性激素结合球蛋白的结构和功能.doc

coid2remediable aldosteronism J . J Clin Endocrinol Metab ,1997 ,82 :35703573 .Blumenfeld JD ,Vaughan ED J r . Diagnosis and treatment of pri2mary aldosteronism J . World J Urol ,1999 ,17 :15 21 .( 收稿日期 :1999208231 修回日期 :1999212221)12性激素结合球蛋白的结构和功能窦京涛综述潘长玉审校(解放军总医院内分泌科 ,北京100853)摘要 :近年来研究表明 ,性激素结合球蛋白 ( SHB G) 基因具有多态性 ,在不同组织中有不同程度的表 达 ,可成为肿瘤转化的指标之一 ; SHB G 分子的寡聚糖链决定其生物半衰期 ;除能特异性地结合并转运性 激素外 ,SHB G 还具有介导激素信号传导和类激素样作用 ,并是糖尿病发病的危险因素 。关键词 :性激素结合球蛋白 ;基因 ;结构和功能 ;激素文章编号 :1003 - 5435 (2000) 04 - 0195 - 04中图分类号 :Q579. 101文献标识码 :A性激素结合球蛋白 ( SHB G) 与睾丸中的雄激素结合蛋白 (ABP) 是同一基因分别在肝细胞 和睾丸支持细胞中表达而结构相似的两种糖蛋 白质 。两种蛋白质均特异性地与性激素相结合 并参与其转运 ,分别调控血液中生物活性性激 素的浓度和睾丸的生精活动1 ,2 。近年有关这 两种蛋白质的研究取得了显著进展 ,为进一步 探讨两种激素在生理和病理情况下的作用提供 了条件 。以下就有关 SHB G 的研究进展作一综 述 。1 S HBG 的结构111 基因结构 人 SHB G 基因编码区位于第17 对染色体的短臂 (p12213) ,由 8 个外显子和 7 个内含子组成 ,长约 3 kb3 。与其他所有编码 糖蛋白激素的基因一样 ,外显子 1 编码有 29 个 氨基酸的信号肽 , 终止于单体多 肽 链 的 Gln8 。第 28 个外显子分别中止于多肽链的 Thr38 、Gln102 、Pro156 、Arg209 、Gln255 、Pro324 和 His373 。外 显 子 4 编码类固醇激素结合区域 。7 个内含子均相对较短小 ,结构上除第 6 个外显子具有 ALU 序列外其余无明显特征 。人 SHB G 基因具有多 态性 。筛查人睾丸 cDNA 库发现两种与人 SH2B G cDNA 结构相似的 SHB G 基因突变体 ,两突变体 cDNA 序列与人 SHB G cDNA 差异的位点几乎相同 ,均靠近人肝 SHB G cDNA 的 5端 。一种 SHB G 基因突变体含有由 96 个碱基对组成 但缺少起始密码子的独特的 5区域 , 并与 SH2B G 编码区相连 ,同时该突变产物缺失相当于外 显子 7 位置的 208 个碱基对 ,末尾 118 个氨基 酸由其它 9 个残基取代 。另一种 SHB G 基因突变产物也含有一个由 57 个碱基对构成的 5区 域 ,该区域与剩余 SHB G 编码区相连 。测序结果显示 ,SHB G 基因突变体 cDNA 的两个独特 5端序列位于编码正常 SHB G 前体起始编码子的外显子上游约 1 500 bp 处 ,它们与第一个外显 子相隔 55 bp ,含有多个 ALU 重复序列 。用 SH2B G cDNA 做探针与提取自人肿瘤细胞的 RNA 杂交 ,结果发现有多种大小不同的转录物 ,但是 到目前为止 ,在血液 、精液以及组织匀浆液中均 未发现这些 SHB G 基因突变体的蛋白产物 。其34存在的意义尚不清楚 。最近研究 发现 , 正常人卵巢组织 、良性和恶性卵巢肿瘤组织中有 野生型 SHB G mRNA 和第 7 外显子缺失的 SHB G 突变体的 mRNA 表达 。绝经期前妇女卵巢组织 中的上述两种 mRNA 水 平 明 显 高 于 绝 经 后 妇 女 ,而突变体 mRNA野生型 mRNA 的比值在绝 经前后无差异 。突变体 mRNA 和 SHB G mRNA 的表达水平在正常卵巢组织与良性和恶性卵巢 肿瘤组织中无差异 ,但两者的比值在恶性肿瘤作者简介 :窦京涛 (19642) ,男 ,北京人 ,主治医师 ,博士 。组织中明显高于正常组织 ,在良性肿瘤中也增高 。结果 说 明 , 突 变 体 mRNA 与 野 生 型 SHB GmRNA 之 间 的 平 衡 有 助 于 正 常 卵 巢 功 能 的 维 持 ;而两者比值的变化则可能与肿瘤转化有关 。对子宫内膜 、子宫内膜样组织和子宫内膜癌5 ,6的研究也有类似发现 。 目前为止尚未发现表现为 SHB G 水平降低的疾病有特异性的染色体异常 , 但 SHB G 编码基因所在的第 17 号染色体短臂 p12 则是人类 基因中的薄弱点和基因重组 、放大以及外来基 因整 合 的 热 点 。这 个 薄 弱 点 位 于 富 含 AT 区域 ,而人 SHB G 基因包括多个含有丰富 AT 侧腹区域的 ALU 序列 。在几种肿瘤组织中经常发 现伴有 p53 基因缺失或突变的第 17 号染色体这个区域等位基因缺失 。人 SHB G 基因不同外显子之前的内含子中含有重复 ALU 序列 ,这些 序列被认为是染色体重组的媒介而导致基因的重排 ,也可影响外显子的表达 。这可能是 SH2B G 基因突变体在肝细胞外组织和细胞表达的 原因3 。112 分子结构 完整的人 SHB G 分子是由氨基酸序列完全一致的 2 条单体组成的同型二聚的变异 SHB G 与性激素结合的亲和能力和特异性方面与完整 SHB G 相同 , 且单体聚合成二聚 体的能力和方式与正常 SHB G 单体相同 。说明SHB G 的寡聚糖链与性激素的结合以及二聚体 的形成无关3 。近年来在比利时和墨西哥的几个家系中发现了带有第 3 条 N 寡聚糖链的 SH2B G 变异体8 。此变异是由于第 8 外显子中编 码 Asp327 的 G 突变为 A ,从而使 Asp327 由 Asn 替代 。点突变的结果出现了一个新 N 寡聚糖链结合 位 点 ( Asn2X2Ser 或 Thr ) 。将 纯 化 的 变 异SHB G 注射入兔体内 , 测定其消失曲 线 观 察 生 物半衰期 ,结果变异 SHB G 生物半衰期显著长 于正常 SHB G ( 63 . 63 ±3 . 92) h Vs ( 38 . 18 ±7 .22) h , 提示 SHB G 的寡聚糖链与其生物半衰期 和代谢有关9 。每个 SHB G 分子只能结合一个分子的性激素 ,其性激素结合位点恰好位于两个单体之间 , 呈三明治样结构 。SHB G 单体的聚合是形成单 一性激素结合位点所必需的 ,同时通过与配体的结合获得能量 , 使二聚体的 结 构 更 加 稳 固 。研究显示在有雄激素和 Ca + + 存在的情况下 ,性激素结合位点的效能进一步提高 ,提示二价阳 离子 Ca + + 或 Zn + + 以及性激素的结合促进了二聚体结构的维持 。初步研究发现人 SHB G 氨基端的 205 个氨基酸残基与其亲和能力有关 ,其 中 Met139 在与性激素 B 环的结合过程中必不可少 。Met139 氨基端区域在不同种属是不恒定的 ,主要由亲水氨基酸构成 ; 而其羧基端区域则极 为恒定 ,主要组成氨基酸是疏水氨基酸 ,由此形 成了一个疏水袋 。用位点诱变致使氨基酸替代的方法进一步研究发现 ,与性激素特异性结合体1。电镜下呈现长约 19 nm ,直径约 3 nm 椭圆形或短棒状7 。每个单体由 373 个氨基酸残基组成 ,分子量为 40 499 ,多肽链只含有一个色 氨酸 ( Tyr) 。在 Cys164 和 Cys188 及 Cys333 和 Cys361 位之间分别形成两个二硫键 ,但二硫键不参与类 固醇激素的结合 ,其功能尚不清楚 。从 Leu248 到Gly291 的肽段中有明显的内部重复序列 ,而且在Leu267 和 Leu281 之间每隔一个其他氨基酸残基就 出现一个 Leu8 。二级结构中螺旋 、片层和翻转结构分别占 15 % 、43 %和 10 %16 %7有关的氨基酸主要是多肽链的氨基端一半3 。多肽链中 Thr482Tyr57 和 Leu131 2Pro149 的二级结构形成片层 ,其中 Thr482Tyr57 构成特异的膜受体 结合区域 。而 Lys134 2Met139 的氨基酸与类固醇激素结构中的 AB 环结构相互作用 ,形成类固醇 激素结合区域 ;Met139 羧基端部分对类固醇激素 的结合能力没有影响 。但此区域有稳定二聚体结构的功能 ,并且有人发现羧基端的 His235 参与 类固醇激素结合的活动 ,故不能排除有类固醇结合片断存在的可能 。此外该区域内还含有高每个 单 体 都 有 3 个 寡 聚 糖 链 , 占 分 子 量 的12 %20 % 。其中两个是连接于 Asn351 和 Asn367上的 N 寡聚糖链 ;另一个是连接与 Thr7 上的 O寡聚糖链 。虽然 SHB G 分子是同型二聚体 , 但 变性后对其进行凝胶电泳分析 ,可以出现分子量不同的两个单体 ,原因就在于寡聚糖链的异质性3 ,7。用诱变技术改变寡聚糖连接位点氨基酸的编码基因发现 ,去除寡聚糖链 ,变异 SH2B G 的合成和分泌不受影响 ;不同寡聚糖链缺失度保守的 N2寡聚糖链结合位点 ,而相关研究结果显示 ,去除寡聚糖链的 SHB G 与其特异受体 结合受阻 ,提示该区域内含有与 SHB G 特异受体结合的区段 。2 S HBG 的作用传统理论认为 , SHB G 的生理功能就 是 特 异性地结合和转运性激素 。性激素由于与 SH2B G 结合而得到保护 ,从而避免了血管的吸附 、生物和化学的破坏以及快速降解 。近年随着研 究的深入 ,对于 SHB G 的生理功能有了进一步的认识 。211 SHB G 介导激素信号传导 : Nakhla 等10发现单纯将双氢睾酮或 SHB G 加入无血清培养 的 ALVA241 前列腺癌细胞系并不影 响 细 胞 的生长 ;相反 ,若先加入 SHB G 后再用双氢睾酮刺激 ,细胞增殖明显加快 ,而且培养液中 cAMP 快 速显著上升 , 并与双氢睾酮成 剂 量 依 赖 关 系 。有证据表明此时 cAMP 的增加并非有经典的核类固醇受体参与 ,因为 : 作用效果迅速 。 不 能与 SHB G 结合的类固醇受体激动剂如乙烯雌酚无此作用 。 传统的抗激素三苯氧胺缺乏抑制作用 。 与 SHB G 结合 , 但不激活类固醇受 体的复合物能使之失活 。结果说明双氢睾酮刺激雄激素依赖细胞的生长是通过 SHB G 介导 ,同时 SHB G 受体与腺苷酸环化酶系统偶联 。业 已证实 SHB G 受体属于 G 蛋白超家族 ,有低亲 和力 、低结合容量和高结合力 、高结合容量两种固醇激素生物信号外 , SHB G 还可以 直 接 作 用于某些组织受体 ,发挥第一信使作用调节细胞 的功能 。SHB G 刺激胎盘分泌 hCG 的生理意义目前还未查明 ,但鉴于 hCG 在妊娠过程中的特 殊作用 ,推测与胎盘胚胎的生长以及滋养层细 胞的分化有关 。213SHB G 是糖尿病的危险因素 :瑞典哥德堡一个为期 12 a 的 SHB G 与终点 ( end point) 疾病关系的前瞻性研究结果显示 ,在入选的 1 422名女性被观察对象中 ,12 a 后糖尿病的发病率 达 3 % ;糖尿病发病者 SHB G 浓度显著低于未发 病者 ( 55 ±31) nmolL Vs ( 88 ±55) nmolL 。将 所有被观察者的 SHB G 水平从低到高排列 , 用年龄标化后分为 5 等份 ,SHB G 最低一个等份的 糖尿病的发病率分别是其 他 4 等 份 的 5 倍 以 上 ;若按百分比排列 , SHB G 最低 10 %和 5 %的被观察者其糖尿病的发病率是其他人的 8 倍或11 倍 ,提示低 SHB G 水平与糖尿病的发病率有 关 。将甘油三酯 、胆固醇 、血糖 、体重 指 数 、腰围臀围比和收缩压等因素考虑在内 ,并用年龄 标化后的多因素相关分析则结果显示 ,无论是 在绝经前还是绝经后 , SHB G 与糖尿 病 的 发 病率仍呈独立的显著负相关 。说明低 SHB G 是女 性糖尿病发病的独立危险因素 。美国的相关研 究也得到同样的结论 , 并提示低 SHB G 是胰岛素抵抗的指标12 。在低 SHB G 与男性糖尿病发 病的研究方面 ,小样本研究显示低 SHB G 与糖尿病发病无关 ;最近大样本的调查结果发现 ,低SHB G 也 是 男 性 糖 尿 病 发 病 的 有 效 预 测 指位点10 ,11。研究还显示 SHB G2受体复合物系统具有特异反应性 ,若类固醇激素先与 SHB G 结合 ,则诱导 SHB G 分子结构发生构形变化 ,膜结 合位点隐藏 ,失去与膜受体结合能力 ,从而丧失介导信号传导的功能11 。标13。总之 , SHB G 的一级结构和基因组序 列 已经明确 ,但是多肽链的高级结构与功能区域的关系还不十分清楚 ;不同组织中 SHB G cDNA 突 变体 表 达 的 意 义 还 需 研 究 。现 已 发 现 , SHB G 除具有特异性的结合并转运性类固醇激素的功能外 ,通过与组织细胞表面的特异 SHB G 受体 结合介导和 ( 或) 直接激活腺苷酸环化酶系统 , 从而调节组织细胞功能 ; 低 SHB G 尚可作为糖尿病的发病和胰岛素抵抗的 预 测 指 标 。有 关 SHB G 生理功能的研究尚不完善 , 今 后 还 需 更 深入的工作 。212SHB G 具 有 激 素 样 作 用 :最 近 Queipo等11将 SHB G 加入用无血清培养的人胎盘滋养层细胞 ,24 h 后测定培养液中 hCG 和 cAMP 的含量 ,结果发现 ,与对照组比较两种代谢产物均 明显增高 ( P < 0 . 01) ; 预先加入 SHB G , 再用双 氢睾酮刺激可以进一步提高 hCG 和 cAMP 分泌量 。相反 ,单纯加入双氢睾酮或加入双氢睾酮2SHB G 复合物 , 结果 与 对 照 组 无 差 异 。说 明 除 了与特异受体结合 , 接受并通过 cAMP 传递类with domain Gof laminin results in a structural model of plas2ma sex steroid2binding protein J . Eur J Biochem , 1997 ,247 :339347 .Hardy DO , Carino C , Catterall J F , et al . Molecular character2 ization of a genetic variant of the steroid hormone2binding globulin gene in heterozygous subjects J . J Clin Endocrinol Metab ,1995 ,80 :12531256 .Cousin P ,Dechaud H , Grenot C ,et al . Human variant sex hor2 mone2binding globulin ( SHB G) with an additional carbo2 hydrate chain has a reduced clearance rate in rabbit J . J Clin Endocrinol Metab ,1998 ,83 :235240 .Nakhla AM , Rosner W. Stimulation of prostate cancer growth by androgens and estrogens through the intermediacy of sex hormone2binding globulin J . Endocrinology , 1996 , 137 :41264129 .Queipo G ,Deas M ,Arranz C ,et al . Sex hormone2binding glob2 ulin stimulates chorionic gonadotrophin secretion from human cytotrophoblasts in culture J . Human Repro ,1998 ,13 :13681373 .Sherif K , Kushner H ,Falkner B. Sex hormone2binding globulin and insulin resistance in african2american women J . 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Secondary structure and shap of plasma sex steroid2binding protein comparison8 293104115126137性 激 素 与 胰 岛 素 抵 抗隋国良综述董砚虎审校(潍坊医学院附属潍坊市人民医院内分泌科 ,山东潍坊261041)摘要 :胰岛素抵抗与高雄激素血症是心血管疾病和 2 型糖尿病的重要危险因素 。一方面高胰岛素血症可通过增加垂体促黄体激素的分泌 ,提高卵巢 、肾上腺 CYPc17 的活性等途径促进雄激素的产生 ;另 一方面 ,雄激素又可通过降低肝脏对胰岛素的降解 ,降低胰岛素介导的葡萄糖的转运及肌肉内糖原的合 成等途径引起胰岛素抵抗及高胰岛素血症 。关键词 :胰岛素抵抗 ;雄激素 ;雌激素文章编号 :1003 - 5435 (2000) 04 - 0198 - 04中图分类号 : R587. 302文献标识码 :A胰岛素抵抗 ( IR) 与高雄激素血症是许多疾病如心血管疾病 、2 型糖尿病的重要危险因素 。研究发现 , 在多囊卵巢综合征 ( PCOS) 患者中 ,高胰岛 素 血 症 与 高 雄 激 素 血 症 密 切 相 关 , 而 Turner 综合征患者和先天性肾上腺增生患者 , 其性激素代谢紊乱通常都伴有明显的 IR 。这 说明 IR 与性激素之间存在着某种形式的内在作者简介 : 隋 国 良 ( 19722) , 男 , 山 东 诸 城 市 人 , 在 读 硕士 。