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雄性生殖系统中GPER的研究现状综述

更新时间:2020-06-11 08:28点击:

摘要:G蛋白偶联的雌激素受体(GPER) ,又称G蛋白偶联受体30(GPR30) ,是近年来发现的有别于雌激素经典核受体的功能性膜受体。该受体广泛表达于皮质、小脑、海马、心脏、肺、肝脏、骨骼肌及泌尿生殖器官等全身各个系统,与雌激素及其相关的衍生物结合,引起快速的非基因效应,参与全身各个系统的多种生理活动。本文主要对男性生殖中GPER的分子结构、亚细胞定位、信号传导、分布以及功能进行了综述。
  
  关键词:G蛋白偶联的雌激素受体;信号通路;雄性生殖系统
  
  近年来大量研究表明,外源性雌激素(exoestro-gens,EEs) 与男性泌尿生殖系统畸形关系密切,是人类隐睾、尿道下裂、精子数量减少、睾丸癌等发病率增高的重要原因[1].传统观点认为,雌激素主要通过经典的核受体雌激素受体α(estrogen receptorα,ERα)、雌激素受体β(estrogen receptor β,ERβ)发挥慢速的生物学效应。然而近些年来,许多研究发现雌激素能在数秒至数分钟内完成其生物学效应,并涉及到细胞的第二信使途径,这种“快速的”、“非基因”效应并非由经典的雌激素受体ERα、ERβ所介导。G蛋白偶联的雌激素受体(G protein-cou-pled estrogen receptor,GPER) 是迄今为止被发现的最重要的雌激素膜受体,EEs可通过其反式激活表皮生长因子受体 (epidermal growth factor receptor,EGFR) 等信号通路,参与介导这种快速的非基因效应,间接调节基因转录,发挥多种生物学效应。本文就GPER在雄性生殖系统中的研究现状做一综述,为以后的研究课题提供方向和理论基础。
  
  1 GPER的分子结构及亚细胞定位
  
  GPER属于G蛋白偶联受体家族,与经典的雌激素核受体并没有同源性,是一种新型的雌激素受体。多个不同的研究团队从人类B细胞、脐静脉血管内皮细胞、乳腺癌MCF7细胞克隆出该蛋白,并分别将其命名为趋化因子受体2(chemokine receptor-like 2,CMKRL2)[2]、流激内皮G蛋白偶联受体1(flow-induced endothelial G-protein coupled receptor1,FEG-1)[3]、G蛋白偶联受体30(G protein-coupledreceptor 30,GPR30)[4].2009年国际药理学联合会(International Union of Pharmacology,IUPHAR) 将GPR30及其他不统一的称呼正式修订为GPER.研究发现GPER含有7次跨膜的高度保守区域,其基因定位于染色体7p22上[5].通过核酸和氨基酸序列分析后证实GPER是一个长达2 604 bp、编码375个氨基酸、相对分子质量约42 270的蛋白质,包括一个长1 128 bp的 开 放 性 阅 读 框 架 (open readingframe,ORF)[6].GPER广泛分布于人体的正常组织,如中枢神经系统( 皮质、小脑、海马等)、心脏、肺、肝脏、骨骼肌以及泌尿生殖系统等,同时在某些恶性肿瘤中也高度表达,如甲状腺癌、乳腺癌、子宫内膜癌、卵巢癌、前列腺癌等。GPER的亚细胞定位对于其功能研究具有重要的作用,但目前还存在争议。以往的观点认为GPER配体结合位点均存在于细胞膜表面,但越来越多的实验研究证实GPER在胞质中亦有表达。张镟等[7]的研究也发现,GPER主要表达于小鼠睾丸引带细胞的细胞膜和细胞质,免疫 电 镜 显 示GPER主 要 定 位 于 粗 面 内 质 网。GPER的亚细胞定位还需进一步的深入研究。
  
  2 GPER在雄性生殖系统的分布
  
  GPER在雄性生殖系统中的表达比较复杂,已发现存在于生殖细胞( 精原细胞、精母细胞和精子细胞)、支持细胞、间质细胞、附睾、睾丸引带细胞等[8-12],甚至还高表达于生殖系统肿瘤,如精原细胞瘤、胚胎源性肿瘤以及睾丸间质细胞瘤等[13-15].
  
  2. 1睾丸
  
  GPER在雄性动物睾丸的分布存在差别,在所研究物种的睾丸中都可以证实GPER的表达[10,16-22].Royer等[17]的研究发现GPER存在于大鼠睾丸的支持细胞中,将17β-雌二醇(17β-estradi-ol,17β-E2) 作用于其后发现GPER控制着睾丸支持细胞增殖和凋亡的生理过程。Sandner等[18]发现在猕猴胚胎期,生精小管血管平滑肌细胞未能见到GPER的表达,利用Western印迹及RT-PCR技术证实在猕猴新生儿期( 出生后约5 ~ 6 d) 到婴幼儿期间( 约1岁左右) ,GPER偶可表达于生精小管血管平滑肌细胞及睾丸间质细胞,直至青春期前( 约2 ~3岁) ,生精小管血管平滑肌细胞和睾丸间质细胞上GPER合成量大大增加。Oliveira等[10]利用RT-PCR技术追踪到人类生精小管上GPER mRNA的存在,并用免疫组化、Western印迹检测到GPER在生精小管上的表达,证实GPER仅表达于二倍体的生精细胞,未能在单倍体的生精细胞中检测到其存在。Fi-etz等[19]利用原位杂交和免疫组化技术证实GPER高表达于人类睾丸Leydig细胞,支持细胞仅见微弱表达。随着冰冻切片技术以及新抗体的应用,逐渐发现在大鼠的精原细胞、精母细胞和精子细胞同样存在GPER[20-22].此外,Prossnitz等[23-24]在小鼠的精囊和前列腺亦发现GPER的存在。
  
  2. 2附睾
  
  Martinez-Traverso等[12]证实在不同品系大鼠的不同发育阶段,GPER存在于附睾上皮细胞,他们利用免疫组化证实GPER在不同品系大鼠附睾上皮细胞的分布以体部居多,尾部次之。
  
  2. 3睾丸引带
  
  睾丸引带是连接于睾丸下级、附睾尾到阴囊或耻骨等处的组织结构,在胚胎期,其形态结构发育与睾丸的发育及下降关系极为密切,睾丸下降不全/发育不良 常伴 随 睾 丸引 带 发 育异 常。Zhang等[11]利用免疫组化及Western印迹检测到GPER存在于不同发育阶段小鼠的睾丸引带内层疏松间叶组织区,主要表达于引带细胞的细胞膜和细胞质。伴随着睾丸下降的不同阶段,睾丸引带上GPER的表达呈倒“U”型: 出生前其表达较弱,出生后其表达呈下降趋势。亚细胞定位显示GPER位于小鼠睾丸引带细胞的粗面内质网上。
  
  3 GPER介导的信号传导途径
  
  现有研究表明,GPER可以通过多种细胞信号传导途径产生效应。
3. 1细胞外信号调节激酶 (ERK1 /2) 信号通路
  
  ERK1 /2信号通路是主要的促进细胞增殖和分化的信号途径,包括调控细胞生长、分化、转化、凋亡以及细胞周期等,是丝裂原活化蛋白激酶(MAPK) 信号通路中的一个途径[25-26].早年Filardo等[27]在研究乳腺肿瘤MCF7细胞中发现,雌激素须通过GPER才能激活ERK途径。Park等[28]发现低剂量的17β-E2可通过ERK信号通路对前列腺基质细胞起增殖作 用,ERK抑 制 剂PD98059可 阻 断 其 作 用。Bouskine等[29]发现低剂量的双酚A(bispheol A,BPA) 和E2-BSA能促进大鼠精原细胞瘤JKT-1细胞的增殖,ERK信号通路抑制剂PD98059可以抑制E2-BSA对肿瘤细胞的增殖作用,却无法阻断BPA对肿瘤细胞的增殖功能,而PKA抑制剂H89能一起阻断BPA和E2-BSA对肿瘤细胞的增殖作用,提示这一快速的非基因效应并非通过单一信号通路引起,而是多种信号通路的共同作用。Lucas等[21]在不同时间段大鼠支持细胞的研究中,将17β-E2作用于大鼠支持细胞后发现百日咳毒素(pertussis tox-in,PTX) 可阻断ERK信号通路,抑制抗凋亡蛋白Bcl2的上调。他们认为这种快速的信号传导通路可能与 细 胞 的 凋 亡 过 程 相 关。Zhang等[30]利 用CCK-8检测法及Western印迹发现外源性雌激素己烯雌酚(diethylstilbestrol,DES) 对小鼠睾丸引带细胞ERK1 /2信号通路存在快速干预作用,从而抑制睾丸引带细胞的增殖。
  
  3. 2环磷酸腺苷-蛋白激酶A(c AMP-PKA) 信号通路
  
  c AMP-PKA通路亦是经典的信号通路,PKA被激活后使多种底物磷酸化,影响着细胞的生理代谢过程,并通过蛋白磷酸化,影响细胞周期。在多种外源性雌激素影响人的精原细胞瘤细胞的研究中发现,低剂量的BPA和E2-BSA能促进人的精原细胞瘤JKT-1细胞的增殖,而PKA通路抑制剂H89能阻断其增殖功能[29].Royer等[17]也发现GPER特异性激动剂G1可以通过c AMP-PKA信号通路,使c AMP应答元件结合蛋白 (c AMP response elementbinding protein,CREB) 磷酸化,从而促进17β-E2对大鼠支持细胞的增殖作用。
  
  3. 3磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K / AKT) 信号通路
  
  GPER也可以通过PI3K / AKT信号传导通路来发挥其生物学效应。雌激素通过GPER激活PI3K,诱导膜上PIP3聚集及新的AKT蛋白的顺序表达,从而促进细胞的生长和增殖[31].Royer等[17]将17β-E2通过GPER作用于大鼠的支持细胞激活PI3K,引起AKT磷酸化,同样达到增殖的作用。该磷酸化过程可被PI3K抑制剂Wortmannin所抑制,而MAPK抑制剂U0126却无法抑制此过程,提示E2是通过两条独立的信号通路作用于大鼠的支持细胞。
  
  3. 4 Ca2 +途径
  
  研究表明,GPER可在多种细胞内介导细胞内钙动员[31-32].雌激素与GPER结合后,短时间内就可以引起细胞内[Ca2 +]i迅速上升,同样的效应亦出现在使用GPER特异性激动剂G1激活GPER后,它可激活各种Ca2 +结合蛋白引起细胞内反应,证明GPER通过调节Ca2 +途径来实现生物学效应。在雄性生殖系统方面,文献已明确指出外源性雌激素对人精子活力的影响正是通过Ca2 +途径引起细胞内[Ca2 +]i升高引起的[33].张镟等[34]的研究中通过Fluo-3 /AM荧光标记技术和激光扫描共聚焦显微镜检测到小鼠睾丸引带细胞内[Ca2 +]i,并证实DES可引起细胞内[Ca2 +]i迅速上升的快速效应,但这种效应是否通过GPER实现,目前尚不明确,需进一步深入研究。
  
  4 GPER在雄性生殖系统中的作用
  
  目前已有许多不同种属的动物模型用于研究GPER在生殖系统的作用。研究者构建了GPER基因敲除(GPER KO) 的小鼠动物模型,发现GPERKO的小鼠在心血管系统、内分泌系统、神经系统以及免疫系统都会有不同程度的功能缺失,而下丘脑-垂体-性腺轴却是完整的,但这种全身性的基因敲除无法明确GPER在某一特定细胞、器官、组织中的功能[35].研究发现GPER在雄性生殖系统有着举足轻重的作用。
  
  4. 1睾丸
  
  睾丸生精小管是精子发生的场所,在对男性睾 丸 生 精 小 管 细 胞 的 培 养 研 究 中,Sandner等[18]发现GPER特异性激动剂G1可明显抑制生精小管细胞的增殖,GPER特异性拮抗剂G15能拮抗其作用,提示GPER控制着生精小管细胞增殖和死亡的过程,从而间接影响睾丸的生精功能。在对大鼠支持细胞的研究中[36],GPER介导E2引起的快速非基因效应,调节支持细胞的修复和凋亡,影响精子形成和雄性生育能力的整个过程。Sirianni等[37]利用 免 疫 组 化 检 测 到 小 鼠 精 原 细 胞 株GC-1上GPER mRNA的存在,利用RNA干扰技术发现雌激素通过GPER激活EGFR/ERK/fos信号通路,促进GC-1细胞的增殖。
  
  4. 2附睾
  
  附睾是连接于输精管与睾丸生精小管的桥梁,是精子成熟的场所。研究发现β防御素和脂质运载蛋白在附睾体部高表达,乳铁蛋白和丛生蛋白在附睾体部的表达量相对于头部和尾部也较高[38-39].Martinez-Traverso等[12]认为GPER调节附睾上皮细胞这些蛋白的区域性表达,并发现附睾体部成熟精子所占的比例与GPER的表达量呈正相关,提示GPER对于精子的免疫屏障功能、贮存、促进成熟具有重要的意义。
  
  4. 3睾丸引带
  
  研究发现睾丸引带是胚胎期与睾丸发育密切关联的重要睾丸外因素[7],睾丸及其他内外生殖器官的发育与睾丸引带的变化过程关系甚密: 睾丸引带异常通常与睾丸位置、形态、结构以及附睾、阴茎和阴囊等异常关联,并可能与成年后的性、生殖异常以及生殖系统肿瘤发生等相关,即可形成睾丸发育不全综合征 (testicular dysgenesis syn-drome,TDS) ,EEs对睾丸引带发育的影响势必是其影响睾丸乃至整个生殖系统发育的一个重要方面。Zhang等[11]在研究DES对小鼠睾丸引带的非基因效应影响中发现,DES对ERK通路上的p-ERK1 /2的抑制作用可被GPER特异性阻断剂G15所阻断,但在加入雌激素受体阻断剂ICI182780后并没有得到类似的反转现象,提示DES对睾丸引带的快速非基因效应至少有部分是通过GPER所介导。
  
  4. 4雄性生殖系统肿瘤
  
  在众多EEs对人精原细胞瘤的研究中发现,低剂量的BPA可通过GPER对精原细胞瘤JKT-1细胞起促进增殖作用[29,40].Lam等[41]的研究发现,GPER特异性激动剂G1能通过GPER使前列腺癌细胞停止在细胞周期G2,从而抑制前列腺癌细胞的增长。Chimento等[42]亦发现,通过选择性地激活GPER能抑制R2C大鼠睾丸Leydig细胞肿瘤的增殖,促进其凋亡,靶向治疗睾丸肿瘤,从而维持雄性的生育能力。'5结语
  
  大量的研究证实广泛存在的EEs与雄性生殖系统畸形关系密切,其具体的病理生理机制并不十分明确,许多研究方法尚待改进。近年来,GPER作为已经明确的雌激素膜受体,对其在不同器官的亚细胞定位及具体的作用效应备受关注,由于动物种属的不同以及细胞发育水平的差异,仍存在较大分歧,但对于深入探讨EEs对于雄性生殖系统畸形的影响具有重要的意义。通过GPER研究EEs影响雄性泌尿生殖系统畸形的非基因效应途径有助于更进一步了解雄性生殖系统畸形的病因和发病机制,基因敲除技术的提高、GPER特异性激动剂以及拮抗剂的应用很有可能成为重要的手段,为今后在基因水平上继续探讨其与雄性生殖系统的关系,为今后在雄性生殖系统疾病开发新的诊疗思路。
  
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