長庚婦產通訊--第18期
 
女性荷爾蒙的新謎題-女性荷爾蒙接受器甲型及乙型的排列組合

江其鑫

前言

  大約五年前,幾乎所有的科學家都認為女性荷爾蒙接受器只有一種!當發現新的女性荷爾蒙接受器乙型時,以前所認為是真理的,目前都受到挑戰!目前對女性荷爾蒙接受器的研究,就是重新以兩腳站在傳統的女性荷爾蒙接受器甲型及新的女性荷爾蒙接受器乙型的肩膀上,來詮釋我們已知及將來未知的生理及病理的現象。

女性荷爾蒙接受器的發現

  傳統女性荷爾蒙接受器(Estrogen receptor-alpha)或女性荷爾蒙接受器甲型是於一九八六年由Green S報告。十年之間,雖然陸續有次亞型ER-alpha splicing variants的報告,一般以為女性荷爾蒙接受器只有一種。直到一九九六年,Kuiper GGJMProc Natl Acad Sci USAPNAS)報告了新的雌性素接受器-女性荷爾蒙接受器乙型(Estrogen receptor-beta),發現於老鼠(rat)的前列腺及卵巢上。

  Kuiper GGJM利用primers針對於核接受器家族(nuclear receptor family)最保守的,最不會改變的(most highly conserved sequences)兩個基因序列:DNA-binding domainsDBDs)及ligand-binding domainLBD)做RT-PCR。將其PCR產物於2﹪的膠上跑膠,分離膠裡介於400700bp的產物並將其分別接到TA cloning vector,並利用已經報告過的針對於nuclear receptor family DNA-binding domainprimers發現了其中的clone 29跟已報告過傳統雌性素接受器裡的一段基因的基因序列很像,再利用針對於此clone 29primers所做成的probe去篩選老鼠(rat)的前列腺而且發現了一個新的2.6kb的產物。

  此產物就是雌性素接受器乙型(Estrogen receptor-beta),並報告其基因序列。自此以後一連串有關雌性素接受器甲型及乙型的研究陸續出現。一九九七年,Mosselman S 首先報告了人類的女性荷爾蒙接受器乙型(Estrogen receptor-beta)的complementary DNA基因序列。

女性荷爾蒙接受器的種類與其作用機轉

  目前已知人類的傳統estrogen接受器或雌性素接受器甲型的基因序列長度為2092 bp,是由人類乳癌細胞MCF-cells所分離出來的。其基因位於人類第6對染色體的長臂Q24-Q27之中,可轉譯成含595氨基酸的蛋白質。傳統雌性素接受器甲型(Estrogen receptor-alpha)包含有五個領域,一個基因結合領域 (DBD),一個樞紐領域(hinge area),一個荷爾蒙結合領域(HBD),和二個執行trasactivation領域(AF-1與AF-2)。

  雌性素接受器甲型於與ligand 結合並活化後,雌性素接受器會形成雙體dimer,並與稱為女性荷爾蒙反應成分(estrogen responsive element, ERE)的基因結合,並改變下游基因的轉錄活動。目前有六種傳統雌性素接受器甲型的選擇性裁剪的(alternative splicing variants)的亞形被發現於許多種的人類癌症之中,但它們的功能依然不清楚。雌性素接受 器乙型 (Estrogen receptor-beta)的基因序列長度為1560 bp,其基因為於人類第14對染色體的長臂Q22-24,可轉譯成含477氨基酸的蛋白質。

  雌性素接受器乙型(Estrogen receptor-beta)與傳統雌性素接受器甲型(Estrogen receptor-alpha)相同亦包含有五個領域,一個基因結合領域(DBD),一個樞紐領域(hinge area),一個荷爾蒙結合領域(HBD),和二個執行trasactivation領域(AF-1與AF-2)。 雌性素接受器乙型(Estrogen receptor-beta)與傳統雌性素接受器甲型的基因結合區(DNA binding domain, HBD)有95﹪的相同度,並與賀爾蒙結合區(hormonal binding domain, HBD)有55﹪的相同度,雌性素接受器乙型(Estrogen receptor-beta)與傳統雌性素接受器甲型的與雌性素estrogen的親和力約略相同。

  目前已有六種雌性素接受器乙型(Estrogen receptor-beta):ER-beta1ER- beta2ER-beta3ER- beta4ER- beta5ER- beta6ER-beta cx的報告。ER-beta1ER- beta2都存在於卵巢中,且其存在的量可能相當,但ER- beta2與雌性素(strogen)結合的能力卻只有ER-b11000之一。

  另外也有人報告說ER-bcx擁有與ER- beta相反的作用。雌性素接受器甲型及乙型會形成heterodimer。雌性素接受器甲型及乙型也可各自形成homodimer。所以理論上人類可能有1296種雌性素接受器甲型及乙型的dimer組合,形成一複雜的雌性素控制系統。且其各別的功能仍不清楚,也有待進一步的研究。目前對於雌性素接受器純甲型、甲型及乙型、純乙型,及其他次亞型dimers在不同組織有不同表現的功能仍不了解。

雌性素接受器甲型及乙型於動物及人體的分佈與臨床意義

  在動物界上,老鼠(mouse and rat)、金魚、牛的雌性素接受器乙型(Estrogen receptor-beta)已經陸續被clone出來。在人類上,有一大部份是於腦部的研究,研究其與老年癡呆症(Alzheimer's disease)、下視丘功能、下視丘外腦核功能等。其次是乳癌,其他如骨科、酯肪組織、淋巴結、血管內皮細胞、甲狀腺、肺癌、大腸直腸癌、前列腺癌、睪丸等都有報告。

  於婦產科上,卵巢內的年輕的、大的、成熟濾泡內的顆粒細胞、鞘細胞、及黃體細胞都表現多量的雌性素接受器乙型。顆粒細胞內僅有微量的甲型,鞘細胞及黃體細胞的甲型含量很少。卵巢上皮、輸卵管、卵巢癌、子宮內膜、臍帶血管內皮細胞、子宮肌瘤等都有人報告。子宮內膜異位瘤的基質細胞及腺體表現出較多的傳統雌性素接受器甲型,可能與異位內膜組織侵入腹膜及卵巢有關。

  傳統雌性素接受器甲型主要是存在於人類子宮內,然而雌性素接受器乙型少量表現於子宮內,甚至於內膜基質細胞及子宮肌肉層細胞的雌性素接受器乙型表現缺乏或很少。所以,子宮的機能可能是由傳統雌性素接受器甲型所媒介。然目前大部份都只是雌性素接受器於各組織的表現(expression study)報告,仍有待進一步的基因調控(regulation study)研究。於婦產科上,雌性素接受器未來可以運用於著床、子宮內膜、子宮內膜異位、子宮內膜癌、卵巢癌、停經期等方面,仍有很大的空間有待研究。

雌性素接受器甲型與乙型在人類卵巢的顆粒細胞表現與調控的機轉

  人類黃體(corpus luteum)的功能對於初期的懷孕(early pregnancy)的維持很重要。在生殖醫學上也有很重要的臨床意義。黃體(corpus luteum)的功能一直到懷孕七週時才由胎盤取代(luteum-placental shift)。黃體主要分泌兩種性賀爾蒙-黃體素(佔80﹪)與雌性素(佔20﹪)。雌性素由血液帶至子宮,經雌性素接受器(estrogen receptors)的媒介可促進子宮基質細胞(endometrial stromal cells)製造更多黃體素接受器以利子宮基質細胞媒介滋養細胞(trophoblast and cytotrophoblast)的侵入(invasion)與胚胎的著床(implantation)。

  另外黃體素對子宮有鬆弛的作用。然而目前對雌性素在人類黃體的影響仍不清楚。雌性素在兔子是有黃體維持(luteotropic)的作用。雌性素在人類的黃體則有人認為是黃體分解(luteolytic)的作用。但有人認為是有黃體維持(luteotropic)的作用。雌性素的作用是由經由雌性素接受器的媒介。所以研究雌性素接受器在黃體的作用對黃體生理可有進一步的了解。然而人類黃體的取得上有困難及不易直接培養。所以用接受IVF的病人於取卵時所取得的黃體化顆粒細胞granulosa-luteal cells是一個很好的研究黃體功能的模式。 ?

  人類黃體及黃體化顆粒細胞的RT-PCR發現有雌性素接受器甲及乙型的mRNA表現。老鼠的正在成長的濾泡(growing follicles)裡的顆粒細胞有高濃度的estrogen receptor-beta mRNA的表現。在老鼠(rat)注射PMSG hCG發現老鼠的雌性素接受器甲及乙型的mRNA有下降表現(down-regulation)。懷孕母鼠上 prolactinPRL)及placental lactogens可讓老鼠的雌性素接受器甲及乙型的mRNA有上昇表現(up-regulation)。可知黃體透過某種賀爾蒙或paracrineautocrine system調控黃體的雌性素接受器estrogen receptors 的開啟或關敝以進一步調整黃體對雌性素的反應(responsiveness)進而影響黃體的life span

  另外,在老鼠(rat), 雌性素接受器甲及乙型的mRNA下降表現(down-regulation)是透過PKCPKA system。然而在人類黃體究竟何種賀爾蒙能調控黃體的雌性素接受器estrogen receptors 的開啟或關敝? 是透過PKCPKA system?我們的研究正是想試著回答這個問題。

  利用Northern blot analysis發現雌性素接受器乙型是培養的人類黃體化顆粒細胞內最主要的雌性素接受器。利用RT-PCR的技術發現雌性素接受器乙型(estrogen receptor-beta mRNA levels)的mRNA隨著培養天數的增加而增加,然而傳統雌性素接受器甲型似乎變化不大。使用RT-PCR Southern blot analysis發現RT-PCRSouthern blot analysis發現GnRHa在培養七天的人類黃體化顆粒細胞granulosa-luteal cells能下降雌性素接受器甲及乙型的mRNA

  而hCG在培養七天後的人類黃體化顆粒細胞granulosa-luteal cells亦能下降雌性素接受器甲及乙型的mRNA。顯示這兩種荷爾蒙在培養七天後的人類黃體化顆粒細胞granulosa-luteal cells 似乎有相同的作用。

  此作用也許是黃體維持的作用。曾經有人報告過GnRH會增加黃體細胞內PGF2 alpha的濃度。PGF2 alpha曾被報告過於黃體中期(mid-luteal phase)時具有黃體維持的作用。然而GnRH在培養顆粒細胞的第十天後似乎無法下降雌性素接受器甲及乙型的mRNAhCG在培養顆粒細胞的第十天仍然能下降雌性素接受器甲及乙型的mRNA。顯示此兩種荷爾蒙在黃體細胞的末期有不同的作用。

  在此時期,也許hCG 仍然是擁有黃體維持的作用,然而GnRH已經失去了此作用。有許多的報告認為GnRH 在此時期的作用與參與黃體細胞的Apoptosis有關,最後導致黃體溶解(luteolysis)或形成白體(corpus albicans)。

  另外,透過RT-PCR Southern blot analysis發現GnRHhCG在人類可能是分別透過PKA systemPKC system來下降雌性素接受器甲及乙型的mRNA levels。活化PKC system會降低雌性素接受器甲及乙型的mRNA levels,顯示PKC system的確是有參與其中的。利用PKA activator8-bromo-cyclic AMPforskolin 研究PKA pathway發現雌性素接受器甲型及乙型下降。顯示活化PKA 亦參與其中。為了確定mRNA levels上的發現,Western blot analysis亦確認GnRHhCG 會下降雌性素接受器甲型及乙型的蛋白質。及活化PKA and PKC 系統能下降雌性素接受器甲及乙型的蛋白質!

結論

  女性荷爾蒙的訊號系統遠比我們之前所認為的複雜及更具挑戰性,而在1996年後所新發現的女性荷爾蒙接受器乙型更新了我們對女性荷爾蒙的了解,女性荷爾蒙接受器甲型與乙型之間複雜綿密的糾葛,正是最終決定女性荷爾蒙於該組織的作用。

 
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