性激素結(jié)合球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能

1、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性激素結(jié)合球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能竇京濤綜述潘長玉審校(解放軍總醫(yī)院內(nèi)分泌科 ,北京100853)摘要 :近年來研究表明 ,性激素結(jié)合球蛋

2、白 ( shb g) 基因具有多態(tài)性 ,在不同組織中有不同程度的表 達(dá) ,可成為腫瘤轉(zhuǎn)化的指標(biāo)之一 ; shb g 分子的寡聚糖鏈決定其生物半衰期 ;除能特異性地結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)性 激素外 ,shb g 還具有介導(dǎo)激素信號傳導(dǎo)和類激素樣作用 ,并是糖尿病發(fā)病的危險因素 。關(guān)鍵詞 :性激素結(jié)合球蛋白 ;基因 ;結(jié)構(gòu)和功能 ;激素文章編號 :1003 - 5435 (2000) 04 - 0195 - 04中圖分類號 :q579. 101文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :a性激素結(jié)合球蛋白 ( shb g) 與睪丸中的雄激素結(jié)合蛋白 (abp) 是同一基因分別在肝細(xì)胞 和睪丸支持細(xì)胞中表達(dá)而結(jié)構(gòu)相似的兩種糖蛋 白質(zhì) 。兩種

3、蛋白質(zhì)均特異性地與性激素相結(jié)合 并參與其轉(zhuǎn)運(yùn) ,分別調(diào)控血液中生物活性性激 素的濃度和睪丸的生精活動1 ,2 。近年有關(guān)這 兩種蛋白質(zhì)的研究取得了顯著進(jìn)展 ,為進(jìn)一步 探討兩種激素在生理和病理情況下的作用提供 了條件 。以下就有關(guān) shb g 的研究進(jìn)展作一綜 述 。1 s hbg 的結(jié)構(gòu)111 基因結(jié)構(gòu) 人 shb g 基因編碼區(qū)位于第17 對染色體的短臂 (p12213) ,由 8 個外顯子和 7 個內(nèi)含子組成 ,長約 3 kb3 。與其他所有編碼 糖蛋白激素的基因一樣 ,外顯子 1 編碼有 29 個 氨基酸的信號肽 , 終止于單體多 肽 鏈 的 gln8 。第 28 個外顯子分別中止于多

4、肽鏈的 thr38 、gln102 、pro156 、arg209 、gln255 、pro324 和 his373 。外 顯 子 4 編碼類固醇激素結(jié)合區(qū)域 。7 個內(nèi)含子均相對較短小 ,結(jié)構(gòu)上除第 6 個外顯子具有 alu 序列外其余無明顯特征 。人 shb g 基因具有多 態(tài)性 。篩查人睪丸 cdna 庫發(fā)現(xiàn)兩種與人 sh2b g cdna 結(jié)構(gòu)相似的 shb g 基因突變體 ,兩突變體 cdna 序列與人 shb g cdna 差異的位點幾乎相同 ,均靠近人肝 shb g cdna 的 5端 。一種 shb g 基因突變體含有由 96 個堿基對組成 但缺少起始密碼子的獨特的 5區(qū)域 ,

5、 并與 sh2b g 編碼區(qū)相連 ,同時該突變產(chǎn)物缺失相當(dāng)于外 顯子 7 位置的 208 個堿基對 ,末尾 118 個氨基 酸由其它 9 個殘基取代 。另一種 shb g 基因突變產(chǎn)物也含有一個由 57 個堿基對構(gòu)成的 5區(qū) 域 ,該區(qū)域與剩余 shb g 編碼區(qū)相連 。測序結(jié)果顯示 ,shb g 基因突變體 cdna 的兩個獨特 5端序列位于編碼正常 shb g 前體起始編碼子的外顯子上游約 1 500 bp 處 ,它們與第一個外顯 子相隔 55 bp ,含有多個 alu 重復(fù)序列 。用 sh2b g cdna 做探針與提取自人腫瘤細(xì)胞的 rna 雜交 ,結(jié)果發(fā)現(xiàn)有多種大小不同的轉(zhuǎn)錄物 ,但

6、是 到目前為止 ,在血液 、精液以及組織勻漿液中均 未發(fā)現(xiàn)這些 shb g 基因突變體的蛋白產(chǎn)物 。其34存在的意義尚不清楚 。最近研究 發(fā)現(xiàn) , 正常人卵巢組織 、良性和惡性卵巢腫瘤組織中有 野生型 shb g mrna 和第 7 外顯子缺失的 shb g 突變體的 mrna 表達(dá) 。絕經(jīng)期前婦女卵巢組織 中的上述兩種 mrna 水 平 明 顯 高 于 絕 經(jīng) 后 婦 女 ,而突變體 mrna野生型 mrna 的比值在絕 經(jīng)前后無差異 。突變體 mrna 和 shb g mrna 的表達(dá)水平在正常卵巢組織與良性和惡性卵巢 腫瘤組織中無差異 ,但兩者的比值在惡性腫瘤作者簡介 :竇京濤 (196

7、42) ,男 ,北京人 ,主治醫(yī)師 ,博士 。組織中明顯高于正常組織 ,在良性腫瘤中也增高 。結(jié)果 說 明 , 突 變 體 mrna 與 野 生 型 shb gmrna 之 間 的 平 衡 有 助 于 正 常 卵 巢 功 能 的 維 持 ;而兩者比值的變化則可能與腫瘤轉(zhuǎn)化有關(guān) 。對子宮內(nèi)膜 、子宮內(nèi)膜樣組織和子宮內(nèi)膜癌5 ,6的研究也有類似發(fā)現(xiàn) 。 目前為止尚未發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)為 shb g 水平降低的疾病有特異性的染色體異常 , 但 shb g 編碼基因所在的第 17 號染色體短臂 p12 則是人類 基因中的薄弱點和基因重組 、放大以及外來基 因整 合 的 熱 點 。這 個 薄 弱 點 位 于 富

8、含 at 區(qū)域 ,而人 shb g 基因包括多個含有豐富 at 側(cè)腹區(qū)域的 alu 序列 。在幾種腫瘤組織中經(jīng)常發(fā) 現(xiàn)伴有 p53 基因缺失或突變的第 17 號染色體這個區(qū)域等位基因缺失 。人 shb g 基因不同外顯子之前的內(nèi)含子中含有重復(fù) alu 序列 ,這些 序列被認(rèn)為是染色體重組的媒介而導(dǎo)致基因的重排 ,也可影響外顯子的表達(dá) 。這可能是 sh2b g 基因突變體在肝細(xì)胞外組織和細(xì)胞表達(dá)的 原因3 。112 分子結(jié)構(gòu) 完整的人 shb g 分子是由氨基酸序列完全一致的 2 條單體組成的同型二聚的變異 shb g 與性激素結(jié)合的親和能力和特異性方面與完整 shb g 相同 , 且單體聚合成

9、二聚 體的能力和方式與正常 shb g 單體相同 。說明shb g 的寡聚糖鏈與性激素的結(jié)合以及二聚體 的形成無關(guān)3 。近年來在比利時和墨西哥的幾個家系中發(fā)現(xiàn)了帶有第 3 條 n 寡聚糖鏈的 sh2b g 變異體8 。此變異是由于第 8 外顯子中編 碼 asp327 的 g 突變?yōu)?a ,從而使 asp327 由 asn 替代 。點突變的結(jié)果出現(xiàn)了一個新 n 寡聚糖鏈結(jié)合 位 點 ( asn2x2ser 或 thr ) 。將 純 化 的 變 異shb g 注射入兔體內(nèi) , 測定其消失曲 線 觀 察 生 物半衰期 ,結(jié)果變異 shb g 生物半衰期顯著長 于正常 shb g ( 63 . 63

10、±3 . 92) h vs ( 38 . 18 ±7 .22) h , 提示 shb g 的寡聚糖鏈與其生物半衰期 和代謝有關(guān)9 。每個 shb g 分子只能結(jié)合一個分子的性激素 ,其性激素結(jié)合位點恰好位于兩個單體之間 , 呈三明治樣結(jié)構(gòu) 。shb g 單體的聚合是形成單 一性激素結(jié)合位點所必需的 ,同時通過與配體的結(jié)合獲得能量 , 使二聚體的 結(jié) 構(gòu) 更 加 穩(wěn) 固 。研究顯示在有雄激素和 ca + + 存在的情況下 ,性激素結(jié)合位點的效能進(jìn)一步提高 ,提示二價陽 離子 ca + + 或 zn + + 以及性激素的結(jié)合促進(jìn)了二聚體結(jié)構(gòu)的維持 。初步研究發(fā)現(xiàn)人 shb g

11、氨基端的 205 個氨基酸殘基與其親和能力有關(guān) ,其 中 met139 在與性激素 b 環(huán)的結(jié)合過程中必不可少 。met139 氨基端區(qū)域在不同種屬是不恒定的 ,主要由親水氨基酸構(gòu)成 ; 而其羧基端區(qū)域則極 為恒定 ,主要組成氨基酸是疏水氨基酸 ,由此形 成了一個疏水袋 。用位點誘變致使氨基酸替代的方法進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn) ,與性激素特異性結(jié)合體1。電鏡下呈現(xiàn)長約 19 nm ,直徑約 3 nm 橢圓形或短棒狀7 。每個單體由 373 個氨基酸殘基組成 ,分子量為 40 499 ,多肽鏈只含有一個色 氨酸 ( tyr) 。在 cys164 和 cys188 及 cys333 和 cys361 位之間

12、分別形成兩個二硫鍵 ,但二硫鍵不參與類 固醇激素的結(jié)合 ,其功能尚不清楚 。從 leu248 到gly291 的肽段中有明顯的內(nèi)部重復(fù)序列 ,而且在leu267 和 leu281 之間每隔一個其他氨基酸殘基就 出現(xiàn)一個 leu8 。二級結(jié)構(gòu)中螺旋 、片層和翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)分別占 15 % 、43 %和 10 %16 %7有關(guān)的氨基酸主要是多肽鏈的氨基端一半3 。多肽鏈中 thr482tyr57 和 leu131 2pro149 的二級結(jié)構(gòu)形成片層 ,其中 thr482tyr57 構(gòu)成特異的膜受體 結(jié)合區(qū)域 。而 lys134 2met139 的氨基酸與類固醇激素結(jié)構(gòu)中的 ab 環(huán)結(jié)構(gòu)相互作用 ,形成類

13、固醇 激素結(jié)合區(qū)域 ;met139 羧基端部分對類固醇激素 的結(jié)合能力沒有影響 。但此區(qū)域有穩(wěn)定二聚體結(jié)構(gòu)的功能 ,并且有人發(fā)現(xiàn)羧基端的 his235 參與 類固醇激素結(jié)合的活動 ,故不能排除有類固醇結(jié)合片斷存在的可能 。此外該區(qū)域內(nèi)還含有高每個 單 體 都 有 3 個 寡 聚 糖 鏈 , 占 分 子 量 的12 %20 % 。其中兩個是連接于 asn351 和 asn367上的 n 寡聚糖鏈 ;另一個是連接與 thr7 上的 o寡聚糖鏈 。雖然 shb g 分子是同型二聚體 , 但 變性后對其進(jìn)行凝膠電泳分析 ,可以出現(xiàn)分子量不同的兩個單體 ,原因就在于寡聚糖鏈的異質(zhì)性3 ,7。用誘變技術(shù)改

14、變寡聚糖連接位點氨基酸的編碼基因發(fā)現(xiàn) ,去除寡聚糖鏈 ,變異 sh2b g 的合成和分泌不受影響 ;不同寡聚糖鏈缺失度保守的 n2寡聚糖鏈結(jié)合位點 ,而相關(guān)研究結(jié)果顯示 ,去除寡聚糖鏈的 shb g 與其特異受體 結(jié)合受阻 ,提示該區(qū)域內(nèi)含有與 shb g 特異受體結(jié)合的區(qū)段 。2 s hbg 的作用傳統(tǒng)理論認(rèn)為 , shb g 的生理功能就 是 特 異性地結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)性激素 。性激素由于與 sh2b g 結(jié)合而得到保護(hù) ,從而避免了血管的吸附 、生物和化學(xué)的破壞以及快速降解 。近年隨著研 究的深入 ,對于 shb g 的生理功能有了進(jìn)一步的認(rèn)識 。211 shb g 介導(dǎo)激素信號傳導(dǎo) : na

15、khla 等10發(fā)現(xiàn)單純將雙氫睪酮或 shb g 加入無血清培養(yǎng) 的 alva241 前列腺癌細(xì)胞系并不影 響 細(xì) 胞 的生長 ;相反 ,若先加入 shb g 后再用雙氫睪酮刺激 ,細(xì)胞增殖明顯加快 ,而且培養(yǎng)液中 camp 快 速顯著上升 , 并與雙氫睪酮成 劑 量 依 賴 關(guān) 系 。有證據(jù)表明此時 camp 的增加并非有經(jīng)典的核類固醇受體參與 ,因為 : 作用效果迅速 。 不 能與 shb g 結(jié)合的類固醇受體激動劑如乙烯雌酚無此作用 。 傳統(tǒng)的抗激素三苯氧胺缺乏抑制作用 。 與 shb g 結(jié)合 , 但不激活類固醇受 體的復(fù)合物能使之失活 。結(jié)果說明雙氫睪酮刺激雄激素依賴細(xì)胞的生長是通過

16、 shb g 介導(dǎo) ,同時 shb g 受體與腺苷酸環(huán)化酶系統(tǒng)偶聯(lián) 。業(yè) 已證實 shb g 受體屬于 g 蛋白超家族 ,有低親 和力 、低結(jié)合容量和高結(jié)合力 、高結(jié)合容量兩種固醇激素生物信號外 , shb g 還可以 直 接 作 用于某些組織受體 ,發(fā)揮第一信使作用調(diào)節(jié)細(xì)胞 的功能 。shb g 刺激胎盤分泌 hcg 的生理意義目前還未查明 ,但鑒于 hcg 在妊娠過程中的特 殊作用 ,推測與胎盤胚胎的生長以及滋養(yǎng)層細(xì) 胞的分化有關(guān) 。213shb g 是糖尿病的危險因素 :瑞典哥德堡一個為期 12 a 的 shb g 與終點 ( end point) 疾病關(guān)系的前瞻性研究結(jié)果顯示 ,在入選

17、的 1 422名女性被觀察對象中 ,12 a 后糖尿病的發(fā)病率 達(dá) 3 % ;糖尿病發(fā)病者 shb g 濃度顯著低于未發(fā) 病者 ( 55 ±31) nmoll vs ( 88 ±55) nmoll 。將 所有被觀察者的 shb g 水平從低到高排列 , 用年齡標(biāo)化后分為 5 等份 ,shb g 最低一個等份的 糖尿病的發(fā)病率分別是其 他 4 等 份 的 5 倍 以 上 ;若按百分比排列 , shb g 最低 10 %和 5 %的被觀察者其糖尿病的發(fā)病率是其他人的 8 倍或11 倍 ,提示低 shb g 水平與糖尿病的發(fā)病率有 關(guān) 。將甘油三酯 、膽固醇 、血糖 、體重 指

18、數(shù) 、腰圍臀圍比和收縮壓等因素考慮在內(nèi) ,并用年齡 標(biāo)化后的多因素相關(guān)分析則結(jié)果顯示 ,無論是 在絕經(jīng)前還是絕經(jīng)后 , shb g 與糖尿 病 的 發(fā) 病率仍呈獨立的顯著負(fù)相關(guān) 。說明低 shb g 是女 性糖尿病發(fā)病的獨立危險因素 。美國的相關(guān)研 究也得到同樣的結(jié)論 , 并提示低 shb g 是胰島素抵抗的指標(biāo)12 。在低 shb g 與男性糖尿病發(fā) 病的研究方面 ,小樣本研究顯示低 shb g 與糖尿病發(fā)病無關(guān) ;最近大樣本的調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn) ,低shb g 也 是 男 性 糖 尿 病 發(fā) 病 的 有 效 預(yù) 測 指位點10 ,11。研究還顯示 shb g2受體復(fù)合物系統(tǒng)具有特異反應(yīng)性 ,若類

19、固醇激素先與 shb g 結(jié)合 ,則誘導(dǎo) shb g 分子結(jié)構(gòu)發(fā)生構(gòu)形變化 ,膜結(jié) 合位點隱藏 ,失去與膜受體結(jié)合能力 ,從而喪失介導(dǎo)信號傳導(dǎo)的功能11 。標(biāo)13。總之 , shb g 的一級結(jié)構(gòu)和基因組序 列 已經(jīng)明確 ,但是多肽鏈的高級結(jié)構(gòu)與功能區(qū)域的關(guān)系還不十分清楚 ;不同組織中 shb g cdna 突 變體 表 達(dá) 的 意 義 還 需 研 究 ?，F(xiàn) 已 發(fā) 現(xiàn) , shb g 除具有特異性的結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)性類固醇激素的功能外 ,通過與組織細(xì)胞表面的特異 shb g 受體 結(jié)合介導(dǎo)和 ( 或) 直接激活腺苷酸環(huán)化酶系統(tǒng) , 從而調(diào)節(jié)組織細(xì)胞功能 ; 低 shb g 尚可作為糖尿病的發(fā)病和胰

20、島素抵抗的 預(yù) 測 指 標(biāo) 。有 關(guān) shb g 生理功能的研究尚不完善 , 今 后 還 需 更 深入的工作 。212shb g 具 有 激 素 樣 作 用 :最 近 queipo等11將 shb g 加入用無血清培養(yǎng)的人胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞 ,24 h 后測定培養(yǎng)液中 hcg 和 camp 的含量 ,結(jié)果發(fā)現(xiàn) ,與對照組比較兩種代謝產(chǎn)物均 明顯增高 ( p < 0 . 01) ; 預(yù)先加入 shb g , 再用雙 氫睪酮刺激可以進(jìn)一步提高 hcg 和 camp 分泌量 。相反 ,單純加入雙氫睪酮或加入雙氫睪酮2shb g 復(fù)合物 , 結(jié)果 與 對 照 組 無 差 異 。說 明 除 了與特異受

21、體結(jié)合 , 接受并通過 camp 傳遞類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 hete

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