Prefazione. Il 17-β-estradiolo (E2) è la forma comune di estrogeno nel siero e nei tessuti di uomini e donne. Il gene CYP19A1 codifica l’enzima aromatasi che converte il testosterone in E2 in entrambi i sessi (4). L’aromatasi è espressa in molti organi e cellule; quindi, la produzione locale e l’azione dell’E2 negli uomini è probabilmente fisiologicamente rilevante (5). Un forte sostegno al ruolo importante dell’E2 viene da studi su uomini con mutazioni inattivanti di ERα o dell’aromatasi (6, 7). L’insensibilità all’E2 è stata trovata in un uomo di 28 anni con una mutazione ERα omozigote che produceva una proteina tronca non funzionale (6). L’individuo ha presentato con continua crescita lineare e alta statura dovuta in parte a epifisi non fuse, nonostante il testosterone sierico normale. È stata notata una significativa osteoporosi, indicando che gli estrogeni endogeni e l’ERα sono importanti negli uomini per la normale crescita e lo sviluppo delle ossa. Questo individuo era anche in sovrappeso per la sua altezza e mostrava un eccesso di grasso addominale. Elevati livelli di estrogeni endogeni in questo individuo non sono riusciti a sopprimere le gonadotropine ipofisarie, gli ormoni luteinizzanti e follicolo-stimolanti (LH e FSH, rispettivamente) in assenza del recettore ERα funzionale. Così, mentre l’azione diretta degli steroidi sessuali maschili a ARs nel cervello può svolgere un certo ruolo nel feedback negativo che regola LH e FSH, è necessaria anche la segnalazione degli estrogeni attraverso ERα.
Similmente, gli uomini che sono funzionalmente carenti nell’attività dell’aromatasi, e quindi non possono produrre estrogeni, hanno anomalie della formazione ossea, del glucosio e del metabolismo lipidico (con tendenza alla sindrome metabolica), e lo sviluppo e la funzione del tratto riproduttivo (in ultima analisi, compromettendo la fertilità) (8, 9), molti dei quali migliorano con l’estradiolo. Questi esempi nei maschi umani confermano l’importanza degli estrogeni nella normale fisiologia maschile e sono supportati da studi nei topi con deficit di ERα, dove si osservano fenotipi simili (6, 7, 10).
Sviluppo e funzione ossea. Molti studi hanno dimostrato importanti effetti degli estrogeni per la salute delle ossa negli uomini anziani e per lo sviluppo delle ossa negli uomini giovani. In questi ultimi, è dimostrato che gli estrogeni contribuiscono fortemente alla chiusura delle epifisi, limitando così la crescita lineare (11). Questo ruolo di E2 è coerente con l’espansione ossea periostale durante la pubertà, che è anche visto con la sostituzione di E2 negli uomini con mutazioni del gene dell’aromatasi (8, 9, 11).
Negli uomini anziani ipogonadici con elevati marcatori di riassorbimento osseo caratteristici di una maggiore attività degli osteoclasti, la sostituzione del testosterone è minimamente efficace nella soppressione di questi marcatori (12). Al contrario, la sostituzione degli estrogeni sopprime fortemente l’aumento dei marcatori di riassorbimento osseo. Gli autori di questo studio concludono che negli uomini, gli estrogeni hanno rappresentato circa il 70% degli effetti antiriassorbitivi sull’osso, con il testosterone che contribuisce per circa il 30%. Questi risultati sono coerenti con l’osteopenia/osteoporosi osservata negli uomini con geni dell’aromatasi o ERα mutati (6, 7). Studi in uomini anziani trattati con un inibitore dell’aromatasi forniscono ulteriore supporto per il ruolo degli estrogeni nella conservazione dell’osso (13).
Meccanicamente, nei modelli di topo, estrogeni sopprime IL-6-dipendente differenziazione degli osteoclasti, che poi può attenuare la perdita ossea. Tuttavia, TNF-α è probabilmente più importante per mediare la perdita ossea legata alla carenza di estrogeni, poiché l’ovariectomia aumenta la produzione di midollo osseo di TNF-α, accompagnata da perdita ossea, mentre l’ovariectomia in topi carenti di TNF-α non porta a perdita ossea (14). Il ruolo della soppressione di TNF-α e forse di IL-1β nel mediare gli effetti antiriassorbitivi degli estrogeni è stato confermato in studi sulle donne (15). Tuttavia, studi comparabili non sono stati fatti negli uomini. Altri presunti mediatori dello sviluppo e/o del riassorbimento degli osteoclasti nelle donne che sono inibiti dagli estrogeni includono l’attivazione di NF-κΒ e la sclerostina (16). Tuttavia, ancora una volta, poco è stato convalidato negli uomini.
Mentre l’aromatasi nelle cellule ossee facilita la sintesi locale di estrogeni necessaria per la formazione ossea negli uomini normali, conclusioni diverse sono state tratte da modelli genetici murini di delezione di ERα nelle cellule precursori degli osteoblasti (che formano le ossa), suggerendo uno scarso contributo di E2 ed ERα nei topi maschi. Una potenziale spiegazione è che gli effetti degli estrogeni negli esseri umani sono principalmente sull’osso corticale che comprende circa l’80% dello scheletro umano, mentre l’osso corticale è molto diverso nel topo e può essere regolato diversamente dagli estrogeni (17). Questo potrebbe essere clinicamente rilevante per prevenire le fratture legate all’osteoporosi nelle ossa lunghe di entrambi i sessi umani.
Un ruolo importante per ERβ nel metabolismo osseo negli esseri umani non è ben sostenuto. Sono stati creati due modelli di topi femmina, K/G-ERβ-KO (18) e C-ERβ-KO (19). Il primo modello (K/G) ha mostrato un aumento della densità minerale ossea corticale all’inizio dello sviluppo (20) e un aumento della densità corticale e trabecolare a 12 mesi di età (21). Tuttavia, il modello di topo femmina C-ERβ-KO non ha mostrato alcuna differenza nello spessore dell’osso corticale e nella densità minerale rispetto ai topi WT, mentre l’osso trabecolare ha mostrato una maggiore superficie mineralizzante, probabilmente a causa del ridotto riassorbimento osseo (22). La discrepanza dell’osso corticale può derivare dalla completezza della delezione di ERβ. È interessante notare che i topi maschi K/G non hanno mostrato anomalie ossee (20). La delezione di ERβ nelle cellule osteoprogenitrici ha anche mostrato un aumento della massa ossea trabecolare ma non corticale nei topi femmina (23). Nel complesso, questi risultati indicano che ERβ non ha alcun effetto significativo nei topi maschi, ma può frenare la mineralizzazione dell’osso trabecolare che dipende da ERα nei topi femmina.
In sintesi, la conversione del testosterone in estrogeni nei maschi umani è importante sia per il normale sviluppo dell’osso corticale che per la conservazione del metabolismo osseo sano durante l’invecchiamento che probabilmente riduce le fratture.
Reproduzione. Anche se solo pochi uomini con mutazione del gene aromatasi sono stati studiati, questi individui mostrano costantemente oligospermia e almeno uno presentato con infertilità (24). Queste anomalie riproduttive possono riflettere la perdita di produzione di estrogeni nelle cellule di Leydig testicolare. Una grave diminuzione della motilità dello sperma è stata notata anche nell’uomo con ERα mutato e nei topi maschi geneticamente eliminati da ERα (6, 8), suggerendo che la segnalazione attraverso ERα regola la spermatogenesi. Questi risultati sono supportati da studi più recenti sui topi, in cui la perdita di ERα di membrana o nucleare nei testicoli provoca una produzione e una funzione anormale dello sperma, portando all’infertilità quando i topi maschi avanzano di età (25). Meccanicamente, la perdita di ERα provoca un eccessivo accumulo di liquido nell’epididimo, che può contribuire alla morfologia e alla funzione anormale dello sperma (26).
In contrasto con i topi maschi ERα KO, i topi maschi con KO di ERβ mantengono una fertilità relativamente normale in due diversi modelli (18, 19). Sorprendentemente, però, un piccolo numero di uomini maschi con mutazioni in ERβ sono associati a 46, XY disordini dello sviluppo sessuale, mostrando gonadi marcatamente anormali o assenti (27). Queste differenze tra i topi e gli uomini con ERβ mutato o assente evidenziano l’importanza di studiare la segnalazione degli estrogeni sia nei modelli murini che nei pazienti umani.
Interessante, una mutazione gain-of-function del gene dell’aromatasi CYP19A1, che causa un aumento dei livelli di estrone estrogeno, è legata alla ginecomastia familiare nei giovani maschi (28). Questa perturbazione del normale rapporto tra testosterone ed estrogeni negli uomini è alla base della maggior parte delle forme di ginecomastia.
Altri studi suggeriscono che gli estrogeni contribuiscono alla libido e alla performance sessuale negli uomini. Per esempio, 202 uomini sani a cui è stato somministrato un analogo dell’ormone di rilascio delle gonadotropine (GnRH) per inibire la produzione endogena di androgeni hanno avuto una perdita del desiderio sessuale e della funzione erettile. Questi uomini hanno poi ricevuto una sostituzione di testosterone senza o con un inibitore dell’aromatasi (anastrozolo) per 16 settimane. Anche se la somministrazione di testosterone ha migliorato significativamente queste funzioni, l’aggiunta dell’inibitore dell’aromatasi ha attenuato il miglioramento sia della libido che dell’erezione del pene (29).
È ben noto che la formazione di ossido nitrico (NO) nei vasi sanguigni del pene è necessaria per la vasodilatazione e l’erezione (30). Gli estrogeni che agiscono sia a livello di ERα che di ERβ stimolano fortemente diverse isoforme dell’enzima NO sintasi per produrre NO nelle cellule endoteliali e in altre cellule vascolari (31-33), il che può spiegare la disfunzione erettile associata alla perdita della produzione di estradiolo dal testosterone. Una volta che la produzione di NO è compromessa dalla malattia arteriosa del pene, come nel diabete, forse gli estrogeni non possono più promuovere la vasodilatazione, come lo steroide sessuale sembra prevenire la malattia arteriosa precoce nei modelli di topo. Così, estradiolo negli uomini funzioni sia nel cervello (libido) e le gonadi (erezione) per modulare la riproduzione maschile.
CNS. Studi negli animali e nell’uomo hanno dimostrato che le azioni degli estrogeni nel SNC giocano un ruolo critico nell’aggressività e nel comportamento sessuale nei maschi, molto probabilmente a causa della produzione locale di estradiolo da parte dell’aromatasi. Per esempio, il trattamento dei macachi con inibitori dell’aromatasi porta a una diminuzione della motivazione sessuale e delle azioni eiaculatorie (34). I maschi umani con mutazioni dell’aromatasi hanno diminuito la libido e ridotto il comportamento sessuale, nonostante gli alti livelli di testosterone, e il trattamento con estrogeni migliora la libido e l’attività sessuale (35). Allo stesso modo, come menzionato, la sostituzione del testosterone in presenza di un inibitore dell’aromatasi nei maschi ipogonadici porta ad una diminuzione solo parziale della funzione sessuale rispetto alla sola sostituzione del testosterone (29). È interessante notare che l’espressione dell’aromatasi è abbondante in numerosi nuclei cerebrali sia delle femmine che dei maschi (36, 37), e la produzione locale di estradiolo in queste regioni sembra essere fondamentale nella mediazione dei comportamenti aggressivi e sessuali. Per esempio, modelli murini di carenza di aromatasi hanno dimostrato che le sue azioni nell’ipotalamo e nell’amigdala sono importanti per l’aggressività maschile (38, 39). Inoltre, i topi maschi privi di espressione di AR nel SNC esibiscono ancora azioni sessuali e territoriali maschili (40), indicando che l’aromatizzazione degli androgeni in estrogeni, seguita da azioni estrogeniche sugli ER, gioca un ruolo essenziale in quelli che sono comunemente ritenuti comportamenti “maschili”.
Infine, gli estrogeni possono svolgere un ruolo critico nel cervello maschile oltre alle sue azioni nel comportamento sessuale e aggressivo. La produzione locale di estradiolo nel cervelletto maschile sembra essere importante per l’adattamento del riflesso vestibolare-oculare (41), che coordina i movimenti degli occhi e della testa per aiutare a stabilizzare la visione. Gli estrogeni migliorano anche la memoria spaziale nelle femmine attraverso l’ippocampo ERα, ma attraverso ERβ nell’ippocampo dei topi maschi (42). Questi studi indicano che la produzione di estrogeni e le azioni nel SNC sono diverse e che altri processi mediati dagli estrogeni saranno probabilmente scoperti.
Il grasso e la sindrome metabolica. Gli uomini con mutazioni dell’aromatasi spesso mostrano un basso colesterolo HDL, un alto colesterolo LDL, un aumento dei trigliceridi e del grasso viscerale e un’alterata omeostasi del glucosio (8, 24). Queste anomalie lipidiche sono invertite dal trattamento con estrogeni (8). Gli uomini con deficit di aromatasi e l’individuo precedentemente discusso con una mutazione ERα mostrano una ridotta funzione endoteliale e aterosclerosi precoce, compresa la formazione di placche. La sostituzione degli estrogeni ha risolto queste condizioni in un individuo (24). La steatosi epatica riportata in molti di questi uomini può essere il risultato di trigliceridi elevati (24).
L’aumento del grasso viscerale è stato notato in molti degli uomini con mutazioni dell’aromatasi o ERα, così come in giovani uomini che hanno ricevuto agonisti GnRH per prevenire la sintesi del testosterone. In quest’ultimo gruppo, l’integrazione di testosterone ha promosso un aumento della massa muscolare e una diminuzione dello sviluppo del grasso corporeo, ma l’inibizione della formazione di grasso viscerale non è stata vista quando il testosterone e l’inibitore dell’aromatasi anastrazolo sono stati somministrati insieme, suggerendo che gli estrogeni mediano questo risultato (29). Gli estrogeni inibiscono la formazione di grasso viscerale nei mammiferi in diversi modi. In particolare, nei topi, gli estrogeni attraverso ERα sopprimono l’impegno delle cellule staminali pluripotenti nel lignaggio degli adipociti (43). Poiché le azioni dell’aromatasi nel tessuto adiposo sono la principale fonte di estrogeni circolanti negli uomini, sembra che la segnalazione locale degli estrogeni negli adipociti possa giocare un ruolo importante nella modulazione della sua stessa produzione (44). Gli estrogeni possono anche influenzare direttamente il peso e la formazione di grasso regolando l’assunzione e la produzione di energia. In modelli genetici murini, la perdita di ERα da specifiche regioni ipotalamiche si traduce in un’eccessiva assunzione di cibo e in una diminuzione della spesa energetica (45). Inoltre, studi su topi con deficit di ERα dimostrano che gli estrogeni migliorano l’azione dell’insulina nel fegato, nel muscolo e nel grasso sia dei maschi che delle femmine (46).
Oltre a regolare la segnalazione dell’insulina, gli estrogeni modulano anche la funzione delle cellule β nel pancreas. ERα negli isolotti pancreatici sopprime la sintesi degli acidi grassi attraverso la soppressione mediata da STAT3 del gene della sintasi degli acidi grassi nei ratti maschi, contribuendo alla prevenzione del fallimento delle cellule β (47). In entrambi i sessi di topi deficitari del gene dell’aromatasi a cui viene somministrata streptozotocina (che causa l’apoptosi delle cellule β), gli estrogeni/ERα sostengono la secrezione di insulina mitigando la morte delle cellule β (48). L’ERα nucleare nel SNC aiuta a mantenere la sensibilità all’insulina nei topi femmina, mentre la perdita di ERα nucleare compromette la capacità del glucosio iniettato nella carotide di stimolare la regolazione cerebrale della secrezione di insulina solo nei topi maschi (49). Questi risultati indicano ruoli per ERα per regolare positivamente la normale omeostasi del glucosio in topi maschi e femmine. Questo è coerente con la compromissione dell’omeostasi del glucosio negli uomini con mutazioni del gene dell’aromatasi (9, 11). Tuttavia, sia nei modelli di delezione ERα nei topi che nei suddetti uomini maschi, non c’è evidenza di diabete, indicando un ruolo moderato di regolazione per il recettore degli steroidi sessuali.
Gli uomini con deficit di aromatasi e il maschio mutante ERα hanno anche mostrato indicazioni della sindrome metabolica, compresa l’ipertensione. La somministrazione di estrogeni ha invertito molti di questi disturbi, compresi i miglioramenti nella resistenza all’insulina e nell’intolleranza al glucosio (24). È interessante notare che i topi maschi e femmine ERβ-KO (in particolare C-ERβ-KO) diventano ipertesi con l’invecchiamento (32), suggerendo che questa isoforma ER può anche contribuire alla normalizzazione della pressione sanguigna. Nei topi, la delezione di ERα confinata agli adipociti ha provocato un aumento dei marcatori di fibrosi e infiammazione nella nicchia di grasso, così come compromessa omeostasi complessiva del glucosio, effetti che erano più pronunciati nei maschi (50).
In sintesi, vari aspetti della sindrome metabolica sono chiaramente migliorati nei modelli di topo maschile della malattia, ma, mentre suggestivo, se questo si estende agli uomini richiede ulteriore determinazione. Nella prostata umana normale, sia ERα che ERβ sono espressi principalmente nello stroma e nell’epitelio, rispettivamente (51). ERα è generalmente ritenuto proliferativo nella prostata normale e maligna, contribuendo allo sviluppo di lesioni premaligne e del cancro nei modelli di roditori. Al contrario, ERβ mantiene la differenziazione epiteliale mentre inibisce la proliferazione causata da ERα, promuovendo così lo sviluppo normale e almeno inizialmente agendo come soppressore dello sviluppo del cancro alla prostata. Un estrogeno sintetico, il dietilstilbestrolo (DES), è stato usato con successo per trattare il cancro alla prostata negli anni ’60 e ’70, sopprimendo la produzione di androgeni attraverso il feedback sull’asse ipotalamo-ipofisario (52). Tuttavia, a causa dei suoi effetti protrombotici, nei pazienti trattati con DES si è verificato un alto numero di infarti del miocardio. Ciononostante, questi studi hanno suggerito che colpire ER nel cancro alla prostata potrebbe essere terapeuticamente vantaggioso.
Test clinici che utilizzano un agonista ERα (53) o un modulatore ER selettivo (54) non hanno generato prove sufficientemente efficaci per il trattamento del cancro alla prostata da giustificare studi completi in questa neoplasia. Questo può riflettere la complessità dell’ER nucleare che lavora insieme all’AR nucleare in una miriade di modi, a seconda dello stadio del tumore. Inoltre, ci sono varie isoforme ERβ che hanno funzioni di soppressione o promozione del tumore (55). La commutazione dell’isoforma ERβ è stata osservata nel cancro alla prostata resistente alla castrazione e metastatico negli uomini, forse spiegando la dicotomia delle azioni ERβ nei vari tipi di questa neoplasia. È interessante notare che studi recenti nell’uomo mostrano che un’alta espressione di ERβ si verifica in molti tumori della prostata e si correla a una prognosi favorevole (56), mentre alti livelli di estradiolo o estrone sono significativamente associati a un tempo più breve per lo sviluppo del cancro alla prostata resistente alla castrazione, presumibilmente attraverso azioni su ERα (57). Nei topi aromatasi-KO, un agonista ERβ induce l’apoptosi delle cellule stromali, luminali ed epiteliali nella prostata. Gli agonisti per questo recettore inducono anche l’apoptosi nello stroma e nelle cellule progenitrici epiteliali utilizzando tessuti xenotrapianti Gleason-7 derivati da pazienti nei topi. Questo processo è mediato dall’upregolazione mediata dal TNF-α della caspasi-8 (58). Comprendendo l’importanza dell’ER nella prostata, i paradigmi interventistici continuano ad essere sviluppati.