2010, Vol. 26
近年来,内分泌干扰物(endocrine disrupting chemicals,EDCs)对生物体生殖毒性日益引起关注。随着研究深入,越来越多雄性生殖系统异常被证实与ECDs的抗雄激素效应有关,雄激素受体(AR)信号通路可能参与了该过程。本文主要介绍了AR信号通路在EDCs抗雄激素效应中的作用,为进一步在分子水平研究EDCs生殖毒性的作用机制提供基础,并且为临床相关疾病治疗和药物开发提供依据。
1 EDCs概念及环境抗雄激素物质影响EDCs是指能改变机体内分泌功能并对机体、子代或亚群引起有害效应的环境物质〔1〕,依据作用功能划分,其中一类具有抗雄激素活性。生物体在产前或围产期暴露于该类物质,可导致雄性后代生殖系统发育和功能异常,表现为精子数量降低,尿道下裂,隐睾及睾丸肿瘤等〔2〕。EDCs被怀疑可能是造成上述现象的最主要原因之一〔3〕。
抗雄激素作用是引起雄性生殖毒性的重要机制,其最终效应是导致生物体生殖障碍,包括精子数量和质量下降、隐睾、雄性性征丧失等。环境抗雄激素作用可以发生在雄激素生物合成、生物转运或者生物转化过程中,也可发生在干扰内源性雄激素与雄激素受体(AR)相互作用环节。AR与诱导性分化、形成雄性第二性征和维持精子发生等过程密切相关,在男性生殖系统中起至关重要作用,AR介导的拮抗作用是抗雄激素效应发生的重要机制。目前较受关注的一些环境抗雄激素均与AR作用,充当AR拮抗剂。研究表明,p,p',-二氯二苯二氯乙烯(p,p',-DDE)和双酚A (BPA)等化学物质能够与AR结合,通过阻碍雄激素依赖基因转录抑制靶基因表达,从而影响男性生殖功能〔4, 5, 6〕。
2 雄激素受体结构AR是一种磷蛋白,属于雄激素可诱导转录因子,分A/ B、C、D、E、F 5个结构区。其中C区对应于DNA结合域 (DNA binding domain,DBD),主要功能是识别靶基因上具有增强子性质的特异DNA序列-激素效应元件(androgen re-sponsive elements,ARE)并与之结合,调节效应基因转录;E区为配体结合域(ligand binding domain,LBD),主要与配体结合有关。通常,未与配体结合AR与热休克蛋白(hsp)结合。睾酮在外周组织被代谢成活性更强的双氢睾酮(5α-DHT),作为配体进入靶细胞,在胞浆内与AR结合,引起构型改变,从而使AR与DNA亲和力增高(受体活化),活化AR转移到细胞核内,在一系列共调节因子作用下,以头对头或头对尾方式形成同源二聚体,识别靶基因上的应答元件并与之结合〔7〕。AR的结合可引起染色质重构打开启动子调节区,并募集共转录因子形成转录复合物〔8〕,调控转录活化和基因表达,从而激活与细胞生长和存活相关的基因转录〔9, 10〕,促进性分化和性发育。由AR信号通路可知,配体与AR结合是引起靶基因表达的前提,结合后是否启动后续信号转导是一个极其复杂过程,其中涉及的主要分子机制包括AR氨基端和羧基端(NH 2/ COOH)相互作用、共调节因子募集等。环境抗雄激素通过充当AR拮抗剂,影响整个通路中任何环节,都将抑制雄激素靶基因表达,导致机体损伤。
3 AR信号通路在环境内分泌干扰物抗雄激素效应中作用3.1 竞争性结合AR,拮抗雄激素作用与AR结合是雄激素依赖基因转录过程的起始步骤。一些抗雄激素物质形态与内源性雄激素结构相似,能与内源性雄激素竞争性结合细胞中AR,从而抑制雄激素活性。已经证实许多化学物,如烯菌酮、利谷隆、p,p',-DDE等,在低于细胞毒剂量情况下可以与 AR竞争性结合,阻止体内雄激素与AR结合,从而抑制靶基因表达,发挥抗雄激素作用。Hershbe rger试验是一种检测环境化学物抗雄激素作用的敏感有效方法〔11〕。7 d Hershberger试验结果发现,睾酮和双氢睾酮依赖组织的重量下降〔12, 13, 14〕。
3.2 阻碍AR二聚体化和转录复合物形成AR的NH2端是受体转录调节区,该区可变性大,其显著特点是具有编码不同寡聚或多聚氨基酸的核苷酸重复序列,即微卫星DNA。而LBD位于COOH端,该区域除能与雄激素结合外,还有与90 kD热休克蛋白(HPS 90和H SP 70)的异质体相结合以及受体二聚体化作用,其功能完整性对NH2/COOH端相互作用起决定作用〔7〕。NH 2/COOH端相互作用可以适度影响AR转录活性和降低配体从AR上解离速率,促进AR二聚体化并提高二聚体稳定性,促进AR与核内染色质结合,从而调节AR目的基因转录表达〔15〕。研究表明,LBD部位的突变可破坏 NH2/COOH端相互作用,与雄激素不敏感综合征有关〔16〕。环境抗雄激素一旦与AR结合,会导致AR不同的构型从而干扰 NH2/COOH介导的二聚作用,抑制后续的与DNA结合、诱导转录活化等一系列反应。
3.3 抑制靶基因转录激活AR二聚体化是受体活化的重要基础,以往研究认为一旦AR与配体结合形成二聚体,就能与靶基因上的ARE结合,启动靶基因转录,在AR调控靶基因转录过程中,其转录活性还受到共调节因子作用。AR通过募集共调节因子并发生蛋白质-蛋白质相互作用,才能有效影响转录。共调节因子按功能不同可分为两大类,促进转录者为共激活因子,抑制转录者为共抑制因子。与AR转录激活密切相关的共激活因子主要是类固醇激素受体共激活因子,其具有组蛋白乙酰转移酶活性,可使染色质中组蛋白N端赖氨酸残基乙酰化,从而改变核小体构象和稳定性,增强前转录起始复合物形成,增强靶基因转录。而某些共抑制因子作用是在组蛋白脱乙酰化酶的作用下使染色质组蛋白去乙酰化,对未结合配体的AR起沉默作用。目前已克隆到的共抑制因子有维甲酸核甲状腺受体沉默介导因子(SMRT)和核共抑制因子(NcoR)。另外,研究人员采用哺乳动物双杂交系统测得CBP或F-SRC-1不仅能增强AR介导的转活,还能促进雄激素依赖的NH2/COOH端相互作用。而SRC-1,作为一种孕酮受体的共调节因子,能抑制AR介导的转活和雄激素依赖的NH2/COOH端相互作用〔17〕。
3.4 影响细胞增殖等生物学效应细胞增殖可以反映配体作用下最终的生物学效应,因此为确定化学物是否通过AR影响细胞的生物学效应,可选取AR (+)的前列腺癌细胞 (LNCaP)为效应细胞,来检测受试物是否通过AR最终对细胞增殖产生影响。
4 其他可能的作用机制一些环境化合物能干扰膜的信号传导通信系统而影响内分泌配体受体结合物诱导的细胞反应。在雄性生殖发育关键阶段,雄激素并不是唯一重要因素,垂体也起着关键作用,下丘脑-垂体-睾丸轴中的任一环节都能受抗雄激素影响,因此除了干扰AR信号通路,环境抗雄激素还可以通过其他多种途径危害雄性生殖健康。抑制促性腺激素含量和活性的化学物都可能影响睾酮分泌和生精过程〔18〕。
环境抗雄激素与AR结合充当I型拮抗剂,通过不稳定受体构象而在蛋白质作用下降解AR或不释放受体关联蛋白,影响AR与DNA结合,或干扰AR二聚化,即作为配体和 AR结合形成不与雄激素反应元件(ARE)结合的混合二聚体,抑制雄激素反应基因转录激活,导致一系列生殖功能紊乱。已经确认的此类EDCs有DDT、二氯苯二氯乙烯(DDE)、双酚A (BPA)等〔19〕。
5 结 语环境抗雄激素通过各种环节影响雄激素依赖基因转录,对男性生殖健康产生巨大危害,是关系人类生存繁衍的危险因子。随着工业化进程,其污染有逐渐扩大趋势,现已成为生殖医学和环境学研究的热点和前沿问题。环境抗雄激素种类繁多,作用机制复杂。以往研究多数停留在整体和细胞水平,分子机制的报道近年来才逐渐增多。因此,将前瞻性的流行病学调查研究和进一步从分子生物学角度对其生殖毒性作用机制研究结合起来,科学评价环境抗雄激素对机体生殖毒性影响,不仅可以为环境EDCs筛选、毒理学评价、管理以及卫生标准制定提供科学依据,并且对于临床相关疾病治疗和药物开发也有重要意义。
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