皮质激素的作用机制 (1)

中日友好医院吴东海
写在课前的话
糖皮质激素进入细胞后，与胞质特异受体结合，受体激活，发生变构，暴露出一个DNA结合域。

类固醇—受体复合物形成二聚体，然后进入胞核，结合到DNA的类固醇反应元件上。

效应可以是阻遏或诱导特殊基因转录。

一、糖皮质激素的概述
1935年首先分离出天然的可的松，1944年合成可的松并应用于临床，1948年Hench首次用它治疗RA并获得神奇效果，并因此而获1950年Nobel奖。

此后多种合成糖皮质激素相继面市，其中有些具有很强的抗炎和免疫抑制作用，因此激起人们很大的热情。

但随着各种副作用的出现，它的应用大大减低。

近一二十年来，人们发现它对类风湿关节炎的治疗有帮助。

尽管它在临床应用已半个多世纪，关于它的风险和效益争论一直持续不断。

如下图所示，左侧的是一个肾脏，上面有肾上腺。

肾上腺剖开以后，从外向内有被膜、皮质、髓质。

如果把肾上腺做成切片，上面是被膜，中间是肾上腺皮质，最下面是肾上腺髓质。

肾上腺皮质又分成球状带、束状带和网状带。

球状带分泌盐皮质激素，主要代表为醛固酮。

束状带分泌糖皮质激素，主要代表为可的松和氢化可的松。

网状带分泌大量的弱雄激素和极少量的雌激素，髓质分泌肾上腺素和去甲肾上腺素。

二、糖皮质激素的结构
如下图，左图是糖皮质激素的基本结构图。

糖皮质激素的C17上有-OH，C11上有=O或-OH。

（一）改构后增强糖皮质激素的抗炎作用
改构后增强糖皮质激素的抗炎作用，如图中所示C1和C2为双键以及C6引入-CH3则抗炎作用增强、水盐代谢作用减弱。

如下右图所示C9引入-F，C16引入-CH3或-OH则抗炎作用更强、水盐代谢作用更弱。

（二）糖皮质激素的基本结构及变异
C11位羟基化后才具有抗炎作用；若为酮基则需在肝脏内转化；肝功能不全时则不能转化，无需经肝脏转化直接起效。

C1=C2双键结构使糖皮质激素作用加强，盐皮质激素作用减弱，加强抗炎活性。

C6甲基化：亲脂性增高，快速到达作用靶位，增强组织渗透，靶器官浓度高，可以迅速起效、增加抗炎活性。

C9位氟化：抗炎活性增加，对HPA轴的抑制增强，肌肉毒性增高。

同时增加疗效和副作用。

氢化可的松的11位上有羟基，甲基强的松龙、强的松龙、地塞米松、去炎松都有羟基。

而强的松和可的松的11位上没有羟基，它11位上的酮基在肝脏中转化为羟基才有生物活性。

所以外用药物必须是11-羟基的。

（三）糖皮质激素和下丘脑、垂体、肾上腺轴的相互反馈作用
糖皮质激素和下丘脑、垂体、肾上腺轴的相互反馈作用。

大脑的边缘系统调节情绪，视交叉上调节昼夜规律，即昼夜规律也可影响激素的水平。

免疫系统分泌的细胞因子、细胞介质引起疼痛，作用于下丘脑，使下丘脑释放皮质释放激素，促皮质释放激素作用于垂体，使垂体释放促皮质激素，促皮质激素作用于肾上腺，使肾上腺合成和分泌更多的糖皮质激素，糖皮质激素分泌到血液后对下丘脑、垂体有一个反馈作用，它对免疫系统也有抑制作用。

也作用于肝脏、骨骼、脂肪等系统。

下丘脑-垂体-肾上腺轴调节糖皮质激素的基础和应激时的释放。

每天分泌的基础量约为10～20mg氢化可的松。

凌晨为分泌高峰，傍晚为低谷。

应激刺激包括冷、运动、感染、手术可增加糖皮质激素的分泌。

下丘脑-垂体-肾上腺轴对负反馈敏感，长期负反馈可引起肾上腺皮质萎缩，钝化下丘脑-垂体-肾上腺轴反应。

因此给予ACTH或在应激情况下，患者不能分泌足够的糖皮质激素。

三、皮质激素的作用机制
（一）糖皮质激素的剂量效应关系
临床应用发现，激素剂量不同，发挥的作用也不同。

在极低剂量（相当于强的
松剂量10-12mol/L）时产生基因效应。

强的松用量不超过300 mg/d时，随剂量增加，占
据更多受体，基因效应增强。

超过此剂量受体几乎全部被占据。

因需要一定的时间进行基因转录和蛋白质合成，基因效应的显现需的时间较长，至少需要30分。

该效应可以被转录或翻译抑制剂（如放线菌酮D）所阻断。

超过上述剂量范围则通过一种新的、称之为非基因效应的机制发挥作用。

这种效应通过：膜结合受体（强的松剂量10-9mol/L）和（或）细胞膜的生化作用介导（强的松剂量10-4mol/L）。

非基因效应可在极短的时间内发生（几秒钟到数分钟），并且转录抑制剂或蛋白质合成抑制剂均不能阻断糖皮质激素的这种快速效应。

见表1。

表1糖皮质激素的剂量效应关系
糖皮质激素有基因效应和非基因效应。

如以上表格所示：第一个模式，所需要强的松的量比较少，>10-12 mol/L，作用机制是基因组作用，起效时间至少是30分钟，它的作用可以被转录抑制剂和蛋白抑制剂所阻断。

第二个模式，需要强的松的等效剂量是>10-9mol/L，它是非基因组效应，它需要的时间是几秒到一二分钟，它的作用不能被转录和翻译抑制剂所阻断。

第三个模式，糖皮质激素>10-4mol/L，它是一个附加的非基因组物理化学作用，它起效的时间很快，几秒钟。

而且效应不被蛋白转录或基因转录或蛋白合成，蛋白翻译的抑制剂所阻断。

如右图所示，纵坐标是一疗效图，横坐标是一糖皮质激素的剂量图。

绿线是基因组作用，随着糖皮质激素剂量的增加，基因组作用逐渐增加，到了250～300mg时进入平台期。

黄线是非基因组作用，它在低剂量时作用很弱，高剂量时作用增强。

红线是基因组和非基因组的总效应。

（二）糖皮质激素效应
糖皮质激素效应包括基因组效应和非基因组效应，基因组效应是通过糖皮质激素
核受体发挥作用。

核受体（ nuclear receptor ）是一类可扩散并可与特异性配体结合的
细胞内信号蛋白。

存在于细胞质或细胞核内。

常特指类固醇激素、甲状腺激素、视黄酸和维生素D3等疏水性小信号分子的受体。

它们实际上是配体依赖性转录调节因子，与配体结合后可以在细胞核内调节基因表达而使配体发挥作用。

非基因组效应又分为特异非基因组效应和非特异非基因组效应。

非特异非基因组效应是禟皮质激素与细胞膜的物理化学作用。

糖皮质激素特异非基因组效应涉及多个受体，糖皮质激素膜受体和细胞浆中经典的糖皮质激素受体，糖皮质激素膜受体又包括核受体基因编码的膜受体和非核受体基因编码的膜受体两种膜。

临床应用发现，激素剂量不同，发挥的作用也不同。

糖皮质激素的剂量
效应关系是什么？何为糖皮质激素效应？什么是核受体？
四、糖皮质激素受体
如右图所示：hGR 基因位于染色体的5q31区，包含9个外显子，外显子1和部分外显子2编码5’非翻译区序列，外显子2～8编码GR 的主体序列，外显子9编码hGRa 和hGRb 的不同C 末端和3’端非翻译区序列。

糖皮质激素的受体有9个外显子。

外显子1有三个不同的启动子（如下图所示），分别为1A ，1B ，和1C ，外显子1中有驱动子1A 、外显子1A 、驱动子1B 、外显子1B 、驱动子1C 和外显子1C 。

在外显子1A 中又有三个外显子，外显子1A1，1A2，1A3，所以它可以选择性的剪接和外显子2结合。

如下图所示：最上面的是糖皮质激素基因，基因转录时，它会转录成核糖核体，核糖核酸，信息核糖核酸。

左上面的信息核糖核酸是由启动子2～8加9α组成，所以它是糖皮质激素α信息核糖核酸。

右下面是禟皮质激素β信息核糖核酸，它是由启动子2～8加9β组成。

从启动子2～8加9α和9β组成糖皮质激素α和β都包括在内
的信息核糖核酸。

这些启动子可产生多种GR mRNAs，选择性转录9α和9β外显子又可产生不同GR mRNAs它们在外显子1的 5’端有独特的非翻译片断。

选择性剪接外显子9，产生 hGRa和hGRb亚型。

两者从N端开始到aa727都是一样的，此后由于对外显子9的选择性剪接，GRα再增加50个氨基酸，形成全长777个氨基酸的多肽。

GRβ再增加15个氨基酸，形成全长742个氨基酸的多肽。

以GRα为例，翻译GRα mRNA时，核糖体从5’端进入，识辨第一个起始密码后依次添加氨基酸，直到遇到3’端的终止密码，产生一个全长777个氨基酸的多肽。

在GRα mRNA中有7个起始密码子（AUG），可以产生至少8个受体多肽，它们的N端长短各不相同。

这些受体亚型被命名为GRα-A，-B， -C1， -C2， -C3，-D1，-D2和-D3。

一个GR基因可产生多种GR 异型体：一，不同的转录起始点（exon 1A，1B， or 1C）。

二，外显子9mRNA 的选择性剪接产生GRα和GRβ。

三，不同的翻译起始点又可使GRα或 GRβ产生新的异型体。

数目表示每个GR 异型体的第一和最后一个氨基酸残基。

四，每个GR 蛋白通过共价键被其他分子所修饰：S113，S141，S203，S211和S226残基磷酸化；K417泛素化；K277，K293和K703被小分子泛素样物质所修饰（Sumolyation ）注：K赖氨酸；S丝氨酸。

糖皮质激素受体N端（aa 1-420）含有活化域AF-1；氨基酸421-486构成 DNA结合域（DBD），该域含有两个锌指结构，锌指结构中有介导二聚化的氨基酸残基（the so-called Dloop），DBD有相应于反应元件的特异
性序列，DBD附近还有一个核定位信号（NL1）；氨基酸487-527为铰链区；氨基酸528-777为配体结合区，该区有另一个核定位信号（NL2）和活化域（AF-2 ort2）
五、糖皮质激素的基因组机制
GC为一种磷脂类物质，易于通过细胞膜进入细胞，与胞浆内的激素受体结合。

结合后的类固醇-受体复合物通过下列三种机制调节基因转录。

（一）正性GRE和负性GRE
与靶基因启动子区的GREs直接结合调控靶基因的表达。

GREs有两种：正性GRE指令诱导转录，负性GRE 指令转录抑制。

1．皮质激素受体与GREs结合
如细胞的示意图，糖皮质激素在细胞外，它可以渗透过细胞膜进入到细胞浆，与糖皮质激素受体结合，然后与糖皮质激素反应元件结合，结合以后引起转录活化，合成更多的信息核糖核酸，信息核糖核酸通过核孔进入细胞浆，在核糖体的作用下，翻译成各种蛋白。

在这种情况下，产生白介素1受体拮抗剂，白介素10和植皮素等。

2．皮质激素受体与nGREs结合
与正性GRE不同，在没有GC的情况下，其他蛋白可以与负性GRE结合，增强启动子的活性。

GC-GR复合物通过与该蛋白竞争或使之灭活取消对启动子的增强作用。

GR结合到靶基因的启动子的nGREs，置换其他因子，如TATA盒结合蛋白（TBP），而关闭转录。

这是一个负性糖皮质激素反应元件，在没有糖皮质激素受体的情况下，它和TBP结合，可以正常转录。

但一旦有了糖皮质
激素，糖皮质激素受体复合物把TBP 隔离开，使转录受到抑制或停止，那骨钙素，阿黑皮素原，促肾上腺皮质激素释放素和
5-羟色氨的生成就会减低。

GR 可以系缚在其他结合DNA 的转录因子上，如八聚体结合蛋白和NF-KB ，从而关闭转录。

（二）与其他转录因子相互作用
与其他转录因子相互作用：激活的GR 通过蛋白-蛋白间的相互作用直接影响活化蛋白-1（AP1）、cAMP 反应元件结合蛋白（CREB ）、NFkB 等转录因子的活性，导致AP1等转录因子不能与相应的反应元件结合，基因转录受到抑制。

GR 隔绝其他转录因子，如NF-kB （p65 and p50），AP1（未标出）和辅助调节因子如cAMP respose element binding protein （CBP ）而抑制转录。

GR 与其他转录因子（TF ）协作，如STAT 诱导转录。

如β-酪蛋白，TLR2。

（三）不同核受体间异源二聚体的形成
不同核受体间异源二聚体的形成:GR 可以与盐皮质激素受体（MR ）、或其他的核受体形成异源二聚体，形成的异源二聚体可与GRE 或其他激素反应元件（HRE ）结合影响靶基因的转录。

糖皮质激素调节许多基因，因研究的细胞不同，所用药物及统计方法不同，可以从几百到几千。

一般认为抑制转录因子，如AP-1和NF-kB 是糖皮质激素发挥抗炎作用的主要机制，而副作用由DNA 依赖的转录调节所致。

GC 为一种磷脂类物质，易通过细胞膜与胞浆内的激素受体结合形成类固
醇-受体复合物，并通过三种机制调节基因转录，试简述三种机制？
关于糖皮质激素的基因组机制的说法错误的是（ ）
A. 在没有GC 的情况下，其他
蛋白不能与负性GRE 结合
B. 正性GRE 指令诱导转录，负
性GRE 指令转录抑制
C. 激活的GR 通过蛋白-蛋白
间的相互作用直接影响活化蛋
白-1
D. 不同核受体间形成异源二
聚体
解析：与正性GRE不同，在没有GC的情况下，其他蛋白可以与负性GRE结合，增强启动子的活性。

GC-GR 复合物通过与该蛋白竞争或使之灭活取消对启动子的增强作用。

六、非基因组机制
（一）非基因组效应
目前惯例是把符合下面条件中的一条或数条GC效应称为非基因组效应：一，效应发生的时间太短，难以进行RNA和蛋白质的合成（GC刺激后数秒到数分钟内发生）；二，即使在有RNA和蛋白质合成抑制剂存在的情况下，也可以发生的效应；三，采用偶合不能通过细胞膜分子的GC，也可以发生的效应；四，在缺少细胞核或不能进行RNA和蛋白质合成的细胞内（如红细胞、精子、培养的胚胎海马神经元），也可以发生的效应；五，GC与不具有激活转录活性的突变受体结合后仍能发挥的效应。

GC大致通过三种途径激活多种细胞信号转导通路发挥“非基因组效应”：一，通过与特异性的糖皮质激素膜受体作用；二，通过与细胞浆中经典糖皮质激素受体的特异性作用；三，通过与细胞膜的物理化学作用。

关于非基因组效应的说法错误的是（）
A. 效应发生的时间太短，难以
进行RNA和蛋白质的合成
B. 即使在RNA和蛋白质合成
抑制剂存在的情况下，也可发
生的效应
C. 采用偶合通过细胞膜分子
的GC，也可发生的效应
D. GC与不具有激活转录活性
的突变受体结合后仍能发挥的
效应
用的机制已得到公认。

而对非基因机制的认识也逐渐加深。

临床
应用发现，激素用量不同，发挥的作用也存在极大差异，如抗炎作用及免疫抑制作用。

在极低剂量(相当于强的松剂量10-12分子数/L)时产生基因效应，剂量增加后，占据更多受体，导致基因效应增强。