Esipuhe. 17-β-estradioli (E2) on miesten ja naisten seerumin ja kudosten estrogeenin yleinen muoto. CYP19A1-geeni koodaa aromataasientsyymiä, joka muuntaa testosteronin E2:ksi molemmilla sukupuolilla (4). Aromataasi ilmentyy monissa elimissä ja soluissa, joten E2:n paikallinen tuotanto ja toiminta miehillä on todennäköisesti fysiologisesti merkityksellistä (5). Tutkimukset miehillä, joilla on joko ERα:n tai aromataasin inaktivoivia mutaatioita, tukevat vahvasti E2:n tärkeää roolia (6, 7). E2-insensitiivisyys todettiin 28-vuotiaalla miehellä, jolla todettiin homotsygoottinen ERα-mutaatio, joka tuotti typistetyn, toimimattoman proteiinin (6). Kyseisellä henkilöllä oli jatkuva lineaarinen kasvu ja pitkä kasvu, joka johtui osittain epifyysien kiinnittymättömyydestä, vaikka seerumin testosteronipitoisuus oli normaali. Merkittävää osteoporoosia todettiin, mikä osoittaa, että endogeeninen estrogeeni ja ERα ovat miehillä tärkeitä luun normaalin kasvun ja kehityksen kannalta. Tämä henkilö oli myös ylipainoinen pituuteensa nähden, ja hänellä oli ylimääräistä vatsarasvaa. Kohonneet endogeeniset estrogeenipitoisuudet eivät tukahduttaneet aivolisäkkeen gonadotropiinia, luteinisoivaa ja follikkelia stimuloivaa hormonia (LH ja FSH), kun ERα-reseptori ei ollut toiminnassa. Näin ollen, vaikka miespuolisten sukupuolisteroidien suoralla vaikutuksella aivojen AR-reseptoreihin voi olla jonkinlainen rooli negatiivisessa palautteessa, joka säätelee LH:ta ja FSH:ta, tarvitaan myös ERα:n kautta tapahtuvaa estrogeenin signalointia.
Vastaavasti miehillä, joiden aromataasiaktiivisuus on toiminnallisesti puutteellinen ja jotka eivät näin ollen pysty valmistamaan estrogeenejä, on luunmuodostuksen, glukoosi- ja rasva-aineenvaihdunnan (taipumus kohti metabolista oireyhtymää) sekä lisääntymiselinten kehityksen ja toiminnan poikkeavuuksia (jotka viime kädessä heikentävät fertiliteettiä) (8, 9), joista moni paranee estradiolin avulla. Nämä esimerkit ihmismiehillä vahvistavat estrogeenin merkityksen miesten normaalissa fysiologiassa, ja niitä tukevat ERα-puutteisilla hiirillä tehdyt tutkimukset, joissa on havaittu samankaltaisia fenotyyppejä (6, 7, 10).
Luun kehitys ja toiminta. Monet tutkimukset ovat osoittaneet estrogeenin tärkeitä vaikutuksia luun terveyteen iäkkäillä miehillä ja luun kehitykseen nuorilla miehillä. Jälkimmäisissä on näyttöä siitä, että estrogeeni edistää voimakkaasti epifyysien sulkeutumista ja rajoittaa siten lineaarista kasvua (11). Tämä E2:n rooli on sopusoinnussa luukalvon periostaalisen laajenemisen kanssa murrosiässä, mikä näkyy myös E2:n korvaamisen yhteydessä miehillä, joilla on aromataasigeenimutaatioita (8, 9, 11).
Iäkkäillä hypogonaalisilla miehillä, joilla on kohonneita luun resorptiomarkkereita, jotka ovat tyypillisiä lisääntyneelle osteoklastien aktiivisuudelle, testosteronikorvaus on minimaalisen tehokasta näiden markkereiden tukahduttamisessa (12). Sitä vastoin estrogeenikorvaus hillitsee voimakkaasti luun resorptiomarkkereiden lisääntymistä. Tämän tutkimuksen tekijät päättelevät, että miehillä estrogeenin osuus luun resorptiota ehkäisevistä vaikutuksista on noin 70 prosenttia ja testosteronin osuus noin 30 prosenttia. Nämä havainnot vastaavat osteopeniaa/osteoporoosia, jota on havaittu miehillä, joilla on joko mutaatioita aromataasi- tai ERα-geeneissä (6, 7). Aromataasin estäjällä hoidetuilla iäkkäillä miehillä tehdyt tutkimukset tukevat lisäksi estrogeenin roolia luun säilyttämisessä (13).
Mekanistisesti katsottuna hiirimalleissa estrogeeni estää IL-6-riippuvaista osteoklastien erilaistumista, mikä voi sitten vaimentaa luukatoa. TNF-α on kuitenkin todennäköisesti tärkeämpi estrogeenin puutteeseen liittyvän luukadon välittäjänä, sillä munasarjojen poisto lisää luuytimen TNF-α:n tuotantoa, johon liittyy luukadon menetys, kun taas TNF-α-puutteisilla hiirillä munasarjojen poisto ei johda luukadon menetykseen (14). TNF-α:n ja mahdollisesti IL-1β:n tukahduttamisen rooli estrogeenin antiresorptiovaikutusten välittäjänä on vahvistettu naisilla tehdyissä tutkimuksissa (15). Vastaavia tutkimuksia ei kuitenkaan ole tehty miehillä. Muita oletettuja osteoklastien kehityksen ja/tai resorption välittäjiä naisilla, joita estrogeeni estää, ovat NF-κΒ:n ja sklerostiinin aktivaatio (16). Jälleen kerran miehillä on kuitenkin vain vähän validoitua tietoa.
Vaikka aromataasi luusoluissa helpottaa paikallista estrogeenisynteesiä, jota tarvitaan luunmuodostukseen normaaleilla miehillä, erilaiset johtopäätökset on tehty geneettisistä hiirimalleista, joissa ERα:n deletio on tapahtunut osteoblastien (luunmuodostuksen) esiasteiden soluissa, mikä viittaa siihen, että E2:lla ja ERα:lla on vain vähäinen vaikutus uroshiirillä. Mahdollinen selitys on se, että ihmisillä estrogeenin vaikutukset kohdistuvat pääasiassa kortikaaliseen luuhun, joka muodostaa noin 80 prosenttia ihmisen luustosta, kun taas hiirillä kortikaalinen luu on aivan erilaista ja estrogeenit saattavat säädellä sitä eri tavalla (17). Tällä saattaa olla kliinistä merkitystä osteoporoosiin liittyvien murtumien ehkäisemiseksi molempien ihmissukupuolten pitkissä luissa.
Erβ:n tärkeää roolia luun aineenvaihdunnassa ihmisillä ei ole tuettu hyvin. On luotu kaksi naaraspuolista hiirimallia, K/G-ERβ-KO (18) ja C-ERβ-KO (19). Ensimmäinen malli (K/G) osoitti lisääntynyttä kortikaalista luun mineraalitiheyttä varhaisessa kehitysvaiheessa (20) ja lisääntynyttä kortikaalista ja trabekulaarista tiheyttä 12 kuukauden iässä (21). C-ERβ-KO-naarashiirimalli ei kuitenkaan osoittanut eroa kortikaalisen luun paksuudessa ja mineraalitiheydessä WT-hiiriin verrattuna, kun taas trabekulaarisen luun mineralisoitumispinta-ala oli lisääntynyt, mikä johtui todennäköisesti vähentyneestä luun resorptiosta (22). Kortikaalisen luun ero saattaa johtua ERβ-deleetion täydellisyydestä. Mielenkiintoista on, että urospuolisilla K/G-hiirillä ei havaittu luupoikkeavuuksia (20). ERβ:n poisto osteoprogenitorisoluissa osoitti myös lisääntynyttä trabekulaarista mutta ei kortikaalista luumassaa naarashiirillä (23). Kaiken kaikkiaan nämä tulokset osoittavat, että ERβ:llä ei ole merkittävää vaikutusta uroshiirissä, mutta se saattaa hillitä ERα:sta riippuvaista trabekulaarisen luun mineralisaatiota naarashiirissä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että testosteronin muuntuminen estrogeeniksi ihmisuroksilla on tärkeää sekä kortikaalisen luun normaalin kehityksen että terveen luun aineenvaihdunnan säilymisen kannalta ikääntymisen aikana, mikä todennäköisesti vähentää murtumia.
Reproduction. Vaikka vain muutamia miehiä, joilla on aromataasigeenin mutaatio, on tutkittu, näillä henkilöillä esiintyy johdonmukaisesti oligospermiaa, ja ainakin yhdellä heistä esiintyi hedelmättömyyttä (24). Nämä lisääntymispoikkeavuudet saattavat heijastaa estrogeenituotannon menetystä kivesten Leydigin soluissa. Vakavasti alentunutta siittiöiden liikkuvuutta havaittiin myös miehellä, jolla oli mutaatio ERα, ja ERα:sta geneettisesti poistetuilla uroshiirillä (6, 8), mikä viittaa siihen, että ERα:n kautta tapahtuva signalointi säätelee spermatogeneesiä. Näitä havaintoja tukevat uudemmat hiiritutkimukset, joissa kalvon tai ytimen ERα:n menetys kiveksissä johtaa epänormaaliin siittiöiden tuotantoon ja toimintaan, mikä johtaa hedelmättömyyteen uroshiirten ikääntyessä (25). Mekanistisesti ERα:n menetys johtaa liialliseen nesteen kertymiseen lisäkiveksissä, mikä voi osaltaan vaikuttaa epänormaaliin siittiöiden morfologiaan ja toimintaan (26).
Toisin kuin urospuolisilla ERα KO -hiirillä, uroshiirillä, joilla on ERβ:n KO, hedelmällisyys säilyy suhteellisen normaalina kahdessa eri mallissa (18, 19). Yllättäen kuitenkin pieni määrä urosihmisiä, joilla on ERβ:n mutaatioita, liittyy 46, XY-sukupuolen kehityshäiriöihin, joissa esiintyy selvästi epänormaaleja tai puuttuvia sukurauhasia (27). Nämä erot hiirten ja miesten välillä, joilla on mutaatio ERβ:n kanssa tai ilman sitä, korostavat estrogeenin signaloinnin tutkimisen tärkeyttä sekä hiirimalleissa että ihmispotilailla.
Mielenkiintoista on, että aromataasigeenin CYP19A1:n gain-of-function-mutaatio, joka aiheuttaa estrogeenin estronipitoisuuksien nousua, liittyy nuorten miesten familiaaliseen gynekomastiaan (28). Tämä testosteronin ja estrogeenin normaalin suhteen häiriö miehillä on useimpien gynekomastian muotojen taustalla.
Lisätutkimukset viittaavat siihen, että estrogeeni vaikuttaa miesten libidoon ja seksuaaliseen suorituskykyyn. Esimerkiksi 202 terveellä miehellä, joille annettiin gonadotropiinia vapauttavan hormonin (GnRH) analogia endogeenisen androgeenituotannon estämiseksi, seksuaalinen halukkuus ja erektiokyky heikkenivät. Tämän jälkeen nämä miehet saivat testosteronikorvausta ilman aromataasinestäjää (anastrotsolia) tai sen kanssa 16 viikon ajan. Vaikka testosteronin antaminen paransi merkittävästi näitä toimintoja, aromataasinestäjän lisääminen heikensi sekä libidon että peniksen erektioiden paranemista (29).
On hyvin tiedossa, että typpioksidin (NO) muodostuminen peniksen verisuonissa on välttämätöntä verisuonten laajentumiselle ja erektiolle (30). Sekä ERα:ssa että ERβ:ssä vaikuttava estrogeeni stimuloi voimakkaasti NO-syntaasientsyymin useita isomuotoja tuottamaan NO:ta endoteelisoluissa ja muissa verisuonisoluissa (31-33), mikä saattaa selittää erektiohäiriön, joka liittyy testosteronista peräisin olevan estradiolin tuotannon menetykseen. Kun NO-tuotanto on heikentynyt peniksen valtimosairaudesta, kuten diabeteksessa, estrogeeni ei ehkä enää voi edistää vasodilataatiota, koska sukupuolisteroidi näyttää ehkäisevän varhaista valtimosairautta hiirimalleissa. Näin ollen estradioli toimii miehillä sekä aivoissa (libido) että sukurauhasissa (erektio) muokkaamassa miehen lisääntymistä.
CNS. Eläimillä ja ihmisillä tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että estrogeenin vaikutuksilla keskushermostossa on kriittinen rooli miesten aggressiivisuudessa ja seksuaalisessa käyttäytymisessä, mikä johtuu todennäköisesti aromataasin paikallisesta estradiolin tuotannosta. Esimerkiksi makakoiden hoito aromataasi-inhibiittoreilla johtaa seksuaalisen motivaation ja siemensyöksyjen vähenemiseen (34). Ihmisuroksilla, joilla on aromataasimutaatioita, on vähentynyt libido ja vähentynyt seksuaalinen käyttäytyminen korkeista testosteronitasoista huolimatta, ja estrogeenihoito parantaa libidoa ja seksuaalista aktiivisuutta (35). Samoin, kuten mainittiin, testosteronikorvaus aromataasi-inhibiittorin läsnäollessa hypogonaalisilla miehillä johtaa vain osittaiseen seksuaalitoimintojen heikkenemiseen verrattuna pelkkään testosteronikorvaukseen (29). Mielenkiintoista on, että aromataasi-ekspressiota esiintyy runsaasti lukuisissa aivojen ytimissä sekä naisilla että miehillä (36, 37), ja paikallinen estradiolien tuotanto näillä alueilla näyttää olevan kriittinen tekijä aggressiivisen ja seksuaalisen käyttäytymisen välittämisessä. Esimerkiksi aromataasin puutteen hiirimallit ovat osoittaneet, että sen toiminta hypotalamuksessa ja amygdalassa on tärkeää miesten aggression kannalta (38, 39). Lisäksi uroshiirillä, joilta puuttuu AR-ekspressio keskushermostossa, esiintyy edelleen urospuolista seksuaalista ja reviirikäyttäytymistä (40), mikä osoittaa, että androgeenien aromatisoituminen estrogeeneiksi, jota seuraa estrogeenin vaikutus ER:iin, on olennaisessa roolissa siinä, mitä yleisesti pidetään ”urospuolisina” käyttäytymisinä.
Loppujen lopuksi estrogeenillä voi olla kriittinen rooli urosten aivoissa muutenkin kuin sen vaikutusten osalta seksuaalisessa ja aggressiivisessa käyttäytymisessä. Estradiolien paikallinen tuotanto miehen pikkuaivoissa näyttää olevan tärkeää vestibulaarisen silmä-okulaarisen refleksin adaptaatiolle (41), joka koordinoi silmän ja pään liikkeitä auttamaan näön vakauttamisessa. Estrogeeni parantaa myös avaruudellista muistia naisilla hippokampuksen ERα:n kautta, mutta ERβ:n kautta uroshiirten hippokampuksessa (42). Nämä tutkimukset osoittavat, että estrogeenin tuotanto ja vaikutukset keskushermostossa ovat moninaisia ja että estrogeenivälitteisiä prosesseja löydetään todennäköisesti lisää.
Rasva ja metabolinen oireyhtymä. Miehillä, joilla on aromataasimutaatioita, esiintyy usein matalaa HDL-kolesterolia, korkeaa LDL-kolesterolia, lisääntyneitä triglyseridejä ja viskeraalista rasvaa sekä heikentynyttä glukoosin homeostaasia (8, 24). Nämä lipidipoikkeavuudet korjaantuvat estrogeenihoidolla (8). Aromataasipuutteisilla miehillä ja aiemmin käsitellyllä henkilöllä, jolla on ERα-mutaatio, esiintyy heikentynyttä endoteelin toimintaa ja ennenaikaista ateroskleroosia, myös plakin muodostumista. Estrogeenin korvaaminen poisti nämä olosuhteet yhdellä yksilöllä (24). Useilla näistä miehistä todettu maksan steatoosi saattaa johtua kohonneista triglyserideistä (24).
Viskeraalisen rasvan lisääntymistä on todettu monilla miehillä, joilla on aromataasi- tai ERα-mutaatioita, sekä nuorilla miehillä, jotka ovat saaneet GnRH-agonisteja testosteronisynteesin estämiseksi. Jälkimmäisessä ryhmässä testosteronilisäys edisti lihasmassan lisääntymistä ja vähensi kehon rasvakudoksen kehittymistä, mutta viskeraalisen rasvan muodostumisen estymistä ei havaittu, kun testosteronia ja aromataasin estäjää anastratsolia annettiin yhdessä, mikä viittaa siihen, että estrogeeni välittää tämän tuloksen (29). Estrogeeni estää viskeraalisen rasvan muodostumista nisäkkäillä useilla tavoilla. Erityisesti hiirillä estrogeeni estää ERα:n kautta pluripotenttien kantasolujen sitoutumista rasvasolulinjaan (43). Koska aromataasitoiminta rasvakudoksessa on tärkein kiertävän estrogeenin lähde miehillä, näyttää siltä, että paikallisella estrogeenin signaloinnilla rasvasoluissa voi olla merkittävä rooli sen oman tuotannon moduloinnissa (44). Estrogeeni voi myös suoraan vaikuttaa painoon ja rasvanmuodostukseen säätelemällä energiansaantia ja -tuotantoa. Geneettisissä hiirimalleissa ERα:n häviäminen tietyiltä hypotalamuksen alueilta johtaa liialliseen ruuan saantiin ja vähentyneeseen energiankulutukseen (45). Lisäksi ERα-puutteisilla hiirillä tehdyt tutkimukset osoittavat, että estrogeeni tehostaa insuliinin vaikutusta maksassa, lihaksissa ja rasvassa sekä miehillä että naisilla (46).
Insuliinisignaalin säätelyn lisäksi estrogeenit muokkaavat myös β-solujen toimintaa haimassa. ERα haiman saarekkeissa estää rasvahapposynteesiä STAT3-välitteisen rasvahapposyntaasigeenin tukahduttamisen kautta urosrotilla, mikä osaltaan ehkäisee β-solujen vajaatoimintaa (47). Molempien sukupuolten aromataasigeenipuutteisilla hiirillä, joille annetaan streptotsotosiinia (joka aiheuttaa β-solujen apoptoosia), estrogeeni/ERα ylläpitää insuliinin eritystä lieventämällä β-solujen kuolemaa (48). Keskushermoston ydin ERα auttaa ylläpitämään insuliiniherkkyyttä naarashiirillä, kun taas ydin ERα:n menetys heikentää kaulavaltimoon ruiskutetun glukoosin kykyä stimuloida aivojen insuliinin erityksen säätelyä vain uroshiirillä (49). Nämä havainnot osoittavat, että ERα:lla on rooli normaalin glukoosihomeostaasin myönteisessä säätelyssä sekä uros- että naarashiirillä. Tämä on yhdenmukaista sen kanssa, että glukoosin homeostaasi on heikentynyt miehillä, joilla on aromataasigeenimutaatioita (9, 11). Sekä hiirten ERα-deletiointimalleissa että edellä mainituilla miespuolisilla ihmisillä ei kuitenkaan ole todisteita diabeteksesta, mikä viittaa sukupuolisteroidireseptorin maltilliseen säätelevään rooliin.
Aromataasipuutteisilla miehillä ja ERα-mutanttiuroksilla esiintyi myös merkkejä metabolisesta oireyhtymästä, mukaan lukien verenpaine. Estrogeenin anto kumosi monet näistä häiriöistä, mukaan lukien insuliiniresistenssin ja glukoosi-intoleranssin paraneminen (24). Mielenkiintoista on, että ERβ-KO-uros- ja -naarashiiret (erityisesti C-ERβ-KO) muuttuvat hypertensiivisiksi ikääntymisen myötä (32), mikä viittaa siihen, että tämä ER-isomuoto voi myös vaikuttaa verenpaineen normalisointiin. Hiirillä ERα:n poisto, joka rajoittuu rasvasoluihin, johti lisääntyneisiin fibroosin ja tulehduksen merkkiaineisiin rasvapesäkkeessä sekä heikentyneeseen yleiseen glukoosin homeostaasiin, ja nämä vaikutukset olivat voimakkaampia miehillä (50).
Yhteenvetona voidaan todeta, että metabolisen oireyhtymän eri osa-alueet paranevat selvästi uroshiirten tautimalleissa, mutta vaikka se onkin viitteellistä, se, onko tämä mahdollista ulottaa koskemaan myös miehiä, vaatii lisämäärittelyä.”
Edurauhassyöpä. Ihmisen normaalissa eturauhasessa sekä ERα että ERβ ilmentyvät pääasiassa stroomassa ja epiteelissä (51). ERα:n katsotaan yleisesti olevan proliferatiivinen normaalissa ja pahanlaatuisessa eturauhasessa, ja se edistää premalignien vaurioiden ja syövän kehittymistä jyrsijämalleissa. Sitä vastoin ERβ ylläpitää epiteelin erilaistumista ja estää samalla ERα:n aiheuttamaa proliferaatiota, mikä edistää normaalia kehitystä ja toimii ainakin aluksi eturauhassyövän kehittymistä estävänä tekijänä. Synteettistä estrogeenia, dietyylistilbestrolia (DES), käytettiin menestyksekkäästi eturauhassyövän hoitoon 1960- ja 1970-luvuilla, sillä se tukahdutti androgeenituotantoa antamalla palautetta hypotalamus-aivolisäke-akselille (52). Sen protromboottisten vaikutusten vuoksi DES-hoitoa saaneilla potilailla esiintyi kuitenkin paljon sydäninfarkteja. Nämä tutkimukset viittasivat kuitenkin siihen, että ER:n kohdentaminen eturauhassyöpään voisi olla terapeuttisesti hyödyllistä.
Kliiniset tutkimukset, joissa on käytetty ERα-agonistia (53) tai selektiivistä ER-modulaattoria (54), eivät ole tuottaneet riittävän vaikuttavaa näyttöä eturauhassyövän hoidosta, jotta kattavat tutkimukset olisivat perusteltuja tässä pahanlaatuisessa sairaudessa. Tämä saattaa johtua siitä, että ydin-ER toimii yhdessä ydin-AR:n kanssa monin eri tavoin kasvaimen vaiheesta riippuen. Lisäksi on olemassa erilaisia ERβ-isoformeja, joilla on joko kasvainta suppressoivia tai kasvainta edistäviä tehtäviä (55). ERβ-isomuodon vaihtumista on havaittu miesten kastraatioresistentissä ja metastaattisessa eturauhassyövässä, mikä ehkä selittää ERβ:n toiminnan kaksijakoisuuden tämän pahanlaatuisen kasvaimen eri tyypeissä. Mielenkiintoista on, että viimeaikaiset ihmisillä tehdyt tutkimukset osoittavat, että ERβ:n korkea ilmentyminen esiintyy monissa eturauhassyövissä ja korreloi suotuisan ennusteen kanssa (56), kun taas korkeat estradioli- tai estronipitoisuudet liittyvät merkitsevästi lyhyempään aikaan kastraatioresistentin eturauhassyövän kehittymiseen, oletettavasti ERα:n vaikutuksesta (57). Aromataasi-KO-hiirillä ERβ-agonisti indusoi eturauhasen stroomaalisten, luminaalisten ja epiteelisolujen apoptoosia. Tämän reseptorin agonistit indusoivat apoptoosia myös strooman ja epiteelin esiasteiden soluissa, kun käytettiin potilaista peräisin olevia Gleason-7-ksenotransplantaattikudoksia hiirissä. Tätä prosessia välittää TNF-α:n välittämä kaspaasi-8:n ylössäätely (58). Koska ER:n merkitys eturauhasessa on tiedostettu, interventio-paradigmoja kehitetään edelleen.