這3群共同起源于Pit-1陽(yáng)性前體細(xì)胞的內(nèi)分泌細(xì)胞中，PRL譜系和GH譜系的分化過(guò)程關(guān)系最為密切。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，催乳素細(xì)胞的分化成熟過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷一個(gè)PRL/GH共表達(dá)的過(guò)渡階段，即一部分Pit1陽(yáng)性前體細(xì)胞先分化為PRL/GH雙陽(yáng)性的催乳素生長(zhǎng)激素細(xì)胞(somatolactotropes)，再分化成PRL單陽(yáng)性的成熟催乳素細(xì)胞。但也有不同意見(jiàn)認(rèn)為，PRL/GH雙陽(yáng)性前體細(xì)胞并不是催乳素細(xì)胞分化的必經(jīng)階段，在成年垂體中只有10%的催乳素細(xì)胞經(jīng)PRL/GH雙陽(yáng)性途徑分化，而另90%的催乳素細(xì)胞由Pit-1陽(yáng)性前體細(xì)胞直接分化而來(lái)，甚至有研究認(rèn)為胚胎期垂體中根本就沒(méi)有PRL/GH雙陽(yáng)性細(xì)胞的存在。筆者所在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)免疫組化的雙標(biāo)記檢測(cè)結(jié)果顯示，小鼠胚胎第18.5天之前的PRL陽(yáng)性細(xì)胞均為PRL/GH雙陽(yáng)性表達(dá)，且這群雙陽(yáng)性細(xì)胞在出生前并不增殖。從出生后第3天(P3)開(kāi)始，腺垂體中的催乳素細(xì)胞數(shù)量擴(kuò)增，出生后第4天時(shí)PRL/GH雙陽(yáng)性細(xì)胞占催乳素細(xì)胞總數(shù)的25%，至出生后第14天時(shí)PRL/GH雙陽(yáng)性細(xì)胞僅占催乳素細(xì)胞總數(shù)的5%[1]。以上結(jié)果說(shuō)明，催乳素細(xì)胞的分化包括Pit1陽(yáng)性細(xì)胞直接分化途徑和經(jīng)PRL/GH雙陽(yáng)性細(xì)胞途徑兩種方式。經(jīng)PRL/GH雙陽(yáng)性細(xì)胞途徑是小鼠胚胎第18.5天之前催乳素細(xì)胞分化的主要方式，但這種方式分化而來(lái)的催乳素細(xì)胞數(shù)量十分有限。催乳素細(xì)胞數(shù)量的大幅擴(kuò)增主要發(fā)生在出生后，此時(shí)經(jīng)PRL/GH雙陽(yáng)性細(xì)胞分化不是催乳素細(xì)胞數(shù)量增加的主要方式。至于這兩種分化途徑在催乳素細(xì)胞分化過(guò)程中的具體占比，有待于進(jìn)一步研究。PRL/GH雙陽(yáng)性途徑的存在也提示PRL譜系與GH譜系的分化過(guò)程關(guān)系密切，彼此之間很可能存在相互影響。

2.出生后催乳素細(xì)胞的數(shù)量調(diào)節(jié)：催乳素細(xì)胞約占成年垂體內(nèi)分泌細(xì)胞的20%～30%，在妊娠和哺乳期母鼠垂體中催乳素細(xì)胞大量擴(kuò)增，占比甚至可以超過(guò)50%。正是由于成年垂體中催乳素細(xì)胞具有很大的增殖潛力和可塑性，臨床上催乳素瘤是垂體腫瘤的最常見(jiàn)類(lèi)型之一。成年垂體中催乳素細(xì)胞的數(shù)量增加主要有兩條途徑：一是通過(guò)催乳素細(xì)胞的自身增殖，這一過(guò)程受局部和全身分泌的各種釋放因子和抑制因子調(diào)控；另一條途徑是通過(guò)垂體組織中干細(xì)胞的增殖和分化。近年來(lái)，對(duì)成年垂體干細(xì)胞的研究有很大進(jìn)展。目前認(rèn)為，出生后的垂體中仍存在大量干細(xì)胞，主要位于垂體前葉和中葉交界處的邊緣區(qū)，它們不僅參與了垂體形態(tài)的維持，還在垂體損傷后修復(fù)的過(guò)程中發(fā)揮重要作用[2]。但目前尚無(wú)一種可靠的標(biāo)志物能鑒定出所有成年垂體干細(xì)胞。一項(xiàng)以SOX2為干細(xì)胞標(biāo)志和另一項(xiàng)以Nestin為干細(xì)胞標(biāo)志的研究顯示了相似的結(jié)果，腺垂體中干細(xì)胞在出生后7天時(shí)增殖最活躍，體外分離培養(yǎng)的垂體干細(xì)胞具有進(jìn)一步分化為所有類(lèi)型內(nèi)分泌細(xì)胞的能力。雖然SOX2是一種比較公認(rèn)的干細(xì)胞標(biāo)志物，但仍不能代表所有的垂體干細(xì)胞，文獻(xiàn)已報(bào)道的成年垂體中具有干細(xì)胞特性的細(xì)胞群有“側(cè)群細(xì)胞(side population)”、“SOX2陽(yáng)性細(xì)胞”和“nestin陽(yáng)性細(xì)胞”。筆者所在實(shí)驗(yàn)室的研究顯示，成年垂體中也存在少量PRL/GH雙陽(yáng)性前體細(xì)胞，這可能是干細(xì)胞向催乳素細(xì)胞分化的中間過(guò)程。

二、催乳素細(xì)胞分化的分子調(diào)控

1.催乳素系前體細(xì)胞的分化調(diào)控機(jī)制：胚胎第8.5天，在間腦腹側(cè)神經(jīng)外胚層上皮分泌的骨形態(tài)生成蛋白4(bone morphogenetic proteins 4，BMP4)和Wnt/β-catenin等信號(hào)通路調(diào)控下，轉(zhuǎn)錄因子Pitx2開(kāi)始表達(dá)，標(biāo)志著垂體基板的分化出現(xiàn)。胚胎第9.5天，間腦腹側(cè)分泌的成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子8(fibroblast growth factor 8，F(xiàn)GF8)和音猬因子(sonic hedgehog，Shh)信號(hào)通路共同作用誘導(dǎo)Lhx3表達(dá)，顱頰囊(rathke′s pouch，RP)分化出現(xiàn)，形成了早期腺垂體的雛形。胚胎第11.5天開(kāi)始表達(dá)的PROP1轉(zhuǎn)錄因子可以通過(guò)激活Zeb2等基因來(lái)啟動(dòng)垂體干細(xì)胞的上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程，使垂體干細(xì)胞變?yōu)檫^(guò)渡期細(xì)胞。在這一過(guò)程中，干細(xì)胞標(biāo)志物SOX2的表達(dá)隨之減少，細(xì)胞間的鈣黏蛋白、緊密連接蛋白減少，基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)增多，以便進(jìn)行下一步的細(xì)胞特異性分化[3]。胚胎第13.5天PROP1陽(yáng)性干細(xì)胞中的一部分開(kāi)始表達(dá)Pit-1。接下來(lái)Pit-1陽(yáng)性細(xì)胞中的一小部分在胚胎第14.5天分化為促甲狀腺素細(xì)胞，其余的在胚胎第15.5天分化出生長(zhǎng)激素細(xì)胞和催乳素細(xì)胞(圖1)。

圖1 腺垂體Pit-1陽(yáng)性細(xì)胞譜系的分化過(guò)程

在催乳素細(xì)胞分化命運(yùn)決定方面，Pit-1一直以來(lái)被認(rèn)為是調(diào)控其分化發(fā)育的特異性和關(guān)鍵性分子。胚胎第13.5天，Wnt/β-catenin信號(hào)和轉(zhuǎn)錄因子Prop1、Atbf1開(kāi)始誘導(dǎo)Pit-1表達(dá)，胚胎第16.5天Pit-1與自身基因啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，通過(guò)正反饋?zhàn)饔镁S持表達(dá)，直到圍產(chǎn)期Pit-1的表達(dá)才減少至消失。然而，由于Pit-1的靶基因除Prl外，還包括Gh、Tshβ和Ghrhr，因此在調(diào)控催乳素細(xì)胞分化上并不特異。該基因缺失小鼠表現(xiàn)為GH、PRL和TSH的聯(lián)合缺失，臨床上Pit-1突變患者大多也表現(xiàn)為GH和PRL的聯(lián)合缺失，伴或不伴有TSH缺失。近年來(lái)筆者所在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了轉(zhuǎn)錄因子ZBTB20可能是決定催乳素細(xì)胞分化特異性的關(guān)鍵分子[1]。ZBTB20起始表達(dá)于胚胎第14.5天的RP，該基因全身敲除小鼠表現(xiàn)出以催乳素細(xì)胞群特異性缺失為特征的垂體發(fā)育不良，這是目前為止發(fā)現(xiàn)的唯一一個(gè)缺失后只影響催乳素細(xì)胞單譜系分化發(fā)育的基因。ZBTB20可能作用于Pit-1陽(yáng)性前體細(xì)胞向催乳素細(xì)胞直接分化以及PRL/GH雙陽(yáng)性過(guò)渡細(xì)胞向催乳素細(xì)胞終末分化的過(guò)程。

2.出生后催乳素細(xì)胞數(shù)量的調(diào)控機(jī)制：出生后垂體催乳素細(xì)胞的分化和增殖主要受體內(nèi)激素和來(lái)自下丘腦信號(hào)的共同調(diào)節(jié)，其中雌激素和PRL釋放因子促進(jìn)PRL的合成釋放及催乳素細(xì)胞的增殖，而多巴胺和PRL抑制因子則抑制PRL的合成釋放及催乳素細(xì)胞的增殖。參與調(diào)節(jié)的信號(hào)通路包括cAMP和PKA信號(hào)通路、MAPK信號(hào)通路、PI3K信號(hào)通路、TGF信號(hào)通路、Hippo信號(hào)通路和CK2信號(hào)通路[4]。在ZBTB20基因敲除小鼠中研究發(fā)現(xiàn)，ZBTB20分子可促進(jìn)垂體生長(zhǎng)激素細(xì)胞的增殖，其在成年垂體中對(duì)催乳素細(xì)胞的增殖以及干細(xì)胞向催乳素細(xì)胞分化的影響有待于進(jìn)一步研究[1]。

三、PRL的生理功能和表達(dá)調(diào)控

催乳素細(xì)胞分化成熟的標(biāo)志是產(chǎn)生和分泌PRL，PRL入血后作為重要的信使分子參與靶器官的發(fā)育和功能調(diào)節(jié)。PRL和GH以及胎盤(pán)催乳激素(placental lactogen，PL)三者同屬于一個(gè)激素家族。人垂體PRL基因編碼產(chǎn)物為227個(gè)氨基酸的激素前體，包含28個(gè)氨基酸的信號(hào)肽和199個(gè)氨基酸的成熟PRL。大小鼠的成熟PRL蛋白則由197個(gè)氨基酸構(gòu)成。經(jīng)典的PRL功能包括參與生殖腺和乳腺發(fā)育、調(diào)節(jié)泌乳過(guò)程和維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。最早報(bào)道的PRL全身敲除小鼠主要表現(xiàn)為雌性小鼠不育和乳腺發(fā)育不全，以及泌乳期母性行為的改變。然而，隨后的研究發(fā)現(xiàn)乳腺、卵巢、前列腺、睪丸、淋巴細(xì)胞、腦和脂肪等多種外周組織也可表達(dá)PRL[5, 6]。目前已知，PRL的功能涉及免疫調(diào)節(jié)、離子轉(zhuǎn)運(yùn)、血小板聚集、脂肪細(xì)胞分化和胰島功能調(diào)節(jié)等生理學(xué)過(guò)程，以及腫瘤生長(zhǎng)和圍產(chǎn)期心肌病等病理過(guò)程[7～9]。

垂體外PRL和垂體PRL雖然在蛋白序列、構(gòu)象和功能上完全一致，但它們的表達(dá)調(diào)控機(jī)制完全不同。兩者有著不同的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，使得垂體外PRL mRNA的5′端多了150bp的非編碼外顯子(exon 1a)。由于垂體PRL是催乳素細(xì)胞分化成熟的標(biāo)志物，因此多年來(lái)，研究者試圖通過(guò)闡明垂體PRL的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制來(lái)揭示催乳素細(xì)胞和生長(zhǎng)激素細(xì)胞分化差異的分子開(kāi)關(guān)。利用轉(zhuǎn)基因小鼠模型分析PRL基因近端(垂體)啟動(dòng)子區(qū)發(fā)現(xiàn)，其5′端3kb序列足以調(diào)控垂體PRL的表達(dá)。該序列包含一個(gè)近端啟動(dòng)子區(qū)(-422～+33bp)和一個(gè)遠(yuǎn)端增強(qiáng)子區(qū)(-1.8～-1.5kb)(圖2)。近端啟動(dòng)子區(qū)含有Pit-1、Ets-1和Pitx的結(jié)合位點(diǎn)，介導(dǎo)各種刺激對(duì)PRL的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。其中，Pit-1和Ets-1相互作用介導(dǎo)FGF和促甲狀腺素釋放激素(thyrotropin-releasing hormone，TRH)經(jīng)Ras/MAPK通路誘導(dǎo)的PRL表達(dá)。Pit-1還能與Pitx1、Pitx2和C/EBP相互作用介導(dǎo)PRL表達(dá)[10]。但上述轉(zhuǎn)錄因子和共作用分子的缺失往往影響多群內(nèi)分泌細(xì)胞的分化。PRL基因的遠(yuǎn)端增強(qiáng)子區(qū)含若干個(gè)Pit-1結(jié)合位點(diǎn)(PRL-1P)和一個(gè)雌激素受體反應(yīng)元件(estrogen receptor element，ERE)，Pit-1和雌激素受體(estrogen receptor，ER)相互作用可特異性介導(dǎo)雌激素誘導(dǎo)的PRL轉(zhuǎn)錄。除了正調(diào)節(jié)因子外，PRL的表達(dá)還受一些負(fù)調(diào)節(jié)因子的影響。最經(jīng)典的通路是，下丘腦分泌的多巴胺與催乳素細(xì)胞表面的多巴胺D2受體(dopamine receptor D2，DRD2)結(jié)合，DRD2與抑制型G蛋白偶聯(lián)，下調(diào)胞內(nèi)的cAMP和鈣，并募集共抑制因子組蛋白去乙?；?histone deacetylase，HDAC)，從而抑制PRL的表達(dá)。此外，還有文獻(xiàn)報(bào)道，在大鼠垂體瘤細(xì)胞系中C/EBP可與Pit-1蛋白競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合PRL基因上游的Pit-1結(jié)合位點(diǎn)，從而抑制PRL表達(dá)[10]。但是，無(wú)論ER還是DRD2的敲除都不影響催乳素細(xì)胞的分化出現(xiàn)。

圖2 垂體PRL基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)模式圖

在參與催乳素細(xì)胞分化發(fā)育調(diào)控的眾多轉(zhuǎn)錄因子中，ZBTB20是目前已知的特異性最高的調(diào)控分子。ZBTB20是筆者所在實(shí)驗(yàn)室率先發(fā)現(xiàn)并報(bào)道的BTB鋅指蛋白家族成員，由741個(gè)編碼氨基酸組成。ZBTB20的生物學(xué)功能廣泛，已報(bào)道的包括參與體內(nèi)糖脂代謝、海馬發(fā)育、免疫調(diào)節(jié)、疼痛和傷害感受調(diào)節(jié)、肝細(xì)胞再生、軟骨發(fā)育、垂體發(fā)育、晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)以及肝癌發(fā)生等[1,11～19]。ZBTB20基因敲除小鼠的垂體表現(xiàn)為催乳素細(xì)胞群的完全缺失，而其他內(nèi)分泌細(xì)胞的分化不受影響，這也是目前唯一的以垂體催乳素細(xì)胞單一性缺失為表型的基因敲除小鼠模型。在其他組織中，ZBTB20既可以作為轉(zhuǎn)錄激活因子也可以作為轉(zhuǎn)錄抑制因子發(fā)揮作用[15，17，20]。而ZBTB20調(diào)控垂體PRL表達(dá)的分子機(jī)制尚未完全闡明，目前已知垂體ZBTB20通過(guò)與PRL基因啟動(dòng)子直接結(jié)合從而激活其轉(zhuǎn)錄，但其具體結(jié)合的位點(diǎn)和可能的共作用因子有待進(jìn)一步研究[1]。

四、展 望

盡管人們對(duì)于垂體內(nèi)分泌細(xì)胞的分化發(fā)育過(guò)程已有相當(dāng)多研究，但是精細(xì)的調(diào)控機(jī)制尚未完全闡明，尤其是有著共同分化起源的生長(zhǎng)激素細(xì)胞和催乳素細(xì)胞的分化命運(yùn)決定機(jī)制依舊存在許多的未知有待進(jìn)一步探索。近年來(lái)，筆者所在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子ZBTB20可能是決定催乳素細(xì)胞分化特異性的重要分子，這為闡明催乳素細(xì)胞分化發(fā)育的機(jī)制提供了很好的研究方向。當(dāng)然，有關(guān)催乳素細(xì)胞的分化發(fā)育過(guò)程以及ZBTB20發(fā)揮作用的具體機(jī)制方面仍有以下很多問(wèn)題值得研究：①明確經(jīng)PRL/GH雙陽(yáng)性細(xì)胞分化或由Pit-1陽(yáng)性前體細(xì)胞直接分化這兩種分化方式在成熟催乳素細(xì)胞中的所占比例，從而評(píng)價(jià)這兩種分化方式在催乳素細(xì)胞分化過(guò)程中的重要性；②ZBTB20調(diào)控PRL表達(dá)的具體機(jī)制，及與已知的信號(hào)分子和轉(zhuǎn)錄因子間的相互作用；③成年期垂體ZBTB20在細(xì)胞分化和增殖中的作用，及與垂體瘤之間的關(guān)系。

綜上所述，由于垂體發(fā)育及其相關(guān)疾病具有多樣性和復(fù)雜性，關(guān)于垂體內(nèi)分泌細(xì)胞發(fā)育機(jī)制，信號(hào)的調(diào)控、干細(xì)胞醫(yī)療仍然具有許多值得探索開(kāi)拓的領(lǐng)域。這也是為未來(lái)可能出現(xiàn)的基因療法、胚胎治療、早期阻斷等先進(jìn)的診療手段提供準(zhǔn)確的理論基礎(chǔ)。