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作者：
高玲芸 王文君
作者单位：
复旦大学附属妇产科医院，上海市女性生殖内分泌相关疾病重点实验室，上海 200011
通信作者：
王文君，Email：[email protected]，电话：+86-13818607938
第一作者
高玲芸
复旦大学附属妇产科医院博士研究生在读，研究方向为妇科内分泌及中西医结合妇科，目前发表一作SCI论文2篇，中文综述2篇，参与3项科研项目。
通信作者
王文君
医学博士、博士生导师、复旦大学附属妇产科医院主任医师。主要从事中西医结合生育调节及绝经相关疾病防治的医教研工作。现为世界中医药学会联合会生殖医学专业委员会常务理事、中国优生优育协会助孕与优生专业委员会常委、上海市中西医结合学会理事会理事、上海市中西医结合学会不孕不育专业委员会副主任委员、上海市中西医结合学会心身医学专业委员会副主任委员。主持的“中药复方更年春抗老化作用及机制研究”科研项目获2019年上海市中西医结合科学技术奖三等奖。主编的“妇产科临床心理障碍辨识与治疗”获2020年中国中西医结合学会科学技术奖科普奖。主持课题10项，发表论文40余篇。
本文刊登于《中华生殖与避孕杂志》
2022, 42(1): 91-95.
摘要
卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone，FSH）是调节卵巢颗粒细胞和睾丸支持细胞功能的重要激素，其作用由卵泡刺激素受体（follicle-stimulating hormone receptor，FSHR）介导。FSHR下游信号通路包括G蛋白介导的下游信号、辅助信号分子参与激活的下游信号、与其他胞质膜信号分子相互作用产生的信号等。近年来随着科研技术的发展，FSHR信号的精细调节方式被进一步揭示，组学技术的广泛应用也为信号调控机制的研究提供了更多的方法和可能性。此外，大量最新研究显示非性腺组织中广泛分布具有生物学活性的FSHR，可能与绝经后相关并发症如骨质疏松和代谢综合征有关，肿瘤组织、生殖系统非性腺组织以及胎儿组织等部位的FSHR可能也具有促血管生成等生物学功能，提示FSH可能在多系统生理病理过程中均发挥作用，这为FSHR的相关研究开展提供了全新的视角，本文就此进行综述。
【关键词】卵泡刺激素受体；颗粒细胞；信号通路；蛋白激酶A；G蛋白偶联受体
DOI：10.3760/cma.j.cn101441-20200531-00320
卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone， FSH）是腺垂体分泌的糖蛋白激素，其作用由卵泡刺激素受体（follicle-stimulating hormone receptor， FSHR）介导，后者与其他结构相似的糖蛋白受体，如黄体生成素-绒毛膜促性腺激素受体（luteinizing hormone/choriogonadotropin receptor， LHCGR）、甲状腺素受体等，同属于G蛋白偶联受体超家族（G protein-coupled receptor，GPCR）成员。FSH-FSHR信号在性激素合成和配子生成调节中起着关键作用。在卵巢中，FSHR主要表达在发育期卵泡的颗粒细胞中，FSH激活的受体信号可以触发一系列信号网络维持颗粒细胞增殖和雌孕激素合成，促进卵泡发育和成熟；在睾丸中，FSHR表达在睾丸支持细胞中，调节其代谢功能，与睾丸间质细胞生成的睾酮协同诱发并维持精子的生成。近年来随着GPCR研究的广泛深入，FSHR与其他辅助分子、受体分子之间的相互作用及交互信号研究有了许多新的进展。FSHR既往被认为仅特异性表达在性腺组织中，但近年一些研究显示许多性腺外组织也表达FSHR，提示FSHR可能存在一些全新的生物学功能。本文重点总结FSH激活的FSHR胞内信号通路调节的研究进展，FSHR与其他分子、受体的相互作用对FSH生物学信号的影响，并简述性腺外FSHR表达的相关新研究进展。
一.
FSHR结构
FSHR包含胞外区、七跨膜域和胞内氨基酸序列信号激活区，胞外区根据其功能又可分为富含亮氨酸的配体结合区，位于配体结合区与七跨膜域之间的铰链区，胞内区与G蛋白或其他信号分子相互作用传递配体信号。人类FSHR蛋白由695个氨基酸残基组成，其中N端的17个氨基酸编码信号序列，剪切后可形成包含678个氨基酸残基的成熟FSHR。
二.
FSH激活的FSHR下游信号通路及生物学作用
1. G蛋白介导的信号：FSHR经典的胞内信号转导方式为Gαs/环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）/蛋白激酶A（protein kinase A， PKA）信号通路，该通路激活cAMP反应元件结合蛋白（cAMP response element-binding protein， CREB）调控基因转录。cAMP的主要作用可以分为依赖PKA的信号通路激活和非PKA依赖的信号通路激活。
（1）PKA依赖的FSHR下游信号通路：PKA作为FSH发挥作用的主要信号通路分子参与许多信号通路的调控，包括促进睾丸支持细胞有丝分裂的p38丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）信号。近年有研究表明，其具体机制为FSH激活的PKA通过抑制双特异性磷酸酶6（dual specificity phosphatase 6， DUSP6）复合物，从而解除其对ERK磷酸化的抑制作用，进而激活ERK信号促进颗粒细胞增殖［1］。值得注意的是一些体外研究显示p38 MAPK信号通路同时也可以激活下游的p53和caspase凋亡前信号，这一“负调节”作用与促增殖的“正调节”作用之间相互制衡，可能在卵泡闭锁的过程中发挥精细调节的作用［2］。PKA激活的p38 MAPK还可能参与血清和糖皮质激素调节激酶-1 （serum- and glucocorticoid-inducible kinase-1， SGK-1）激活，以及间接赋能胰岛素样生长因子-1受体（insulin-like growth factor 1 receptor，IGF-1R）介导的胰岛素信号受体底物1磷酸化，进而激活颗粒细胞中磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸3-激酶（phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate 3-Kinases， PI3K）相关信号［3］。研究显示去除FSH刺激后直接诱导颗粒细胞中PKA活化并不足以激活下游p38MAPK信号，表明FSH还可能通过非PKA依赖的方式诱导p38MAPK信号激活［4］。
（2）非PKA依赖的FSHR下游信号通路：FSH诱导的非PKA依赖的信号通路主要指cAMP直接激活的交换蛋白（exchange proteins directly activated by cAMP， EPACs）激活的蛋白激酶B（protein kinase B， PKB，亦称Akt）产生的信号。Akt是PI3K的靶蛋白，可以促进横纹肌肉瘤叉头同源物蛋白1a（forkhead homolog in rhabdomyosarcoma，FOXO1a）的磷酸化和核外移，进而解除其对细胞周期的抑制作用，促进颗粒细胞和睾丸支持细胞增殖。RNA深度测序研究显示，FOXO1a可以调控60%的FSH靶基因，表明PI3K/AKT/FOXO1a通路在FSH生物学功能中发挥十分关键的作用［5］。PKA和Akt还可以协同促进下游哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号和p70S6K的激活，调控靶基因细胞周期蛋白D2、低氧诱导因子-1、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等的转录，参与调控颗粒细胞的生长、增殖和分化等［6］。
2. FSHR相关协同分子参与的信号传递：除了G蛋白外，FSHR的七跨膜域和胞内区还能够与许多接头蛋白、分子或其他受体发生相互作用，影响特定信号通路激活和生物学功能。
（1）β-arrestins、APPL1、GIPC和14-3-3tau：β-arrestins是除了G蛋白以外与GPCR信号关系最密切的一类支架蛋白，它能够调节GPCR的脱敏、内吞和循环，并参与GPCR的信号调控，其中最经典的信号调控功能是调控ERK/MAPK信号的激活。在颗粒细胞中，β-arrestins可以与 FSHR七跨膜域的胞内区域结合，激活ERK1/2的磷酸化，该过程较G蛋白介导的ERK1/2激活信号发生较晚但持续时间更长，发挥ERK信号维持的作用［7］。近期在人胚胎肾细胞和睾丸支持细胞中的研究报道FSH作用后β-arrestins可以与p70S6K和核糖体蛋白S6（ribosomal protein S6，rpS6）形成β-arrestin p70S6K/rpS6复合物，然后在G蛋白的协同作用下激活p70S6K，从而显著提高mRNA的翻译效率，促进细胞生长发育，维持细胞稳态，这一研究揭示了β-arrestins和G蛋白能够在转录后水平调控FSHR的功能并发挥营养细胞的作用［8］。
APPL1接头蛋白和β-arrestins一样，也在很多细胞中起着重要的信号调节和受体胞内转运的作用，包括卵巢和睾丸细胞［9］。APPL1可以结合FSHR七跨膜域的第一个胞内环路影响三磷酸磷脂酰肌醇的产生，进而抑制FSH诱导的PI3K/Akt信号的激活和钙离子内流［9］。GAIP互作蛋白C端（GAIP-interacting protein C terminus， GIPC）可以促进FSHR内吞并结合到早期胞内体，维持FSHR激活的MAPK信号，介导FSHR信号在胞内的进一步传递［10］。14-3-3tau接头蛋白可以结合FSHR七跨膜域的第二个胞内环路区域，同时也是FSHR与G蛋白的互作位点，并介导Akt信号通路的激活［11］。
（2）钙离子转运：在睾丸支持细胞和颗粒细胞中，FSH可以诱导胞外钙离子内流和胞内钙离子释放，在大鼠睾丸支持细胞中这一过程主要由Gαh/PLCδ1/IP3介导［12］。在颗粒细胞中FSH诱导内质网钙离子释放的过程可能还有 APPL1接头蛋白的参与［13］。FSH诱导的钙离子转运的生理功能尚不清楚，体外实验中显示钙离子转运可能参与FSH诱导的MAPK激活和芳香化酶合成调节，但抑制钙离子释放似乎并不影响颗粒细胞的主要功能［14］。
3.FSHR与其他胞膜受体的相互作用：GPCR功能的广泛性和多样性除了归因于G蛋白本身作用的多样以外，还由于它能够与许多其他受体发生串联对话，这些串联对话可能通过胞内效应分子的作用发生，也可能通过受体之间形成二聚体发生，对FSHR来说，最常与其发生串话的就是IGF-1R和表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor， EGFR）。
IGF-1R与FSHR两个受体的下游信号存在部分重合，二者协同作用可以增加甾体激素生成和促进卵泡发育，促进睾丸支持细胞增殖［15］。研究显示，二者并非简单重合，而是FSHR信号的激活依赖IGF-1R信号［16］。体外敲减小鼠颗粒细胞的IGF-1R后FSH无法激活Akt，甾体激素生成缺陷［16］。体内研究表明条件性敲除小鼠颗粒细胞上的IGF-1R后，小鼠虽然FSH和FSHR水平正常，但表现为颗粒细胞分化异常、排卵异常、生殖能力下降，同时敲除颗粒细胞上的IGF-1R和胰岛素受体，小鼠则进一步表现为完全不孕［17］，进一步证明生长因子类信号对FSHR信号调节的重要性。与此类似，在颗粒细胞分化过程中FSHR对ERK1/2的激活也依赖EGFR，其机制主要包括前述的PKA促进DUSP6的去激活，解除其ERK磷酸化的抑制作用，从而促进下游EGF受体信号的激活［1］。且EGFR和FSHR下游通路也有部分重合，包括ERK1/2信号、PI3K/AKT信号和Janus激酶/信号转导与转录激活子（Janus kinase/signal transducers and activators of transcription，JAK/STAT）信号。一项研究利用系统生物学和逻辑分析的方法预测并证实FSHR下游的ERK1/2可以被EGFR下游的p38 MAPK磷酸化激活，进一步丰富了FSHR和EGFR的交互作用方式［18］。
FSHR与同为促性腺激素受体的LHCGR的结构相似，均表达于颗粒细胞表面，二者在排卵前卵泡的颗粒细胞中存在密切的功能联系，近年研究者报道它们可以形成异源二聚体，对Gαs信号通路的激活发挥交互抑制的作用［19］，这一作用可以延长LH诱导的钙离子胞外内流信号从而延长排卵过程。
三.
FSHR性腺外表达及其生物学功能新认识
近年的临床疾病相关研究报道了大量非性腺组织的FSHR表达，包括非性腺生殖系统组织，如子宫内膜、子宫肌层和输卵管［20］、胎盘［20］、脐静脉内皮细胞［21］，其他器官组织如骨骼［22］、脂肪［23］、肝脏［24］，以及恶性肿瘤血管［25］和肿瘤转移灶［26］等，以下进行简述。
在生殖道非性腺组织中，FSHR广泛表达于非妊娠期女性的子宫内膜、子宫肌层和宫颈的血管内皮细胞、腺体和间质，少量表达在子宫肌层的肌纤维和间质细胞中；在妊娠期时，FSH还表达在孕8~10周以后的胎盘绒毛膜细胞和绒毛膜间质细胞中［20］。另有研究表明脐带的脐静脉、华通胶和血管平滑肌细胞以及内皮细胞也表达功能性FSHR［21］，能够通过非cAMP依赖的AKT激活促进小管形成、创伤愈合、细胞迁移和增殖、一氧化氮生成以及细胞存活，发挥与VEGF作用相当的促血管生成作用［21］。
既往认为围绝经期和绝经后女性系统性疾病增加的原因主要是由于性激素缺乏，但刚进入围绝经期的女性雌激素水平尚未出现明显下降，而血清FSH水平已经出现显著升高。2006年，Sun等［22］利用FSHR基因缺陷小鼠和FSHβ基因缺陷小鼠模型研究显示，两种小鼠都存在显著的骨量降低，FSHβ单倍体不足小鼠骨量增加而卵巢功能正常，作者提出导致绝经后骨质疏松的原因是FSH水平升高而非雌激素降低，并验证其机制可能是FSH结合破骨细胞表面Gi2α偶联的FSHR，激活下游MEK/Erk、NF-κB和Akt信号，导致破骨细胞形成和功能增强，FSHβ亚基抗体可以抑制去卵巢小鼠的骨吸收，促进骨生成［27］。
早期临床研究表明绝经后女性升高的FSH水平与内脏脂肪增加相关［28］。近年动物研究提示用多克隆抗体阻断FSHβ亚单位之后，野生型肥胖小鼠和去卵巢小鼠的内脏脂肪含量显著减少，细胞线粒体数量增加，热能产生增加，白色脂肪棕色化增多［23］。FSH能够通过结合脂肪细胞表面FSHR促进cAMP-PKA激活，进而激活CREB磷酸化和下游PPARγ、STEBP2基因转录，促进脂肪沉积和脂肪组织中的胆固醇向雌激素转化［29］。FSH对绝经后代谢综合征的不良作用还体现在能够作用于肝细胞表面的FSHR，降低LDL受体水平，进而减少LDL-胆固醇内吞，增加循环中LDL-胆固醇含量，促进代谢异常的发生［24］。在雄性去睾丸小鼠中的研究显示GnRH抑制剂能够改善去势造成的代谢综合征和动脉粥样硬化［30］，提示降低FSH对减少绝经造成的或雄激素剥夺治疗导致的代谢综合征及心血管系统并发症存在益处。
一项研究检测了11种常见恶性肿瘤的切除标本显示所有类型的肿瘤均表达FSHR，分布在距离正常组织大约10 mm处的血管内皮细胞表面靠近管腔的部分［25］，有6种肿瘤类型的转移灶也显示FSHR在肿瘤血管内皮细胞的表达［26］，FSH可能通过FSHR信号激活VEGF的表达，进而促进肿瘤血管新生和肿瘤外周血管重塑［25，31］，并诱导恶性肿瘤的侵袭、迁移［32］，为FSH-FSHR信号应用于肿瘤诊断、治疗、预后提供了支持。
这些研究为FSH及其受体信号生物学功能研究开辟了全新的视角，促使我们从生物体整体生理功能稳态维持角度审视FSHR这一经典受体，但这些研究也受到了一些质疑［33］。例如有研究质疑Sun等［22］的研究使用的小鼠体内LH和睾酮水平正常，其实验结果不能排除LH和睾酮水平对骨量的影响［34］。在实验验证过程中一些研究结果缺乏完整性和可重复性，如对肿瘤血管的相关研究［25］中使用的杂交瘤细胞单克隆抗体已经停产，无法由其他团队验证其可靠性，一些研究中使用的FSHR抗体缺乏阳性和阴性对照［21，23，35］，或缺少基本的mRNA水平检测，或是对FSH和FSHR的直接结合缺乏直接证据［21，23］，一些研究在同一组织中FSHR蛋白水平和mRNA水平上的验证结果不一致［36-37］。
非性腺组织FSHR的表达量相比性腺组织明显减少，对研究方法的严谨性和验证手段的可靠性等方面提出了更多的挑战，尤其是体外研究需要谨慎使用过表达等手段来研究FSHR在生理状态下发挥的作用。且目前FSHR性腺外表达的大部分研究均集中在女性/雌性动物中，对男性/雄性动物中FSH对非性腺组织的作用报道甚少［38］。性腺外组织虽不分性别，但两性FSHR应有显著表达差异，因此在探究FSHR在非性腺组织中发挥作用的相关研究中应进一步区分性别差异。
四.
总结与展望
近年来随着新的研究技术发展，FSHR复杂的信号通路网络，以及与其他受体、分子间的相互作用机制逐渐被揭示，表明其在各类生殖相关事件中发挥广泛且核心的作用，而非性腺组织中FSHR的发现又为这一受体赋予了新的生物学功能谜团，进一步提示其在维持机体整体健康中可能也有重要作用，为疾病研究和药物研发提供了新的思路。但FSHR信号网络的复杂性给相关研究带来了更多的难度，也为科学验证FSHR的相关功能和调节方式带来了新的挑战。研究成果的进步必然依赖研究手段的进步，进一步的相关研究可以结合当前快速发展的各类组学技术，揭示不同干预条件下FSH-FSHR信号相关分子磷酸化修饰表达谱等，帮助进一步阐明FSHR下游不同通路间的交互作用；体外研究可以结合体外卵泡培养、三维人造生物卵巢器官模型等技术开展研究；体内研究则可以选择合适的基因动物模型和“功能恢复”模型［39-40］，另外还应注意根据实验目的选择适合且结果可靠的FSHR抗体，多水平、多种方法验证相关分子表达与相互作用，实验中应合理设置阳性对照和阴性对照，并注意排除其他相应受体信号影响因素对实验结果的干扰。相信越来越多的研究将有助于我们了解这一经典但又不断更新我们观念的受体信号。
精彩回顾与预告
精彩回顾
下期预告
【综 述】卵泡刺激素受体基因失活突变导致卵巢功能减退的研究进展
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