雌激素受体和表皮生长因子受体之间的双向信号传递

摘要

雌激素受体（ER）和表皮生长因子受体（EGFR）之间的相互作用有助于这些结合蛋白家族的生物学效应。EGFR刺激子宫中的DNA合成和基因转录，部分与核ER的雌激素非依赖性激活有关。这是由质膜酪氨酸激酶生长因子受体产生的信号转导引起的，导致1）核ER的磷酸化和激活，协同调节蛋白的磷酸化。最近的研究表明，ERα池以细胞质蛋白的形式存在于质膜中或与质膜结合。这些雌激素受体利用膜EGFR通过各种影响乳腺癌细胞中雌激素转录和非转录作用的激酶级联快速发出信号。这与受体信号传递的一般主题一致，膜G蛋白偶联受体激活酪氨酸激酶生长因子受体（EGFR，IGF-I受体），随后向MAPK和其他途径发出信号。总之，EGFR和ER细胞池之间的双向串扰有助于生殖器官生理学和病理生理学。

大多数生长因子通过结合胞膜中表达的酪氨酸激酶受体来激活细胞增殖、分化或生存程序(1–4). 结果，受体发生二聚化和构象变化，导致离散酪氨酸残基的转磷酸化。这为含有Src-同源2结构域的信号或连接/适配器分子提供了结合位点，并补充了额外的信号分子(5，6). 此类蛋白质包括非受体酪氨酸激酶，如Src家族成员或Grb和Sos家族蛋白质。信号级联随后被触发，取决于酪氨酸、丝氨酸/苏氨酸和脂激酶（包括ras、raf、蛋白激酶C和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K））的移位、膜结合和激活。这些激酶磷酸化细胞质中的底物蛋白，改变目标蛋白的功能。例如，PI3K的刺激导致AKT激活，AKT随后磷酸化多种促凋亡蛋白，包括BAD、糖原合成酶激酶-3β或Forkhead转录因子(7，8). 这种翻译后修饰使细胞质中的这些蛋白质螯合/失活，从而导致细胞存活。

激酶也会转移到细胞核，在那里磷酸化/激活并转录转录因子，这些转录因子诱导各种即时早期和晚期基因的上升。这一重要事件是生长因子信号传导的许多生物学效应的基础。事实上，当MAPK家族ERK成员的核定位被阻止时，细胞增殖通常会停止(9). 与细胞分裂相关的ERK的重要核靶点包括细胞周期蛋白D1基因和原癌基因c的反式激活-福斯和c-myc公司(10–13). 因此，从膜向细胞质和核事件发出信号的能力是生长因子受体功能的一个基本特征。

传统上认为类固醇激素通过核受体结扎发挥作用(14). 对于雌激素，与雌激素受体（ER）α或ERβ结合会在细胞核中产生活性复合物，该复合物直接与靶基因启动子内的雌激素反应元件结合DNA。或者，雌二醇（E₂)/ER促进转录因子与DNA结合(15). 配体ER与共调节蛋白形成复合物(16)，以及基础转录机制复合体的成分，导致RNA聚合酶II活性的调节、组蛋白诱导的染色质解折叠和转录。然而，越来越清楚的是，雌激素（和其他类固醇激素）也能在几秒到几分钟内迅速激活信号，这不能用核受体的任何已知功能来解释(17). 此外，缺乏核定位序列的ER(18)靶向质膜的或截短的ER完全能够激活激酶和随后的细胞增殖或存活(19，20). 定位在不同靶细胞质膜上的一小部分内源性雌激素受体，其作用类似于嵌入膜中的经典生长因子受体。这些ER定位于从靶细胞（如内皮细胞）的质膜分离的小凹筏结构域(19，21). 然而，目前尚不清楚这些性类固醇受体是否是完整的膜蛋白和/或通过与小窝蛋白-1结合而作为细胞质蛋白栓系到小窝的细胞质表面。

信号领域的一个重要原则是，生长因子受体相互之间相互作用。这包括受体家族成员之间的异源二聚体化，以表皮生长因子（EGF）受体（EGFR）家族的四个成员为例(22). 此外，来自一个受体的信号激活细胞质非受体激酶(例如.-Src）对邻近受体的活性进行正或负调节(23). 在这方面，在细胞群上表达的EGFRs可能会将各种无关生长因子受体所实施的信号转导传播到邻近细胞上(24).

新出现的数据表明，质膜类固醇受体之间可能存在串扰。孕酮可以通过利用ER刺激ERK信号(25)雌激素或雄激素可以通过性类固醇受体混杂地刺激ERK信号（和细胞生存）(20). 此外，膜生长因子和类固醇受体的作用与核类固醇接收器的作用交织在一起，从而影响细胞生物学。一个例子是核受体转录基因，这些基因的蛋白产物因膜受体信号传导而通过磷酸化而在功能上发生剧烈变化。

在这个概述中，我将描述ER和EGFRs之间串扰的当前状态。这一领域的工作确立了一些EGFR[可能还有IGF-I受体（IGF-IR）]作用对核ER的要求。最近的研究结果表明，EGFR（或类似受体）在乳腺癌细胞膜雌激素信号传导中的重要作用。这些基本细胞因子之间的双向信号传递增强了单个类固醇和生长蛋白的作用。

EGFRs向核ER发送信号

EGF与EGFR家族的一个或多个成员结合，向细胞核和细胞质发出信号级联，导致细胞生物学行为(22，26). E间接使用该途径₂在生殖器官中，E₂诱导EGFR并刺激子宫内的生长和快速蛋白水解活性(27). 随后的研究证实，这种性类固醇刺激生殖器官中EGF的合成(28). EGF的上调可能解释了E的强大增殖作用₂在子宫上皮上，EGF抗体可以阻止这种作用(29). E导致EGF合成增加₂行动扩展了早期观察到的E₂诱导乳腺癌细胞分泌EGF(30)并暗示这种相互作用在激素反应性癌症的生长中。在EFGR基因敲除（KO）小鼠中，基质室对E₂子宫和阴道严重受限(31).

观察到EGFR信号依赖于ER介导的功能，但呈雌激素依赖性，由此导出了ER和EGFR相互作用的新模型(32). 来自Ignar天桥的研究等。(33)结果表明，雌激素受体拮抗剂ICI 164384可阻止EGF诱导子宫DNA和脂质合成。最近的研究表明，ER拮抗剂的作用可以通过招募共抑制因子介导，从而抑制生长因子诱导的ER转录效应(34). DiAugustine和Korach实验室的持续工作(35)结果表明，ERαKO（ERKO）小鼠子宫中没有EGF诱导的DNA合成和转录。这些结果清楚地显示了生殖器官中EGF作用对ER的依赖性。

EGFR如何利用ER进行生物作用？观察结果表明，一些肽生长因子受体对核内质网的磷酸化和活化发出信号(36，37). 这包括EGF，最初归因于生长因子受体激活的MAPK（ERK）在核ERα的A/B结构域磷酸化丝氨酸118的能力。丝氨酸118磷酸化导致EGFR上调的基因的ER相关反式激活增加。Ignar-Trowbridge的工作等。(38)表明EGFR连接以雌激素受体依赖的方式诱导雌激素反应元件报告结构的转录上调。该小组还证明EGFR-to-ER串扰需要ERα的A/B域(39). 随后的研究表明，一些激酶磷酸化ERα内的额外残基，导致核受体的转录活性增加(40–44). 因此，生长因子-受体-内质网相互作用的影响取决于特定细胞内的信号环境，该信号环境不同地磷酸化细胞核内质网中的许多残基。

EGFR-induced signaling调节ER转录活性的另一种机制是通过协同调节蛋白磷酸化。例如，EGF诱导的ERK磷酸化糖皮质激素受体相互作用蛋白1的丝氨酸736。这增加了核受体非特异性辅活化蛋白的活性(45). EGF触发的Src和Jnk激活可能对cAMP反应元件结合蛋白具有类似的功能(46). 其他对内质网功能重要且特异的辅激活蛋白也可以通过信号诱导的翻译后修饰被激活或招募。有趣的是，生长因子受体向细胞周期蛋白D1的产生发出信号，作为促进G₁/S相细胞循环(47). 细胞周期蛋白D1激活ER转录功能(48)并与辅活化蛋白、类固醇受体辅活化蛋白1和cAMP反应元件结合蛋白/p300相互作用，作为增强核ER作用的另一种机制(49，50).

可以想象，EGFR信号也抑制靶向启动子上共加压蛋白的活性/功能，其他EGFR家族成员也可能与核ER相互作用。在乳腺癌和其他雌激素靶细胞中，EGFR家族的成员经常异二聚体化，配体[肝素结合EGF（HB-EGF）、TGFα或EGF]它们的装订可能有些混乱。这些考虑可能与早期乳腺癌中erb2/Neu癌基因和ER的相互作用有关。在这方面，小鼠乳腺肿瘤病毒-erb2/neu小鼠的乳腺肿瘤形成在ERKO背景下延迟(51). 通过ER的EGFR信号机制概述见图1。

最后，最近有报道称EGFR易位到细胞核，在那里它可以与富含AT-的DNA序列结合并调节细胞周期蛋白D1基因的转录(52). 结扎48小时后EGF对这一有争议的事件进行调节(53)与核ER的任何相互作用都会影响生长因子受体的慢性效应。

与EGF系统和ER之间的相互作用平行，有大量证据表明IGF-I系统和ER间存在串扰。IGF-I结合激活其受体，导致PI3K/AKT激活，ERα合成增加，ERα转录活性增强。这可能是由于AF-1区域中几个丝氨酸残基的磷酸化所致(43)EGFR完成了类似的操作。与EGF类似，IGF-I激活子宫细胞增殖参数体内，这取决于ERα(54). 有趣的是，在子宫癌和乳腺癌模型中，向ERK和PI3K/AKT发送IGF-I信号不受ERα丢失或拮抗作用的影响(54，55). 当ERα在通过重复培养失去ER的乳腺癌细胞中重新表达时₂IGF-I恢复其生长诱导功能(56). E类₂刺激IGF-I系统中的许多蛋白质，包括IRS蛋白质、IGF-IR和IGF-结合蛋白质(57，58)，ERα结合并磷酸化IGF-1R，并通过生长因子受体增强信号传导(59). 在乳腺癌中，IGF-I和E₂合作推广G₁/S细胞周期进展(60，61)和IGF-I KO小鼠子宫中的E₂-没有诱导生长(62). 因此，这两个系统之间似乎也存在着重要的合作和相互影响。

ER通过EGFR的信号传导

认识到E₂具有快速效应的细胞导致了许多产生信号的表征。E类₂刺激靶组织中表达的结合受体的钙通道开放和钙内流或动员(63，64). E类₂快速生成cAMP(65)磷脂酶C和磷酸肌醇(66，67). 这是G蛋白激活的结果，这些早期信号被传递给蛋白激酶C、蛋白激酶A、MAPK和PI3K的快速刺激(68). 内源性膜内质网的功能和免疫组织学鉴定(69，70)在中国仓鼠卵巢细胞中表达经典ERα和ERβ的cDNA后，对这些受体进行了表征(71). 这些后续研究表明，膜ER与各种G蛋白α亚基（包括Gαs和Gαq）有物理联系并激活它们。例如，G蛋白激活解释了ER如何生成cAMP（Gαs功能）或肌醇1,4,5-三磷酸和钙（Gαq功能）。随后的研究表明，内源性ERα激活Gαi，导致内皮细胞产生一氧化氮(72).

Ullrich及其同事描述的一项重要发现(73)表明几种G蛋白偶联受体（GPCR）通过EGFR的反式激活向ERK发出信号。后来其他实验室的研究证实了这些观察结果，并将其扩展到了许多GPCR，并提供了这种串扰的其他细节。膜ER作为激活G蛋白受体的鉴定(71，72)该受体可能通过膜EGFR的串扰/激活发出信号。菲拉尔多等。(74，75)研究表明，雌激素迅速作用于乳腺癌细胞，刺激EGFR的反式激活，导致cAMP和ERK上调。这通过链接路径发生，Ullrich及其同事首次对其他GPCR进行了描述(76). E类₂主要诱导未知的近端信号传导，导致未定义基质金属蛋白酶（MMPs）的激活。MMP功能增强导致HB-EGF释放，然后结合并激活EGFR。然而，费拉多等. (74)报告17β-E₂，17α-E₂或ER拮抗剂ICI 182780在激活EGFR和ERK方面是等效的。EGFR反式激活被认为是独立于任何ER发生的，并且是由E₂激活孤立的GPCR，GPR 30(77). 拉赞迪的最新研究等。(78)证明E₂在乳腺癌中需要ER向EGFR发出信号，这与大多数研究一致，这些研究表明ER对E快速发出信号是必要的₂在膜上(19，42，66，79–81). 拉赞迪等。(78)还发现E₂/内质网通过Src激活介导，触发MMP-2和-9的Gαq、Gαi和Gβγ依赖性激活。通过反义研究，MMP-2和MMP-9被证明是E₂-诱导乳腺癌细胞中HB-EGF的切割和释放，EGFR的反式激活，ERK和PI3K的下游信号，以及内皮细胞中的p38 MAPK。GPR30可能与EGFR复合并介导膜ER串扰。然而，阿霍拉最近的研究等。(82)对这个想法提出了质疑。这些研究人员发现内源性GPR-30的反义抑制对E没有影响₂MCF-7细胞增殖信号传导。因此，这种明确的方法表明GPR30不是必需的，并且支持以前的研究，即ER 1）直接与G蛋白相关并激活G蛋白，2）这导致下游信号传导(71，72). ER-EGFR串扰中涉及的分子如所示图2。

E启动的膜信号传导的全部范围₂/ER及其对EGFR的依赖性尚待确定体内意义尚未完全理解。然而，十多年前就证明EGF抗体可以预防E₂-诱导阴道和子宫生长(29)这意味着从ER到EGFR在膜上的串扰可能在生理上很重要。关于E作用的最新研究₂/膜上的ER信号支持这一观点。西蒙奇尼等。(83)结果表明，在内皮细胞中，ERα与PI3K的膜系留p85亚单位直接相关。E类₂迅速激活该激酶，导致一氧化氮的生成，并将大鼠从肌肉缺血再灌注损伤中解救出来。众所周知，EGFR和PI3K联合(84)因此，ER/PI3K/EGFR和内皮型一氧化氮合酶分子之间可能存在一个多蛋白复合物，可能被支架在膜上的小窝蛋白-1上(19，21，85). 同样，米利亚乔等。(79)表明ER和Src形成复合物。ER和Src之间的相互作用可能由一种新描述的适配器蛋白介导，该蛋白是雌激素受体非基因组活性的调节剂(86). 通过E激活Src₂导致激酶级联，导致癌细胞中ERK激活和DNA合成(79). 有趣的是，EGFR和Src结合，这两个分子也与小窝蛋白-1形成复合物(87). Src或EGFR在重要的酪氨酸14处磷酸化小窝蛋白-1，这导致信号的下调(88). E的能力₂/膜上的ER向ERK发出信号（通过已证实的EGFR反式激活）对细胞生物学具有额外的重要性。歌曲等。(89)最近研究表明，ERα缺乏核定位信号，靶向质膜激活中国仓鼠卵巢细胞中的ERK和细胞增殖。此外，E₂，部分通过ERK激活(90). 在侵袭性乳腺癌中，一个截短的MTA1蛋白最近被发现高度表达(91). 这种蛋白质将内质网从细胞核隔离开来，并强烈降低E₂-激活转录，但促进增强ERK信号和肿瘤的侵袭行为。在受到几种凋亡诱导物的神经元中，E₂通过激活ERK保护这些细胞(92). E的动作₂由这种MAPK介导的通过两种蛋白质磷酸化发生(90)和基因转录(93，94). 最近，骨质流失体内被一种化合物（4-雌激素-3α，17β-二醇）阻止，该化合物没有直接转录活性，但激活ERK信号(95). 因此，从膜ER通过EGFR到下游激酶激活的串扰可能在生物学上很重要。

G蛋白活化所需的膜ER的精确结构方面目前尚不清楚，但似乎主要位于E结构域。这一结论是基于观察结果，即仅将E结构域靶向质膜可以使E结构域₂ERK的激活(19)并将骨细胞从凋亡细胞死亡中拯救出来(20). 类似地，将E结构域发送到ER阴性乳腺癌细胞的质膜上会导致E结构域₂-诱导的、Src依赖的基质金属蛋白酶激活、HB-EGF释放和EGFR反式激活(78). 因此，膜E结构域本身可以重述从ER到EGFR途径的关键元素。这些发现得到了早期观察的支持，即Src与E络合（并被E激活）₂/ER，并且E结构域内的酪氨酸537是一种重要的结构成分(96). 然而，这对特定的信号通路可能很重要。比约恩斯特罗姆和绍伯格(97)最近检查了E₂信号转导子和转录激活子（STAT）转录因子的快速激活诱导β-酪蛋白启动子激活。STAT激活需要ERK和PI3K，由E诱导₂/急诊室。这些作者报告说，小鼠ERα（相当于人类ERα酪氨酸537）的突变酪氨酸541对E₂STAT-β-酪蛋白途径的诱导。还有，宋等。(89)最近显示，含有Src同源2域的适配器蛋白Shc通过AF-1域与ERα复合，并表明这种相互作用可能是E₂-然而，我们最近发现只有膜靶向E结构域的表达(19)或A/B结构域缺失的ERα（未发表的观察结果）1）在膜上完全结合类固醇，2）与表达的野生型ERα相比，ERK的激活程度相当。因此，目前的数据支持E结构域在影响膜启动的信号转导中的独特而完整的作用。

观点

ER与生长因子受体EGFR和IGF-IR之间的双向串扰表明了增强E₂或生长因子作用。在特定的细胞类型和情况下，这些途径中的一条可能会起主要作用，例如对乳腺癌的细胞生物学至关重要。三苯氧胺能有效预防ER阳性乳腺癌的复发，部分原因是它抑制了E₂和EGFR信令。在ER阴性乳腺癌中，在没有ER拮抗作用的情况下，EGFR信号对细胞增殖或生存的抑制可能较少，从而导致更具侵袭性的表型。有趣的是，在人类乳腺癌中，ER和EGFR浓度呈负相关(98，99)ER似乎通过第一内含子序列抑制EGFR基因(98). ER阴性乳腺癌中EGFRs的增加也可能有助于这些肿瘤更积极的生长和侵袭行为。

ER和EGFR的相互作用影响类固醇激素和蛋白质生长因子的转录和非转录效应，但这不是相互排斥的作用。膜E₂/ER通过EGFR激活PI3K信号传导(78). 如DNA微阵列所示，E₂在内皮细胞暴露于性类固醇40分钟后，导致250个基因上调(100). 因此，ER-EGFR在细胞膜上的相互作用产生了多种信号通路，可能对E的转录效应产生深远影响₂当然，操纵双向信号传导产生的特定通路可能会对因过度生长因子和类固醇激素作用而导致的人类疾病产生治疗干预。

致谢

我很遗憾，由于空间限制，对这一科学领域的许多杰出贡献未能得到认可。

这项工作得到了退伍军人事务部研究服务处、雅芳产品乳腺癌研究基金会、国防部乳腺癌研究计划（BC990915拨款）和NIH（HL-59890拨款）的资助。

缩写：

 
• E类₂，

  雌二醇；

 
• EGF、，

  表皮生长因子；

 
• EGFR、，

  EGF受体；

 
• 呃，

  雌激素受体；

 
• GPCR，

  G蛋白偶联受体；

 
• HB-EGF、，

  肝素结合EGF；

 
• IGF-IR，

  IGF-I受体；

 
• 让开，

  淘汰赛；

 
• 基质金属蛋白酶，

  基质金属蛋白酶；

 
• PI3K、，

  磷脂酰肌醇3-激酶；

 
• 斯达，

  信号转导子和转录激活子。