王玉霞，黄海珍，桑锋，姚静，鲁亚平
（安徽师范大学生命科学学院）
摘要：雌激素受体是类固醇激素受体超家族成员之一，是一种配体依赖性转录因子。它广泛分布于神经系统、生殖系统、心血管系统等，通过基因组或非基因组途径调控靶基因转录，产生相应生物学效应。雌激素受体在生物体生长发育、生理特征维持及神经系统保护等方面具有重要的意义，业已成为神经生物学领域的研究热点之一。本文就雌激素受体的结构、作用机理及功能方面进行综述。
关键词：雌激素受体，雌激素应答原件，信号通路
雌激素（Estrogen，E）是一类具有广泛生物活性的类固醇化合物，包括雌二醇、雌三醇、雌酚等，对生殖系统的发育、骨的成熟等机体生理活动的维持具有重要作用[1]。雌激素受体（Estrogen Receptor，ER）属于类固醇激素受体超家族成员之一，是一种配体依赖性转录因子，它能与雌激素特异性结合，通过雌激素应答元件（Estrogen Response Elements，EREs）调节基因的转录，为雌激素发挥生物学效应提供保证。
1 雌激素受体的发现及基本结构
1962年，Jensen和Jacobsen利用放射性同位素氚标记的方法，在大鼠子宫中发现一种与雌激素17β-雌二醇（E2）有高度亲和力的蛋白。1986年，Green等将这种蛋白从人乳腺癌细胞中纯化出来并报道了cDNA文库。1995年确定它是一种雌激素受体，这种受体能介导几乎所有的天然及合成的雌激素的生理和药理效应。同年，在人类和大鼠的前列腺中分别发现了新的ER亚型——ERβ。为便于区分，先前发现的ER被称为ERα。此后，又从不同的物种中克隆出ERβ，并确定一些ERβ的独特型，如ERβ-530、ERβ-503、ERβcx等。
ER蛋白分子的一级结构从氨基端到羧基端分为A/B区、C区、D区、E/F区。
其中A/B区参与对靶基因的转录激活，并与受体作用的特异性有关；C区（DNA结合区）具高度保守性，是ER与DNA特异性结合及其二聚化的功能区； D区为一多变铰链区，含有核定位信号，可与热休克蛋白（HSP）结合，稳定C区与DNA结合的功能；E/F区包括了具有与特异配体结合功能的配体结合区（LBD）及配体依赖性转录激活功能区（AF2）。
2 雌激素受体的作用机理
2.1 基因组途径
2.1.1 配体依赖途径 ER与雌激素结合前一般与HSP结合在一起，与雌激素结合后被激活，导致LBD三维结构或化学性质产生变化，解离出HSP。然后，ER转移到细胞核内以高亲和力与定位于靶基因启动子区的EREs结合后，直接或间接通过辅激活物与转录元件作用，以二聚体形式诱发或抑制基本转录机制的装配，从而调控靶基因转录。这种EREs首次发现于蛙的卵黄蛋白原的5’端区A2基因上。研究表明E2通过ERβ依赖的机制能抑制活化的大鼠大动脉平滑肌细胞炎性调节子的表达和中性粒细胞趋化活性[2]。配体对ERα-DNA复合体的形成起到显著作用[3]，SRC-1是一种典型的共激活因子，以配体依赖的方式与ER相互作用，使ERα的转录激活功能得到充分发挥；NcoR与此相反，它存在于具有组蛋白去乙酰基酶活性的复合物中，使染色质呈致密结构，不利于转录机制成分聚集到染色质模板上，从而抑制基因转录。
2.1.2 配体非依赖途径 在缺乏E2的情况下， PKA、细胞周期调节子所参与的其他信号通路也能对ER的功能起到调节。表皮生长因子EGF对小鼠的生殖起到类似雌激素的作用，对小鼠进行雌激素拮抗剂ICI-164，368的预处理，能大大的减少子宫对EGF的反应，表明EGF信号传导通路与ER的转录激活有关.。鸟嘌呤核苷结合蛋白p21ras和MAPK能介导生长因子和ERα之间的结合。p21ras的功能是介导膜关联的生长因子受体/酪氨酸激酶和MAPK的磷酸化级联反应。这些激酶在ERα的靶位点位于AF1区。大量研究发现，人类ERα上磷酸化位点定位于Ser-118，和MAPK的磷酸化位点一致。在神经细胞系SK-N-BE中，胰岛素活化ERα的靶位点位于AF2， p21ras的下游可能有不同的生长因子与ER信号通路之间“交谈”。在配体非依赖途径中，ER受激酶磷酸化可能是其关键所在。
2.1.3 不依赖ERE的转录途径 人类通过ER调节的基因中不包含雌激素应答元件样序列的约占1/3[4]。在细胞核内，ER不直接结合到DNA上，而是通过蛋白之间的相互作用来调节转录因子的功能，从而影响基因表达。ER能通过和AP-1位点上的fos/jun转录因子复合物的相互作用来激活基因表达，ERα-AP-1复合物的活化需要由AF2区结合p160共激活子，进而对启动子区c-Jun、ERα和转录共激活子的多蛋白复合体的形成具有稳定作用[5]。富含GC启动子序列的基因也以相似的方式通过ER和转录因子Sp1的相互作用而被调节， LDL-R、c-fos和细胞周期蛋白D1基因亦是如此。ER在Sp1位点的作用依赖于配体、细胞类型和受体亚型。ERα和NF-κB的c-rel亚单位的相互作用，阻止了NF-κB与DNA结合，进而IL-6前体的表达不能被激活，所以雌激素间接抑制了细胞因子IL-6的表达。类固醇激素拮抗炎症的基础就在于类固醇受体通过蛋白之间直接的相互作用抑制了NF-κB的转录活性[6]。不依赖ERE的转录途径中虽然不需要受体和DNA之间的相互作用，而涉及到ER和其它DNA结合转录因子结合，但是经常有DBD区参与，然而本质上是不需要完整的DBD结合活性的。
2.2 非基因组途径
非基因组途径作为由非基因到基因的信号途径，其机制不同于细胞核内蛋白之间相互作用，通过这种途径ER能活化MAPK等其它信号通路，激活转录因子而间接地调节基因的表达。大量实验表明特异的激酶信号通路可调节ER活化复合体的形成和活性。在内皮细胞，膜雌激素受体通过调节蛋白激酶的磷酸化来介导内皮一氧化氮合酶活性的增高。细胞质膜上的ER可以和脚手架蛋白caveolin-1发生作用，也可以与其最接近的信号分子，如：G蛋白、Src激酶、ras、PI3激酶发生联系；而且，脚手架蛋白MNAR能促进被E2活化的ERα和Src激酶的相互作用，导致Src激酶活性的增加，从而对MAPK信号通路起到活化作用[7]。在转录共激活子CREB结合蛋白存在的情况下，通过活化PI3激酶/Akt途径，ERβ活性和靶基因表达可随着ErbB2/ ErbB3受体活化而降低，PI3激酶/Akt途径可能通过共激活子调节转录的能力而对ER反应进行识别[8]。E2和膜雌激素受体结合后，可以快速促进胞外Ca2+大量的内流，进而提高IgE依赖的肥大细胞的活化，导致过敏原产生剂量反应[9]。综上所述，雌激素作用的发挥依赖于很多的条件，不同信号转导分子及其下游靶点，可产生不同的生物学效应。
3 雌激素受体的功能
3.1 在神经系统中的作用：
脑的发育过程中，大脑皮质及海马中均有雌激素受体，当脑发育成熟后大部分消失。现发现这些部位大都由ERβ介导，可能与认知、学习有关。老年对照组和Alzheimer病（AD）患者组中，ER两种亚型均主要在海马锥体层神经元中表达，而放射层和始层中稀少；且多分布于胞质，胞核较少，提示雌激素受体α和β核双标细胞的减少可能在AD发病机制中起重要作用[10]。老年大鼠海马齿状回神经元ER表达比青年鼠下降，神经元由于ER的减少而失去雌激素的保护，从而更易发生退行性病变[11]。Parkinson病(PD)最突出的神经化学物质特征是黑质纹状体的多巴胺的丧失，杜璐等发现：黑质纹状体的多巴胺能神经元主要表达ERβ，而ERα的表达很低甚至缺如，提示ERβ可能介导了雌激素对PD的保护作用[12]。黑质密部的多巴胺能神经元中ERβ和IGF-1受体共定位，E2通过对IGF-1受体的调节对神经毒素产生拮抗作用，从而行使神经保护功能[13]。雌激素通过神经营养方式或拮抗细胞凋亡及氧化应激等方式对中脑多巴胺能神经元产生影响，从而预防或延迟PD发生、缓解PD的症状。
3.2 在生殖系统中的作用：
雌激素受体广泛分布于人和动物的生殖系统，如：子宫、卵巢、睾丸等。这些组织中有些能同时表达两种亚型，有些仅表达一种， ER两种亚型对生殖系统的作用可能不同。正常的卵巢中存在大量ERα和ERβ，而在卵巢上皮癌初期仅有低水平的ERβ表达，在转移期中仅表达ERα[14]。ERβ在不育妇女子宫内膜增生期中广泛表达，而在正常育龄妇女中表达下降或不表达，提示ERβ的过度表达可能与不育有一定关系[15]。体内若具有过高活性的外显子8发生突变的ER，可能导致女孩的性早熟[16]。在对动物进行ER基因敲除的研究发现：雌鼠经ERα剔除后不能受孕，子宫对雌二醇治疗无反应，卵巢含出血的卵泡；雌鼠经ERβ剔除后所生育出的雌鼠是ERβ缺失型的，但幼鼠在卵泡发育和排卵方面似乎受到影响。雄性ER敲除鼠不能受孕，睾丸萎缩，精子产生减少且失活。ERα在精液浓缩过程中能够改善精子生存和成熟，ERβ可调节个体的生殖过程，包括生殖器官的发育和生殖细胞的成熟。可见，ERα和ERβ在生殖系统可通过不同的作用机制产生不同的生物学功能。
3.3 在心血管系统中的作用
ER广泛存在于心脏各部、动脉壁，在平滑肌细胞、内皮细胞及心肌细胞、心内神经节也可检测到，ER可通过NO途径来实现对心血管系统的保护作用。Zhu等证实，缺乏ERβ的小鼠，随着年龄增大出现高血压及血管功能异常[17]，ERβ可能介导雌激素对心血管系统的保护作用[18]。无动脉粥样硬化的停经前妇女冠状动脉ER表达高于患有动脉粥样硬化的妇女。血管内皮细胞经E2处理能促进其NOS活性的增加和NO的生成，提示ER对NO从内皮细胞中释放起到很重要的作用，通过NO途径来防止动脉粥样硬化[19]。ER两种亚型在新生和成年大鼠心脏的表达不同，新生鼠主要表达ERβ，成年鼠则是ERα，提示ERβ可能在大鼠心脏的发育过程中起重要作用，而ERα是雌激素对成年大鼠心脏调控的优势受体[20]。
3.4 在乳腺癌发生中的作用
乳腺癌是一种雌激素依赖性肿瘤，是女性发病率最高的恶性肿瘤之一，严重威胁女性的身体健康。雌激素受体既是乳腺癌预测因子，又是预后因子。正常妇女乳房上皮细胞仅有7-10%表达ERα，其表达会随着月经周期发生波动；而ERβ的表达率达到80-85%，在月经周期其表达量并未出现改变[21]。流行病学研究发现，ERα在乳腺癌患者乳腺组织中的表达高于非乳腺癌患者的乳腺组织；而乳腺癌高发人群较低发人群的乳腺上皮中有更多的ERα表达。在乳腺癌发生发展过程中，可能最重要的不是ERα或ERβ的水平，而是ERα与ERβ的比率[22]。侯意枫等[23]认为ERβ有促进乳腺癌细胞增殖、肿瘤细胞侵袭和迁徙的作用，且呈非雌激素依赖性。但是，吴唯等[24]研究发现ERβmRNA表达水平在乳腺癌中下调，秦凤展等[25]也得出同样的结果，这说明ERβ对乳腺组织有保护作用，其表达下降在乳腺癌的发生发展中有着重要的作用；并且ERβmRNA的表达与月经状况等存在明显的相关性。另外，关于ERα的多态性、单倍体型和乳腺癌发病风险是否相关仍有争议[26]。有关雌激素受体和乳腺癌关系的研究报道较多，但至今尚无一致的结论，有待进一步深入研究和探讨。
4 结语
ER在生物体内广泛分布，对雌激素促进细胞增生、分化和维持正常的生理功能起调节作用。ER磷酸化、ERα或ERβ的表达等的异常等使其所调控一系列细胞内的代谢通路发生紊乱，导致细胞增殖异常，分化和凋亡受阻，从而发生肿瘤，因此进一步研究ER对神经系统和生殖系统等疾病的诊断治疗等具有重大意义。二十几年来已经积累了大量的关于ER的研究成果，如ER两种受体亚型分布和活性的不同、ER与其它信号通路之间的相互作用，均极大拓宽了ER研究的广度和深度。但是，仍然有许多尚待解决的问题，如ER两种受体亚型如何相互作用，ER在AD和乳腺癌不同时期中的具体作用机制等等，随着这些问题的阐明，人类面临的诸多疾病问题都有望得到解决。
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本文转载自《生物学杂志》2010年27: 79-80. |
