雌激素受体在骨肉瘤中的作用研究进展

孙小丹，刘鷖雯，何怡青，杜 艳，张国良，高 锋，杨翠霞

（1.上海交通大学附属第六人民医院检验科，上海 200233；2.上海交通大学附属第六人民医院中心实验室，上海 200233）

骨肉瘤是常见的原发性恶性骨肿瘤，占原发性恶性骨肿瘤的40%，致死率及致残率极高，预后极差[1]。骨肉瘤具有高度侵袭性和转移性，有80%的骨肉瘤患者在确诊时已伴有微小转移灶[2]。因此，单纯行手术截肢的患者5年生存率仅为20%[3]。控制骨肉瘤转移的主要方法是化疗，可显著提高患者的预期寿命。目前，临床多采用手术切除联合化疗的治疗方案，使骨肉瘤患者的5年生存率提高至70%[4]。甲氨蝶呤、阿霉素、顺铂和异环磷酰胺等被认为是有效治疗骨肉瘤的药物[3]，但是大剂量使用化疗药物的副作用较多[5]，如肝功能损伤、肾功能损伤、骨髓抑制、神经毒性等，且易产生耐药性[6]，导致患者10年生存率较低[7]。因此，临床亟需寻找一种理想的药物治疗方案。

骨肉瘤可发生于任何年龄人群，但常见于10～20岁青少年，男性多于女性，其疾病特点是成骨细胞过度活跃、异常增殖[8]，好发的年龄段是性激素最活跃的时期。性激素中的雌激素水平与骨肉瘤的发生、发展关系密切[9]，且在骨肉瘤组织及细胞中均发现了雌激素受体（estrogen receptor，ER）的表达[10]。ER包括经典的核受体（ERα、ERβ）和膜受体[G蛋白偶联的雌激素受体（G protein-coupled estrogen receptor，GPER）]。ERα和ERβ除有共同的配体——雌激素外，还有各自的特异性配体。ER在多种肿瘤中表达，如乳腺癌、结直肠癌、甲状腺癌、骨肉瘤等[11]。在正常生理条件下，ER的主要作用是与雌激素发生特异性结合，形成激素-受体复合物，调节下游基因转录，使雌激素发挥生物学功能。在肿瘤进展过程中，雌激素与ER结合可调节肿瘤细胞的生长特性[12]，抑制骨肉瘤细胞的增殖和转移，诱导骨肉瘤细胞向成骨细胞分化[9]。本文拟对ER在骨肉瘤发生、发展及治疗中的研究进展进行综述，以期为骨肉瘤的预防和治疗提供新思路。

1 ER的结构与功能

1.1 ER的结构

ER主要分为核受体（ERα、ERβ）和GPER。ERα和ERβ分别由基因ESR1和ESR2编码，于6q25.1和14q23.2转录。2种ER均由A、B、C、D、E和F 5个功能区组成，见图1。其中，A/B区含有1个转录激活区（activation function，AF）-1，可在不与配体结合的情况下反式激活下游靶基因的转录。C区被称为DNA结构域（DNA binding domain，DBD），包含2个锌指结构，在与DNA结合过程中发挥重要作用，参与ER的同源二聚化。D区是C区和E区的铰合区域。E区和F区被称为配体结构域（ligand binding domain，LBD），含有1个AF-2。E区和F区不仅与ER同源二聚化有关，而且与核易位以及靶基因表达的反式激活相关[13-14]。虽然ERα和ERβ的功能区组成相似，但其发挥的生物学功能却完全不同。GPER包括G蛋白偶联受体30（G protein-coupled receptor 30，GPR30）、Gαq蛋白偶联雌激素受体（Gαq protein-coupled estrogen receptor，Gαq-ER）和ER-X（一种假定的膜性ER）[11]。GPER通过蛋白激酶B（protein kinase B，PKB；又称Akt）、细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinase，ERK）等信号通路影响细胞的增殖、迁移、侵袭和耐药性[15]。但是，目前关于GPER的研究尚不多见，其具体的生物学功能尚不明确。因此，本文将重点阐述核内的受体ERα、ERβ和GPER在骨肉瘤进展中的作用。

图1 ER的功能区组成

1.2 ER的功能

ER与肿瘤的发生、发展有关。在骨肉瘤微环境中，ERα和ERβ发挥完全不同的生物学功能，ERα与雌激素结合可抑制骨肉瘤细胞的增殖，影响肿瘤侵袭性和患者预后[6]；激活ERβ则可诱导骨肉瘤细胞的凋亡[9]。

1.2.1 ERα的功能 ERα与肿瘤细胞增殖、侵袭及药物敏感性关系密切[16]。在乳腺癌[17]、卵巢癌[18]、子宫内膜癌[19]、宫颈癌[20]等生殖系统肿瘤中，ERα影响着肿瘤细胞的增殖。ERα发挥作用的机制有以下几种途径：（1）细胞内钙的动员；（2）环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）的产生和激活；（3）增加磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）的活性，激活Akt和内皮型一氧化氮合酶[21-22]；（4）膜酪氨酸激酶受体的激活[23]；（5）Src同源结构域的磷酸化[24]。有研究发现，激活骨肉瘤细胞的ERα可抑制骨肉瘤细胞的增殖[10]。另外，ERα在抑制肿瘤细胞上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transformation，EMT）进程和延缓肿瘤进展中发挥重要作用[25]。动物实验结果显示，在小鼠皮下成瘤模型中过表达ERα可抑制骨肉瘤细胞的增殖和转移[9]。这提示ERα功能的变化在骨肉瘤的进展中发挥重要作用。

1.2.2 ERβ的功能 ERβ具有促进细胞凋亡，抑制细胞增殖、侵袭、转移和EMT的功能[26]。在结肠癌[27]、乳腺癌[12]、骨肉瘤[26]等肿瘤中均被证实激活ERβ可以显著抑制肿瘤细胞的增殖。敲降ERβ可激活Wnt信号通路，促进骨肉瘤细胞的侵袭和迁移[28]。在小鼠模型中，过表达ERβ可使异种移植瘤的肿瘤生长显著减慢，血管新生显著减少[18]。因此，ERβ被认为是肿瘤治疗的潜在靶点。

1.2.3 GPER的功能 GPER与肿瘤细胞增殖和转移密切相关，激活GPER可促进乳腺癌细胞[29]、甲状腺癌细胞[30]、前列腺癌细胞[31]的增殖。GPER的特异性活化可激活ERK信号通路，进而影响细胞周期蛋白CyclinA和CyclinD1启动子的转录及翻译，促使肿瘤生长[32]。在骨肉瘤细胞中，GPER呈低水平表达，GPER可通过多种机制调节肿瘤的进展，包括调节细胞内cAMP、促进细胞内钙动员、活化PI3K信号通路、激活表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR），促进骨肉瘤细胞增殖[33-34]。然而有研究发现，过表达或激活GPER可显著抑制骨肉瘤细胞的迁移和侵袭[15]。因此，学者们对GPER的活化与骨肉瘤进展的关系仍存在争议。

1.2.4 ERα与ERβ之间的相互作用 ERα和ERβ功能之间存在相互作用，主要表现为ERβ对ERα功能的抑制作用。ERβ能够抑制约70%的ERα依赖的调控基因，包括参与增殖和代谢的基因[35]。HALL等[36]的研究结果显示，当雌激素处于亚饱和水平时，ERβ可抑制ERα的活性，从而降低肿瘤细胞对雌激素的敏感性。PARUTHIYIL等[37]的研究结果显示，过表达ERβ可以抑制ERα阳性乳腺癌细胞的增殖，并阻碍雌激素诱导的裸鼠体内乳腺癌异种移植瘤的形成。肿瘤细胞中的ERα和ERβ可能会相互作用，共同调节肿瘤的进展。ER调节示意图见图2。

图2 ER调节示意图

2 ER在骨肉瘤进展中的作用

有研究发现，骨肉瘤发生中伴随着ER的持续减少[9]，骨肉瘤细胞中ER的表达量显著低于成骨细胞[10，18]。ERα在骨肉瘤组织中几乎无表达[36]，ERβ在骨肉瘤组织中的表达亦明显低于癌旁组织[28]，GPER在骨肉瘤细胞中的表达水平显著低于成骨细胞[15]。骨肉瘤发生时ER减少的机制是该领域的研究热点之一。LILLO OSUNA等[10]的研究结果显示，骨肉瘤细胞中有1 379个启动子区域被高度甲基化，其中包括ER相关的启动子区域，这是导致骨肉瘤细胞ER表达低于成骨细胞的原因之一。

虽然在骨肉瘤细胞中ER呈低水平表达，但激活ER相关通路仍会对骨肉瘤细胞的生物学特性产生重要影响。雌激素可通过与ER结合诱导骨肉瘤中成骨细胞分化基因的转录，如促进碱性磷酸酶的表达等[10]，具有促进骨肉瘤细胞分化的作用。有研究发现，植物雌激素大豆苷元、姜黄素等可通过不同的信号途径抑制骨肉瘤细胞的增殖，促进其凋亡，抑制细胞迁移及侵袭，对骨肉瘤有一定的疗效[38]。LILLO OSUNA等[10]发现，在骨肉瘤细胞中，ERα可通过调控碱性磷酸酶来降低波形蛋白、基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）9的表达，进而影响细胞转移；过表达ERα可增强碱性磷酸酶的表达，降低骨肉瘤细胞中SOX2、OCT4、NANOG基因的表达，进而使肿瘤干细胞的干性减弱[10]。沉默ERβ的表达可激活骨肉瘤细胞的Wnt通路，降低MMP-7和MMP-9的表达，使其侵袭转移能力增强[28]。GPER通过MAPK信号通路抑制白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）mRNA的稳定性，使骨肉瘤细胞的侵袭、转移能力减弱。ER在调控骨肉瘤细胞生物学特性中的具体机制见表1。

表1 ER在骨肉瘤进展中的机制

3 ER在骨肉瘤治疗中的作用

有研究结果显示，接受规律化疗的骨肉瘤患者5年生存率为78.5%，而进行非规律化疗患者的5年生存率仅为35.2%[40]。化疗耐药是导致骨肉瘤患者疗效较差的主要原因之一。ER参与了肿瘤细胞耐药的发生过程。有研究结果显示，患者在化疗过程中发生顺铂耐药时，ER的表达水平有所降低[41]。在转移性乳腺癌的耐药过程中，ER表达减少，甚至消失，使乳腺癌细胞失去对雌激素的依赖性[12，42]，诱发内分泌治疗耐药和转移。因此，ER与肿瘤细胞对化疗药物的敏感性密切相关，肿瘤细胞耐药的发生通常伴随着ER表达的减少和异常激活。当骨肉瘤患者发生顺铂耐药时，多药耐药相关蛋白（multidrug resistance-associated protein，MRP）表达增加，促进细胞内药物的排出，从而减少药物在细胞内蓄积[43]。但是有研究发现，在发生顺铂耐药时，ER的表达水平降低了，而提高ER的活性或者表达水平可影响肿瘤细胞对化疗药物的敏感性[42]。参与凋亡的信号通路有多种，如PI3K/Akt通路[44]、p38-MAPK通路[45]，凋亡信号通路的抑制或缺失也会减弱顺铂的细胞毒性作用。凋亡信号通路的异常改变可影响ER的表达及活性，进而降低骨肉瘤细胞对顺铂的敏感性[46]。DNA甲基转移酶抑制剂地西他滨可使骨肉瘤细胞的ER重新表达，进而与雌激素协同作用，显著抑制骨肉瘤细胞的增殖[9]，而敲除ERα基因则可抑制地西他滨的药效[10]。因此，ER的表达水平与活性改变与骨肉瘤的化疗耐药密切相关。

由于ER在调控骨肉瘤细胞的增殖、转移和药物敏感性中发挥着重要的作用，因此调控ER的功能或活性可能会影响骨肉瘤的进展。目前，选择性ER调节剂有三苯乙烯类（他莫昔芬）、苯并噻吩类（雷洛昔芬）和萘类（拉索昔芬）3类[47]。他莫昔芬在乳腺组织内表现为ER拮抗，通常用于ER阳性乳腺癌患者的内分泌辅助治疗，可增强雌激素对肿瘤生长的抑制作用[48]；而在骨组织、心血管系统中，他莫昔芬具有激活ER的作用[49]。因此，他莫昔芬可作为化疗增敏剂，增强肿瘤患者对化疗药物的敏感性[50]。有研究发现，他莫昔芬联合多柔比星在体外实验中协同抑制了骨肉瘤细胞U2OS的增殖[51]。因此，选择性ER调节剂对骨肉瘤细胞侵袭、转移的影响具有潜在的临床价值。

4 ER在骨肉瘤治疗中的作用展望

骨肉瘤的临床特点是疾病进展快、易出现转移、易产生化疗耐药性，因此预后极差。在骨肉瘤的发生中常伴随着ER水平的持续降低，且骨肉瘤细胞中ER的表达水平显著低于成骨细胞[10，18]。虽然ER在骨肉瘤细胞中呈低水平表达，但其对骨肉瘤的侵袭、转移及药物敏感性仍具有重要的调节作用[10]。提高ER的表达水平或活性可有效改变雌激素/ER依赖的转录因子的表达，进而抑制骨肉瘤细胞的转移[15]、促进骨肉瘤细胞的凋亡[35]。未来有望将内分泌治疗和化疗的联合用药方案用于骨肉瘤治疗，以达到增加药物疗效、降低化疗药物毒性反应的目的。