Voorwoord. 17-β-oestradiol (E2) is de gebruikelijke vorm van serum- en weefseloestrogeen bij mannen en vrouwen. Het CYP19A1-gen codeert voor het aromatase-enzym dat testosteron omzet in E2 bij beide geslachten (4). Aromatase komt in veel organen en cellen tot expressie; de lokale productie en werking van E2 bij mannen is dus waarschijnlijk fysiologisch relevant (5). Sterke ondersteuning voor een belangrijke rol van E2 komt uit studies bij mannen met inactiverende mutaties van ofwel ERα of aromatase (6, 7). E2 ongevoeligheid werd gevonden bij een 28-jarige man met een homozygote ERα mutatie die een afgekapt niet-functioneel eiwit produceerde (6). Het individu presenteerde zich met voortdurende lineaire groei en een lange gestalte, gedeeltelijk te wijten aan niet-gecondenseerde epifysen, ondanks normaal serum testosteron. Significante osteoporose werd waargenomen, wat aangeeft dat endogeen oestrogeen en ERα belangrijk zijn bij mannen voor normale botgroei en ontwikkeling. Dit individu had ook overgewicht voor zijn lengte en vertoonde overtollig buikvet. Verhoogde endogene oestrogeenniveaus in deze persoon slaagden er niet in de hypofysaire gonadotrofinen, luteïniserend en follikelstimulerend hormoon (LH en FSH, respectievelijk) te onderdrukken in afwezigheid van de functionele ERα receptor. Hoewel de directe werking van mannelijke geslachtssteroïden op AR’s in de hersenen dus een rol kan spelen bij de negatieve terugkoppeling die LH en FSH reguleert, is ook oestrogeensignalering via ERα nodig.
Ook mannen die een functioneel tekort hebben aan aromatase activiteit, en dus geen oestrogenen kunnen aanmaken, hebben afwijkingen in botvorming, glucose- en vetstofwisseling (neigend naar het metabool syndroom), en ontwikkeling en functie van het voortplantingskanaal (uiteindelijk de vruchtbaarheid aantastend) (8, 9), waarvan vele verbeteren met oestradiol. Deze voorbeelden bij menselijke mannen bevestigen het belang van oestrogeen in de normale mannelijke fysiologie en worden ondersteund door studies bij ERα-deficiënte muizen, waar vergelijkbare fenotypen worden waargenomen (6, 7, 10).
Botontwikkeling en -functie. Veel onderzoeken hebben belangrijke effecten van oestrogeen aangetoond voor de gezondheid van de botten bij oudere mannen en voor de botontwikkeling bij jonge mannen. Bij laatstgenoemden zijn er aanwijzingen dat oestrogeen sterk bijdraagt tot de sluiting van de epifysen, waardoor de lineaire groei wordt beperkt (11). Deze rol van E2 is consistent met periosteale botuitbreiding tijdens de puberteit, die ook wordt gezien bij E2 vervanging bij mannen met aromatase genmutaties (8, 9, 11).
In oudere hypogonadale mannen met verhoogde markers van botresorptie die kenmerkend zijn voor verhoogde osteoclastenactiviteit, is testosteronvervanging minimaal effectief in het onderdrukken van deze markers (12). Oestrogeenvervanging daarentegen onderdrukt de toename van botresorptiemarkers sterk. De auteurs van deze studie concluderen dat bij mannen oestrogeen verantwoordelijk is voor ongeveer 70% van de antiresorptieve effecten op het bot, terwijl testosteron ongeveer 30% bijdraagt. Deze bevindingen zijn consistent met osteopenie/osteoporose waargenomen bij mannen met gemuteerde aromatase of ERα genen (6, 7). Studies bij oudere mannen die behandeld werden met een aromatase remmer leveren extra ondersteuning voor de rol van oestrogeen in het behoud van bot (13).
Mechanistisch gezien onderdrukt oestrogeen in muismodellen de IL-6-afhankelijke differentiatie van osteoclasten, wat vervolgens het botverlies kan afzwakken. Echter, TNF-α is waarschijnlijk belangrijker voor het mediëren van oestrogeendeficiëntie-gerelateerd botverlies, aangezien ovariectomie de beenmergproductie van TNF-α verhoogt, wat gepaard gaat met botverlies, terwijl ovariectomie in TNF-α-deficiënte muizen niet leidt tot botverlies (14). De rol van TNF-α en mogelijk IL-1β onderdrukking in het mediëren van de antiresorptieve effecten van oestrogeen werd bevestigd in studies bij vrouwen (15). Vergelijkbare studies zijn echter niet gedaan bij mannen. Andere vermeende mediatoren van de ontwikkeling en/of resorptie van osteoclasten bij vrouwen die door oestrogeen worden geremd zijn onder andere activering van NF-κΒ en sclerostine (16). Echter, ook hier is weinig gevalideerd bij mannen.
Terwijl aromatase in botcellen de lokale oestrogeensynthese vergemakkelijkt die nodig is voor botvorming bij normale mannen, zijn verschillende conclusies getrokken uit genetische muismodellen van ERα deletie in osteoblast (botvormende) voorlopercellen, die suggereren dat E2 en ERα weinig bijdragen bij mannelijke muizen. Een mogelijke verklaring is dat oestrogeen effecten bij mensen voornamelijk op corticaal bot zijn, dat ongeveer 80% van het menselijk skelet uitmaakt, terwijl corticaal bot bij de muis heel anders is en mogelijk anders door oestrogenen gereguleerd wordt (17). Dit zou klinisch relevant kunnen zijn voor het voorkomen van aan osteoporose gerelateerde botbreuken in lange beenderen van beide menselijke geslachten.
Een belangrijke rol voor ERβ in het botmetabolisme bij mensen wordt niet goed ondersteund. Twee vrouwelijke muismodellen, K/G-ERβ-KO (18) en C-ERβ-KO (19), werden gecreëerd. Het eerste model (K/G) vertoonde een verhoogde corticale botmineraaldichtheid vroeg in de ontwikkeling (20) en een verhoogde corticale en trabeculaire dichtheid op de leeftijd van 12 maanden (21). Het vrouwelijke C-ERβ-KO muismodel toonde echter geen verschil in corticale botdikte en minerale dichtheid in vergelijking met WT muizen, terwijl trabeculair bot een toegenomen mineraliserend oppervlak vertoonde, waarschijnlijk als gevolg van verminderde botresorptie (22). Het verschil in corticaal bot kan het gevolg zijn van de volledigheid van de ERβ deletie. Interessant is dat de mannelijke K/G muizen geen botafwijkingen vertoonden (20). Deletie van ERβ in osteoprogenitor cellen toonde ook een verhoogde trabeculaire maar geen corticale botmassa in vrouwelijke muizen (23). Al met al geven deze resultaten aan dat ERβ geen significant effect heeft bij mannelijke muizen, maar mogelijk de trabeculaire botmineralisatie beperkt die afhankelijk is van ERα bij vrouwelijke muizen.
Samenvattend is de omzetting van testosteron in oestrogeen bij menselijke mannen belangrijk voor zowel de normale corticale botontwikkeling als het behoud van een gezond botmetabolisme tijdens het ouder worden, dat waarschijnlijk fracturen vermindert.
Reproductie. Hoewel slechts enkele mannen met een aromatase genmutatie zijn bestudeerd, vertonen deze individuen consequent oligospermie en ten minste één presenteerde zich met onvruchtbaarheid (24). Deze afwijkingen in de voortplanting kunnen het gevolg zijn van het verlies van oestrogeenproductie in testiculaire Leydig-cellen. Ernstig verminderde beweeglijkheid van sperma werd ook waargenomen bij de man met gemuteerde ERα en bij ERα genetisch verwijderde mannelijke muizen (6, 8), wat suggereert dat signalering via ERα de spermatogenese reguleert. Deze bevindingen worden ondersteund door recenter muizenonderzoek, waarbij verlies van membraan of kern ERα in de testes resulteert in abnormale spermaproductie en -functie, wat leidt tot onvruchtbaarheid naarmate de mannelijke muizen ouder worden (25). Mechanistisch resulteert verlies van ERα in overmatige vochtophoping in de bijbal, wat kan bijdragen aan abnormale spermamorfologie en -functie (26).
In tegenstelling tot mannelijke ERα KO muizen, behouden mannelijke muizen met KO van ERβ een relatief normale vruchtbaarheid in twee verschillende modellen (18, 19). Verrassend is echter dat een klein aantal mannelijke mensen met mutaties in de ERβ geassocieerd is met 46, XY stoornissen in de geslachtsontwikkeling, waarbij de geslachtsklieren duidelijk afwijkend of afwezig zijn (27). Deze verschillen tussen muizen en mannen met gemuteerd of geen ERβ onderstrepen het belang van het bestuderen van oestrogeensignalering in zowel muismodellen als menselijke patiënten.
Intrigerend is dat een ‘gain-of-function’ mutatie van het aromatase gen CYP19A1, die verhoogde niveaus van het oestrogeen oestron veroorzaakt, in verband wordt gebracht met familiaire gynaecomastie bij jonge mannen (28). Deze verstoring van de normale verhouding tussen testosteron en oestrogeen bij mannen ligt ten grondslag aan de meeste vormen van gynaecomastie.
Aanvullende studies suggereren dat oestrogeen bijdraagt aan het libido en de seksuele prestaties bij mannen. Bijvoorbeeld, 202 gezonde mannen die een analoog van gonadotropin-releasing hormone (GnRH) kregen om de endogene androgeenproductie te remmen, hadden verlies van seksuele drift en erectiele functie. Deze mannen kregen vervolgens testosteronvervanging zonder of met een aromataseremmer (anastrozol) gedurende 16 weken. Hoewel de toediening van testosteron deze functies aanzienlijk verbeterde, verzwakte de toevoeging van de aromataseremmer de verbetering in zowel libido als penis erecties (29).
Het is algemeen bekend dat de vorming van stikstofmonoxide (NO) in de bloedvaten van de penis noodzakelijk is voor vasodilatatie en erectie (30). Oestrogeen dat zowel op ERα als ERβ inwerkt, stimuleert sterk verschillende isovormen van het enzym NO synthase om NO te produceren in endotheelcellen en andere vasculaire cellen (31-33), wat de erectiestoornis kan verklaren die gepaard gaat met het verlies van de productie van oestradiol uit testosteron. Als de NO-productie eenmaal verstoord is door arteriële aandoeningen aan de penis, zoals bij diabetes, kan oestrogeen misschien niet langer vaatverwijding bevorderen, aangezien het geslachtssteroïde vroege arteriële aandoeningen lijkt te voorkomen in muismodellen. Bij mannen functioneert oestradiol dus zowel in de hersenen (libido) als in de geslachtsklieren (erectie) om de mannelijke voortplanting te moduleren.
CNS. Studies bij dieren en bij mensen hebben aangetoond dat de werking van oestrogeen in het CZS een cruciale rol speelt bij agressie en seksueel gedrag bij mannen, waarschijnlijk door de plaatselijke productie van oestradiol door aromatase. Bijvoorbeeld, behandeling van makaken met aromatase remmers leidt tot verminderde seksuele motivatie en ejaculatoire acties (34). Menselijke mannen met aromatase mutaties hebben een verminderd libido en verminderd seksueel gedrag, ondanks hoge testosteron niveaus, en behandeling met oestrogeen verbetert het libido en de seksuele activiteit (35). Evenzo, zoals vermeld, leidt testosteron vervanging in aanwezigheid van een aromatase remmer bij hypogonadale mannen tot slechts een gedeeltelijke afname in seksuele functie vergeleken met testosteron vervanging alleen (29). Interessant is dat aromatase expressie overvloedig aanwezig is in talrijke hersenkernen van zowel vrouwtjes als mannetjes (36, 37), en lokale oestradiol productie in deze gebieden lijkt kritisch te zijn in het mediëren van agressief en seksueel gedrag. Zo hebben muismodellen van aromatase-deficiëntie aangetoond dat de werking ervan in de hypothalamus en amygdala belangrijk is voor mannelijke agressie (38, 39). Bovendien vertonen mannelijke muizen zonder AR expressie in het CZS nog steeds mannelijke seksuele en territoriale acties (40), wat erop wijst dat aromatisering van androgenen tot oestrogenen, gevolgd door oestrogeenacties op ERs, een essentiële rol speelt in wat algemeen beschouwd wordt als “mannelijk” gedrag.
Ten slotte kan oestrogeen een cruciale rol spelen in mannelijke hersenen naast zijn acties in seksueel en agressief gedrag. Lokale productie van oestradiol in de mannelijke kleine hersenen lijkt belangrijk te zijn voor vestibulair-oculaire reflexadaptatie (41), die oog- en hoofdbewegingen coördineert om het gezichtsvermogen te helpen stabiliseren. Oestrogeen verbetert ook het ruimtelijk geheugen bij wijfjes via ERα in de hippocampus, maar via ERβ in de hippocampus van mannelijke muizen (42). Deze studies geven aan dat oestrogeen productie en acties in het CZS divers zijn en dat er waarschijnlijk nog meer oestrogeen-gemedieerde processen ontdekt zullen worden.
Vet en het metabool syndroom. Mannen met aromatase mutaties vertonen vaak een laag HDL cholesterol, hoog LDL cholesterol, verhoogde triglyceriden en visceraal vet, en een verstoorde glucose homeostase (8, 24). Deze lipide abnormaliteiten worden omgekeerd door behandeling met oestrogeen (8). Aromatase-deficiënte mannen en het eerder besproken individu met een ERα mutatie vertonen een verminderde endotheelfunctie en vroegtijdige atherosclerose, inclusief plaque vorming. Oestrogeenvervanging loste deze aandoeningen op bij één individu (24). De leversteatose die bij verschillende van deze mannen werd gerapporteerd, kan het gevolg zijn van verhoogde triglyceriden (24).
Verhoogd visceraal vet werd vastgesteld bij veel mannen met aromatase- of ERα-mutaties, evenals bij jonge mannen die GnRH-agonisten kregen om de testosteronsynthese te verhinderen. In de laatste groep bevorderde testosteronsuppletie een toename van de spiermassa en een afname van de ontwikkeling van lichaamsvet, maar remming van de vorming van visceraal vet werd niet gezien wanneer testosteron en de aromataseremmer anastrazol samen werden gegeven, wat suggereert dat oestrogeen dit resultaat bemiddelt (29). Oestrogeen remt de vorming van visceraal vet bij zoogdieren op verschillende manieren. In het bijzonder onderdrukt oestrogeen bij muizen via ERα de toewijding van pluripotente stamcellen aan de adipocytenlijn (43). Omdat aromatase in vetweefsel de belangrijkste bron van circulerend oestrogeen bij mannen is, lijkt het erop dat lokale oestrogeensignalering in adipocyten een belangrijke rol kan spelen bij het moduleren van de eigen productie (44). Oestrogeen kan ook een directe invloed hebben op gewicht en vetvorming door de energieopname en -afgifte te reguleren. In genetische muismodellen resulteert het verlies van ERα uit specifieke hypothalamische gebieden in overmatige voedselinname en verminderde energie-uitgaven (45). Verder hebben studies in ERα-deficiënte muizen aangetoond dat oestrogeen de insulinewerking in de lever, spieren en vetweefsel van zowel mannen als vrouwen versterkt (46).
Naast het reguleren van insulinesignalering moduleren oestrogenen ook de β-celfunctie in de pancreas. ERα in pancreaseilandjes onderdrukt de vetzuursynthese via STAT3-gemedieerde onderdrukking van het vetzuursynthase-gen bij mannelijke ratten, wat bijdraagt aan het voorkomen van β-celfalen (47). In beide geslachten van aromatase-gen-deficiënte muizen die streptozotocine toegediend krijgen (wat apoptose van de β-cellen veroorzaakt), houdt oestrogeen/ERα de insulinesecretie in stand door het afsterven van de β-cellen tegen te gaan (48). Nucleaire ERα in het CZS helpt bij het in stand houden van de insulinegevoeligheid bij vrouwelijke muizen, terwijl het verlies van nucleaire ERα het vermogen van in de halsslagader geïnjecteerde glucose om de regulatie van de insulinesecretie in de hersenen te stimuleren, alleen bij mannelijke muizen vermindert (49). Deze bevindingen wijzen op een rol van ERα bij de positieve regulatie van de normale glucose homeostase bij zowel mannelijke als vrouwelijke muizen. Dit is consistent met een verminderde glucose homeostase bij mannen met aromatase genmutaties (9, 11). Echter, zowel in ERα-deletiemodellen bij muizen als bij de eerder genoemde mannelijke mensen, zijn er geen aanwijzingen voor diabetes, wat duidt op een gematigde regulerende rol voor de geslachtssteroïdenreceptor.
Aromatase-deficiënte mannen en de ERα gemuteerde man vertoonden ook aanwijzingen voor het metabool syndroom, waaronder hypertensie. Toediening van oestrogeen veranderde veel van deze aandoeningen, inclusief verbeteringen in insulineresistentie en glucose-intolerantie (24). Interessant is dat ERβ-KO mannelijke en vrouwelijke muizen (specifiek C-ERβ-KO) hypertensief worden naarmate ze ouder worden (32), wat suggereert dat deze ER isovorm ook kan bijdragen aan het normaliseren van de bloeddruk. Bij muizen resulteerde verwijdering van ERα beperkt tot adipocyten in verhoogde markers van fibrose en ontsteking in de vetniche, evenals een verminderde algehele glucose homeostase, effecten die meer uitgesproken waren bij mannetjes (50).
Samenvattend kan gesteld worden dat verschillende aspecten van het metabool syndroom duidelijk verbeterd zijn in mannelijke muismodellen van ziekte, maar hoewel dit suggestief is, moet nog nader bepaald worden of dit ook geldt voor mannen.
Prostaatkanker. In de normale menselijke prostaat komen zowel ERα als ERβ voornamelijk tot expressie in respectievelijk het stroma en het epitheel (51). ERα wordt algemeen beschouwd als proliferatief in normale en maligne prostaat, en draagt bij tot de ontwikkeling van premaligne letsels en kanker in knaagdiermodellen. ERβ daarentegen houdt de epitheliale differentiatie in stand en remt de door ERα veroorzaakte proliferatie, waardoor de normale ontwikkeling wordt bevorderd en de ontwikkeling van prostaatkanker althans in eerste instantie wordt onderdrukt. Een synthetisch oestrogeen, diethylstilbestrol (DES), werd in de jaren zestig en zeventig met succes gebruikt voor de behandeling van prostaatkanker door de productie van androgeen te onderdrukken via feedback op de hypothalamus-hypofyse-as (52). Door de protrombotische effecten van DES kwam het echter tot een groot aantal myocardinfarcten bij DES-behandelde patiënten. Desalniettemin suggereerden deze studies dat het richten van ER op prostaatkanker therapeutisch voordelig zou kunnen zijn.
Klinische proeven met een ERα agonist (53) of een selectieve ER modulator (54) hebben onvoldoende bewijs gegenereerd voor de behandeling van prostaatkanker om uitgebreide studies bij deze maligniteit te rechtvaardigen. Dit kan een weerspiegeling zijn van de complexiteit van het nucleaire ER dat op ontelbare manieren samenwerkt met het nucleaire AR, afhankelijk van het stadium van de tumor. Bovendien zijn er verschillende ERβ isovormen die ofwel tumoronderdrukkende ofwel tumorbevorderende functies hebben (55). ERβ isovorm switchen is waargenomen in castratie-resistente en metastatische prostaatkanker bij mannen, wat misschien de dichotomie van ERβ acties in verschillende types van deze maligniteit verklaart. Interessant is dat recente studies bij de mens aantonen dat een hoge expressie van ERβ bij veel prostaatkankers voorkomt en correleert met een gunstige prognose (56), terwijl hoge niveaus van estradiol of oestron significant geassocieerd zijn met een kortere tijd tot de ontwikkeling van castratie-resistente prostaatkanker, vermoedelijk door acties op ERα (57). Bij aromatase-KO muizen induceert een ERβ agonist apoptose van stromale, luminale en epitheliale cellen in de prostaat. Agonisten voor deze receptor induceren ook apoptose in stroma en epitheliale progenitorcellen met behulp van patiënt-afgeleide, Gleason-7 xenograft weefsels in muizen. Dit proces wordt gemedieerd door TNF-α-gemedieerde upregulatie van caspase-8 (58). Zich het belang van ER in de prostaat realiserend, worden interventieparadigma’s verder ontwikkeld.