雌激素膜受體-α信號通路與乳腺癌的相關性

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雌激素膜受體-α信號通路與乳腺癌的相關性

黃前川丁進亞綜述王萍審校

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雌激素受體α和β是一類轉錄因子，產生多種生理功能，雌激素受體α和β調控靶基因轉錄是配體依賴性的，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位于細胞膜，因此也稱作膜雌激素受體α，已經報道膜雌激素受體α與多種腫瘤的發生相關，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性。

1雌激素受體結構與功能

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

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

2雌激素的膜受體

ERs屬于核受體家族，但近年研究發現用抗核ERα表位的多個抗體在細胞膜同樣檢測出ERα，并且針對核ERα的反義核苷酸也導致細胞膜ERα表達的下降，2006年Pedram等通過質譜和免疫印跡分析進一步證實了乳腺癌細胞膜上的ERα與核受體ERα氨基酸序列完全一致。現在醫學界已經廣泛認同雌激素敏感的細胞存在細胞膜ER，膜ER是雌激素產生快速信號轉導通路的前提。盡管細胞質膜ER含量僅占內源性ER含量的5%～10%，但足以使雌激素介導的膜ER產生快速信號轉導通路，抑制這些膜ER介導的快速信號途徑可以阻止雌激素產生的促有絲分裂、凋亡等反應[7-8]。同時，實驗證明攝取雌激素后靶細胞只有5%～10%的ER被激活，因此推測核內活化的ER，很可能就是來自激活的膜ER；ER本身無內在激酶活性，ER是通過與膜結合的生長因子受體作用后，招募信號轉導分子(如p85)激活下游的磷酸化級聯反應[8]，這種ER膜啟動激活方式更利于細胞對細胞外雌激素濃度的變化產生快速反應。研究發現雌激素并非自由進出細胞，而是識別、活化膜ER后穩定地插入在細胞膜中，再通過細胞內化過程轉運入細胞內[9]。ER分子不含跨膜區域，目前已經被證實ER膜定位的主要機制包括3個：①ER與膜固有蛋白小窩蛋白-1(caveolin-1)等的結合；②ER與跨膜蛋白受體HER-2等的相互作用；③ER翻譯后棕櫚酰化修飾。其中ER-E區翻譯后棕櫚酰化修飾至關重要，它不僅調控ER與小窩蛋白-1結合，而且活化雌激素介導的快速信號，引起下游磷酸化級聯反應完成[8]。

雌激素的作用是識別活化細胞膜ERα或ERβ，并使ERα或ERβ發生去棕櫚酰化反應：去棕櫚酰化的ERα后與小窩蛋白分開，重新結合到其它蛋白(HER-2和IGF-1等)參與下游反應，而去棕櫚酰化的ERβ則加強與小窩蛋白作用并活化p38/MAPK 信號，最終導致膜ERα和ERβ啟動快速信號轉導通路，產生細胞增殖或凋亡兩種相反效應[7]，比如膜ERα啟動對乳腺癌起促進作用，而膜ERβ啟動對結腸癌則產生抑制效應。

3雌激素受體的信號轉導機制

ERα和ERβ屬于轉錄因子，在細胞核內結合DNA后調控基因的轉錄(基因組作用機制)，這種轉錄效率取決于ER與DNA位點的結合和分離能力，雌激素結合ER后可以穩定ER/DNA復合物，并促進基因的表達；ER還可通過和其它轉錄因子相互作用而激活基因表達，這種方式稱作間接基因組作用機制。研究發現在細胞膜存在ERα和ERβ，ER的膜定位使得雌激素產生快速的生物效應[7-8]，因此，雌激素的生物效應嚴格依賴ERs的細胞內定位，需要強調的是雌激素對ERs的核內外效應是協同進行的，并且相互整合。

3.1基因組機制

細胞中ER與熱休克蛋白結合后呈現非激活狀態的，當雌激素與ER結合后，ER發生變構效應，與熱休克蛋白發生分離，ER轉位到核內，作用于富含亮氨基酸的核受體輔助因子-1[3,10]，導致靶基因染色質變構、RNA聚合酶激活和ER與基礎轉錄裝置相結合等系列反應，使得含ERE的基因發生轉錄。在缺乏雌激素的情況下，核內的ERα與基因啟動子的結合或分離呈動態狀態，這種ERα-DNA結合/分離過程不發生轉錄效應，只有當ERα結合雌激素后，ERα的ERE轉錄反應才被激活，這種現象同樣存在于ERβ[11]，可見ER與DNA的動態結合具有遺傳保守性。ER不通過直接作用ERE而對基因表達的調控也叫做非基因組機制，這種方式與某些結合ERα的轉錄因子相關，如刺激蛋白Sp1和轉錄蛋白AP-1,它們結合ERα后參與調控乳腺癌等腫瘤細胞的增殖。

3.2非基因組機制

雌激素通過膜ER啟動產生的轉錄激活(數秒或數分)遠遠快于核ER信號啟動(大于2 h)，轉錄或翻譯抑制因子對這些膜ER啟動產生的基因調控效應無抑制作用，在雌激素敏感細胞的膜ER啟動與ERK、PI3K/AKT、MAPK、RhoA/ROCK-2/moesin等信號通路的活化相關[12]。膜ERα和膜ERβ都能活化雌激素誘導的快速信號通路，在許多正常或腫瘤細胞系中，越來越多的證據表明膜ERα啟動的快速信號至少存在2個保守的途徑： 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，導致細胞增殖和抗凋亡效應。目前對于膜ERβ介導的核外快速信號的機制報道較少，但已經證實膜ERβ與P38作用是雌激素激活P38/MAPK必需條件，雌激素通過膜ERβ產生的快速信號途徑在對抗結腸腺癌的發生中有重要作用[13]，可導致結腸癌細胞的抗增殖和促凋亡效應[14]。

4雌激素介導的膜ER啟動與乳腺癌的相關性

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

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

綜上所述，動物模型和臨床標本中均已證實雌激素介導的膜ERα信號與乳腺癌有相關性，但膜ERα調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一步的研究。免疫組化發現ERβ陽性的乳腺癌預后較好，De Marinis等認為ERβ信號途徑促進細胞的凋亡[13]。由于雌激素的靶基因可分布于細胞膜、細胞質及細胞核多個部位，并且雌激素的膜啟動信號和核內信號具有整合作用，因此雌激素與ER在乳腺癌發生中的作用變得更加復雜，今后的研究可以利用蛋白組學分析乳腺癌細胞膜ER的作用因子，并對膜ER翻譯后修飾在功能性上的影響進行分類研究，為進一步確定新的乳腺癌治療靶點提供依據。

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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

文獻標識碼：B

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.03.052

通訊作者：黃前川

基金項目：湖北省青年基金資助項目(編號：QJX2010-31)

關鍵詞：雌激素膜受體-α；乳腺癌