性激素结合球蛋白的结构和功

国 外 医 学 内 分 泌 学 分 册 2000年 7月 第 204期 195 coid-remediable aldosteronism [J]. J Clin Endocrinol Metab, 1997,82:3570 ～ 3573. [12] Blumenfeld JD, Vaughan ED Jr. Diagnosis and treatment of pri- mary aldosteronism [J]. World .J Urol, 1999,17:15 ～ 21. (收稿日期：1999-08-31 修回日期：1999-12-21) 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：近年来研究明，性激素结合球蛋白(SHBG)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；SHBG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，SHBG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 中图分类号：Q579.101 文献标识码:A 文章编号:1003-5435(2000)04-0195-04 性激素结合球蛋白(SHBG)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SHBG的研究进展作一综 述。 1 SHBG的 结 构 1.1 基因结构人SHBG基因编码区位于第 17对染色体的短臂(p12-13)，由8个外显子和7 个内含子组成，长约3 kb[3]。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2～8个外显子分别中止于多肽链的 和 。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SHBG基因具有多 态性。筛查人睾丸cDNA库发现两种与人SH- BG cDNA结构相似的SHBG基因突变体，两突 变体cDNA序列与人SHBG cDNA差异的位点 几乎相同，均靠近人肝SHBG cDNA的5′端。一 种SHBG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SH- BG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SHBG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SHBG编码区相连。测序结 果显示，SHBG基因突变体cDNA的两个独特5′ 端序列位于编码正常SHBG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55bp，含有多个ALU重复序列。用SH- BG 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SHBG基因突变体的蛋白产物。其 存在的意义尚不清楚[3]。最近研究[4]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SHBG mRNA和第7外显子缺失的SHBG 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SHBG 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(1964-)，男，北京人，主治医师，博士。 万方数据 196 国 外 医 学 内 分 泌 学 分 册 2000年 7月 第 20卷 第 4期 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SHBG mRNA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SHBG水平降低 的疾病有特异性的染色体异常，但SHBG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SHBG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SHBG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SH- BG基因突变体在肝细胞外组织和细胞表达的 原因[3]。 1.2 分子结构 完整的人SHBG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 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Leu[8]。二级结构中α螺旋、β片层和 β翻转结构分别占15％、43％和10％～16％[7]。 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SHBG分子是同型二聚体，但 变性后对其进行凝胶电泳，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SH- BG的合成和分泌不受影响；不同寡聚糖链缺失 的变异SHBG与性激素结合的亲和能力和特异 性方面与完整SHBG相同，且单体聚合成二聚 体的能力和方式与正常SHBG单体相同。说明 SHBG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SH- BG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(Asn-X-Ser或Thr)。将纯化的变异 SHBG注射入兔体内，测定其消失曲线观察生 物半衰期，结果变异SHBG生物半衰期显著长 于正常SHBG[(63.63±3.92)h Vs(38.18±7. 22)h]，提示SHBG的寡聚糖链与其生物半衰期 和代谢有关[9]。 每个SHBG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。SHBG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SHBG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 有关的氨基酸主要是多肽链的氨基端一半[3]。 多肽链中 Thr48-Tyr57和Leu131-Pro149的二级结构 形成β片层，其中Thr48-Tyr57构成特异的膜受体 结合区域。而Lys134-Met139的氨基酸与类固醇激 素结构中的A／B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 万方数据 国 外 医 学 内 分 泌 学 分 册 2000年 7月 第 20卷 第 4期 197 度保守的N-寡聚糖链结合位点，而相关研究结 果显示，去除寡聚糖链的SHBG与其特异受体 结合受阻，提示该区域内含有与SHBG特异受 体结合的区段。 2 SHBG的 作 用 传统理论认为，SHBG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SH- BG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SHBG的生理功能有了进一步 的认识。 2．1 SHBG介导激素信号传导：Nakhla等[10] 发现单纯将双氢睾酮或SHBG加入无血清培养 的ALVA-41前列腺癌细胞系并不影响细胞的 生长；相反，若先加入SHBG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：①作用效果迅速。②不 能与SHBG结合的类固醇受体激动剂如乙烯雌 酚无此作用。③传统的抗激素三苯氧胺缺乏抑 制作用。④与SHBG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SHBG介导， 同时SHBG受体与腺苷酸环化酶系统偶联。业 已证实SHBG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 位点[10,11]。研究还显示SHBG-受体复合物系统 具有特异反应性，若类固醇激素先与SHBG结 合，则诱导SHBG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]。 2.2 SHBG具有激素样作用：最近Queipo 等[11]将SHBG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＜O.01)；预先加入SHBG，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- SHBG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 固醇激素生物信号外，SHBG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。SHBG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。 2.3 SHBG是糖尿病的危险因素：瑞典哥德 堡一个为期12 a的SHBG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SHBG浓度显著低于未发 病者[(55±31)nmol／L Vs(88±55)nmol／L]。将 所有被观察者的SHBG水平从低到高排列，用 年龄标化后分为5等份，SHBG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，SHBG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SHBG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，SHBG与糖尿病的发病 率仍呈独立的显著负相关。说明低SHBG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SHBG是胰岛 素抵抗的指标[12]。在低SHBG与男性糖尿病发 病的研究方面，小样本研究显示低SHBG与糖 尿病发病无关；最近大样本的调查结果发现，低 SHBG也是男性糖尿病发病的有效预测指 标[13]。 总之，SHBG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SHBG cDNA突 变体表达的意义还需研究。现已发现，S-HBG 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SHBG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SHBG尚可作为糖 尿病的发病和胰岛素抵抗的预测指标。有关 SHBG生理功能的研究尚不完善，今后还需更 深入的工作。 万方数据 198 国 外 医 学 内 分 泌 学 分 册 2000年 7月 第 20卷 第 4期 参 考 文 献 ： [1] Cates JM, Damassa DA. 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(收稿日期：1999-07-04 修回日期：1999-12-21) 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CYPcl7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 中图分类号：R587.302 文献标识码:A 文章编号:1003-5435(2000)04-0198-04 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(1972-)，男，山东诸城市人，在读硕 士。 万方数据