Förord. 17-β-östradiol (E2) är den vanligaste formen av serum- och vävnadsöstrogen hos män och kvinnor. CYP19A1-genen kodar för det aromatasenzym som omvandlar testosteron till E2 hos båda könen (4). Aromatas uttrycks i många organ och celler; därför är lokal produktion och verkan av E2 hos män sannolikt fysiologiskt relevant (5). Starkt stöd för att E2 spelar en viktig roll kommer från studier på män med inaktiverande mutationer av antingen ERα eller aromatas (6, 7). E2-överkänslighet konstaterades hos en 28-årig man som diagnostiserades med en homozygot ERα-mutation som gav upphov till ett trunkerat icke-funktionellt protein (6). Individen presenterade sig med fortsatt linjär tillväxt och lång statur delvis på grund av icke-fusionerade epifyser, trots normalt serumtestosteron. Betydande osteoporos noterades, vilket tyder på att endogent östrogen och ERα är viktiga hos män för normal bentillväxt och benutveckling. Denna person var också överviktig i förhållande till sin längd och uppvisade överskott av bukfett. Förhöjda endogena östrogennivåer hos denna person lyckades inte undertrycka hypofysens gonadotropiner, luteiniserande och follikelstimulerande hormoner (LH respektive FSH) i avsaknad av en fungerande ERα-receptor. Även om direkt verkan av manliga könssteroider på ARs i hjärnan kan spela en viss roll för den negativa återkoppling som reglerar LH och FSH, krävs alltså också östrogen-signalering via ERα.
Samma sak gäller för män som har en funktionell brist på aromatasaktivitet och därför inte kan bilda östrogener, och som har avvikelser i benbildning, glukos- och lipidmetabolism (med tendens till det metabola syndromet) samt utveckling och funktion av fortplantningsorganen (vilket i slutändan försämrar fertiliteten) (8, 9), av vilka många förbättras med hjälp av östradiol. Dessa exempel på mänskliga män bekräftar östrogenets betydelse för normal manlig fysiologi och stöds av studier på ERα-deficienta möss, där liknande fenotyper observeras (6, 7, 10).
Benets utveckling och funktion. Många studier har visat på viktiga effekter av östrogen för benhälsa hos äldre män och för benutveckling hos unga män. I det senare fallet finns det belägg för att östrogen starkt bidrar till stängning av epifyserna och därmed begränsar den linjära tillväxten (11). Denna roll för E2 stämmer överens med periostal benutvidgning under puberteten, vilket också ses med E2-substitution hos män med aromatasgenmutationer (8, 9, 11).
I äldre hypogonadala män med förhöjda markörer för benresorption som är karakteristiska för ökad osteoklastaktivitet, är testosteronsubstitution minimalt effektiv för att undertrycka dessa markörer (12). Däremot undertrycker östrogenersättning starkt ökningen av markörer för benresorption. Författarna till denna studie drar slutsatsen att hos män står östrogen för cirka 70 % av de antiresorptiva effekterna på ben, medan testosteron bidrar med cirka 30 %. Dessa resultat överensstämmer med den osteopeni/osteoporos som observerats hos män med antingen muterade aromatas- eller ERα-gener (6, 7). Studier på äldre män som behandlas med en aromatashämmare ger ytterligare stöd för östrogenets roll för att bevara ben (13).
Mekanistiskt sett undertrycker östrogen i musmodeller IL-6-beroende osteoklastdifferentiering, vilket sedan kan dämpa benförlusten. TNF-α är dock sannolikt viktigare för att förmedla östrogenbristrelaterad benförlust, eftersom ovariektomi ökar benmärgsproduktionen av TNF-α, vilket åtföljs av benförlust, medan ovariektomi hos TNF-α-deficienta möss inte leder till benförlust (14). Rollerna av TNF-α- och eventuellt IL-1β-suppression för att förmedla östrogenets antiresorptiva effekter bekräftades i studier på kvinnor (15). Jämförbara studier har dock inte gjorts på män. Andra påstådda mediatorer för osteoklastutveckling och/eller -resorption hos kvinnor som hämmas av östrogen inkluderar aktivering av NF-κΒ och sclerostin (16). Men återigen har lite validerats hos män.
Men medan aromatas i benceller underlättar den lokala östrogen-syntesen som behövs för benbildning hos normala män, har olika slutsatser dragits från genetiska musmodeller av ERα-deletion i osteoblaster (benbildande) föregångsceller, vilket tyder på ett litet bidrag från E2 och ERα hos hanmöss. En möjlig förklaring är att östrogeneffekterna hos människor främst gäller det kortikala benet som utgör cirka 80 % av det mänskliga skelettet, medan det kortikala benet är helt annorlunda hos musen och kan regleras på ett annat sätt av östrogener (17). Detta kan vara kliniskt relevant för att förebygga osteoporosrelaterade frakturer i långa ben hos båda mänskliga könen.
En viktig roll för ERβ i benmetabolismen hos människor är inte väl underbyggd. Två kvinnliga musmodeller, K/G-ERβ-KO (18) och C-ERβ-KO (19), skapades. Den första modellen (K/G) visade ökad kortikal benmineraltäthet tidigt i utvecklingen (20) och ökad kortikal och trabekulär täthet vid 12 månaders ålder (21). Den kvinnliga C-ERβ-KO-musmodellen visade dock ingen skillnad i kortikal bentjocklek och mineraltäthet jämfört med WT-möss, medan trabekelbenet visade en ökad mineraliseringsyta, sannolikt på grund av minskad benresorption (22). Skillnaden i det kortikala benet kan bero på att ERβ-deletionen är fullständig. Intressant nog uppvisade de manliga K/G-mössen inga benavvikelser (20). Deletion av ERβ i osteoprogenitorceller visade också ökad trabekulär men inte kortikal benmassa hos honmöss (23). Sammantaget tyder dessa resultat på att ERβ inte har någon signifikant effekt hos hanmöss, men kan begränsa den trabekulära benmineraliseringen som är beroende av ERβ hos honmöss.
Sammanfattningsvis är testosteronomvandlingen till östrogen hos mänskliga hanar viktig både för normal kortikal benutveckling och för att bevara en hälsosam benmetabolism under åldrandet, vilket troligen minskar antalet frakturer.
Reproduktion. Även om endast ett fåtal män med aromatasgenmutation har studerats visar dessa individer konsekvent oligospermi och minst en presenterade infertilitet (24). Dessa reproduktionsavvikelser kan återspegla förlusten av östrogenproduktion i testikulära Leydigceller. Svårt nedsatt spermiemotilitet noterades också hos mannen med muterat ERα och hos ERα genetiskt borttagna hanmöss (6, 8), vilket tyder på att signalering via ERα reglerar spermatogenesen. Dessa resultat stöds av nyare musstudier, där förlust av membran- eller kärn-ERα i testiklarna resulterar i onormal spermieproduktion och -funktion, vilket leder till infertilitet när hanmössen blir äldre (25). Mekanistiskt resulterar förlust av ERα i överdriven vätskeansamling i epididymis, vilket kan bidra till onormal spermiemorfologi och funktion (26).
I motsats till manliga ERα KO-möss bibehåller manliga möss med KO av ERβ relativt normal fertilitet i två olika modeller (18, 19). Överraskande nog är dock ett litet antal manliga människor med mutationer i ERβ förknippade med 46, XY-störningar i könsutvecklingen och visar på markant onormala eller frånvarande gonader (27). Dessa skillnader mellan möss och män med muterad eller ingen ERβ understryker vikten av att studera östrogen-signalering i både musmodeller och mänskliga patienter.
Interessant nog är en gain-of-function-mutation av aromatasgenen CYP19A1, som orsakar ökade nivåer av östrogenet östron, kopplad till familjär gynekomasti hos unga män (28). Denna störning av det normala förhållandet mellan testosteron och östrogen hos män ligger till grund för de flesta former av gynekomasti.
Allmänna studier tyder på att östrogen bidrar till libido och sexuell prestation hos män. Till exempel hade 202 friska män som fick en analog av gonadotropinfrisättande hormon (GnRH) för att hämma den endogena androgenproduktionen förlust av sexuell lust och erektil funktion. Dessa män fick sedan testosteronersättning utan eller med en aromatashämmare (anastrozol) i 16 veckor. Även om testosteronadministrationen avsevärt förbättrade dessa funktioner, dämpade tillägget av aromatashämmaren förbättringen av både libido och erektion av penis (29).
Det är välkänt att bildandet av kväveoxid (NO) i penisens blodkärl är nödvändigt för vasodilatation och erektion (30). Östrogen som verkar på både ERα och ERβ stimulerar starkt flera isoformer av enzymet NO-syntas för att producera NO i endotelceller och andra kärlceller (31-33), vilket kan förklara den erektil dysfunktion som är förknippad med förlust av östradiolproduktion från testosteron. När NO-produktionen är nedsatt på grund av artärsjukdom i penis, t.ex. vid diabetes, kan östrogen kanske inte längre främja vasodilatation, eftersom könssteroiden verkar förebygga tidig artärsjukdom i musmodeller. Östradiol hos män fungerar alltså både i hjärnan (libido) och i könskörtlarna (erektion) för att modulera den manliga reproduktionen.
CNS. Studier på djur och människor har visat att östrogenets verkan i CNS spelar kritiska roller vid aggression och sexuellt beteende hos män, sannolikt på grund av lokal produktion av östradiol genom aromatas. Exempelvis leder behandling av makaker med aromatashämmare till minskad sexuell motivation och minskade ejakulatoriska handlingar (34). Mänskliga män med aromatasmutationer har minskad libido och minskat sexuellt beteende, trots höga testosteronnivåer, och östrogenbehandling ökar libido och sexuell aktivitet (35). På samma sätt leder, som nämnts, testosteronsubstitution i närvaro av en aromatashämmare hos hypogonadala män endast till en partiell minskning av den sexuella funktionen jämfört med enbart testosteronsubstitution (29). Intressant nog är aromatasuttryck rikligt förekommande i många hjärnkärnor hos både kvinnor och män (36, 37), och lokal östradiolproduktion i dessa regioner tycks vara avgörande för att förmedla aggressiva och sexuella beteenden. Till exempel har musmodeller av aromatasbrist visat att dess verkan i hypotalamus och amygdala är viktig för manlig aggression (38, 39). Dessutom uppvisar hanmöss som saknar AR-uttryck i CNS fortfarande manliga sexuella och territoriella handlingar (40), vilket tyder på att aromatisering av androgener till östrogener, följt av östrogeners verkan på ERs, spelar en väsentlig roll i vad som vanligen anses vara ”manliga” beteenden.
Finalt kan östrogen spela en kritisk roll i manliga hjärnor utöver dess verkan i sexuellt och aggressivt beteende. Lokal produktion av östradiol i den manliga lillhjärnan tycks vara viktig för vestibulär-okulär reflexanpassning (41), som samordnar ögon- och huvudrörelser för att bidra till att stabilisera synen. Östrogen förbättrar också det spatiala minnet hos honor via hippocampus ERα, men via ERβ i hippocampus hos hanmöss (42). Dessa studier tyder på att östrogenproduktionen och -åtgärderna i CNS är varierande och att fler östrogenmedierade processer sannolikt kommer att upptäckas.
Fett och det metabola syndromet. Män med aromatasmutationer uppvisar ofta lågt HDL-kolesterol, högt LDL-kolesterol, ökade triglycerider och visceralt fett samt försämrad glukoshomeostas (8, 24). Dessa lipidavvikelser vänds genom behandling med östrogen (8). Aromatasbristande män och den tidigare diskuterade individen med en ERα-mutation uppvisar nedsatt endotelfunktion och tidig ateroskleros, inklusive plackbildning. Östrogenersättning löste dessa tillstånd hos en individ (24). Den hepatiska steatos som rapporterats hos flera av dessa män kan vara resultatet av förhöjda triglycerider (24).
Ökat visceralt fett har noterats hos många av männen med aromatas- eller ERα-mutationer, liksom hos unga män som fått GnRH-agonister för att förhindra testosteronsyntes. I den sistnämnda gruppen främjade testosterontillskott ökad muskelmassa och minskad kroppsfettutveckling, men hämning av visceral fettbildning sågs inte när testosteron och aromatashämmaren anastrazol gavs tillsammans, vilket tyder på att östrogen medierar detta resultat (29). Östrogen hämmar bildningen av visceralt fett hos däggdjur på flera olika sätt. Mest anmärkningsvärt hos möss är att östrogen genom ERα undertrycker pluripotenta stamcellers engagemang i adipocytlinjen (43). Eftersom aromatasåtgärder i fettvävnad är den största källan till cirkulerande östrogen hos män, verkar det som om lokal östrogen-signalering i adipocyter kan spela en viktig roll för att modulera sin egen produktion (44). Östrogen kan också direkt påverka vikt och fettbildning genom att reglera energiintag och energiproduktion. I genetiska musmodeller leder förlust av ERα från specifika hypotalamiska regioner till överdrivet födointag och minskad energiförbrukning (45). Vidare visar studier på ERα-defekta möss att östrogen förstärker insulinverkan i lever, muskler och fett hos både män och kvinnor (46).
Förutom att reglera insulinsignalering modulerar östrogener också β-cellfunktionen i bukspottkörteln. ERα i bukspottkörtelns öar undertrycker fettsyrasyntesen via STAT3-medierat undertryckande av genen för fettsyrasyntas hos hanråttor, vilket bidrar till att förhindra β-cellsvikt (47). Hos båda könen av aromatasgen-deficienta möss som fått streptozotocin (vilket orsakar β-cellsapoptos) upprätthåller östrogen/ERα insulinsekretionen genom att mildra β-celldöd (48). Nukleärt ERα i CNS bidrar till att upprätthålla insulinkänsligheten hos honmöss, medan förlust av nukleärt ERα försämrar förmågan hos glukos som injiceras i halspulsådern att stimulera hjärnans reglering av insulinsekretionen endast hos hanmöss (49). Dessa resultat visar på roller för ERα för att positivt reglera normal glukoshomeostas hos både han- och honmöss. Detta stämmer överens med försämrad glukoshomeostas hos män med aromatasgenmutationer (9, 11). Både i ERα-deletionsmodeller i möss och i de ovan nämnda manliga människorna finns det dock inga tecken på diabetes, vilket tyder på en måttlig reglerande roll för könssteroidreceptorn.
Aromatasdefekta män och den ERα-muterade hanen uppvisade också indikationer på det metabola syndromet, inklusive högt blodtryck. Östrogenadministration reverserade många av dessa störningar, inklusive förbättringar av insulinresistens och glukosintolerans (24). Intressant nog blir ERβ-KO han- och honmöss (specifikt C-ERβ-KO) hypertensiva med åldrandet (32), vilket tyder på att denna ER-isoform också kan bidra till normalisering av blodtrycket. Hos möss resulterade borttagning av ERα begränsad till adipocyter i ökade markörer för fibros och inflammation i fettnischen samt försämrad övergripande glukoshomeostas, effekter som var mer uttalade hos hanar (50).
Sammanfattningsvis är olika aspekter av det metabola syndromet tydligt förbättrade i hanliga musmodeller av sjukdomen, men även om det tyder på att det är så krävs det ytterligare bestämning för att avgöra om detta sträcker sig till män.
Prostatacancer. I den normala mänskliga prostatan uttrycks både ERα och ERβ huvudsakligen i stroma respektive epitel (51). ERα anses allmänt vara proproliferativt i normal och malign prostata och bidrar till utvecklingen av premaligna lesioner och cancer i gnagarmodeller. Däremot upprätthåller ERβ epitelial differentiering samtidigt som den hämmar den proliferation som orsakas av ERα, vilket främjar normal utveckling och åtminstone initialt fungerar som en suppressor av prostatacancerutveckling. Ett syntetiskt östrogen, dietylstilbestrol (DES), användes för att framgångsrikt behandla prostatacancer på 1960- och 1970-talen och undertryckte androgenproduktionen genom återkoppling på hypotalamus-hypofysaxeln (52). På grund av dess protrombotiska effekter uppstod dock ett stort antal hjärtinfarkter hos DES-behandlade patienter. Dessa studier tyder dock på att det skulle kunna vara terapeutiskt fördelaktigt att rikta in sig på ER i prostatacancer.
Kliniska prövningar med en ERα-agonist (53) eller en selektiv ER-modulator (54) har inte genererat tillräckligt effektfulla bevis för behandling av prostatacancer för att motivera omfattande studier av denna malignitet. Detta kan återspegla komplexiteten hos det nukleära ER som arbetar tillsammans med det nukleära AR på otaliga sätt, beroende på tumörens stadium. Dessutom finns det olika ERβ-isoformer som har antingen tumörundertryckande eller tumörfrämjande funktioner (55). ERβ-isoformsbyte har observerats i kastrationsresistent och metastaserande prostatacancer hos män, vilket kanske förklarar dikotomin av ERβ-åtgärder i olika typer av denna malignitet. Intressant nog visar nya studier på människor att ett högt uttryck av ERβ förekommer i många prostatacancer och korrelerar med en gynnsam prognos (56), medan höga nivåer av östradiol eller östron är signifikant förknippade med en kortare tid till utveckling av kastrationsresistent prostatacancer, förmodligen genom åtgärder vid ERβ (57). Hos aromatas-KO-möss inducerar en ERβ-agonist apoptos av stromala, luminal- och epitelceller i prostatan. Agonister för denna receptor inducerar också apoptos i stroma och epiteliska progenitorceller med hjälp av patientavledda, Gleason-7 xenograftvävnader i möss. Denna process medieras av TNF-α-medierad uppreglering av caspas-8 (58). Genom att inse betydelsen av ER i prostatan fortsätter interventionsparadigmen att utvecklas.