男性性腺功能减退症
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第二节 雄 激 素

男性体内,睾酮是血液中最重要、含量最丰富的雄激素,由睾丸间质细胞产生,其合成和分泌是由促性腺激素和睾丸局部因子所调控。睾丸每天产生6~7mg的睾酮,大约占人体雄激素的95%。雄激素的生理作用主要是通过其与雄激素受体的相互作用体现,可以促进男性生殖系统的生长发育,同时对肌肉、骨骼生长,血脂、蛋白质和葡萄糖代谢均有作用。
一、雄激素生物合成与分泌
雄激素是一类含有19个碳原子类固醇激素的总称,有睾酮、脱氢表雄酮、雄烯二酮和雄酮四种主要活性形式,其生物活性比分别为100∶16∶12∶10。其中由于睾酮具有高生物效能且合成量大,因此睾酮是人体内最主要的雄激素。
雄激素的合成即胆固醇转化为睾酮(图2-2-1)。这个过程需要五步酶转化,侧链胆固醇经氧化作用由27C缩短为19C,甾体A环的3位转变形成酮基。胆固醇转化为睾酮的第一步是通过C22和C20羟化酶使支链缩短,接着C22和C20之间的链接断裂,产生孕烯醇酮。孕烯醇酮在内质网中通过Δ4或者Δ5途径生成睾酮。Δ4或者Δ5是指类固醇中双键的位置。人类固醇合成中,Δ5途径优于Δ4途径。Δ5途径是以孕烯醇酮为前体,在17α-羟化酶作用下,在孕烯醇酮第17位C原子位置上增加α-羟基生成17α-羟孕烯醇酮(17α-hydroxy pregnenolone),再经17,20裂解酶(17,20-lyase)作用,将17位和20位C原子上的侧链断开,形成脱氢表雄酮,最后在17β-羟类固醇脱氢酶(17β-hydroxy steroid dehydrogenase,17β-OH-HSD)作用下生成雄烯二醇(androstenediol)。另一条Δ4途径,即以Δ4甾体-黄体酮为前体,其合成产物也是Δ4甾体。即黄体酮在17α-羟化酶作用下形成17α-羟黄体酮(17αhydroxy progesterone),又经17,20-碳链裂解酶作用形成雄烯二酮,再经17β-OH-HSD作用后形成活性最强的雄激素——睾酮。Δ5途径的每一步产物均可经3β-OH-HSD和Δ5-4异构酶作用而形成相应的Δ4产物。在人类,雄激素的合成以Δ5途径为主,双氢睾酮(Di-hydro testosterone,DHT)不能在体内直接合成,而是由睾酮在其所作用的靶细胞(如附睾和前列腺)内的5α-还原酶作用下转化而来。
图2-2-1 合成睾酮的Δ5途径
体内能合成雄激素的组织主要是睾丸,男性体内大约95%的睾酮由睾丸间质细胞合成分泌,其余部分在肾上腺皮质和其他组织合成,合成的睾酮通过弥散进入血液循环。成年睾丸每日的睾酮分泌量为6~7mg。此外,卵巢和肾上腺也分泌少量的睾酮,每日约500μg。DHT只有少量由睾丸直接分泌(每日分泌量约为70μg),大部分DHT由睾酮转化而来。肾上腺分泌的去氢表雄酮,由于无特异性受体,故无重要的生理意义。
在人的一生中,有两次雄激素分泌的高峰期,第1次出现在胚胎发育第14~18周,然后开始下降直至出生;第2次开始于青春期,血清中睾酮浓度不断上升,可高达14.04nmol/L,在20~40岁维持在2.05nmol/L,50岁以后开始下降,其中血清游离睾酮的下降更明显,睾酮分泌的昼夜节律也消失。胚胎期的激素分泌主要是促进性分化,而青春期后的激素主要是促进精子发生和维持男性的生理功能等。成年男性睾酮的分泌也呈脉冲式,两次脉冲的间隔时间为1~3小时。在一天中,睾酮的分泌量也是不同的,清晨的分泌量明显高于午夜。肾上腺皮质合成分泌的睾酮受下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴中的促肾上腺皮质激素调控,因此这部分睾酮的变化节律与皮质醇/皮质酮的节律相似。
睾丸间质细胞(Leydig细胞)合成分泌睾酮主要受LH调控,LH与Leydig细胞表面的G蛋白相关受体结合,从而激活了环腺苷酸通路,进而启动睾酮基因的表达,虽然LH也能激活磷脂酶C通路,但该通路的激活是否与睾酮合成有关尚有争论。此外,睾酮的合成还受胰岛素样生长因子-1、转化生长因子-α、转化生长因子-β、白介素-1和碱性成纤维细胞生长因子等激素调节。
间质细胞不能储存雄激素,但是雄激素的合成持续进行,从未停止。雄激素是以胆固醇为原料进行合成。间质细胞还可以通过其他途径利用类固醇,因为类同醇是类固醇激素必不可少的前体。体内类固醇激素的合成和间质细胞内胆固醇平衡主要通过类固醇激素调节来维持。胆固醇可以通过低密度脂蛋白介导的内吞作用入胞,也可以在间质细胞内由乙酰辅酶A重新合成。此外,睾酮调节间质细胞内的脂质平衡,还影响类固醇的合成和调节胆固醇从头合成途径的相关基因表达。胆固醇以脂滴的形式储存于胞浆内,脂滴的数目与间质细胞雄激素合成的速率有关,雄激素合成速率快,脂滴数目就少,合成速率慢,脂滴数目就多。
睾丸淋巴循环和血液循环中的睾酮浓度基本相同,雄激素扩散到组织间隙,然后进入毛细血管,或者间质细胞通过与其直接相邻的睾丸微血管将雄激素直接分泌到毛细血管。
二、雄激素的转运和代谢
雄激素被分泌后,一部分进入生精小管,大部分进入血浆。在血浆中,雄激素与它的运载工具性激素结合球蛋白(sex hormone-binding globulin,SHBG),结合为复合体,被运送到各组织中的靶细胞,发挥生理效应。在生精小管中,雄激素则与另一种特异的运载工具雄激素结合蛋白(androgen binding protein,ABP)组成复合体,被运往生殖细胞,从而促进精子的发生与成熟。两种复合体到达靶细胞后,会发生解离释放雄激素,游离出来的雄激素通过弥散作用,顺浓度梯度而进入靶组织中。在这里,前列腺细胞是个例外,因为进入前列腺细胞的主要是DHT,由于血浆中DHT的浓度很低,故必须逆浓度梯度而进入细胞,此即称为主动摄入机制。
分泌进入血液的雄激素98%与各种蛋白质结合,其中40%与白蛋白结合,为非特异性结合;60%与肝细胞分泌的SHBG结合,为特异性结合。呈结合状态的雄激素无生物活性,只有1%~3%的游离雄激素具有生物活性。但与白蛋白结合的睾酮由于亲和力很低,随时可以在毛细血管内解离分离,在功能上与未结合的睾酮是相等的。与白蛋白结合的睾酮的半解离时间<1秒,与SHBG结合的时间为22秒。大脑毛细血管的通过时间约为1秒,因此与白蛋白结合的睾酮在大脑能够全部解离,并被脑细胞摄取,而与SHBG结合的睾酮基本上不被脑组织摄取。肝脏毛细血管的通过时间约5秒,对睾酮的摄取与大脑相似。由于与白蛋白结合的睾酮易于游离,因此血浆SHBG的含量对于游离雄激素的浓度具有重要的影响,一些激素,如雌二醇和甲状腺素等能增加SHBG的含量,从而影响雄激素的功能。
在睾丸内,雄激素的运行主要依赖于睾丸内支持细胞(Sertoli细胞)分泌的ABP,ABP可来自于血液或直接由Leydig细胞分泌。有关研究表明,ABP的分泌量与精子的发生及睾丸的重量始终保持着平行关系。ABP分泌以后,便沿两条途径运行:一条是与生精小管中的雄激素结合,将雄激素运送到精原细胞与精母细胞,然后它又与雄激素解离,并使雄激素与生殖细胞中胞浆受体相结合,形成激素-受体复合物,该复合物又移至细胞核内同染色质上的受体部分结合,发动细胞代谢,促进精子生成。另一条途径则是随同睾丸液流入附睾,在附睾中雄激素结合蛋白转运、储存与浓缩雄激素,从而维持附睾中高浓度的雄激素,甚至可达血液中雄激素浓度的100倍,以保证精子在此成熟。
SHBG主要由肝细胞产生,人生精细胞也可以表达睾丸SHBG,并且含有一个可选择性的外显I序列,可产生比血浆SHBG小4~5kD的异构体,但其与睾酮的结合能力低于血浆SHBG。SHBG不仅可以结合睾酮,还可以结合雌二醇。不同的SHBG异构体结合特点不同,但是睾酮与SHBG的结合能力比雌二醇高3倍。例如,SHBG碳氢化合物构象变化可导致其与睾酮或者雌二醇的亲和力发生变化。血浆SHBG浓度受激素调节,主要是类固醇激素对肝细胞分泌的调节作用,雌激素刺激SHBG的产生,睾酮抑制SHBG的产生。其他激素,如甲状腺激素也可以促进SHBG产生。男性血SHBG浓度是女性的1/3~1/2。正常男性,由于下丘脑-垂体-性腺轴的存在,当血SHBG浓度上升可导致游离睾酮浓度迅速下降,同时刺激睾酮产生,直至正常浓度。
睾酮主要在靶器官组织中降解,也可在肝脏中被代谢成17-酮类固醇。睾酮被前列腺和附睾等靶器官摄取后,在细胞内5α-还原酶作用下转变为DHT,它与细胞内受体结合而发挥作用,之后DHT进一步转化为雄烷二醇而失活。在一些组织,如骨骼和肌肉等,睾酮并不需要转化为DHT,而是睾酮直接与其受体结合而发挥作用。睾酮在肝脏中代谢灭活有两条途径,主要途径是通过17β-羟化后,生成雄烯二酮,再在17β-羟基脱氧酶作用下生成17-酮类固醇复合物(雄烷二酮、雄烷醇酮、雄酮和雄烷二醇),与葡糖醛酸或硫酸结合后从尿中排出。另一代谢途径是在5α,5β-还原酶、3β-羟基类固醇脱氢酶作用下,睾酮还原为雄烯二醇,与葡糖醛酸或硫酸结合后从尿中排出。睾酮可在脂肪组织中转化为雌二醇与雌酮,在一般情况下,这一转变可能没有重要的意义。
通过5α-还原酶,睾酮在粗面内质网中还原成DHT。睾酮和DHT结合在相同的细胞内雄激素受体,以调节靶组织上基因的表达。虽然它们与相同的雄激素受体相互作用,但睾酮和DHT产生不同的生物学反应,它们的分子机制仍然存在争论。利用NADPH依赖型酶可以分辨出人体内两种5α-还原酶亚型,这种酶可以减少C19类固醇以及C21类固醇第4~5位置的双键。Ⅰ型5α-还原酶的基因位于一个编码259个氨基酸的蛋白质的5号染色体上,而Ⅱ型5α-还原酶的基因位于一个略短的编码254个氨基酸的蛋白质2号染色体上。两种亚型彼此非常相似,但表现出不同的生物学特性。Ⅰ型最适合碱性pH,而Ⅱ型的最佳pH是酸性。此外,两者在组织中的分布是不同的。Ⅰ型5α-还原酶存在于非生殖器皮肤,肝、脑、前列腺内层腺体、卵巢和睾丸;而Ⅱ型酶主要存在于传统雄激素依赖性组织,如附睾、生殖器皮肤、精囊、睾丸和前列腺,而且在肝、子宫、乳腺、毛囊和胎盘中也有发现。男性的假两性畸形患者,就是由于缺乏类固醇5α-还原酶Ⅱ型,使睾酮不能转变为DHT而出现病态表现,尽管其睾丸分泌的睾酮量是正常的,但这种患者的外生殖器不发育。
三、雄激素的作用途径与调控
在男性体内,雄激素主要通过三个途径发挥作用:①睾酮直接与雄激素受体结合发挥作用,如肌肉、骨骼和睾丸中。②睾酮在5α-还原酶作用下转变为DHT再发挥作用,如在许多外周组织中,包括外生殖器、附性腺器官(如前列腺)和皮肤等。③睾酮可直接或芳香化为E 2后结合雌激素受体,从而发挥雌激素作用,如脂肪组织等。
睾酮在靶器官中从SHBG分离出来并扩散进入细胞,雄激素首先结合类固醇激素受体家族的雄激素受体,转移至细胞核中,绑定至特定的基因组DNA序列,诱导染色体构象变化,靶细胞染色质重塑,失去伴侣蛋白,发生二聚化和核迁移,调控RNA和蛋白质的合成,进而调控其在不同组织和器官中的各种生理作用。
四、雄激素的生理作用
雄激素具有广泛的生理效应,作用于各种不同的器官,在胚胎期、青春期和成年期作用的重点不完全相同,主要作用于生殖系统,包括性分化、精子发生、维持性功能和促进附属性腺的发育等。此外,雄激素对肌肉、骨骼、造血、血脂、蛋白质及糖代谢均有作用。
在胚胎阶段,睾酮决定了性器官的分化。在妊娠早期,男性胎儿血中睾酮浓度较低,以后逐渐上升,至妊娠14~18周时达高峰,而在妊娠晚期降低。胚胎期胎儿血中睾酮水平的升降与睾丸间质细胞的分化和人绒毛膜促性腺激素的分泌动态密切相关。未分性别的生殖腺分化为睾丸或卵巢,取决于生殖腺细胞的膜上有无H-Y抗原,而生殖管道和外生殖器的性分化不是受H-Y抗原控制,而是受睾丸产生的雄激素影响。雄激素作用于中肾小管及中肾管,使之演变为输精小管、附睾管和输精管,作用于尿生殖结节,使其发育为男性的外生殖器。
在青春期决定向成年男性表型的进一步发展,这依靠重要的合成代谢功能来维持。双氢睾酮通过5α-还原酶主要作用于附睾、输精管、精囊和前列腺,这些组织尤其依赖连续的雄激素作用。在青春发育期,副性器官对睾酮的刺激特别敏感。随着睾酮分泌的增加,阴茎长大并逐渐增强勃起功能,阴囊增大,前列腺和精囊增长并分泌液体,出现阴毛、腋毛和胡须,喉头隆起,声音低沉,骨骼和肌肉生长加速,呈现男性体型。动物实验证明,切除睾丸后,前列腺、精囊和阴茎等副性器官发生萎缩,分泌上皮退化,分泌液减少,适时注射睾酮后则可恢复。在人类,如在青春期前切除睾丸,成年时生殖器呈幼稚状态,不出现男性第二性征。但是,雄激素受体在成年男子的阴茎不再表达,后青春期任何雄激素水平的下降对阴茎的大小只有轻微的影响。同样,成年人睾酮的调节不能够增加阴茎的大小。
雄激素影响性欲,睾丸功能低下患者的血中雄激素水平降低,常出现阳痿和性欲减低。用雄激素治疗后,可明显提高性欲和增强夜间阴茎的自发性勃起。
睾酮对平滑肌和横纹肌有直接的代谢影响,表现为增加肌肉数量和肌纤维的肥大。在现代体育运动中,这导致类固醇的滥用,目的在于增加男、女运动员的肌肉数量。睾酮的缺失可能会导致肌肉萎缩。
雄激素可以通过矿化作用诱导刺激骨密度的增加,而缺乏这些类固醇将导致骨质疏松症。骨骼形态和生理学的性别差异发生在青春期,青春期前类固醇对性腺的影响不大。青春期早期,骨骼的线性增长与睾酮浓度的增加直接相关。性别差异,特别是骨质量和结构,通过雌激素和雄激素的平衡来调节。青春期结束时,依靠睾酮的存在骨骺发生闭合,低浓度的睾酮可以导致闭合延迟。低睾酮水平与增加骨折的风险相关,特别是髋关节和非脊椎骨折。血清雌二醇和睾丸激素促进骨的转换率,睾酮可增加骨的形成,而雌二醇则抑制骨的形成和吸收。相反,高剂量的睾酮可诱发过早的骨骺闭合。
雄激素对皮肤和相关依赖性器官的作用在不同的皮肤区域有所不同,这是由睾酮或双氢睾酮介导的。睾酮的存在可以刺激皮脂腺的生长,诱发脸、上背部和胸部皮肤皮脂的产生。睾酮有助于寻常痤疮的发展,而雌激素可以减少皮脂浓度。双氢睾酮和睾丸激素对头发的作用受到毛囊雄激素敏感性的影响。DHT刺激人真皮乳头细胞中一氧化氮合酶的表达,这表明一氧化氮作为一种信号分子参与雄激素介导的一氧化氮的产生和毛囊活动的调控。虽然腋窝毛发和下部的阴毛在即使低浓度的雄激素存在时便开始生长,高水平雄激素对胡须、阴毛、胸毛的生长是必需的。这由遗传因素和个人雄激素受体的分布所决定,并依赖于雄激素周围环境。秃头男子群体中已被检测到高水平5α-还原酶的活性,而5α-还原酶效率低下或性腺功能减退的患者没有发际线的退化。由于头发的生长和5α-还原酶的活性相关,这种酶活性的增加和脱发的后果可能是早熟老化毛囊的表达。雄激素通过改变生长周期刺激毛囊头发来改变头发的颜色和粗细,并减少秃头症发生。
在青春期,睾丸雄激素促进喉长度增长约1cm。喉的大小和声带的长度及质量增加使声音低沉,为了保持较高调的声音,第16、19世纪的年轻男性在青春期之前行睾丸去势。低沉的声音与雄激素直接相关,所以为使女性声调降低,可以通过雄激素治疗。一旦形成男性声域将保持不变,进入青春期后性腺功能减退患者的声音将不再改变。特定性别音域的变化与人甲状软骨的矿化程度有关,而这些改变与碱性磷酸酶表达有关。矿化前的软骨细胞很少对雄激素受体和碱性磷酸酶起反应,这提示雄激素介导甲状软骨矿化。
在中枢神经系统,睾酮被芳香化或变为DHT,不同酶的个体活性和受体的分布存在差异,因大脑区域的不同而不同。妊娠期间,男婴大脑的生长在睾酮诱导下朝男性方向发展,雄激素缺失时向女性方向发展。性别认同、性别趋向和其他中枢神经系统控制的行为在大脑发育的初期被编程。雄激素对其他男性特征也很重要,如攻击行为、主动性和精神集中能力。雄激素环境与正常的机体和精神的表现和活动,以及良好的心情和自信心均密切相关。性幻想的存在和频率、晨间勃起、手淫或性交、性活动频率均与血睾酮正常至低于正常范围的浓度有密切关系。相反,雄激素缺乏往往伴随兴趣丧失、嗜睡、情绪抑郁、性欲和性活动减退。此外,在成年后,雄激素在大脑中有保护神经的作用。
雄激素对造血系统发挥双重效能。雄激素依赖性受体介导的促红细胞生成素刺激红细胞产生。雄性激素还直接影响造血干细胞,并导致血红蛋白的合成增加。
大量证据表明,雄激素可能在决定性别特异性血压时发挥作用。众所周知,冠状动脉硬化是老年人死亡的最常见的原因之一,男性患此病的风险是女性的2倍多。对于这种性别依赖的疾病,性别之间激素分泌的差异已被考虑。雄激素结合位点在中枢神经的视后区和视前区被发现,被认为可部分地调节血压和心率。因此,血压的性别差异的原因可能部分由决定中央血压调节的大脑性二态模式引起。
代谢综合征往往伴有体重增加、2型糖尿病和雄激素缺乏。研究发现,20%~64%的男性糖尿病患者有性腺功能减退,随年龄增加发病率增高。同时,糖尿病和代谢综合征也是性腺功能减退症的风险因子,这包括体重变化、性激素结合球蛋白水平下降、睾丸雄激素的合成抑制和芳香化酶活性升高导致的相对雌激素过剩等。
五、雄激素受体
雄激素受体(androgen receptor,AR)属于甾体激素受体超家族中的一员,体内多种组织部位有着广泛的分布,在中枢系统中AR分布于各个脑区及垂体,其中浓度最高的部位为下丘脑、视前区及边缘系统。
AR基因位于X染色体长臂(Xq11~12),是一种单拷贝基因,基因组DNA长度为75~90kb,有8个外显子和7个内含子。外显子1编码氨基端的转录调节区,含CAG等三核苷酸的重复序列,可作为遗传多态性的标志。外显子2~3编码两个锌指蛋白,其中80%的结构与类固醇受体同源。外显子4编码铰链区,与其他类固醇激素受体同源性较低。外显子5~8编码激素结合区,与糖皮质激素受体同源性约为50%。任何编码区的缺失或点突变均可导致AR结构与功能的异常。
AR为单链蛋白,有910~919个氨基酸,分子量为110~114kD,分为四个结构域:①N端,反式活化域(NTD);②DNA结合域(DBD);③铰链区;④C端配体结合域(LBD),具体见图2-2-2。N端(1~537)含有转录调节区和若干单一的氨基酸聚合段:如多聚谷氨酸片段(平均长度为21±2),多聚脯氨酸和多聚甘氨酸片段等。DNA结合区(538~627)是高度保守的,为富含半胱氨酸的2个锌指结构,决定了AR与DNA结合的特异性。第一锌指与激素反应元件结合,第二锌指与DNA磷酸骨架结合从而稳定DNA和受体的结合,并介导受体二聚体化。铰链区位于DNA结合区与激素结合区之间,介导AR从细胞质到细胞核的迁移。C端配体激素结合区约为670~919,中度保守,是与雄激素特异结合部位。
图2-2-2 雄激素受体基因及蛋白结构
(引自:Hu R,Denmeade SR,Luo J.Expert Rev Endocrinol Metab,2010,5(5):753-764)
在盐皮质激素、糖皮质激素和孕激素受体中,类固醇受体对相应的DNA结合域和配体结合域显示出较高的同源性。相比之下,在N-末端结构域很少有相似点存在。依照它们配体伴侣形成的同源二聚体,比如雄激素受体和其他类固醇受体,核受体被分为两个亚家族;另一个亚家族形成只有一个配体的异源二聚体,如甲状腺激素受体。在大多数核受体中,配体由12α螺旋构成的C-末端的洞穴状结合,导致大多数C末端α-螺旋的转变和激活活性的变化。12α螺旋里,有一个疏水性洞穴受诱发后改变结构和角度,其中伴随着螺旋12的变化,这个角度和受体的超激活状态有关。
雄激素受体N-末端结构域的一个重要特征是存在短串联重复序列CAG,编码多形态的聚谷氨酰胺,重复的TGG编码聚脯氨酸,重复的GGC编码聚甘氨酸。在正常男性中,有17~29个谷氨酸盐和13~17个甘氨酸重复存在。等位基因中GGC序列重复次数少与食管癌相关,而对于Kennedy病(一种退化的运动神经元疾病)患者,最多存在72个这样的谷氨酰胺重复。此外,雄激素受体中CAG和GGC的等位基因与超激活功能下降和女性癌症相关。雄激素受体中,较少类型CAG(<19个重复)和GGC(<15个重复)等位基因会导致更高的受体活性,并与前列腺癌的早期发生、更高分级肿瘤的出现和更快速的恶化有关。
编码两种异构体的雄激素受体基因位于X染色体并跨度约90kb,编码一个10.6kb的mRNA上的一个含有2757个碱基对的开放阅读框。雄激素受体基因在X染色体上的位置在遥远的进化物种中也有保存,例如有袋动物和单孔类动物,并可能反映出雄激素受体基因与其他系统基因在进化过程中的联系。雄激素受体基因的编码序列,包含翻译氨基酸的核苷酸序列,由8个外显子组成。N-末端结构域与蛋白质的转录调控区,完全由外显子1编码。而DNA结合结构域由外显子2和3编码,类固醇结合域由外显子4~8所编码。
与所有其他类固醇受体相似,雄激素受体的DNA结合区(538~627)是高度保守的,为富含半胱氨酸的两个锌指结构,决定了AR与DNA结合的特异性。该域大约70个氨基酸长并位于N-末端和雄激素结合域之间。在这部分序列中,8个半胱氨酸在空间中被排列以使4个硫酸将1个锌维持在正确的位置,构成典型的两个重叠的螺旋结构。雄激素受体外显子2和3编码DNA结合结构域。第1个锌指结构由外显子2编码,它对于雄激素受体在第一个含有重复GGTACA序列的雄激素反应元素的DNA上第2个和第5个核苷酸对受体结合有着重要作用。第2个核苷酸由第3外显子编码,通过与第1个锌指结构的疏水作用,稳定DNA受体结合,并有助于特定的DNA结合受体,这导致两种受体分子的二聚化。在紧邻的DNA结合结构域,一个简短的氨基酸序列负责运输受体进入细胞核。
雄激素受体的雄激素结合域包含整体受体约30%(DNA结合结构域包含约10%),并负责与雄激素的特异结合。该域构成以24种氨基酸为基础的一种亲脂性口袋以使睾丸激素或其他雄激素能够结合。体外实验时去除该区域会增加细胞内基因的转录。这部分受体基因对诱导和调控基因的转录至关重要。类固醇激素受体的作用调节,部分是翻译后修饰,如磷酸化雄激素受体在某些位点发生磷酸化,引起细胞核定位的激动剂结合产生反应,但通常不与拮抗剂结合。有证据显示,雄激素受体不同地点磷酸化反应由类固醇激素、毛喉素、佛波醇酯调节。与睾酮相比,双氢睾酮与雄激素受体具有更高的亲和力,主要是因为睾酮会更迅速地再次从受体解离。其他类固醇如雄烯二酮、雌激素和孕激素与睾酮相比对雄激素受体结合的亲和力较低。完整转录活性所需的铰链区的磷酸化,由环磷酸腺苷及蛋白激酶C介导的信号转导参与。
在没有激素作用时,AR存在于胞质中,并与至少3种热休克蛋白(Hsp90、Hsp70和Hsp56)结合,HSP有稳定AR的作用。血清中的睾酮进入细胞后,通常在5α-还原酶的作用下转变为DHT。睾酮及DHT都能与AR结合,但DHT具有更高的亲和力(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在与配体结合后,与HSP90解离,并发生构象改变,继而发生进一步磷酸化,形成同源二聚体进入核中。在核内,AR同源二聚体识别靶基因上的雄激素反应元件并与之结合,在辅助激活因子参与下,刺激靶基因转录,这些靶基因有PSA、cyclin D、EGF和PDGF等,从而调节胚胎性分化、青春期性发育、精子发生和调节促性腺激素的分泌。
AR变异可引起假两性畸形,变异包括:点突变、插入、缺失、拼接位点的改变、多态性CAG重复序列的改变。外显子1的转录调节区缩短引起AR受体对温度耐受性下降;外显子2~3的突变引起AR与靶基因的结合障碍,表现为受体阳性的雄激素抵抗;外显子5~8变异引起AR与睾酮、DHT的结合障碍。在所有的基因结构异常中,以点突变最多见,约占92%,8个外显子均有发现,但大多数发生于激素结合区和DNA结合区,从而改变受体的结构和功能。已报道的点突变已超过110个,如732位G突变为T,使门冬氨酸突变为酪氨酸,导致激素与受体不能结合;780位G突变为A,造成异亮氨酸取代甲硫氨酸,降低了受体与激素的亲和力,并引起受体对温度的不稳定性。插入可引起类似的改变。缺失较少见,基因的完全缺失在所有患者中约占1%,部分缺失约占4%。在内含子和外显子交接区的密码子突变将导致拼接位点的改变,影响基因转录后的mRNA加工。

(张志成 刘继红)