生物钟蛋白与雌激素受体

胡佳

摘要

生物钟的紊乱会导致雌激素相关性疾病乳腺癌的发生和发展，在乳腺肿瘤组织中也发现了生物钟基因表达紊乱。在转录水平，生物钟调节雌激素受体表达，而雌激素受体信号通路也调节生物钟基因的表达。在蛋白水平，生物钟的正向转录因子CLOCK和BMAL1，和负向因子PER和CRY，均可与雌激素受体结合。阐明生物钟蛋白和ER网络之间关系将进一步揭示昼夜节律紊乱与乳腺癌的分子机制

1.生物钟蛋白

哺乳动物的大多数生理过程受到生物节律的影响。昼夜节律是由下丘脑视交叉上中央生物钟SCN驱动的， SCN同步外周组织中的外周生物钟。在分子水平上，SCN和外周细胞昼夜节律都由一组核心CLOCK基因构成的转录翻译反馈回路调节。两个正向转录因子CLOCK和BMAL1，形成异源二聚体，激活它们的靶基因包括PER和CRY。PER基因和CRY基因转录在细胞质中翻译成相应蛋白PER和CRY，形成异源二聚体进入细胞核，阻碍CLOCK和BMAL1活性。从而形成负反馈循环。中央生物钟通过神经，荷尔蒙和代谢信号，同步外围生物钟，反过来驱动下游的组织特异性钟控基因表达。昼夜节律在各种组织中影响多种生理过程和病理过程，包括癌症[1] 。

2. 雌激素受体信号通路

雌激素E2是维持乳腺正常生理必需的一种乳腺促分裂原。E2调控基因转录的主要机制是通过与雌激素受体（ER）结合，形成雌激素受体二聚体，与靶基因调控区雌激素应答元件（ERES）结合，协同基础转录因子、共激活因子或辅阻遏物调节靶基因的表达。有两种亚型，ERα和ERβ。缺乏E2时，ERα停留在细胞质形成的抑制蛋白复合物中，结合E2后ERα发生构象变化。ERα半衰期较短，与E2结合，进一步加速其降解。ERα与多种有组蛋白乙酰转移酶活性共激活子有相互作用，CREB结合蛋白，P300家族，和P160家族，如类固醇受体共激活因子（SRC-1）。ERα在乳腺癌发展和进步中的作用已有较多研究， ERα的异常信号与ER阳性乳腺癌的发生密切相关[2]。

3生物钟与雌激素代谢通路

哺乳动物的大多数生理过程受昼夜节律，内分泌和代谢激素的分泌以节律模式发生。反过来这些节律性改变的荷尔蒙水平又影响昼夜节律。这个稳态的破坏对人类健康有着极大影响：许多与激素有关的肿瘤与昼夜节律紊乱密切相关，除造成激素相关性的乳腺癌和子宫内膜癌等，还有其他多种疾病的发生。例如长期倒夜班的工人乳腺癌和其他类型的恶性肿瘤发病率增加。

虽然生物钟与几个甾类激素的活性及其分子机制已经有报道，但核心生物钟基因在乳腺中的作用仍未知。乳腺上皮细胞的雌激素刺激被认为是内稳态紊乱与激素相关性肿瘤的发生一个主要因素，促进了乳腺癌的发展。尽管越来越多的研究表明昼夜节律紊乱与乳房有关肿瘤的发生，很少有直接研究昼夜节律蛋白在雌激素信号转导中的作用通路。

4.雌激素受体与负向调控因子PER2和CRY

核心生物钟因子PER的失调可见于包括乳腺癌在内的几种人类恶性肿瘤[3]。在特定组织中PER2受到E2的调节。在乳腺癌乳腺上皮细胞中，PER2的功能与ERα信号通路偶联。在ER阳性乳腺上皮细胞中，E2诱导人PER2基因的表达。启动子分析PER2上游可找到ERE，小鼠和人之间PER2上游ERE及其周围序列是保守的，提示该段调控序列功能上的重要性。同时，PER2强烈抑制E2介导的PS2， Cyclin D1和CCN1靶基因的激活，从而通过抑制E2诱导的细胞增殖抑制乳腺癌的发展。同时PER2对ERα mRNA水平无影响，但PER2可通过蛋白酶体通路介导ERα的降解[4]。

乳腺癌患者的CRY2启动子甲基化水平也显著高于对照组。肿瘤组织中CRY2表达水平低于邻近正常组织。CRY2的SNP与绝经后乳腺癌风险显著相关，而这种关联在雌激素和孕激素受体（ER/PR）阴性的乳腺肿瘤中明显，在ER/PR阳性的肿瘤中则不明显[5]。Kriebs等通过免疫共沉淀实验，发现了CRY 与ER的蛋白水平可以直接结合[6]。但这种蛋白直接结合的生理学功能和意义并不清楚。

4.雌激素受体与CLOCK,BMAL1

ER阳性乳腺癌一般预后较好，对抗雌激素治疗敏感，而ER阴性乳腺癌恶性程度更强，对抗雌激素治疗反应迟钝。ER阴性肿瘤患者比ER阳性患者CLOCK表达水平高，乳腺癌的恶性程度与CLOCK的表达呈正相关[7]。

CLOCK具有P160蛋白家族-ERα经典共激活因子的多种结构特征，包括一个高度保守的HLH/ PAS结构域，核受体互作结构域及具有组蛋白乙酰转移酶活性的C-端结构域。P160家族蛋白可以与ERα结合，增强ERα的转录活性。CLOCK同样可以与ERα的相互作用，从而增强ERα的转录活性，这种激活受到E2的进一步促进。CLOCK的SUMO化增强其转录活性，及与ERα的相互作用，从而增强ERα转录活性[8]。同样，BMAL1也可以直接结合ERα[8]，但两者之间的结合方式和意义也未有阐明。

综上所述，除了生物钟和雌激素受体互相的转录调控外，生物钟蛋白与雌激素受体之间也有广泛的蛋白相互作用。虽然已有生物钟蛋白可以作为ER的共激活子的进展，确切的机制有关的性质昼夜节律尚不清楚。这种蛋白之间的相互作用是如何影响生物学功能的，还需要进一步的研究发现。阐明生物钟蛋白和ER网络之间关系将进一步揭示昼夜节律紊乱与乳腺癌的分子机制，这可以为构想基于生物钟的癌症治疗方法提供更好的途径。

1. Takahashi, J.S., in A Time for Metabolism and Hormones. 2016

2. Yager, J.D. and N.E. Davidson, N Engl J Med, 2006

3. Winter, S.L., et al., Neoplasia, 2007

4. Gery, S., et al., Oncogene, 2007

5. Hoffman, A.E., et al., Cancer Prev Res (Phila), 2010

6. Kriebs, A., et al., Proc Natl Acad Sci U S A, 2017

7. Hoffman, A.E., et al., Cancer Res, 2010

8. Li, S., et al., Oncogene, 2013