皮質激素的作用機制 (1)

1、中日友好醫(yī)院 吳東海寫在課前的話糖皮質激素進入細胞后，與胞質特異受體結合，受體激活，發(fā)生變構，暴露出一個DNA結合域。類固醇受體復合物形成二聚體，然后進入胞核，結合到DNA的類固醇反應元件上。效應可以是阻遏或誘導特殊基因轉錄。一、糖皮質激素的概述1935年首先分離出天然的可的松，1944年合成可的松并應用于臨床，1948年Hench首次用它治療RA并獲得神奇效果，并因此而獲1950年Nobel獎。此后多種合成糖皮質激素相繼面市，其中有些具有很強的抗炎和免疫抑制作用，因此激起人們很大的熱情。但隨著各種副作用的出現(xiàn)，它的應用大大減低。近一二十年來，人們發(fā)現(xiàn)它對類風濕關節(jié)炎的治療有幫助。盡管它在臨床

2、應用已半個多世紀，關于它的風險和效益爭論一直持續(xù)不斷。如下圖所示，左側的是一個腎臟，上面有腎上腺。腎上腺剖開以后，從外向內有被膜、皮質、髓質。如果把腎上腺做成切片，上面是被膜，中間是腎上腺皮質，最下面是腎上腺髓質。腎上腺皮質又分成球狀帶、束狀帶和網(wǎng)狀帶。球狀帶分泌鹽皮質激素，主要代表為醛固酮。束狀帶分泌糖皮質激素，主要代表為可的松和氫化可的松。網(wǎng)狀帶分泌大量的弱雄激素和極少量的雌激素，髓質分泌腎上腺素和去甲腎上腺素。二、糖皮質激素的結構如下圖，左圖是糖皮質激素的基本結構圖。糖皮質激素的C17上有-OH，C11上有=O或-OH。（一）改構后增強糖皮質激素的抗炎作用改構后增強糖皮質激素的抗炎作用，

3、如圖中所示C1和C2為雙鍵以及C6引入-CH3則抗炎作用增強、水鹽代謝作用減弱。如下右圖所示C9引入-F，C16引入-CH3或-OH則抗炎作用更強、水鹽代謝作用更弱。（二）糖皮質激素的基本結構及變異C11位羥基化后才具有抗炎作用；若為酮基則需在肝臟內轉化；肝功能不全時則不能轉化，無需經(jīng)肝臟轉化直接起效。C1=C2雙鍵結構使糖皮質激素作用加強，鹽皮質激素作用減弱，加強抗炎活性。C6甲基化：親脂性增高，快速到達作用靶位，增強組織滲透，靶器官濃度高，可以迅速起效、增加抗炎活性。C9位氟化：抗炎活性增加，對HPA軸的抑制增強，肌肉毒性增高。同時增加療效和副作用。氫化可的松的11位上有羥基，甲基強的松龍

4、、強的松龍、地塞米松、去炎松都有羥基。而強的松和可的松的11位上沒有羥基，它11位上的酮基在肝臟中轉化為羥基才有生物活性。所以外用藥物必須是11-羥基的。（三）糖皮質激素和下丘腦、垂體、腎上腺軸的相互反饋作用糖皮質激素和下丘腦、垂體、腎上腺軸的相互反饋作用。大腦的邊緣系統(tǒng)調節(jié)情緒，視交叉上調節(jié)晝夜規(guī)律，即晝夜規(guī)律也可影響激素的水平。免疫系統(tǒng)分泌的細胞因子、細胞介質引起疼痛，作用于下丘腦，使下丘腦釋放皮質釋放激素，促皮質釋放激素作用于垂體，使垂體釋放促皮質激素，促皮質激素作用于腎上腺，使腎上腺合成和分泌更多的糖皮質激素，糖皮質激素分泌到血液后對下丘腦、垂體有一個反饋作用，它對免疫系統(tǒng)也有抑制作用

5、。也作用于肝臟、骨骼、脂肪等系統(tǒng)。下丘腦-垂體-腎上腺軸調節(jié)糖皮質激素的基礎和應激時的釋放。每天分泌的基礎量約為1020mg氫化可的松。凌晨為分泌高峰，傍晚為低谷。應激刺激包括冷、運動、感染、手術可增加糖皮質激素的分泌。下丘腦-垂體-腎上腺軸對負反饋敏感，長期負反饋可引起腎上腺皮質萎縮，鈍化下丘腦-垂體-腎上腺軸反應。因此給予ACTH或在應激情況下，患者不能分泌足夠的糖皮質激素。三、皮質激素的作用機制（一）糖皮質激素的劑量效應關系臨床應用發(fā)現(xiàn)，激素劑量不同，發(fā)揮的作用也不同。在極低劑量（相當于強的松劑量10-12mol/L）時產(chǎn)生基因效應。強的松用量不超過300 mg/d時，隨劑量增加，占據(jù)更

6、多受體，基因效應增強。超過此劑量受體幾乎全部被占據(jù)。因需要一定的時間進行基因轉錄和蛋白質合成，基因效應的顯現(xiàn)需的時間較長，至少需要30分。該效應可以被轉錄或翻譯抑制劑（如放線菌酮D）所阻斷。超過上述劑量范圍則通過一種新的、稱之為非基因效應的機制發(fā)揮作用。這種效應通過：膜結合受體（強的松劑量10-9mol/L）和（或）細胞膜的生化作用介導（強的松劑量10-4mol/L）。非基因效應可在極短的時間內發(fā)生（幾秒鐘到數(shù)分鐘），并且轉錄抑制劑或蛋白質合成抑制劑均不能阻斷糖皮質激素的這種快速效應。見表1。表1糖皮質激素的劑量效應關系糖皮質激素有基因效應和非基因效應。如以上表格所示：第一個模式，所需要強的松

7、的量比較少，10-12 mol/L，作用機制是基因組作用，起效時間至少是30分鐘，它的作用可以被轉錄抑制劑和蛋白抑制劑所阻斷。第二個模式，需要強的松的等效劑量是10-9 mol/L，它是非基因組效應，它需要的時間是幾秒到一二分鐘，它的作用不能被轉錄和翻譯抑制劑所阻斷。第三個模式，糖皮質激素10-4mol/L，它是一個附加的非基因組物理化學作用，它起效的時間很快，幾秒鐘。而且效應不被蛋白轉錄或基因轉錄或蛋白合成，蛋白翻譯的抑制劑所阻斷。如右圖所示，縱坐標是一療效圖，橫坐標是一糖皮質激素的劑量圖。綠線是基因組作用，隨著糖皮質激素劑量的增加，基因組作用逐漸增加，到了250300mg時進入平臺期。黃線

8、是非基因組作用，它在低劑量時作用很弱，高劑量時作用增強。紅線是基因組和非基因組的總效應。（二）糖皮質激素效應糖皮質激素效應包括基因組效應和非基因組效應，基因組效應是通過糖皮質激素核受體發(fā)揮作用。核受體（ nuclear receptor）是一類可擴散并可與特異性配體結合的細胞內信號蛋白。存在于細胞質或細胞核內。常特指類固醇激素、甲狀腺激素、視黃酸和維生素D3等疏水性小信號分子的受體。它們實際上是配體依賴性轉錄調節(jié)因子，與配體結合后可以在細胞核內調節(jié)基因表達而使配體發(fā)揮作用。非基因組效應又分為特異非基因組效應和非特異非基因組效應。非特異非基因組效應是禟皮質激素與細胞膜的物理化學作用。糖皮質激素特

9、異非基因組效應涉及多個受體，糖皮質激素膜受體和細胞漿中經(jīng)典的糖皮質激素受體，糖皮質激素膜受體又包括核受體基因編碼的膜受體和非核受體基因編碼的膜受體兩種膜。臨床應用發(fā)現(xiàn)，激素劑量不同，發(fā)揮的作用也不同。糖皮質激素的劑量效應關系是什么？何為糖皮質激素效應？什么是核受體？四、糖皮質激素受體如右圖所示：hGR基因位于染色體的5q31區(qū)，包含9個外顯子，外顯子1和部分外顯子2編碼5非翻譯區(qū)序列，外顯子28編碼GR的主體序列，外顯子9編碼hGRa和hGRb的不同C末端和3端非翻譯區(qū)序列。糖皮質激素的受體有9個外顯子。外顯子1有三個不同的啟動子（如下圖所示），分別為1A，1B，和1C，外顯子1中有驅動子1A

10、、外顯子1A、驅動子1B、外顯子1B、驅動子1C和外顯子1C。在外顯子1A中又有三個外顯子，外顯子1A1，1A2，1A3，所以它可以選擇性的剪接和外顯子2結合。如下圖所示：最上面的是糖皮質激素基因，基因轉錄時，它會轉錄成核糖核體，核糖核酸，信息核糖核酸。左上面的信息核糖核酸是由啟動子28加9組成，所以它是糖皮質激素信息核糖核酸。右下面是禟皮質激素信息核糖核酸，它是由啟動子28加9組成。從啟動子28加9和9組成糖皮質激素和都包括在內的信息核糖核酸。這些啟動子可產(chǎn)生多種GR mRNAs，選擇性轉錄9和9外顯子又可產(chǎn)生不同GR mRNAs它們在外顯子1的 5端有獨特的非翻譯片斷。選擇性剪接外顯子9，

11、產(chǎn)生 hGRa和hGRb亞型。兩者從N端開始到aa727都是一樣的，此后由于對外顯子9的選擇性剪接，GR再增加50個氨基酸，形成全長777個氨基酸的多肽。GR再增加15個氨基酸，形成全長742個氨基酸的多肽。以GR為例，翻譯GR mRNA時，核糖體從5端進入，識辨第一個起始密碼后依次添加氨基酸，直到遇到3端的終止密碼，產(chǎn)生一個全長777個氨基酸的多肽。在GR mRNA中有7個起始密碼子（AUG），可以產(chǎn)生至少8個受體多肽，它們的N端長短各不相同。這些受體亞型被命名為GR-A，-B， -C1， -C2， -C3，-D1，-D2和-D3。一個GR基因可產(chǎn)生多種GR 異型體：一，不同的轉錄起始點（e

12、xon 1A，1B， or 1C）。二，外顯子9mRNA的選擇性剪接產(chǎn)生GR和GR。三，不同的翻譯起始點又可使GR或 GR產(chǎn)生新的異型體。數(shù)目表示每個GR 異型體的第一和最后一個氨基酸殘基。四，每個GR 蛋白通過共價鍵被其他分子所修飾：S113，S141，S203，S211和S226殘基磷酸化；K417泛素化；K277，K293和K703被小分子泛素樣物質所修飾（Sumolyation ）注：K賴氨酸；S絲氨酸。糖皮質激素受體N端（aa 1-420）含有活化域AF-1；氨基酸421-486構成 DNA結合域（DBD），該域含有兩個鋅指結構，鋅指結構中有介導二聚化的氨基酸殘基（the so-ca

13、lled Dloop），DBD有相應于反應元件的特異性序列，DBD附近還有一個核定位信號（NL1）；氨基酸487-527為鉸鏈區(qū)；氨基酸528-777為配體結合區(qū)，該區(qū)有另一個核定位信號（NL2）和活化域（AF-2 ort2）五、糖皮質激素的基因組機制GC為一種磷脂類物質，易于通過細胞膜進入細胞，與胞漿內的激素受體結合。結合后的類固醇-受體復合物通過下列三種機制調節(jié)基因轉錄。（一）正性GRE和負性GRE與靶基因啟動子區(qū)的GREs直接結合調控靶基因的表達。GREs有兩種：正性GRE指令誘導轉錄，負性GRE指令轉錄抑制。1皮質激素受體與GREs結合如細胞的示意圖，糖皮質激素在細胞外，它可以滲透過細

14、胞膜進入到細胞漿，與糖皮質激素受體結合，然后與糖皮質激素反應元件結合，結合以后引起轉錄活化，合成更多的信息核糖核酸，信息核糖核酸通過核孔進入細胞漿，在核糖體的作用下，翻譯成各種蛋白。在這種情況下，產(chǎn)生白介素1受體拮抗劑，白介素10和植皮素等。2皮質激素受體與nGREs結合與正性GRE不同，在沒有GC的情況下，其他蛋白可以與負性GRE結合，增強啟動子的活性。GC-GR復合物通過與該蛋白競爭或使之滅活取消對啟動子的增強作用。GR結合到靶基因的啟動子的nGREs，置換其他因子，如TATA盒結合蛋白（TBP），而關閉轉錄。這是一個負性糖皮質激素反應元件，在沒有糖皮質激素受體的情況下，它和TBP結合，可

15、以正常轉錄。但一旦有了糖皮質激素，糖皮質激素受體復合物把TBP隔離開，使轉錄受到抑制或停止，那骨鈣素，阿黑皮素原，促腎上腺皮質激素釋放素和5-羥色氨的生成就會減低。GR可以系縛在其他結合DNA的轉錄因子上，如八聚體結合蛋白和NF-KB，從而關閉轉錄。（二）與其他轉錄因子相互作用與其他轉錄因子相互作用：激活的GR通過蛋白-蛋白間的相互作用直接影響活化蛋白-1（AP1）、cAMP反應元件結合蛋白（CREB）、NFkB等轉錄因子的活性，導致AP1等轉錄因子不能與相應的反應元件結合，基因轉錄受到抑制。GR隔絕其他轉錄因子，如NF-kB （p65 and p50），AP1（未標出）和輔助調節(jié)因子如cAM

16、P respose element binding protein （CBP）而抑制轉錄。GR與其他轉錄因子（TF）協(xié)作，如STAT誘導轉錄。如-酪蛋白，TLR2。（三）不同核受體間異源二聚體的形成不同核受體間異源二聚體的形成:GR可以與鹽皮質激素受體（MR）、或其他的核受體形成異源二聚體，形成的異源二聚體可與GRE或其他激素反應元件（HRE）結合影響靶基因的轉錄。糖皮質激素調節(jié)許多基因，因研究的細胞不同，所用藥物及統(tǒng)計方法不同，可以從幾百到幾千。一般認為抑制轉錄因子，如AP-1和NF-kB是糖皮質激素發(fā)揮抗炎作用的主要機制，而副作用由DNA依賴的轉錄調節(jié)所致。GC為一種磷脂類物質，易通過細胞

17、膜與胞漿內的激素受體結合形成類固醇-受體復合物，并通過三種機制調節(jié)基因轉錄，試簡述三種機制？關于糖皮質激素的基因組機制的說法錯誤的是（ ）窗體頂端A. 在沒有GC的情況下，其他蛋白不能與負性GRE結合B. 正性GRE指令誘導轉錄，負性GRE指令轉錄抑制C. 激活的GR通過蛋白-蛋白間的相互作用直接影響活化蛋白-1D. 不同核受體間形成異源二聚體窗體底端A. 在沒有GC的情況下，其他蛋白不能與負性GRE結合B. 正性GRE指令誘導轉錄，負性GRE指令轉錄抑制C. 激活的GR通過蛋白-蛋白間的相互作用直接影響活化蛋白-1D. 不同核受體間形成異源二聚體正確答案：A解析：與正性GRE不同，在沒有GC

18、的情況下，其他蛋白可以與負性GRE結合，增強啟動子的活性。GC-GR復合物通過與該蛋白競爭或使之滅活取消對啟動子的增強作用。六、非基因組機制（一）非基因組效應目前慣例是把符合下面條件中的一條或數(shù)條GC效應稱為非基因組效應：一，效應發(fā)生的時間太短，難以進行RNA和蛋白質的合成（GC刺激后數(shù)秒到數(shù)分鐘內發(fā)生）；二，即使在有RNA和蛋白質合成抑制劑存在的情況下，也可以發(fā)生的效應；三，采用偶合不能通過細胞膜分子的GC，也可以發(fā)生的效應；四，在缺少細胞核或不能進行RNA和蛋白質合成的細胞內（如紅細胞、精子、培養(yǎng)的胚胎海馬神經(jīng)元），也可以發(fā)生的效應；五，GC與不具有激活轉錄活性的突變受體結合后仍能發(fā)揮的效

19、應。GC大致通過三種途徑激活多種細胞信號轉導通路發(fā)揮“非基因組效應”：一，通過與特異性的糖皮質激素膜受體作用；二，通過與細胞漿中經(jīng)典糖皮質激素受體的特異性作用；三，通過與細胞膜的物理化學作用。關于非基因組效應的說法錯誤的是（ ）窗體頂端A. 效應發(fā)生的時間太短，難以進行RNA和蛋白質的合成B. 即使在RNA和蛋白質合成抑制劑存在的情況下，也可發(fā)生的效應C. 采用偶合通過細胞膜分子的GC，也可發(fā)生的效應D. GC與不具有激活轉錄活性的突變受體結合后仍能發(fā)揮的效應窗體底端A. 效應發(fā)生的時間太短，難以進行RNA和蛋白質的合成B. 即使在RNA和蛋白質合成抑制劑存在的情況下，也可發(fā)生的效應C. 采用

20、偶合通過細胞膜分子的GC，也可發(fā)生的效應D. GC與不具有激活轉錄活性的突變受體結合后仍能發(fā)揮的效應正確答案：C解析：采用偶合不能通過細胞膜分子的GC，也可以發(fā)生的效應。（二）GC的膜受體GC的膜受體分為兩種，即核受體基因編碼的膜受體和非核受體基因編碼的膜受體。前者是指編碼膜受體的基因與編碼核受體的基因相同，只是轉錄水平或翻譯水平修飾不同而產(chǎn)生了不同的轉錄翻譯產(chǎn)物，而后者則是指編碼膜受體的基因與編碼核受體的基因不同。1核受體基因編碼的膜受體1987年，Gametchu發(fā)現(xiàn)在小鼠T淋巴細胞瘤細胞S-49細胞膜存在類GR抗原，使用GC可誘導S-49細胞發(fā)生溶解反應。如果淋巴瘤細胞缺乏NmGR，GC

21、就無法誘導瘤細胞的溶解反應，從而難以發(fā)揮殺傷瘤細胞的作用。Bartholome等采用針對GC核受體150176個氨基酸的單克隆抗體，通過流式細胞免疫熒光標記技術在健康個體外周血的單個核細胞膜上檢測到了糖皮質激素膜受體。2非核受體基因編碼的膜受體1996年，Koukouritaki等研究發(fā)現(xiàn)使用0.1mol的地塞米松處理人子宮內膜細胞15min后，會出現(xiàn)cAMP依賴的肌動蛋白聚合動力的快速改變。處理24 h后亦能觀察到同樣現(xiàn)象。使用GR拮抗劑RU486可以完全阻斷GC處理24h后的這種效應，但不能影響處理15 min的效應。提示這種快速變化并非由經(jīng)典的糖皮質激素核受體所介導，很可能由細胞膜上存在

22、的特異GC結合位點所介導。（三）細胞漿中經(jīng)典糖皮質激素受體介導的“非基因組效應”細胞漿中經(jīng)典GCR介導的GC可減弱Lck/Fyn的磷酸化，抑制這些激酶向T細胞受體復合體募集，從而快速發(fā)揮免疫抑制效應，用缺乏糖皮質激素核受體的Jurkat細胞或者GCR拮抗劑RU486證實，GC的這種LckFyn激酶抑制效應是核受體依賴性的，提示GC的這種快速免疫抑制效應是由經(jīng)典受體介導的。（四）與細胞膜的物理化學作用由于類固醇激素本身具有的親脂性，使其可在細胞膜脂質中發(fā)生蓄積，從而通過影響膜的流動性或是影響膜蛋白的功能，如對離子通道或膜受體蛋白的影響，產(chǎn)生非特異的快速效應，這種快速效應無需受體的介導，且引發(fā)這種效應往往需要的激素濃度較高（通常需要10mmolL以上）。而GR發(fā)揮特異的非基因組效應需要的激素濃度通常只需要nmolL濃度水平，遠遠低于非特異效應所需的激素水平。并且研究發(fā)現(xiàn)這種快速效應的程度與激素濃度之間存在劑量關系。（五）糖皮質激素對不同血細胞的作用見表2。