雌激素膜受体-α信号通路与乳腺癌的相关性

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雌激素膜受体-α信号通路与乳腺癌的相关性

黄前川丁进亚综述王萍审校

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雌激素受体α和β是一类转录因子，产生多种生理功能，雌激素受体α和β调控靶基因转录是配体依赖性的，然而，近来研究表明雌激素受体α还存在另外一条信号途径，也称作非基因组或膜启动途径，能够快速地被雌激素激活，这种雌激素受体α位于细胞膜，因此也称作膜雌激素受体α，已经报道膜雌激素受体α与多种肿瘤的发生相关，本文阐述了近年来雌激素受体α的研究成果以及与乳腺癌的相关性。

1雌激素受体结构与功能

雌激素在生殖系统、骨骼及大脑发育等多种生理过程中有重要作用，其生理效应由雌激素受体(estrogen receptor，ER)介导。雌激素受体亚型包括ERα和ERβ，经典雌激素信号途径是通过核内ER产生的，2010年首次证实小鼠细胞膜上存在ER启动的快速信号转导通路，这种膜ER启动的信号在肿瘤的发生中有重要作用[1]。

雌激素受体ERα和ERβ亚型分别由基因ESR1 和 ESR2编码,在序列和空间结构上有高度的相似性，包括6个功能区：N端(A/B区)是蛋白间的相互作用和基因转录激活区，C区参与受体二聚化和将ER结合至雌激素反应元件(ERE)的启动子上，D区的作用是结合DNA，同时也有促进受体的二聚化功能；C末端的E区和F区组成配体结合区，E区与雌激素的结合、核定位及与辅助激活因子或辅助抑制因子的结合等相关。在ER中已经鉴定出2种不同的转录功能(AFs)区域，其中AF-1位于N端(A/B区)，即使在缺少配体的情况下，AF-1也可以调控ERE的基因转录；而C末端的AF-2含有配体结合区，其转录活性依赖于雌激素作用。细胞中 AF-1和AF-2往往通过辅助因子协同调控基因转录[2-3]。除了全长ERs，在许多正常的和病理的组织中还发现ERs的截短体或ER降解肽(如ERα17p)，它们可以不同程度地调控雌激素活性，影响靶基因表达，参与肿瘤的生长和进程[4-6]。

2雌激素的膜受体

ERs属于核受体家族，但近年研究发现用抗核ERα表位的多个抗体在细胞膜同样检测出ERα，并且针对核ERα的反义核苷酸也导致细胞膜ERα表达的下降，2006年Pedram等通过质谱和免疫印迹分析进一步证实了乳腺癌细胞膜上的ERα与核受体ERα氨基酸序列完全一致。现在医学界已经广泛认同雌激素敏感的细胞存在细胞膜ER，膜ER是雌激素产生快速信号转导通路的前提。尽管细胞质膜ER含量仅占内源性ER含量的5%～10%，但足以使雌激素介导的膜ER产生快速信号转导通路，抑制这些膜ER介导的快速信号途径可以阻止雌激素产生的促有丝分裂、凋亡等反应[7-8]。同时，实验证明摄取雌激素后靶细胞只有5%～10%的ER被激活，因此推测核内活化的ER，很可能就是来自激活的膜ER；ER本身无内在激酶活性，ER是通过与膜结合的生长因子受体作用后，招募信号转导分子(如p85)激活下游的磷酸化级联反应[8]，这种ER膜启动激活方式更利于细胞对细胞外雌激素浓度的变化产生快速反应。研究发现雌激素并非自由进出细胞，而是识别、活化膜ER后稳定地插入在细胞膜中，再通过细胞内化过程转运入细胞内[9]。ER分子不含跨膜区域，目前已经被证实ER膜定位的主要机制包括3个：①ER与膜固有蛋白小窝蛋白-1(caveolin-1)等的结合；②ER与跨膜蛋白受体HER-2等的相互作用；③ER翻译后棕榈酰化修饰。其中ER-E区翻译后棕榈酰化修饰至关重要，它不仅调控ER与小窝蛋白-1结合，而且活化雌激素介导的快速信号，引起下游磷酸化级联反应完成[8]。

雌激素的作用是识别活化细胞膜ERα或ERβ，并使ERα或ERβ发生去棕榈酰化反应：去棕榈酰化的ERα后与小窝蛋白分开，重新结合到其它蛋白(HER-2和IGF-1等)参与下游反应，而去棕榈酰化的ERβ则加强与小窝蛋白作用并活化p38/MAPK 信号，最终导致膜ERα和ERβ启动快速信号转导通路，产生细胞增殖或凋亡两种相反效应[7]，比如膜ERα启动对乳腺癌起促进作用，而膜ERβ启动对结肠癌则产生抑制效应。

3雌激素受体的信号转导机制

ERα和ERβ属于转录因子，在细胞核内结合DNA后调控基因的转录(基因组作用机制)，这种转录效率取决于ER与DNA位点的结合和分离能力，雌激素结合ER后可以稳定ER/DNA复合物，并促进基因的表达；ER还可通过和其它转录因子相互作用而激活基因表达，这种方式称作间接基因组作用机制。研究发现在细胞膜存在ERα和ERβ，ER的膜定位使得雌激素产生快速的生物效应[7-8]，因此，雌激素的生物效应严格依赖ERs的细胞内定位，需要强调的是雌激素对ERs的核内外效应是协同进行的，并且相互整合。

3.1基因组机制

细胞中ER与热休克蛋白结合后呈现非激活状态的，当雌激素与ER结合后，ER发生变构效应，与热休克蛋白发生分离，ER转位到核内，作用于富含亮氨基酸的核受体辅助因子-1[3,10]，导致靶基因染色质变构、RNA聚合酶激活和ER与基础转录装置相结合等系列反应，使得含ERE的基因发生转录。在缺乏雌激素的情况下，核内的ERα与基因启动子的结合或分离呈动态状态，这种ERα-DNA结合/分离过程不发生转录效应，只有当ERα结合雌激素后，ERα的ERE转录反应才被激活，这种现象同样存在于ERβ[11]，可见ER与DNA的动态结合具有遗传保守性。ER不通过直接作用ERE而对基因表达的调控也叫做非基因组机制，这种方式与某些结合ERα的转录因子相关，如刺激蛋白Sp1和转录蛋白AP-1,它们结合ERα后参与调控乳腺癌等肿瘤细胞的增殖。

3.2非基因组机制

雌激素通过膜ER启动产生的转录激活(数秒或数分)远远快于核ER信号启动(大于2 h)，转录或翻译抑制因子对这些膜ER启动产生的基因调控效应无抑制作用，在雌激素敏感细胞的膜ER启动与ERK、PI3K/AKT、MAPK、RhoA/ROCK-2/moesin等信号通路的活化相关[12]。膜ERα和膜ERβ都能活化雌激素诱导的快速信号通路，在许多正常或肿瘤细胞系中，越来越多的证据表明膜ERα启动的快速信号至少存在2个保守的途径： 雌激素依赖的MAPK信号途径和PI3K信号途径，雌激素与ERα结合后促使膜ERα与蛋白Shc,Src,Ras的相互作用而激活这两条信号途径，导致细胞增殖和抗凋亡效应。目前对于膜ERβ介导的核外快速信号的机制报道较少，但已经证实膜ERβ与P38作用是雌激素激活P38/MAPK必需条件，雌激素通过膜ERβ产生的快速信号途径在对抗结肠腺癌的发生中有重要作用[13]，可导致结肠癌细胞的抗增殖和促凋亡效应[14]。

4雌激素介导的膜ER启动与乳腺癌的相关性

临床上目前仅检测核内ER作为疗效预测和药物选择的指标。然而，越来越多的研究表明乳腺癌组织中只在肿瘤细胞膜ERα的表达为阳性，邻近的非癌性组织的细胞膜ERα呈阴性[15]；有趣的是，Kim等对219例原发性的乳腺癌进行免疫组织化学染色，发现膜ERα在34%的病例中是阳性，而这些病例的核ERα的表达却是阴性的，同时膜ERα表达和磷酸化的AKT及HER-2过表达正相关，说明膜ERα表达与乳腺癌的发生密切相关[16]。另有研究报道，在细胞核ERα阳性的乳腺标本中膜ERα蛋白在118丝氨基酸残基发生异常磷酸化而呈活化状态，这类膜ERα磷酸化的细胞抗凋亡信号通路ERK/MAPK 和 AKT呈过度激活，在新鲜组织标本中显示出侵袭性肿瘤的病理特征[17]，可见，细胞核ERα阳性和阴性的乳腺癌细胞中ERα膜启动的信号均存在。

目前认为乳腺癌细胞中膜ERα定位及活性升高的机制与多种因素相关：①失去调控的受体棕榈酰化酶可改变ERα与乳腺组织细胞膜的结合力，并直接影响ERα产生的信号传导通路；②一些过表达的ERα作用因子可以促使ERα定位在细胞核外或细胞膜，其中激活转移性肿瘤抗原(MTA1s)可以将ERα隔离至细胞质，阻止ERα进入细胞核，细胞核ERα阴性的乳腺癌细胞中升高的MTA1s与细胞质ERα表达相关；而核外ER活性调节因子(MNAR)优先表达于快速增长的组织细胞类型中(如肿瘤细胞)[18]，不仅可以把ERα和信号蛋白分子连接在细胞膜，而且参与乳腺癌细胞中雌激素刺激的Src/MAPK快速活化过程。现已经证实MNAR在侵袭性和转移性乳腺癌中表达显著升高[19]；③另外，造血相关的PBX相互作用蛋白质可以通过招募乳腺癌细胞内的ERα信号作用分子促进雌激素的核外信号。除了这些核外的ERα作用因子，定位在细胞质或质膜过表达特异性的ERα剪切体(ERα36;ERα46)，也会导致ERα膜信号激活而促进雌激素产生细胞增殖和抗凋亡的信号[20-21]。

综上所述，动物模型和临床标本中均已证实雌激素介导的膜ERα信号与乳腺癌有相关性，但膜ERα调控的多条信号通路间存在相互影响，它们在激素敏感肿瘤形成中的作用仍需进一步的研究。免疫组化发现ERβ阳性的乳腺癌预后较好，De Marinis等认为ERβ信号途径促进细胞的凋亡[13]。由于雌激素的靶基因可分布于细胞膜、细胞质及细胞核多个部位，并且雌激素的膜启动信号和核内信号具有整合作用，因此雌激素与ER在乳腺癌发生中的作用变得更加复杂，今后的研究可以利用蛋白组学分析乳腺癌细胞膜ER的作用因子，并对膜ER翻译后修饰在功能性上的影响进行分类研究，为进一步确定新的乳腺癌治疗靶点提供依据。

参考文献

[1]Gibson DA,Saunders PT.Estrogen dependent signaling in reproductive tissues-a role for estrogen receptors and estrogen related receptors〔J〕.Mol Cell Endocrinol，2012,348(2):361-372 .

[2]Monroe DG,Getz BJ,Johnsen SA,et al.Estrogen receptor isoform-specific regulation of endogenous gene expression in human osteoblastic cell lines expressing either ERalpha or ERbeta〔J〕.J Cell Biochem,2003,90(2):315-326.

[3]O'Malley BW,Kumar R.Nuclear receptor coregulators in cancer biology〔J〕.Cancer Res,2009,69(21):8217-8222.

[4]Pelekanou V,Kampa M,Gallo D,et al.The estrogen receptor alpha-derived peptide ERα17p (P(295)-T(311)) exerts pro-apoptotic actions in breast cancer cells in vitro and in vivo,independently from their ERα status〔J〕.Mol Oncol,2011,5(1):36-47.

[5]Lee LM,Cao J,Deng H,et al.ER-alpha36,a novel variant of ER-alpha,is expressed in ER-positive and-negative human breast carcinomas〔J〕.Anticancer Res,2008,28(1B):479-83.

[6]Ohshiro K,Mudvari P,Meng QC,et al.Identification of a novel estrogen receptor-alpha variant and its upstream splicing regulato〔J〕.Mol Endocrinol,2010,24(5):914-922.

[7]Hammes SR,Levin ER.Extranuclear steroid receptors:nature and actions〔J〕.Endocr Rev,2007,28(7):726-741.

[8]Marino M,Ascenzi P.Membrane association of estrogen receptor alpha and beta influences 17 beta-estradiol-mediated cancer cell proliferation〔J〕.Steroids,2008,73(9-10):853-858.

[9]Scheidt HA,Badeau RM,Huster D.Investigating the membrane orientation and transversal distribution of 17beta-estradiol in lipid membranes by solid-state NMR〔J〕.Chem Phys Lipids,2010,163(4-5):356-361.

[10]O'Malley BW,Kumar R.Nuclear receptor coregulators in cancer biology〔J〕.Cancer Res,2009,69(21):8217-8222.

[11]Picard N,Charbonneau C,Sanchez M,et al.Phosphorylation of activation function-1 regulates proteasome-dependent nuclear mobility and E6-associated protein ubiquitin ligase recruitment to the estrogen receptor beta〔J〕.Mol Endocrinol,2008,22(2):317-330.

[12]Sanchez AM,Flamini MI,Fu XD,et al.Rapid signaling of estrogen to WAVE1 and moesin controls neuronal spine formation via the actin cytoskeleton〔J〕.Mol Endocrinol,2009,23(8):1193-1202.

[13]De Marinis E,Ascenzi P,Pellegrini M,et al.17β-estradiol--a new m-

odulator of neuroglobin levels in neurons:role in neuroprotection against H2O2-induced toxicity〔J〕.Neurosignals,2010,18(4):223-235.

[14]Galluzzo P,Caiazza F,Moreno S,et al.Role of ERbeta palmitoylation in the inhibition of human colon cancer cell proliferation〔J〕.Endocr Relat Cancer,2007,14(1):153-167.

[15]Kampa M,Pelekanou V,Castanas E.Membrane-initiated steroid action in breast and prostate cancer〔J〕.Steroids,2008,73(9-10):953-960.

[16]Kim R,Kaneko M,Arihiro K,et al.Extranuclear expression of hormone receptors in primary breast cancer〔J〕.Ann Oncol,2006,17(8):1213-1220.

[17]Mintz J,Habib A,Jones J,et al.The phosphorylated membrane estrogen receptor and cytoplasmic signaling and apoptosis proteins in human breast cancer〔J〕.Cancer,2008,113(6):1489-1495.

[18]Greger JG,Guo Y,Henderson R,et al.Characterization of MNAR expression〔J〕.Steriods,2006,71(4):317-322.

[19]Acconcia F,Kumar R.Signaling regulation of genomic and nongenomic functions of estrogen receptors〔J〕.Cancer Lett,2006,238(1):1-14.

[20]Kim KH,Bender JR.Membrane-initiated actions of estrogen on the -

endothelium〔J〕.Mol Cell Endocrinol,2009,308(1-2):3-8.

[21]Ohshiro K,Mudvari P,Meng QC,et al.Identification of a novel estrogen receptor-alpha variant and its upstream splicing regulator〔J〕.Mol Endocrinol，2010,24(5):914-922.

(编辑：甘艳)

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(收稿日期2015-03-29修回日期 2015-07-23)

文章编号：1001-5930(2016)03-0517-03

中图分类号：R737.9

文献标识码：B

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.03.052

通讯作者：黄前川

基金项目：湖北省青年基金资助项目(编号：QJX2010-31)

关键词：雌激素膜受体-α；乳腺癌