类固醇激素的作用机制

类固醇激素的作用机制

组织对性激素的特异性反应是由组织或细胞内特异受体的存在而决定的。不同的组织对于同一种激素的应答机制却十分相似。类固醇激素的作用机制包括：类固醇激素通过弥散等方式，穿过细胞膜进入胞质内，与相应的胞质内受体结合，形成的激素受体复合物与细胞核中的DNA相互作用，产生信使RNA（mRNA），mRNA被转运至核糖体内，在胞质内合成蛋白，并发挥其生物学功能，如图2-3所示。类固醇激素受体可通过多种机制调节基因转录或转录后事件。

图2-3　类固醇激素作用示意图

重要的性类固醇激素包括雌激素、孕激素和雄激素，遵循基本机制发挥生物学效应。负责类固醇激素跨膜转运的因子并不明确，但血液中游离激素的浓度决定了细胞功能的发挥。未与激素结合的游离受体与热休克蛋白（heat shock protein）结合，保持受体结构稳定，使DNA结合位点处于无活性状态。性激素一旦进入细胞，就会与各自相应受体结合，引发受体变构或激活。所谓受体变构或激活是指激素与受体结合后，激素受体复合物的构型发生变化，受体-热休克蛋白复合物发生解离，暴露出结合位点，促进复合物与核内DNA的结合。激素受体复合物与激素反应元件（hormone responsive element，位于基因上游的特异性DNA位点）结合。在激素发挥生物效应的过程中，激素与受体的解离率、胞核内染色质与激素受体复合物结合体的半衰期长短是重要影响因素。因为正常情况下，激素反应元件较为丰富，但仅有极少部分长期结合占据。

性激素的合成主要发生在细胞质内，但雌、孕激素受体在合成后须立刻转入细胞核内，构成了核信号网络。细胞合成蛋白质时，每3分钟从胞质中输入约100万个组蛋白分子。特定细胞能够合成1～2万种不同的蛋白质。这些蛋白质合成后的去向是由蛋白自身决定的——蛋白自身的定位信号（localization signals）。对类固醇激素受体而言，它的信号序列位于铰链区（hinge region）。多数情况下，类固醇激素受体可通过以下几种形式激活转录：①其他转录因子：与DNA和聚合酶相互作用的多肽；②共活化和共抑制因子：共调因子或连接蛋白，与受体转录活化区相互作用；③染色质因子：促使影响转录的结构变化。除二聚化类固醇受体与DNA反应元件相结合外，类固醇激素活性还受其他影响转录活性机制的调节，如其他蛋白转录因子、共活化因子和共抑制因子等。

激素-受体复合物的加工和处理就是基因活化后对激素-受体复合物的解体作用。

（一）雌激素受体

雌激素有2种受体，雌激素受体α（ER-α）和雌激素受体β（ER-β）（图2-4）。近年来第三种雌激素受体ER-γ也已从硬骨鱼（teleost fish）中得到克隆。由于其激素特征不明显，很难确定与ER-α和ER-β的相似性，因此人类组织中的ER-γ被称为雌激素相关受体-γ。

图2-4　雌激素受体（ER-α和ER-β）结构示意图

（引自：Marc A Fritz and Leon Speroff.Clinical Gynecologic Endocrinology And Infertility，8 ^th edition.Lippincott Williams & Wilkins，2012）

ER-α和ER-β的激素结合特性十分类似，提示它们有着相似的对同一激素的反应模式，雌激素受体的结构上可分为调节区域（A/B区）、DNA结合区域（C区）、铰链（D区）、激素结合区域（F区）。其中的DNA结合区ER-β有97%的氨基酸序列与ER-α同源；激素结合区有59%同源。两种受体与雌激素反应元件结合亲和力相同。它们的不同在于雌激素对不同受体的亲和力不同。遗传信息的差异引起了亲和力的差异，作用机制亦不同。

转录活化区（transcription activation function，TAF）是受体的一部分，与DNA结合后可激活转录。ER-α中含有多个磷酸化位点和转录激活功能区（transcription activation function，TAF-1），而ER-β的TAF-1与ER-α的不同，使得ER-β不能通过TAF-1方式激活基因转录。E区除了与激素结合外，这一区域还含有可引起二聚化（dimerization）的辅助因子结合位点及转录功能活化区TAF-2。 TAF-2可与热休克蛋白（尤其是hsp90）结合，阻止二聚化与DNA的结合。雌二醇可引起受体构象的变化，与TAF-1/TAF-2产生协同作用。

雌激素受体虽然和类固醇家族受体一样位于细胞核内，但它参与核浆穿梭（nucleocytoplasmic shuttling），即连续不断地从核内弥散出来，又快速地被转运回核内。穿梭一旦受到阻碍，受体便会在胞质内很快被降解。缺乏雌激素时，受体与雌激素反应元件相连亦会引发蛋白酶体的降解信号，从而被降解。

雌激素受体突变体可与野生型雌激素受体结合形成二聚体，再与雌激素反应元件结合，但不能进行转录。这就说明，转录是雌激素依赖性的结果。雌激素作用的复杂性体现在同一雌激素与ER-α和ER-β结合呈现不同的作用结果。有研究显示，雌二醇与ER-α和雌激素反应元件特异结合可促进基因转录，而同样情况下，与ER-β结合反而会抑制基因的转录。

（二）孕激素受体（PR）

在转录水平上，雌激素诱导孕激素受体（PR）的生成，孕激素则可以在转录和翻译两个水平上降低它的生成。类似于雌激素，孕激素受体也存在两种形式——PR-A和PR-B（图2-5）。PR-A和PR-B的分子量分别为94 000和114 000。PR-B含有933个氨基酸，比PR-A多164个。且PR-B还具有一个独特上游部分成为B-上游片段（BUS）。虽为同一基因表达，却是由不同的启动子引发转录的结果，构成了一个复杂的转录调节系统。孕激素受体均与某些附加蛋白相关，便于与激素结合发挥受体活性。

图2-5　孕激素受体（PR-A和PR-B）示意图

（引自：Marc A Fritz and Leon Speroff.Clinical Gynecologic Endocrinology And Infertility，8 ^th edition.Lippincott Williams & Wilkins，2012）

在孕激素中，TAF-1位于DNA结合区上游，TAF-2位于激素结合区域。某些细胞内BUS还存在有TAF-3，可以增强其他TAFs的作用或者自动激活转录。孕激素受体与类固醇受体超家族作用机制相同，与热休克蛋白结合形成无活性的复合物、与激素结合、发生聚化、结合DNA与孕激素反应元件、磷酸化和各种蛋白调节转录。PR特异性受体和活性二聚体种类的影响。同时，靶细胞种类还决定了PR-A和PR-B的转录活性，尤其是启动子的影响。大多数细胞中，PR-B是孕激素反应基因的正向调节因子，PR-A抑制PR-B的活性。PR-B转录活性会受到自身羧基末端突变影响，而PR-A却不会。这说明孕激素受体转录激活和抑制是由两条独立的途径分别进行的。因此，人类雌激素受体、雄激素受体等转录活性的抑制有赖于PR-A的表达。另外，PR-A还可以与ER竞争抑制同一种关键蛋白，即必需的转录活化因子。

（三）雄激素受体

雄激素受体也存在两种形式：较短的A型和全长的B型（图2-6）。雄激素受体DNA结合区的氨基酸序列与孕激素的极为相似。

图2-6　雄激素受体示意图

（引自：Marc A Fritz and Leon Speroff.Clinical Gynecologic Endocrinology And Infertility，8 ^th edition.Lippincott Williams & Wilkins，2012）

雄激素胞内机制更为复杂一些，有以下三种途径：在细胞内使睾酮转化为双氢睾酮（DHT）；睾酮直接发挥作用；转化为雌二醇（芳香化）。