AR

AR(androgen receptor)是编码雄激素受体的基因，在人体内的大部分器官和组织中都有表达，其配体主要为睾酮和二氢睾酮，功能为介导雄激素的生物效应。雄激素受体是一种核转录因子，它一旦被雄激素激活便能识别靶因子上专一的DNA序列并与之结合，从而调控该基因的转录，并表达新的蛋白质，最终使得细胞的功能发生改变，促进细胞分化和组织器官的发育。雄激素受体对其靶基因的调控具有高度的专一性，雌激素则对其有拮抗作用。

国内外的众多研究表明AR基因上的多态现象与前列腺疾病、早发秃头、隐睾症、雄激素不敏感症等疾病相关。AR表达增加，易引起前列腺增生，与前列腺癌的发病也有关系。在美国男性中，前列腺癌的诊出率和死亡人数在所有癌症中居第二位，而在我国，发病率低于欧美国家，这可能与激素水平、饮食习惯以及遗传有较为密切的联系。早期的研究表明，雄激素在前列腺（癌）的生长、转移与分化中起决定性作用。前列腺癌存在雄激素依赖性，采取睾丸切除的方式治疗前列腺癌可取得比较明显的疗效。但经过雄激素撤除治疗的患者，有可能会转变为雄激素非依赖性前列腺癌，或称为激素耐受型前列腺癌，目前对此尚无有效治疗手段。雄激素受体(AR)在前列腺癌发展过程中所扮演的角色仍有待深入的研究。

基因结构

AR全称为androgen receptor（雄激素受体），位于X染色体Xq11.2-q12位置，全长180,246bp。AR基因共有7个内含子、7个外显子，mRNA有两种异构体，分别长4,314nt和1,765nt，编码920和388个氨基酸残基的蛋白质。

AR属于核受体超家族成员，在结构上与糖皮质激素受体(GR)和孕激素受体(PR)非常相似。AR主要由以下部分组成：N端结构域(NTD)、DNA结合域(DBD)、配体结合域(LBD)，及分隔DBD和LBD的铰链区Hinge，其中DBD和LBD是高度保守的。

基因分子生物学功能

类固醇激素受体又称甾体激素受体，是一类细胞内转录因子，介导类固醇激素的信号转导。它们也是核受体家族成员，在细胞质内与类固醇激素结合后转移至细胞核内，启动特异靶基因的表达而引起相应激素的生物效应。类固醇激素受体超家族(steroid hormone receptor superfamily, SHRS)成员包括糖皮质激素受体(GR)、孕激素受体(PR)、盐皮质激素受体(MR)、雄激素受体(AR)、雌激素受体(ER)、维生素D3受体(VDR)等，它们都是配体依赖性反式转录因子，具有相似的结构功能域和转录活化作用机制。研究表明，性激素与前列腺体及其肿瘤细胞的形成密切相关，因此性激素受体也可能在其中发挥了重要作用。

AR基因编码雄激素受体蛋白，其配体主要为睾酮和二氢睾酮，该受体广泛分布于人体内的大部分器官和组织，介导雄激素的生物效应。雄激素受体在胞浆中能与热休克蛋白(Hsp)结合，当雄激素与雄激素受体结合后，该受体被激活，热休克蛋白解离，雄激素受体形成二聚体进入核中，并与DNA上雄激素应答元件(ARE)结合，启动该元件下游一系列基因的转录表达，其中包括前列腺特异性抗原(PSA)、前列腺酸性磷酸酶(PAP)和细胞周期素依赖激酶(CDK)抑制剂p21WAF1/CIPI等基因，最终导致细胞分化，促进组织器官的发育。

研究显示，雄激素具有维持前列腺生长发育的功能，在无雄激素的环境中前列腺细胞会自发凋亡，而在正常雄激素水平的环境中前列腺细胞能持续生长分化。因此，有研究认为雄激素的过量分泌以及雄激素受体反应性过强都会造成前列腺细胞生长不受抑制，是前列腺癌发生发展的危险因素。而机体的雄激素受体的活性及表达水平与AR基因多态性有关，所以AR基因多态性也是前列腺癌的风险因素之一。除此之外，AR基因多态性也与早发秃头、隐睾症、雄激素不敏感症等疾病有关。



                                                                                   雄激素作用机制示意图

参与的通路

非活性状态的AR存在于胞质中，并与至少7种热休克蛋白(HSP90，HSP70，HSP56)结合。血清中的睾酮(testosterone, T)进入细胞后，通常在5α-还原酶的作用下转变为二氢睾酮(DHT)。睾酮及二氢睾酮都能与AR结合，但二氢睾酮具有更高的亲和力（约为睾酮的2~10倍），因此DHT是胞内与AR结合的主要的雄激素。AR的LBD在与配体雄激素结合后，构象发生转变，引起热休克蛋白的解离，AR穿过核孔进入核中。在核内，AR在一系列共激活蛋白或共抑制蛋白作用下，以头对头或头对尾的方式形成同源二聚体，识别靶基因上的应答元件并与之结合。AR的结合可引起染色质重构打开启动子的调节区，并募集共转录因子形成转录复合物。NTD可与多种蛋白结合（共激活子如CBP，共抑制子如SMRT，转录因子如STAT，以及其他调节蛋白如细胞周期蛋白E、D1，pRb等）对靶基因的转录进行调控。


                                                                                 AR的配体依赖性激活机制



基因对疾病发生的影响

雄激素是由睾丸、卵巢、肾上腺等组织中的Legding细胞合成并分泌的甾体激素，在化学组成上看是由胆固醇转化而来的，是一种重要的蛋白同化激素，它是通过位于细胞内的雄激素受体的介导作用而对人体生理效应发挥重要的作用。目前已经证实了雄激素受体广泛分布于人体内的大部分器官和组织，介导雄激素促进雄性生殖器官发育、刺激骨骼和肌肉的生长等功能。大量研究显示雄激素是维持前列腺生长发育的重要因素，因此普遍认为雄激素受体与前列腺增长和前列腺癌有一定关联。
雄激素受体是前列腺上皮细胞生长、分化及恶性转化等信号传递系统的交叉点，与前列腺癌的发生、发展有关的信息均要通过AR往下游或相互间传递，其基因多态性就对该肿瘤的遗传易感性产生重要影响。AR 基因第一外显子的可变性大，编码AR的N端转录激活区(transcriptional activation domain, TAD)，已经发现的基因多态性大多位于该区域，如(CAG)n和(GGC)n重复序列多态性，这两种多态性可能是通过影响AR的活性、刺激前列腺上皮细胞的过度增生进而促进前列腺癌的发生。近年来，AR基因的另一种多态性AR Stu I正日益受到重视，该多态性是一种单核苷酸多态性，定位于第一外显子的第211密码子(G1733A) , S1基因型即AR基因的cDNA中不存在限制性内切酶Stu I的酶切位点，S2型则相反。该基因多态性与前列腺癌的关系最早由Lu等人[1]报道，研究中发现，S1在美国黑人中的比例为13 %(S2为87%)，该基因多态性与(CAG) n和(GGC)n连锁不平衡；在65 岁以下的美国黑人中，S1患前列腺癌的风险较S2高3倍左右，且与高分化肿瘤（Gleason评分≥7）具有显著相关性，而与进展期肿瘤无关（C、D 期），同时发生转移的年龄较S2晚。

经过雄激素撤除疗法的前列腺癌患者，通常会在一段时间后转变为雄激素非依赖性，在这个过程中，目前认为AR通路主要发生了以下改变。首先，AR的激素结合区发生突变或是AR基因的扩增，使AR对雄激素的敏感性提高，使得肾上腺细胞分泌的低浓度水平的雄激素仍可引起应答；其次，AR的突变可能使其可应答于其他甾类激素甚至抗雄激素；第三，AR与共激活子之间的相互作用发生变化，使AR应答于雄激素以外的其他物质；最后，多肽生长因子或细胞因子等其他调节通路中基因的变化也可以激活AR的活性。

基因功能的综述

在前列腺癌(PCa)组织中，有报道发现AR基因发生了多种异常，包括基因突变、基因扩增、蛋白质过表达以及功能异常。一般而言，除了小细胞癌以外，几乎所有临床PCa标本中都有AR蛋白表达，不过血清雄激素水平与疾病的发病率没有发现相关性。但与原发癌相比，晚期激素非依赖型癌标本中AR表达水平更高[2]。近期有研究指出，基因扩增可能是AR表达水平增高的机制之一[3]。此外，人们在小鼠异种移植PCa的模型中发现，雄激素蛋白的稳定性增强与激素非依赖型的发展演变有关，可能与AR对去势水平的雄激素出现超敏性有关[4]。由于在那些伴有雄激素基因扩增的患者中，某些诸如前列腺特异性抗原(PSA)和前列腺酸性磷酸酶(PAP)等由雄激素调控的基因表达并无上调[3]，所以目前并不完全明了是否AR表达水平的增强与患者发生激素非依赖型的演变有明确的因果关联性。

现已充分证明，AR基因调控在前列腺细胞的存活机制中起关键作用。有研究表明，对啮齿类动物模型进行去势处理或在细胞培养系统中去除雄激素，都可导致前列腺来源的上皮细胞迅速发生凋亡反应[5]。目前，虽然包括通过去势术减少血流的其他AR旁路也有报道[6]，但去势术对前列腺血流的作用似乎与血管的变性有关，而这种血管变性又与前列腺上皮细胞凋亡有关[7]。
基于目前的研究结果，AR介导的存活通路可分为两方面：基因转录依赖性与非依赖性效应。一方面，作为一个核转录因子，雄激素刺激活化的AR可以调控基因的表达，此乃所谓的基因转录依赖性效应。据报道，与此观点一致的是，人工合成的雄激素诱导反应元件(ARE)寡核苷酸，可诱导人类PCa细胞系LNCaP细胞发生显著的细胞死亡[8]。另一方面，近期也有报道表明存在一种基因转录非依赖性效应，AR通过一种蛋白质间相互作用的机制来调控细胞存活[9]。另外，有报道指出AR可以不通过与DNA结合的机制来调控基因表达，这一机制是在某些特定环境下AR通过与某些辅助激活因子结合而起作用[10]。