雌激素相關受體調控細胞代謝及與腫瘤發生發展關聯的研究進展

王天笑 陳海飛 鐘明康 張留弟 施孝金 李群益

（復旦大學附屬華山醫院藥劑科 上海 200040）

在高等真核生物細胞中存在著各種細胞轉錄因子，它們的活性受諸多信號通路的調控，在調控體內基因表達方面起著重要作用。核受體是一類在生物體內分布廣泛的配體依賴性轉錄因子，其成員眾多，參與體內諸多生物學功能的調控。核受體可分為3大類，即甾體激素受體、非甾體激素受體和孤核受體，其中孤核受體參與多種細胞功能的調控，但內源性配體尚未明確[1-2]。雌激素相關受體（estrogen-related receptors, ERRs）是孤核受體家族的重要成員，共包含3個亞型，分別是ERRα、ERRβ和ERRγ[3-4]。ERRs在體內呈組織特異性表達模式，與細胞代謝、生長發育和免疫功能的調控密切相關。作為轉錄因子，ERRs還直接參與調控與細胞代謝相關靶基因的表達。因此，ERRs一直被認為是體內細胞能量平衡的重要調控因子[4-5]。近年來的研究發現，ERRs也能調控腫瘤相關信號通路，故在腫瘤發生發展中起著關鍵作用。本文就ERRs調控細胞代謝及與腫瘤發生發展關聯的研究進展作一概要介紹，以期為腫瘤防治提供新的思路。

1 ERRs與細胞代謝

在腫瘤細胞中，缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factors, HIFs）參與調控有氧糖酵解途徑相關基因的表達[6]。HIFs在腫瘤細胞中的表達穩定，可上調幾乎所有與糖酵解途徑相關基因的表達，在缺氧條件下促進葡萄糖轉化為丙酮酸和乳酸，為腫瘤細胞供給能量[7]。有研究提示，在缺氧條件下，ERRs參與了腫瘤細胞中HIFs介導的糖酵解途徑相關基因的上調[8]。對人類和小鼠細胞的全基因組測序結果揭示，ERRs與糖酵解途徑相關基因存在結合位點[9]。果蠅的ERRs能直接調控磷酸果糖激酶基因的表達，而ERRs基因突變果蠅的糖酵解途徑相關基因的表達卻均減少[10]。Cai等[11]對人乳腺癌細胞系MCF-7進行了基因芯片分析，結果發現ERRα和ERRγ可與糖酵解途徑相關基因己糖激酶2、醛縮酶C、烯醇化酶1和乳酸脫氫酶基因的啟動子區域結合，而ERRα和ERRγ的過表達或敲減則會導致糖酵解途徑相關基因mRNA和蛋白水平發生相應的改變，并影響乳腺癌細胞中的乳酸水平，由此證實ERRs對腫瘤細胞糖酵解有調控作用。

Wang等[12]的研究發現，單獨敲除小鼠心臟ERRα或ERRγ并不影響小鼠心臟的生理功能，但同時敲除小鼠心臟ERRα和ERRγ后，小鼠的生存期降至＜1個月。ERRs敲除小鼠的心臟細胞會出現代謝功能障礙，包括氧化磷酸化水平降低、線粒體碎片化和ERRs靶基因表達減少所誘發的線粒體能量代謝紊亂，表明ERRα和ERRγ在調控心肌細胞代謝和發揮心臟正常生理功能方面起著關鍵作用。過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator,PGC）-1α和PGC-1β是轉錄共激活因子，它們與ERRα協同調控與線粒體功能、脂肪酸氧化和氧化磷酸化相關的諸多基因的表達。Cunningham等[13]考察了缺氧對貓成體心肌細胞ERRα靶基因表達的影響，結果發現在缺氧條件下，ERRα及其下游代謝相關靶基因Cox6c和Fabp3的表達顯著增加，而使用ERRα反向激動劑XCT-790則可逆轉這一現象，表明Cox6c和Fabp3的表達依賴于ERRα的轉錄活性。

動物的棕色脂肪組織能通過產熱效應來保證機體對寒冷環境的適應性。研究發現，ERRα參與調控棕色脂肪細胞的線粒體功能，與ERRα基因野生型小鼠相比，ERRα缺失小鼠棕色脂肪組織的線粒體數量和氧化功能均相對較低[14]。Gantner等[15]的研究還發現，棕色脂肪組織中ERRs的缺失會導致腎上腺素能信號轉錄和代謝反應異常，提示ERRs與腎上腺素能信號在維持棕色脂肪細胞功能方面具有互補的作用。

2 ERRs與乳腺癌

眾所周知，雌激素信號通路與乳腺癌的發生發展密切相關。ERRs與雌激素受體具有高度的序列同源性，兩者均與乳腺癌的發生發展相關。ERRα在乳腺癌細胞中過表達，且其表達與促致癌基因核受體共激活因子3和人表皮生長因子受體2的表達呈正相關性，與雌激素受體α和孕酮受體的表達呈負相關性[16]。Han等[17]的研究發現，在雌激素受體α陰性的乳腺癌細胞中，miR-497的表達與ERRα的表達呈負相關性。一方面，利用siRNA沉默乳腺癌細胞ERRα的表達會導致miR-497表達增加；使ERRα過表達則能抑制乳腺癌細胞中miR-497的表達。另一方面，miR-497過表達可顯著抑制ERRα的表達，導致巨噬細胞遷移抑制因子（macrophage migration inhibitory factor, MIF）和基質金屬蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9, MMP-9）的活性降低，最終使得乳腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力降低。該研究結果表明，在雌激素受體α陰性的乳腺癌中，由于miR-497表達減少，ERRα表達相應增加并介導MIF和MMP-9的活性提高，腫瘤的惡性程度更高。另一項研究發現，乳腺癌細胞中miR-135a表達減少會介導ERRα表達增加，從而提高腫瘤的侵襲性[18]。

腫瘤組織快速增殖的特性導致其對葡萄糖的攝取和代謝速率很高，腫瘤細胞中的葡萄糖水平較低（＜1 mmol/L）[19]。因此，腫瘤細胞必須利用其他能量來源來滿足自身的能量需求。Park等[20]的研究發現，乳腺癌細胞在葡萄糖缺乏的環境中能通過乳酸代謝獲得其生存和增殖所需的能量和代謝物質，從而使乳腺癌細胞獲得對磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol-3 kinase,PI3K）/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）抑制劑的耐藥性。該研究還發現，ERRα對線粒體氧化磷酸化和乳酸代謝相關基因的表達至關重要。ERRα拮抗劑可顯著降低乳腺癌細胞的乳酸代謝功能并抑制乳腺癌細胞增殖，顯著增強PI3K/mTOR抑制劑的療效，這兩類藥物聯用具有臨床應用潛力。

腫瘤細胞代謝重編程在腫瘤細胞能量供給方面起著重要作用。腺苷酸激活的蛋白激酶（adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase, AMPK）和PGC-1α/ERRα是已知的乳腺癌細胞代謝重編程的重要調節因子[21]。Audet-Walsh等[22]的研究發現，在乳腺癌細胞中，AMPK的激活會上調ERRα和PGC-1α的表達，并促進ERRα與靶基因應答元件的結合。此外，PGC-1α/ERRα介導的細胞能量代謝下調會導致乳腺癌細胞對甲氨蝶呤的敏感性增加，表明PGC-1α/ERRα是葉酸代謝的關鍵調節因子。該研究結果提示，由于具有調節代謝的作用，AMPK激動劑具有用于乳腺癌等腫瘤治療的潛力。

3 ERRs與前列腺癌

前列腺癌多發于老年男性人群，通常進展緩慢。盡管已知雄激素與前列腺癌的發生發展密切相關[23]，但雄激素對前列腺癌細胞代謝率的影響還不清楚。近期一項研究發現，ERRγ參與了前列腺癌細胞線粒體功能的負向調節[24]。長期抗雄激素治療可導致前列腺癌細胞線粒體代謝功能增強，Warburg效應發生率提高，最終導致前列腺癌細胞增殖，而此結果與長期抗雄激素治療抑制了ERRγ的表達密切相關[24]。該研究還發現，前列腺癌的惡性程度與ERRγ的表達水平呈負相關性，ERRγ高表達的前列腺癌患者的預后相對較好。

HIFs是細胞代謝相關基因表達的主要調節因子。在腫瘤細胞中，HIFs會通過增強細胞代謝活動并促進血管形成來保證腫瘤細胞的能量供給[25-26]。Zou等[27]的研究發現，ERRα是前列腺癌細胞在缺氧條件下生長的關鍵調節因子，ERRα高表達的前列腺癌細胞的抗缺氧能力更強。該研究通過熒光共振能量轉移和免疫共沉淀實驗證實，ERRα能通過其激活功能-2結構域與HIF-1α發生相互作用，由此抑制HIF-1α的泛素化，抑制HIF-1α的降解。使用ERRα反向激動劑XCT-790則可顯著減少ERRα與HIF-1α的相互作用，進而導致前列腺癌細胞內HIF-1α水平降低。這些研究結果表明，ERRα與HIF-1α在前列腺癌的發生發展中起著重要作用。

4 ERRs與結直腸癌

結直腸癌是人類的主要腫瘤死因之一，目前全球每年新發腫瘤患者中約1/10為結腸癌患者。骨橋蛋白是腫瘤細胞外基質的重要組分，并被認為是多種腫瘤進展的關鍵標志物[28]。骨細胞中的骨橋蛋白基因已被證實與ERRα存在相互作用。在此基礎上，Boudjadi等[29]進一步考察了骨橋蛋白在結直腸癌細胞中的表達與ERRα的關聯。使用組織微陣列芯片對結直腸癌黏膜細胞樣本進行分析后發現，與正常細胞相比，結直腸癌細胞中ERRα和骨橋蛋白的表達水平均顯著增高。在結直腸癌細胞中，ERRα會與骨橋蛋白基因的啟動子區域發生特異性的結合，ERRα直接調控著結直腸癌細胞中骨橋蛋白的表達。此外，Bernatchez等[30]的研究發現，使用siRNA沉默結直腸癌細胞中的ERRα后，結直腸癌細胞內參與脂質合成、檸檬酸循環和糖酵解途徑的關鍵代謝基因的表達均減少，且結直腸癌細胞在體內外的生長均受到抑制。這些研究結果表明，ERRα通過調控細胞代謝在結直腸癌細胞的生長、增殖方面起著重要作用。

5 結語

近年來，越來越多的研究表明，ERRs在細胞代謝調控和腫瘤發生發展中起著重要作用。相信隨著ERRs的基礎和臨床研究的進一步深入，ERRs可能成為未來抗腫瘤治療的重要作用靶點之一。