雌激素受體與動物性別發(fā)育關系的研究進展

金子笛 劉龍 龔道清/揚州大學 225009

性別決定是一個涉及多個基因的級聯(lián)調(diào)控過程，包括初級性別決定和次級性別決定。其中初級性別決定是由性染色體決定性腺的發(fā)育方向，而次級性別決定是由性腺分泌的激素決定身體的表型。現(xiàn)在公認的性別決定基因只有哺乳動物中Y 染色體短臂上存在的性別決定基因SRY。SRY 通過瞬時表達使胚胎性腺向雄性的睪丸方向分化，產(chǎn)生雄性激素并誘導哺乳動物中的雄性性別分化。鳥類的性染色體組成為ZW 型染色體。目前對鳥類的研究雖然發(fā)現(xiàn)了許多鳥類性別決定的候選基因（如DMRT1、SOX9、AMH、FOXL2 等），但其具體的性別決定機制目前并不十分明確。

近年來，Zhao 等通過對3 只雌雄嵌合體雞進行研究發(fā)現(xiàn)，鳥類體細胞具有細胞自主性性別特征（CASI），并提出了鳥類性別決定的新模型。在這種雌雄嵌合體的雞中，它們兩側的身體在相同的性激素水平下（血液循環(huán)）卻表現(xiàn)出不同的性別表型，這與哺乳動物中以“性腺-激素”為中心的性別決定機制不同。其中，性激素受體很可能發(fā)揮了重要的作用。

雌激素受體（ER）是甾體激素受體（SHR）大家族的一種核受體，在結構上具有兩種亞型（ERα 和ERβ），位于胞漿或細胞核內(nèi)，起到轉錄因子的作用。雌激素通過與雌激素受體結合，發(fā)生變構形成二聚體，再與雌激素受體反應原件（ERE）結合，刺激靶基因轉錄，從而調(diào)節(jié)雌激素發(fā)揮其正常功能。在多個物種中，雌激素受體被發(fā)現(xiàn)與性別發(fā)育過程有關，本文將對這方面的研究進展作一綜述。

1 雌激素受體的結構

雌激素受體是由雌激素受體基因編碼的蛋白質(zhì)。不同的物種雌激素受體基因的染色體位置不同，如人的位于6 號染色體，家鼠的位于10 號染色體，雞的位于3 號染色體，但它們都具有DNA 結合轉錄因子活性、雌激素受體活性，能與Hsp90 蛋白、特異性DNA序列、甾體和鋅離子結合。

從保守域的N 端開始，雌激素受體蛋白結構可分為A-F 六個區(qū)域，其中A/B 區(qū)是一個轉錄調(diào)控區(qū)，含有非配基依賴的轉錄激活功能域（AF-1）。C 區(qū)是DNA 結合域（DBD）。D 是鉸鏈區(qū)，在該區(qū)結合的Hsp90 二聚體可以在ER和雌激素結合前對ER 進行適當?shù)恼郫B使其配基結合域（LBD）保持非活性狀態(tài)E 區(qū)為配體結合域（LBD），LBD含有ER 二聚化過程中起重要作用的序列，具有調(diào)節(jié)配體與ER 的結合、發(fā)生二聚化等一系列功能。E/F 區(qū)還含有配基依賴性的轉錄激活功能域（AF-2）。

雌激素受體在結構上有ERα 和ERβ兩種亞型，二者在結構上高度相似，在人體中二者DBD 同源性為96%，LBD 同源性為53%。在雞中，ERα 的研究比ERβ 更為深入。雞雌激素受體α（cERα）蛋白分為I 型和II 型。I 型大小為66kda，是幾個cERα-mRNAs（A1-D）的翻譯產(chǎn)物，以嚴格依賴于E2 的方式激活或抑制。II 型大小為61kda，其缺乏I 型中存在的N 末端的41 個氨基酸，由一個新的cERα-mRNA（A2）編碼，A2 富集于肝臟，在缺乏配體的情況下具有部分反式激活或抑制活性。因為II 型蛋白的翻譯起始蛋氨酸在卵生生物中保守，在哺乳動物中并不保守，所以ERα 基因產(chǎn)生的兩種功能不同的蛋白質(zhì)亞型的存在，可能是卵生生物一個共同而特殊的特征。

2 雌激素受體的作用機制

2.1 配基依賴型ER 激活ER 在與雌激素結合前與Hsp90 結合，Hsp90 使LBD 區(qū)處于非活性狀態(tài)，與雌激素結合后ER 被激活，Hsp90 被解離，ER轉移到細胞核內(nèi)通過LBD 區(qū)與雌激素（E2）結合發(fā)生二聚化，其DBD 與靶基因的ERE 結合，順式激活靶基因調(diào)控區(qū)的增強子促進靶基因的轉錄。

2.2 ER 的轉錄調(diào)控ER 在結構上具有AF-1 和AF-2 兩個轉錄激活功能域。AF-1 和AF-2 可以協(xié)同調(diào)控雌激素應答基因也可單獨發(fā)揮轉錄作用。但ERα和ERβ 與雌激素結合后對轉錄功能的作用有所不同，在AP1 位點，ERα 與雌激素結合可以激活轉錄，但ERβ 與雌激素結合則會抑制轉錄。且抗雌激素藥物能選擇性地拮抗ERα 而對ERβ不起作用，這可能是ERα 和ERβ 的AF-1 的差異造成的。

2.3 非配基依賴型ER 激活除了傳統(tǒng)的配基依賴型激活，ER 還能在無配基的情況下與其他通路發(fā)生作用，即非配基依賴型ER 激活。包括ER 的磷酸化、ER 與生長因子、共調(diào)節(jié)因子、孕激素受體等通路的相互作用。

3 雌激素受體在不同物種中的表達規(guī)律

3.1 雌激素受體在哺乳動物中的表達Brandenberger 等用半定量RT-PCR的方法檢測了妊娠16～23 周胎兒的ERα 和ERβ 的分布，發(fā)現(xiàn)ERα 在子宮表達量較高，卵巢、睪丸、皮膚和腸道中均有表達但表達量相對較低；ERβ 在子宮中的表達較少但在卵巢、睪丸、腎上腺和脾臟的表達量均高于ERα，且在胸腺、垂體、皮膚、肺、腎臟和大腦皮層中均有表達。

3.2 雌激素受體在鳥類中的表達母雞的卵巢發(fā)育是一種很明顯的不對稱發(fā)育，在發(fā)育過程中，右側性腺會逐漸退化，只有左側性腺會發(fā)育成卵巢。在雞的性別決定過程中，ERα 在左右髓質(zhì)都有表達，但在左側性腺上皮中不對稱表達。進一步的mRNA 表達檢測顯示，最早在孵化3.5d 時就可以在雌性的生殖組織中檢測到ER；在5.5 胚齡的胚胎中，ER 表達僅限于性腺。這說明雌雄胚胎早在生殖腺形態(tài)分化前（6～6.6d）就已經(jīng)出現(xiàn)了ER 的mRNA 表達，即兩性性腺在胚胎發(fā)生早期、性腺分化之前就具有了對雌激素的反應能力。

3.3 雌激素受體在爬行動物中的表達爬行動物的雌激素受體mRNA 在性腺分化前也已經(jīng)開始表達。Zhang 等對揚子鱷的腦組織和外周組織的實時定量PCR 結果顯示，ERα 的mRNA 在腦組織和外周組織中廣泛表達，腦組織中在小腦的表達水平最高，外周組織中在卵巢中的表達水平最高；且在生殖期時小腦、垂體、肝、脾、肺、腎、卵巢的ERα 表達水平均顯著高于冬眠期。

4 雌激素受體與性別發(fā)育的調(diào)控

4.1 雌激素受體對哺乳動物性別發(fā)育的調(diào)控外源性雌激素可以誘導北美負鼠和尤金袋鼠這兩種有袋動物XY 性腺的性反轉。Calatayud 等檢測了尤金袋鼠性腺分化過程中ER 的表達，發(fā)現(xiàn)盡管在早期性腺發(fā)育過程中缺乏有效配體，但在不同性別的性腺中就已經(jīng)存在ER 的保守表達，ER 能在早期就對外源雌激素做出反應并在早期哺乳動物性腺中傳遞信號。這說明哺乳動物的ER 在雌激素出現(xiàn)前就已經(jīng)出現(xiàn)在性腺內(nèi)，這可能對性腺發(fā)育起到一定的導向作用。Della 等在小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，ER 在懷孕12d 時就已經(jīng)處于活躍狀態(tài)，且在小鼠發(fā)育的胚胎中具有廣泛的轉錄活性，表明了ER 在非生殖器官和生殖器官的發(fā)育中具有潛在作用。

4.2 雌激素受體對鳥類性別發(fā)育的調(diào)控在雞的研究中發(fā)現(xiàn)，體外注射E2可以提高ERα 的mRNA 表達；在性別決定點前向ZZ 胚胎注射雌激素會導致性別發(fā)生逆轉，但這種逆轉的表型在該個體成年后會恢復正常；在性別決定點后向ZZ 胚胎注射雌激素可以在孵化第10d 觀察到該胚胎左側性腺髓質(zhì)外覆蓋著一層狹窄的皮質(zhì)結構，在孵化第17d 時這個皮質(zhì)結構更加明顯，且富含生殖細胞。這說明雌激素可以誘導卵巢的形成。實際上，ER 介導的雌激素在母雞的左側性腺皮質(zhì)發(fā)育中起到?jīng)Q定性的作用，母雞右側性腺皮質(zhì)分泌不足的原因可能就是右側性腺生發(fā)上皮缺乏雌激素的靶細胞和受體。

在鳥類的生殖系統(tǒng)中，ER 可以調(diào)節(jié)發(fā)育階段生殖器官的發(fā)育和生殖細胞的成熟，ERα 的早期失活會影響發(fā)育，使成年個體性腺表型混亂。此外，ERα 激活劑的注射會導致兩性生殖器官的分化紊亂，而ERβ 激活劑的注射則不會造成影響。這說明ERα 在母雞生殖道的性別分化中起重要作用，而ERβ 發(fā)揮的作用較少。不過，值得注意的是，即便是雞的性腺表型發(fā)生改變，其體細胞和身體的表型依然會保持原有的性別。

4.3 雌激素受體對魚類性別發(fā)育的調(diào)控在魚類中，雌激素通過與ERα、ERβ 和G 蛋白偶聯(lián)雌激素受體（GPER）結合調(diào)節(jié)椎體的發(fā)育和功能。Crowder等對GPER 突變斑馬魚的卵巢發(fā)育和功能的研究發(fā)現(xiàn)，斑馬魚的性別決定、卵巢發(fā)育及生育能力不需要GPER 的參與，而ERα 和ERβ 可能和斑馬魚的性別決定、卵巢發(fā)育及生育能力有關。

4.4 雌激素受體對爬行動物性別發(fā)育的調(diào)控在爬行動物中，許多物種都表現(xiàn)出溫度依賴型的性別決定。如果在溫度敏感期對雄性生產(chǎn)溫度下孵育的胚胎給予外源性雌激素，會抑制這種溫度效應產(chǎn)生雌性胚胎；對雌性生產(chǎn)溫度下孵育的胚胎抑制其內(nèi)源性雌激素的產(chǎn)生會導致胚胎發(fā)育為雄性。Kohno等對美洲短吻鱷ERα 和ERβ 體外反式激活試驗的結果表明，ERα 可能是影響美洲短吻鱷性反轉和胚胎苗勒氏管存在和生長的主要雌激素受體。雌激素-雌激素受體依賴的過程可能在爬行動物性別決定和性腺分化過程中起到重要作用。

5 結語

自從雌激素發(fā)現(xiàn)以來，人們對于雌激素及其受體已經(jīng)進行了大量的研究，闡明了其結構、作用機制和許多功能。雌激素受體在生殖系統(tǒng)的發(fā)育上具有重要作用，在不同物種上的研究表明雌激素受體可能還參與了性別的調(diào)控。而鳥類中CASI 機制的提出更是為雌激素受體在鳥類性別決定中的作用機制帶來了新的研究價值。在鳥類的性別決定過程中，“ERα 在雌性性腺左右髓質(zhì)都有表達但在左側性腺上皮不對稱表達”的現(xiàn)象使其成為了一個很好的雌激素傳感器的研究模型，可以用于雌激素作用于不同細胞類型或通過不同途徑影響性腺髓質(zhì)和皮質(zhì)分化的研究。目前，盡管我們對雞的雌激素受體有了一定的了解，但其在性別發(fā)育中起到的確切作用還不是十分清楚，對雌激素受體在雞性別發(fā)育中的進一步研究將為鳥類性別決定機制的研究提供重要的參考。