雌激素受体在前列腺癌的研究进展

Research progress of estrogen receptor on prostate cancer

更新时间:2020年08月21日阅读量:192下载量:68下载手机版

作者: 苏港林 1, 3 胡坤 2, 3 肖俊文 3 孙浩 3 刘宇辰 3*

作者单位: 1. 汕头大学医学院临床医学系(广东汕头 515041) 2. 安徽医科大学深圳市第二人民医院临床医学院泌尿外科(广东深圳 518000) 3. 深圳大学第一附属医院·深圳市第二人民医院医学合成生物学临床应用关键技术国家地方联合工程实验室(广东深圳 518000)

关键词: 前列腺癌 雌激素受体 癌基因

Keywords: Prostate cancer Estrogen receptor Oncogene

DOI:10.12173/j.issn.1004-5511.2020.04.12

基金项目: 国家自然科学基金面上项目(81773257)

引用格式:苏港林, 胡坤, 肖俊文, 孙浩, 刘宇辰. 雌激素受体在前列腺癌的研究进展[J]. 医学新知, 2020, 30(4): 320-327. DOI: 10.12173/j.issn.1004-5511.2020.04.12.

Su GN, Hu K, Xiao JW, Sun H, Liu YC. Research progress of estrogen receptor on prostate cancer[J]. Yixue Xinzhi Zazhi, 2020, 30(4): 320-327.DOI:10.12173/j.issn.1004-5511.2020.04.12.[Article in Chinese]

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摘要|Abstract

前列腺癌是男性最常见的恶性肿瘤,是男性第二常见的癌症死亡原因。雌激素受体是类固醇激素受体超家族成员。雌激素在前列腺中的作用是由雌激素受体1和雌激素受体2介导的。越来越多的证据表明雌激素受体与前列腺癌的发生、发展、预后等明显相关,且在去势抵抗性前列腺癌的进展中起到重要作用。本文将介绍雌激素受体结构功能,总结其在前列腺癌的研究进展,浅析雌激素受体在前列腺癌发展中的潜在分子机制及其临床应用,为治疗前列腺癌提供新的思路。

Prostate cancer is the most common malignant tumor and the second most common cause of cancer death in men. Estrogen receptors (ERs) are member of steroid hormone receptor superfamily. The role of estrogen in prostate is mainly mediated by estrogen receptor 1 (ERα) and estrogen receptor 2 (ERβ). More and more evidences suggest that estrogen receptors play an important role in the occurrence, development and prognosis of prostate cancer, and the progression of castrated resistant prostate cancer (CRPC). This article will introduce the structure and function of estrogen receptors, summarize relevant research progress in prostate cancer, analyze potential molecular mechanism and clinical application of ERs in the development of prostate cancer, and provide a new view for the treatment of prostate cancer.

全文|Full-text

前列腺癌是男性最常见的恶性肿瘤,是男性第二常见的癌症死亡原因[1]。2015年全世界就有365 000多例患者死于前列腺癌[2]。在过去几十年随着生活方式的变化和人口老龄化,中国前列腺癌的发病率一直在稳步上升。据中国国家癌症登记中心2005年度癌症报告,前列腺癌的发病率为7.10/10万,居第九位[3]。年龄是前列腺癌的主要危险因素,研究表明,随着年龄增长,血睾酮下降,但雌性激素水平保持不变,导致雌激素与雄激素的比值增加。因此,雌激素被认为是良性前列腺增生(Benign prostatic hyperplasia, BPH)和前列腺癌的主要致病因素之一[4-5]。Ricke WA等用高水平睾酮和雌醇联合应用于小鼠可诱发前列腺癌的发生[6]。这表明,与雄激素一起,雌激素在前列腺癌中起着至关重要的作用。雌激素在前列腺中的作用是由雌激素受体1(ERα)和雌激素受体2(ERβ)介导的。越来越多的证据表明雌激素受体在前列腺癌的进展中起到重要作用[7-8]。本文将对雌激素受体在前列腺癌中的研究进展进行综述。

1 雌激素受体

1.1 雌激素受体简介

雌激素的细胞效应是由ERα和ERβ两种雌激素受体介导的[9]。第一个雌激素受体(ERα)于1985年从mcf-7人乳腺癌细胞系中克隆出来,第二个雌激素受体(ERβ)于1996年在大鼠前列腺中被发现[11]。ERα主要在性器官中表达,即乳腺,子宫,卵巢,睾丸和附睾,但也在其他器官中表达,例如肝脏,肾脏,肾上腺,垂体腺和下丘脑。除了前列腺外,ERβ并不主要在性器官中表达; 它主要存在于皮肤,骨骼,脑,肺,膀胱,血管,淋巴细胞和脂肪组织中[11]。ERα基因位于人类第6号染色体的6q25.1区,由595个氨基酸残基组成,分子重量大约66 kDa。ERβ基因位于人类第14号染色体的14q22~24区,由530个氨基酸残基组成[12]。它们具有相同的通用结构,包含N-末端结构域,DNA结合结构域,铰链区,配体结合结构域和C-末端F区。调节ER转录活性的两个激活功能结构域分别位于N-末端结构域和配体结合结构域内。在DNA结合结构域和配体结合结构域,ERα和ERβ具有高度序列同源性[13]。表明ERβ可以结合与ERα相同的靶基因,但可能具有不同的特异性配体[11]。

1.2 雌激素受体的信号传导途径

雌激素结合并激活两种雌激素受体(ERα和ERβ),并通过介导基因组和非基因组事件的复杂信号通路发挥作用。根据转录调控途径的不同,可将雌激素介导的信号转导分为2种:①经典的基因组途径:雌激素受体与雌激素结合后,会发生构象改变聚集成二聚体,结合靶基因调节区的雌激素效应元件(Estrogen response element, ERE),募集辅助因子改变染色质结构,形成转录起始复合物而启动基因转录和翻译。ERs的N-末端 DNA结合区可结合相应DNA序列引起基因表达的激活或抑制。在细胞中雌激素与 ERs 结合后,起到促进细胞有丝分裂、分化等作用[13]。②非经典途径:雌激素受体通过与转录因子Fos/Jun相互作用,从而形成转录因子活化蛋白-1(Activator protein-1, AP-1),或者结合特异蛋白1(Specific protein 1, SP-1)等增强子间接调节基因转录。然而,该通道的机制尚未清楚[14]。

2 雌激素受体和前列腺癌

2.1 雌激素受体在前列腺的分布

雌激素受体是前列腺发育的重要受体之一。ERα存在于间质中,在导管分支时出现在导管上皮细胞中;ERβ是最丰富的ER亚型,大量表达于良性前列腺上皮的分泌腔和基底部,以及浸润的免疫细胞和基质中[15]。

2.2 雌激素受体和前列腺癌的分期、分级

ERα与肿瘤不良分期分级、去势抵抗及不良预后相关。研究表明前列腺癌细胞中ERα的表达与高Gleason评分和患者生存不良密切相关[13-14]。YANG GS等通过对正常前列腺组织、增生组织和肿瘤组织的研究比较显示,ERα在肿瘤组织中过表达。而ERβ在肿瘤组织中的表达明显低于正常组织和增生组织(P<0.01),提示前列腺癌的严重病理特征与ERβ表达降低有关。Spearman分析显示ERβ表达与肿瘤分期、分级呈负相关(分别为0.67、0.43,均P<0.05),ERα与肿瘤分期、分级呈正相关(分别为0.51、0.57,均P<0.01)。分析还显示激素难治性前列腺癌与激素依赖性前列腺癌相比,ERβ表达降低(P<0.01),ERα表达增加[16]。在接受前列腺根治切除术的100例前列腺癌(PT3N0M0)患者中,Georgios Megas等结合免疫组化的研究结果显示,ERα在局部进展期前列腺癌中的表达缺失与根治性前列腺切除术患者预后良好有关。此项研究表明ERα的表达与分期或恶性程度之间存在显著的正相关关系[17]。

目前ERβ的表达与前列腺肿瘤分期、分级的关系缺乏统一意见。大多数研究支持以下结论:ERβ在良性上皮细胞中高表达,在肿瘤发展过程中表达下降,与Gleason分级增加呈负相关。Mojgan Asgari等采用免疫组织化学方法检测石蜡包埋的52个前列腺穿刺活检组织ERβ的表达,以确定其在Gleason分级系统中不同级别肿瘤中的表达率。发现ERβ在所有的中低级别肿瘤中都有表达,在高级别肿瘤中表达率为83%,但17%的高级别肿瘤为阴性(P=0.019)。ERβ在高级别肿瘤中的表达率明显低于低级别肿瘤[18]。Lisa G. Horvath等使用鸡多克隆抗体ERβ 503 IgY3研究了ERβ在正常前列腺、增生性前列腺和前列腺癌中的表达模式。在他们的研究中,所有正常前列腺组织在上皮和基质细胞中均有较强的ERβ核染色。而在前列腺增生组织ERβ阳性病例下降到24.2%(38/157),在前列腺肿瘤组织中下降到11.3%(18/159)。他们的结论是,ERβ在正常人前列腺中高表达,在前列腺增生和浸润性癌中的表达逐渐减少[19]。Fixemer T等在免疫组织化学中使用不同的单克隆抗体,报告Gleason分级为IV级的癌组织中ERβ的表达高于Ⅲ级和V级癌,提示ERβ蛋白表达在肿瘤进展过程中下降,但与原发性Gleason分级无相关性[20]。

然而,ERβ也被认为是促癌基因。尤其是在去势抵抗性前列腺癌(CRPC)的背景下,它被认为是雄激素受体(Androgen receptor,AR)依赖基因转录的驱动者[21],在前列腺肿瘤细胞进展为CRPC的过程中起着潜在的作用。也有报道称,ERβ在骨和淋巴结转移中的表达较高。而ERβ高表达与不良的临床预后相关[21]。

2.3 雌激素受体在前列腺癌中的功能

到目前为止,人们普遍认为ERα是前列腺癌的致癌基因,ERβ在前列腺癌中起着主要的保护作用。然而,雌激素受体在前列腺癌的作用仍然存在争议。

2.3.1 雌激素受体α与前列腺癌

ERα与肿瘤不良分期分级,去势抵抗及不良预后相关。多数研究认为ERα在前列腺癌的发展中起到促进作用。ERα在癌细胞增殖和存活中的作用已在乳腺和卵巢、子宫、宫颈等其他女性组织中得到广泛的研究。这些研究表明,激动剂结合ERα调控含有雌激素反应元件的下游基因的表达。在质膜处,ERα与C-Src的调节亚单位p85α相互作用,通过有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPK)和磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)途径介导信号转导[22-23],从而驱动前列腺肿瘤细胞生长、增殖和存活。

早期研究表明上皮ERα在前列腺癌中的表达增加,而间质ERα的表达不增加[24]。在前列腺癌小鼠模型中,ERα基因敲除[6]和ERα激动剂[25]治疗均显示激活的ERα可产生高级别的前列腺上皮内瘤变(Prostate intraepithelial neoplasia, PIN),提示ERα可能在前列腺癌的进展中起重要作用。此外,亦有研究表明ERα在CRPC的进展中起到重要作用。目前的前列腺癌治疗方法中,雄激素剥夺疗法(Androgen deprivation therapy,ADT)是前列腺癌全身治疗中最重要的治疗手段。前列腺癌最初对雄激素剥夺疗法有很好的反应,但大多数肿瘤逐渐从雄激素敏感进展为去势抵抗性前列腺癌。它的预后很差,也没有有效的治疗方法[26]。ERα在前列腺癌上皮中表达上调,ERα调控基因的差异表达和增殖基因(Ki-67)相关[27]。去势后的前列腺癌细胞仍可存活,可能与ERα表达的上调有关。Greg L. Shaw等观察到去势后ERα的表达快速上调,黄体生成素释放激素(Luteinizing hormone releasing hormone, LHRH)类似物长时间去势后ERα mRNA表达增加已被观察到。ERα表达上调可能是某些恶性前列腺上皮细胞在去势后增殖的内在机制[28]。Sweta Mishrad等发现雌激素治疗后前列腺癌细胞E-钙粘蛋白表达下降,snail蛋白和波形蛋白表达增加。ERα在PacMetUT 1中的敲除使雌激素的这些作用消失,提示雌激素诱导上皮间充质转化(Epithelial-mesenchymal transition, EMT)由ERα介导的[29]。为了进一步研究ERα与前列腺癌骨转移的关系,在雄性裸鼠对照组和ERα基因敲除组注射前列腺癌细胞系PacMetUT 1细胞,对胫骨切片的显微CT分析表明,ERα被敲除时,PacMetUT 1细胞的骨形成明显减少,提示ERα在体内的表达对成骨细胞瘤的形成是必不可少的。ERα抑制剂ICI 182,780对小鼠的全身治疗也明显减少了胫骨内注射成骨细胞肿瘤的形成[29]。Itsuhiro Takizawa等的研究中,小鼠的前列腺癌模型反应了ERα在侵袭性前列腺癌的上皮细胞中表达,与正常前列腺组织相比有升高,表明在人高级别前列腺癌中ERα表达增加,具有统计学意义[23]。抑癌基因PTEN的丢失与前列腺癌进展到侵袭期有关[30]。在促进前列腺癌的发生和发展中,PTEN的丢失与致癌基因MYC的过度表达以及MAPK信号通路的持续激活起协同作用[31-32]。进一步的研究发现,在PTEN缺乏的前列腺癌模型中,在细胞增殖明显增强的肿瘤区域ERα的表达明显增加。ERα可以调控MAPK信号通路上游的MYC表达,ERα对MAPK信号通路的持续刺激是前列腺癌细胞增殖的一种潜在机制[23]。基因表达系列分析(Serial analysis of gene expression, SAGE)文库的大规模生物信息学分析已经确定核富集的转录物1(Nuclear enriched abundant transcript 1, NEAT 1)是某些类型癌症与正常组织之间差异调节的长非编码RNAs (Long non-coding RNAs, lncRNAs)之一。NEAT 1通过改变靶基因启动子的表观基因来调节前列腺癌基因的表达,从而促进转录[33]。Dimple Chakravarty等研究发现了一个ERα-NEAT1轴,阐明了在雄激素消融治疗期间,前列腺癌细胞可能通过ERα调控lncRNA NEAT1信号途径来促进肿瘤生长[34]。

然而,ERα在前列腺中促肿瘤作用并不是确切的。比如Celhay等人比较了55例前列腺癌患者在雄激素剥夺治疗前和复发后ERα的表达[35]。他们发现在肿瘤样品中,肿瘤低增殖和ERα表达相关,ERα在前列腺癌中的表达与低度恶性肿瘤相关[36]。Daniels等报道,与良性前列腺组织相比,癌相关基质细胞中ERα阳性率降低[37]。某些研究表明前列腺癌细胞中ERα的表达与高Gleason评分和患者生存不良密切相关[17, 24],某些研究反映大多数人前列腺癌细胞系低表达或几乎没有表达ERα[38-39]。Itsuhiro Takizawa等的研究推测是因为用于研究的前列腺肿瘤Gleason评分范围存在差异,低级别和高级别前列腺肿瘤样本代表性不足,导致免疫组化研究报告人前列腺癌细胞中ERα的不同水平 [23]。

2.3.2 雌激素受体β与前列腺癌

ERα和ERβ两种ER亚型在前列腺癌发生过程中有不同的表达模式,在其表达和功能上有不同的研究结果。由于ERα在正常的大鼠或人前列腺上皮中不表达[40],在发现ERβ之前,人们普遍认为雌激素/抗雌激素对正常前列腺上皮的作用是间接的。随着ERβ的发现,以及人们对ERβ在前列腺分布的了解的加深,研究提示可能是ERβ介导雌激素/抗雌激素作用。在大多数上皮细胞中,ERβ是主要的亚型,在前列腺的某些间质细胞中也是如此。在许多肿瘤中ERβ被认为是抑癌因素,包括前列腺癌[39, 41]。

ERβ基因敲除小鼠的研究表明,ERβ可以抑制增生和防止啮齿动物前列腺增生[42]。Lau等研究发现在同时表达ERα和ERβ的前列腺癌细胞系PC-3细胞中,雌激素和雌激素拮抗剂是有效的抑制因子。相比之下,在只表达ERβ的前列腺癌细胞系DU145细胞中,雌激素拮抗剂是生长抑制剂。ERβ反义寡核苷酸与DU145细胞共处理可逆转 ICI 182 780(雌激素拮抗剂)诱导的抗增殖作用。在雌激素拮抗剂介导的抑制肿瘤生长作用中,ERβ起到重要作用[43]。另外,通过WesternBlot和免疫荧光分析发现ERβ选择性激动剂DPN降低了N-钙粘素的表达。而高剂量ERβ选择性拮抗剂PHTPP阻断DPN诱导N-钙粘素表达下调的作用[44]。ERβ促进低氧诱导因子(Hypoxia-inducible factor 1-alpha, HIF-1α)的降解,HIF-1α的降解可抑制血管内皮生长因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGF-A)信号,VEGF-A信号与肿瘤细胞凋亡和运动密切相关[45-46]。但ERβ促进HIF-1α降解的机制尚不清楚,相关研究认为这与ERβ促进脯氨酰羟化酶2(prolyl hydroxylase domain-2,PHD 2)蛋白表达有关,PHD 2促进HIF-1α的降解,从而维持细胞分化状态(图1)[47]。综上,ERβ信号的激活可能抑制肿瘤细胞的去分化,降低其运动能力并诱导其凋亡。

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图1 ERβ促进低氧诱导因子(HIF-1α)的降解
Figure 1. Estrogen receptor β (ERβ) promotes the degradation of hypoxia inducible factor 1α (HIF-1α)

然而,Leav等的研究发现ERβ在前列腺癌细胞骨和淋巴结转移中的重新表达,提示ERβ与晚期前列腺癌的发生有因果关系[48]。Zellweger等的一项研究表明,与BPH患者的组织相比,前列腺癌中的ERβ水平受到抑制,但是较高的ERβ水平对应着激素敏感性前列腺癌(Hormone-naïve prostate cancer , HNPC)中较低的存活率。这与公认的“ERβ在前列腺癌中起保护作用”学说相矛盾。在HNPC和CRPC中,ERβ表达水平与丝氨酸210(S 21)上磷酸化的雄激素受体(AR)有关。pAR(S 210),类似于ERβ水平,与HNPC的较低存活率相关,而在CRPC中则不然。Zellweger等的研究显示肿瘤的发展和进展最初是由ERβ控制的,可能是由pAR(S 210)刺激的,但进展到CPRC时,这种效应消失,AR基因扩增,推测这可能是对体内雄激素水平较低的反应[49]。

2.3.3 雌激素受体与前列腺癌患者的治疗

鉴于雄激素在前列腺癌发生发展中的广泛作用,雄激素剥夺疗法(ADT)是治疗转移性前列腺癌的主要手段。然而,大多数患者最终会发展为雄激素非依赖性前列腺癌,这突出了对替代治疗策略的迫切需要。事实上,雌激素最初被用作前列腺癌最早的治疗方式之一;然而,它们的使用会增加心血管毒性和其他副作用,如乳腺肿大和乳房压痛;因此,当LHRH激动剂被发现降低睾酮水平时,口服雌激素治疗前列腺癌这种治疗方法被取代[50]。

研究表明,在实验和临床条件下,雌激素拮抗剂抑制前列腺癌的发生和发展。其中一些雌激素拮抗剂正在进行临床试验,以研究其治疗前列腺癌的效果[51]。托瑞米芬能显著降低转基因腺癌细胞小鼠前列腺模型中前列腺癌的发生率,也显著降低高级别前列腺上皮内瘤(High-grade prostatic intraepithelial neoplasia, HGPIN)患者的前列腺癌发生率[52]。雷洛昔芬在CRPC中显示出一定的抑瘤作用[53]。一项II期临床试验表明,托瑞米芬能显著改善骨转移性前列腺癌的生化复发[54]。某项III期临床试验显示,托雷米芬显著降低接受雄激素剥夺治疗前列腺癌患者椎体骨折的发生率,并且显著改善骨密度和血脂水平。因此,研究雌激素信号在前列腺癌发生发展中的作用以及机理,为治疗晚期前列腺癌提供了一种新的治疗途径[55]。

3 结语

总体上,研究认为ERα是前列腺癌的致癌基因,ERβ在前列腺癌中起着保护作用。虽然目前关于雌激素受体在前列腺癌的表达及作用存在争议,但是越来越多的证据反映了雌激素受体在前列腺癌发生和进展中的作用具有重要的研究和临床应用价值。通过对雌激素受体的表达调控以及作用机制的研究,研究者有可能进一步阐明CRPC发生的机理,为治疗前列腺癌提供新的思路及方法。

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