Předmluva. 17-β-estradiol (E2) je běžnou formou sérového a tkáňového estrogenu u mužů a žen. Gen CYP19A1 kóduje enzym aromatázu, který přeměňuje testosteron na E2 u obou pohlaví (4). Aromatáza je exprimována v mnoha orgánech a buňkách; lokální produkce a působení E2 u mužů je tedy pravděpodobně fyziologicky relevantní (5). Silná podpora důležité role E2 pochází ze studií u mužů s inaktivujícími mutacemi ERα nebo aromatázy (6, 7). Necitlivost na E2 byla zjištěna u 28letého muže s diagnózou homozygotní mutace ERα, která způsobila vznik zkráceného nefunkčního proteinu (6). U tohoto jedince se projevoval pokračující lineární růst a vysoký vzrůst částečně způsobený nesrostlými epifýzami, a to navzdory normálnímu sérovému testosteronu. Byla zaznamenána významná osteoporóza, což naznačuje, že endogenní estrogen a ERα jsou u mužů důležité pro normální růst a vývoj kostí. Tento jedinec měl také vzhledem ke své výšce nadváhu a vykazoval nadbytek břišního tuku. Zvýšené hladiny endogenního estrogenu u tohoto jedince nedokázaly při absenci funkčního receptoru ERα potlačit hypofyzární gonadotropiny, luteinizační a folikuly stimulující hormony (LH, resp. FSH). Ačkoli tedy přímé působení mužských pohlavních steroidů na AR v mozku může hrát určitou roli v negativní zpětné vazbě, která reguluje LH a FSH, je nutná také estrogenová signalizace prostřednictvím ERα.
Podobně muži, kteří mají funkčně nedostatečnou aktivitu aromatázy, a proto nemohou vytvářet estrogeny, mají abnormality v tvorbě kostí, metabolismu glukózy a lipidů (se sklonem k metabolickému syndromu) a ve vývoji a funkci reprodukčního ústrojí (což v konečném důsledku zhoršuje plodnost) (8, 9), z nichž mnohé se zlepšují s estradiolem. Tyto příklady u lidských mužů potvrzují význam estrogenů v normální mužské fyziologii a jsou podpořeny studiemi u myší s deficitem ERα, kde jsou pozorovány podobné fenotypy (6, 7, 10).
Vývoj a funkce kostí. Mnoho studií prokázalo důležité účinky estrogenu na zdraví kostí u starších mužů a na vývoj kostí u mladých mužů. U posledně jmenovaných existují důkazy, že estrogen silně přispívá k uzavírání epifýz, a omezuje tak lineární růst (11). Tato role E2 je v souladu s periostální expanzí kosti během puberty, která je rovněž pozorována při substituci E2 u mužů s mutací aromatázového genu (8, 9, 11).
U starších hypogonadálních mužů se zvýšenými markery kostní resorpce charakteristickými pro zvýšenou aktivitu osteoklastů je substituce testosteronem minimálně účinná při potlačení těchto markerů (12). Naproti tomu substituce estrogeny silně potlačuje zvýšení markerů kostní resorpce. Autoři této studie dospěli k závěru, že u mužů se estrogen podílí na antiresorpčních účincích na kost přibližně 70 % a testosteron asi 30 %. Tato zjištění jsou v souladu s osteopenií/osteoporózou pozorovanou u mužů s mutovanými geny pro aromatázu nebo ERα (6, 7). Studie u starších mužů léčených inhibitorem aromatázy poskytují další podporu pro roli estrogenu při zachování kosti (13).
Mechanicky na myších modelech estrogen potlačuje diferenciaci osteoklastů závislou na IL-6, což pak může tlumit úbytek kostní hmoty. TNF-α je však pravděpodobně důležitější pro zprostředkování úbytku kostní hmoty souvisejícího s nedostatkem estrogenů, protože ovariektomie zvyšuje produkci TNF-α v kostní dřeni, což je doprovázeno úbytkem kostní hmoty, zatímco ovariektomie u myší s nedostatkem TNF-α k úbytku kostní hmoty nevede (14). Role suprese TNF-α a případně IL-1β při zprostředkování antiresorpčních účinků estrogenů byla potvrzena ve studiích u žen (15). Srovnatelné studie však nebyly provedeny u mužů. Mezi další údajné mediátory vývoje a/nebo resorpce osteoklastů u žen, které jsou inhibovány estrogeny, patří aktivace NF-κΒ a sklerostinu (16). Opět však bylo jen málo ověřeno u mužů.
Zatímco aromatáza v kostních buňkách usnadňuje lokální syntézu estrogenů potřebnou pro tvorbu kostí u normálních mužů, z genetických myších modelů delece ERα v prekurzorových buňkách osteoblastů (tvořících kost) byly vyvozeny odlišné závěry, které naznačují malý přínos E2 a ERα u myších samců. Možným vysvětlením je, že účinky estrogenů u lidí se projevují především na kortikální kosti, které tvoří přibližně 80 % lidského skeletu, zatímco kortikální kost je u myší zcela jiná a může být estrogeny regulována odlišně (17). To by mohlo mít klinický význam pro prevenci zlomenin dlouhých kostí obou lidských pohlaví souvisejících s osteoporózou.
Důležitá role ERβ v metabolismu kostí u lidí není dostatečně podložena. Byly vytvořeny dva samičí myší modely, K/G-ERβ-KO (18) a C-ERβ-KO (19). První model (K/G) vykazoval zvýšenou kortikální kostní minerální hustotu na počátku vývoje (20) a zvýšenou kortikální a trabekulární hustotu ve věku 12 měsíců (21). Samičí model myší C-ERβ-KO však nevykazoval žádný rozdíl v tloušťce kortikální kosti a minerální hustotě ve srovnání s WT myšmi, zatímco trabekulární kost vykazovala zvýšený mineralizační povrch, pravděpodobně v důsledku snížené kostní resorpce (22). Rozdíl v kortikální kosti může být důsledkem úplnosti delece ERβ. Zajímavé je, že samci myší K/G nevykazovali žádné kostní abnormality (20). Delece ERβ v osteoprogenitorových buňkách také ukázala zvýšení trabekulární, ale nikoli kortikální kostní hmoty u myších samic (23). Celkově tyto výsledky naznačují, že ERβ nemá žádný významný vliv u myších samců, ale může omezovat mineralizaci trabekulární kosti, která je závislá na ERα u myších samic.
Shrnem lze říci, že přeměna testosteronu na estrogen u lidských samců je důležitá jak pro normální vývoj kortikální kosti, tak pro zachování zdravého kostního metabolismu během stárnutí, který pravděpodobně snižuje počet zlomenin.
Reprodukce. Ačkoli bylo studováno pouze několik mužů s mutací genu pro aromatázu, tito jedinci trvale vykazují oligospermii a nejméně u jednoho byla prezentována neplodnost (24). Tyto reprodukční abnormality mohou odrážet ztrátu produkce estrogenů v testikulárních Leydigových buňkách. U muže s mutovanou ERα a u myších samců s geneticky odstraněnou ERα byla rovněž zaznamenána výrazně snížená pohyblivost spermií (6, 8), což naznačuje, že signalizace prostřednictvím ERα reguluje spermatogenezi. Tato zjištění podporují i novější studie na myších, kde ztráta membránové nebo jaderné ERα ve varlatech vede k abnormální produkci a funkci spermií, což vede k neplodnosti s postupujícím věkem myších samců (25). Mechanicky má ztráta ERα za následek nadměrné hromadění tekutiny v nadvarleti, což může přispívat k abnormální morfologii a funkci spermií (26).
Na rozdíl od myších samců s KO ERα si myší samci s KO ERβ zachovávají relativně normální plodnost ve dvou různých modelech (18, 19). Překvapivě však malý počet lidských samců s mutacemi v ERβ je spojen s poruchami vývoje pohlaví 46, XY, které vykazují výrazně abnormální nebo chybějící gonády (27). Tyto rozdíly mezi myšmi a muži s mutovaným nebo žádným ERβ zdůrazňují význam studia estrogenové signalizace jak u myších modelů, tak u lidských pacientů.
Zajímavé je, že mutace genu pro aromatázu CYP19A1 se ziskem funkce, která způsobuje zvýšenou hladinu estrogenu estronu, je spojena s familiární gynekomastií u mladých mužů (28). Toto narušení normálního poměru testosteronu a estrogenu u mužů je základem většiny forem gynekomastie.
Další studie naznačují, že estrogen přispívá k libidu a sexuální výkonnosti mužů. Například u 202 zdravých mužů, kterým byl podáván analog gonadotropin uvolňujícího hormonu (GnRH) k potlačení endogenní produkce androgenů, došlo ke ztrátě sexuálního pudu a erektilní funkce. Tito muži pak dostávali náhradu testosteronu bez inhibitoru aromatázy (anastrozolu) nebo s ním po dobu 16 týdnů. Ačkoli podávání testosteronu tyto funkce významně zlepšilo, přidání inhibitoru aromatázy oslabilo zlepšení libida i erekce penisu (29).
Je dobře známo, že tvorba oxidu dusnatého (NO) v cévách penisu je nezbytná pro vazodilataci a erekci (30). Estrogen působící na ERα i ERβ silně stimuluje několik izoforem enzymu NO syntázy k produkci NO v endoteliálních a dalších cévních buňkách (31-33), což může vysvětlovat erektilní dysfunkci spojenou se ztrátou produkce estradiolu z testosteronu. Jakmile je produkce NO narušena v důsledku onemocnění penilních tepen, například při diabetu, možná estrogen již nemůže podporovat vazodilataci, protože se zdá, že tento pohlavní steroid zabraňuje časnému arteriálnímu onemocnění na myších modelech. Estradiol tedy u mužů funguje jak v mozku (libido), tak v pohlavních žlázách (erekce), aby moduloval mužskou reprodukci.
CNS. Studie na zvířatech a u lidí prokázaly, že působení estrogenů v CNS hraje rozhodující roli v agresivitě a v sexuálním chování u mužů, pravděpodobně v důsledku lokální produkce estradiolu aromatázou. Například léčba makaků inhibitory aromatázy vede ke snížení sexuální motivace a ejakulačních akcí (34). Lidští samci s mutací aromatázy mají snížené libido a snížené sexuální chování navzdory vysoké hladině testosteronu a léčba estrogenem zvyšuje libido a sexuální aktivitu (35). Podobně, jak bylo zmíněno, náhrada testosteronu v přítomnosti inhibitoru aromatázy u hypogonadálních mužů vede pouze k částečnému snížení sexuálních funkcí ve srovnání se samotnou náhradou testosteronu (29). Je zajímavé, že exprese aromatázy je hojná v četných mozkových jádrech žen i mužů (36, 37) a lokální produkce estradiolu v těchto oblastech se zdá být kritická při zprostředkování agresivního a sexuálního chování. Například myší modely deficitu aromatázy ukázaly, že její působení v hypotalamu a amygdale je důležité pro mužskou agresi (38, 39). Kromě toho samci myší, kterým chybí exprese AR v CNS, stále vykazují samčí sexuální a teritoriální akce (40), což naznačuje, že aromatizace androgenů na estrogeny, po níž následuje působení estrogenů na ER, hraje zásadní roli v tom, co se běžně považuje za „samčí“ chování.
Koneckonců, estrogen může hrát kritickou roli v mužském mozku nad rámec jeho působení v sexuálním a agresivním chování. Lokální produkce estradiolu v mužském mozečku se zdá být důležitá pro vestibulárně-okulární reflexní adaptaci (41), která koordinuje pohyby očí a hlavy a pomáhá stabilizovat vidění. Estrogen také zlepšuje prostorovou paměť u samic prostřednictvím ERα v hipokampu, ale prostřednictvím ERβ v hipokampu myších samců (42). Tyto studie naznačují, že produkce a působení estrogenů v CNS jsou rozmanité a že pravděpodobně budou objeveny další procesy zprostředkované estrogeny.
Tuk a metabolický syndrom. Muži s mutací aromatázy často vykazují nízký HDL cholesterol, vysoký LDL cholesterol, zvýšené triglyceridy a viscerální tuk a poruchu homeostázy glukózy (8, 24). Tyto lipidové abnormality jsou zvráceny léčbou estrogeny (8). Muži s deficitem aromatázy a dříve diskutovaný jedinec s mutací ERα vykazují sníženou endoteliální funkci a předčasnou aterosklerózu, včetně tvorby plaků. Náhrada estrogeny tyto stavy u jednoho jedince vyřešila (24). Jaterní steatóza zaznamenaná u několika těchto mužů může být důsledkem zvýšené hladiny triglyceridů (24).
Zvýšená hladina viscerálního tuku byla zaznamenána u mnoha mužů s mutací aromatázy nebo ERα a také u mladých mužů, kteří dostávali agonisty GnRH, aby zabránili syntéze testosteronu. U posledně jmenované skupiny suplementace testosteronem podpořila zvýšení svalové hmoty a snížila rozvoj tělesného tuku, ale inhibice tvorby viscerálního tuku nebyla pozorována při společném podávání testosteronu a inhibitoru aromatázy anastrazolu, což naznačuje, že tento výsledek zprostředkovává estrogen (29). Estrogen inhibuje tvorbu viscerálního tuku u savců několika způsoby. Především u myší estrogen prostřednictvím ERα potlačuje angažovanost pluripotentních kmenových buněk do linie adipocytů (43). Protože působení aromatázy v tukové tkáni je hlavním zdrojem cirkulujícího estrogenu u mužů, zdá se, že lokální estrogenová signalizace v adipocytech může hrát hlavní roli při modulaci jeho vlastní produkce (44). Estrogen může také přímo ovlivňovat hmotnost a tvorbu tuku regulací příjmu a výdeje energie. U genetických myších modelů vede ztráta ERα ze specifických oblastí hypotalamu k nadměrnému příjmu potravy a snížení energetického výdeje (45). Studie na myších s deficitem ERα navíc ukazují, že estrogeny zvyšují působení inzulinu v játrech, svalech a tuku samců i samic (46).
Kromě regulace inzulinové signalizace modulují estrogeny také funkci β buněk ve slinivce břišní. ERα v ostrůvcích pankreatu potlačuje syntézu mastných kyselin prostřednictvím STAT3 zprostředkované suprese genu pro syntázu mastných kyselin u samců potkanů, což přispívá k prevenci selhání β buněk (47). U obou pohlaví myší s deficitem aromatázového genu, kterým je podáván streptozotocin (který způsobuje apoptózu β buněk), estrogen/ERα udržuje sekreci inzulinu zmírněním zániku β buněk (48). Jaderný ERα v CNS pomáhá udržovat citlivost na inzulin u myších samic, zatímco ztráta jaderného ERα zhoršuje schopnost glukózy podané do krční tepny stimulovat mozkovou regulaci sekrece inzulinu pouze u myších samců (49). Tato zjištění naznačují roli ERα při pozitivní regulaci normální homeostázy glukózy u myších samců i samic. To je v souladu se zhoršenou homeostázou glukózy u mužů s mutací aromatázového genu (9, 11). Jak u modelů s delecí ERα u myší, tak u výše zmíněných samců u lidí však nebyl prokázán diabetes, což svědčí o mírné regulační roli receptoru pro pohlavní steroidy.
Muži s deficitem aromatázy a samci s mutací ERα rovněž vykazovali známky metabolického syndromu, včetně hypertenze. Podávání estrogenů zvrátilo mnoho z těchto poruch, včetně zlepšení inzulinové rezistence a glukózové intolerance (24). Zajímavé je, že samci a samice ERβ-KO (konkrétně C-ERβ-KO) se se stárnutím stávají hypertenzními (32), což naznačuje, že tato izoforma ER může rovněž přispívat k normalizaci krevního tlaku. U myší vedla delece ERα omezená na adipocyty ke zvýšení markerů fibrózy a zánětu v tukové nice a také ke zhoršení celkové homeostázy glukózy, přičemž tyto účinky byly výraznější u samců (50).
Shrnem lze říci, že různé aspekty metabolického syndromu se u myších samčích modelů onemocnění zřetelně zlepšují, ale i když to naznačuje, zda se to vztahuje i na muže, vyžaduje další zjištění.
Karcinom prostaty. V normální lidské prostatě jsou ERα i ERβ exprimovány především ve stromatu, respektive v epitelu (51). Obecně se má za to, že ERα má v normální i maligní prostatě proproliferační účinky a přispívá ke vzniku premaligních lézí a rakoviny na modelech hlodavců. Naproti tomu ERβ udržuje epiteliální diferenciaci a zároveň inhibuje proliferaci způsobenou ERα, čímž podporuje normální vývoj a přinejmenším zpočátku působí jako supresor vývoje rakoviny prostaty. V 60. a 70. letech 20. století byl k úspěšné léčbě karcinomu prostaty používán syntetický estrogen, diethylstilbestrol (DES), který potlačuje produkci androgenů prostřednictvím zpětné vazby na hypotalamo-hypofyzární osu (52). Vzhledem k jeho protrombotickým účinkům však u pacientů léčených DES docházelo k vysokému počtu infarktů myokardu. Nicméně tyto studie naznačily, že cílené působení na ER u karcinomu prostaty by mohlo být terapeuticky výhodné.
Klinické studie s použitím agonisty ERα (53) nebo selektivního modulátoru ER (54) nepřinesly dostatečně působivé důkazy pro léčbu karcinomu prostaty, které by ospravedlnily komplexní studie u této malignity. To může odrážet složitost jaderné ER, která funguje ve spojení s jadernou AR nesčetnými způsoby v závislosti na stadiu nádoru. Kromě toho existují různé izoformy ERβ, které mají buď tumor potlačující, nebo tumor podporující funkce (55). Přepínání izoforem ERβ bylo pozorováno u kastračně rezistentního a metastatického karcinomu prostaty u mužů, což možná vysvětluje dichotomii působení ERβ u různých typů této malignity. Je zajímavé, že nedávné studie u lidí ukazují, že vysoká exprese ERβ se vyskytuje u mnoha karcinomů prostaty a koreluje s příznivou prognózou (56), zatímco vysoké hladiny estradiolu nebo estronu jsou významně spojeny s kratší dobou do vzniku kastračně rezistentního karcinomu prostaty, pravděpodobně prostřednictvím působení na ERα (57). U myší s aromatázou-KO agonista ERβ indukuje apoptózu stromálních, luminálních a epiteliálních buněk v prostatě. Agonisté tohoto receptoru také indukují apoptózu ve stromatu a epiteliálních progenitorových buňkách za použití pacientských, Gleason-7 xenograftových tkání u myší. Tento proces je zprostředkován regulací kaspázy-8 zprostředkovanou TNF-α (58). Při vědomí významu ER v prostatě se nadále vyvíjejí intervenční paradigmata
.