类固醇激素：结构，合成，作用机理 - 生物学 - 2025

所述类固醇激素是由内分泌腺产生的物质，并直接排入循环系统流，这导致组织那里发挥其生理效应。它的通用名称源于它的基本结构具有甾体核的事实。

胆固醇是合成所有类固醇激素的前体物质，可分为孕激素（例如孕激素），雌激素（雌酮），雄激素（睾丸激素），糖皮质激素（皮质醇），盐皮质激素（醛固酮）和维生素D。

类固醇激素（皮质醇）与具有相同化学性质的分子（维生素D3）的结构比较（来源：原始上载者是英语维基百科的Palladius。通过Wikimedia Commons）

尽管不同的类固醇激素之间具有分子差异，这使它们具有不同的功能特性，但可以说它们具有它们共有的基本结构，并以17个碳原子的环戊烷过氢菲为代表。

类固醇的结构

类固醇是性质非常多样的有机化合物，它们的共同点可以看作是母核，它由三个六个碳原子的环（环己烷）和五个碳原子之一的环（环戊烷）融合而成。

该结构也称为“环戊烷过氢菲”。由于这些环是相互连接的，因此组成环的碳原子总数为17；但是，大多数天然类固醇在碳13和10上具有甲基，分别代表碳18和19。

环戊烷过氢菲的四环多环结构示意图（来源：NEUROtiker，来自Wikimedia Commons）

许多天然类固醇化合物在环结构中也具有一个或多个具有醇功能的基团，因此被称为固醇。其中有胆固醇，它在碳3上具有醇功能，并且在碳17上连接有8个碳原子的侧链。编号从20到27的原子。

类固醇的结构。图片来自MarcoTolo / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5）

除了这17个碳原子外，类固醇激素的结构中可能还含有1个，2个或4个这些原子，对于它们，可以识别三种类型的类固醇：C21，C19和C18。

C21

像孕酮和肾上腺皮质类固醇（糖皮质激素和盐皮质激素）一样，C21衍生自“孕烷”。它具有21个碳原子，因为在碱性环的17个碳原子中分别添加了13和10个碳原子中的两个甲基，并且与C17相连的侧链的两个碳原子最初在胆固醇中为8个碳原子。

C19

C19对应于具有雄激素活性的性激素，并衍生自“ androstane”（19个碳原子），当孕烷失去C17侧链的两个碳原子（被羟基或酮基。

C18

C18类固醇是主要在雌性腺中合成的雌性激素或雌激素，相对于其他两种类固醇，C18类固醇的突出特征是甲基中不存在甲基，后者附着在位置10的碳上。

在由胆固醇合成的过程中，会产生酶促修饰，这些修饰会改变碳的数量并促进结构中特定碳的脱氢和羟基化。

合成

产生类固醇激素的细胞主要位于肾上腺皮质，在那里产生糖皮质激素（例如皮质醇），盐皮质激素（例如醛固酮）和男性性激素（例如脱氢表雄酮和雄烯二酮）。

男性性腺负责产生雄激素，包括已经提到的激素和睾丸激素，而达到成熟的卵巢卵泡产生孕激素和雌激素。

所有类固醇激素的合成均始于胆固醇。该分子可以由产生类固醇激素的细胞合成，但大部分情况下是由这些细胞从循环血浆中存在的低密度脂蛋白（LDL）获得的。

肾上腺激素的合成（资料来源：内分泌医生，来自Wikimedia Commons）

-肾上腺皮质水平的合成

在肾上腺皮质中，分为三层，分别从外部称为肾小球，束状和网状区。

在肾小球中，主要合成盐皮质激素（醛固酮），在诸如糖皮质激素和皮质醇的束状糖皮质激素中以及在诸如脱氢表雄酮和雄烯二酮的网状雄激素中合成。

糖皮质激素合成

合成的第一步发生在线粒体中，由一种称为胆固醇脱氢酶的酶组成，该酶属于细胞色素P450超家族，也称为“ P450scc”或“ CYP11A1”，可促进消除6连接到C17的侧链碳原子。

在脱模酶的作用下，胆固醇（27个碳原子）被转化为孕烯醇酮，这是一个具有21个碳原子的化合物，代表了C21类固醇的第一个。

孕烯醇酮移动到平滑的内质网，在其中通过酶3β-羟基类固醇脱氢酶的作用，它在碳3醇基团的羟基上进行脱氢反应，成为孕酮。

通过21β-羟化酶（也称为“ P450C21”或“ CYP21A2”）的作用，孕酮在碳21处被羟基化，转化为11-脱氧皮质酮，返回到线粒体，并且11β-羟化酶（“ P450C11“或” CYP11B1”）转换为皮质酮。

当孕烯醇酮或孕酮在17位被17α-羟化酶（“ P450C17”或“ CYP17”）羟基化并转化为成纤维束时，在束状区的另一条合成线终止于皮质酮，而终止于皮质醇17-羟基孕甾酮或17-羟基孕酮。

已经提到的相同的酶3β-羟类固醇脱氢酶可以将孕烯醇酮转化为孕酮，也可以将17-羟孕酮转化为17-羟孕酮。

后者由产生皮质酮的途径的后两种酶（21β-羟化酶和11β-羟化酶）依次携带，分别转化为脱氧皮质醇和皮质醇。

糖皮质激素作用

在肾上腺皮质的带状束中产生的主要糖皮质激素是皮质酮和皮质醇。两种物质，尤其是皮质醇，均表现出影响新陈代谢，血液，防御和伤口愈合反应，骨骼矿化，消化道，循环系统和肺部的广泛作用。

关于新陈代谢，皮质醇刺激脂肪分解和释放脂肪酸，这些脂肪酸可在肝脏中用于形成酮体和低密度蛋白（LDL）。降低脂肪组织中葡萄糖的摄取和脂肪生成，以及肌肉中葡萄糖的摄取和利用。

它还促进周围结缔组织，肌肉和骨骼基质中的蛋白质分解代谢，从而释放出可在肝脏中用于血浆蛋白合成和糖异生的氨基酸。它还通过增加SGLT1转运蛋白的产生来刺激肠道葡萄糖的吸收。

肠道葡萄糖的吸收加速，肝脏产量的增加以及肌肉和脂肪组织中这种碳水化合物的利用减少，有利于血浆葡萄糖水平的升高。

关于血液，皮质醇有利于凝血过程，刺激嗜中性粒细胞的形成，并抑制嗜酸性粒细胞，嗜碱性粒细胞，单核细胞和T淋巴细胞的形成，还抑制诸如前列腺素，白介素，淋巴因子，组胺之类的炎性介质的释放。和血清素。

一般而言，可以说糖皮质激素会干扰免疫反应，因此可以在这种反应被夸大或不合适的情况下用于治疗，例如自身免疫性疾病或器官移植以减少拒绝。

-雄激素合成

肾上腺皮质水平的雄激素合成主要发生在网状区水平，并且由17-羟基孕甾酮和17-羟基孕酮合成。

产生上述两种物质的相同17α-羟化酶也具有17,20裂解酶活性，该活性除去C17侧链的两个碳并用酮基（= O）取代。

这最后一个动作将碳原子数减少了两个，并产生了C19类固醇。如果作用于17-羟基孕烯醇酮，则结果为脱氢表雄酮；相反，如果受影响的物质是羟基孕酮，则该产品将是雄烯二酮。

这两种化合物都是所谓的17-酮类固醇的一部分，因为它们在碳17上具有酮基。

3β-羟基类固醇脱氢酶也可将脱氢表雄酮转化为雄烯二酮，但最常见的是前者被磺基激酶转化为硫酸脱氢表雄酮硫酸盐，几乎只存在于网状区。

盐皮质激素（醛固酮）的合成

肾小球透明带缺乏17α-羟化酶，并且不能合成皮质醇和性激素的17-羟类固醇前体。它也没有11β-羟化酶，但确实有一种称为醛固酮合成酶的酶，该酶可以依次产生皮质酮，18-羟基皮质酮和盐皮质激素醛固酮。

盐皮质激素的作用

最重要的盐皮质激素是在肾上腺皮质肾小球中合成的醛固酮，但糖皮质激素也显示盐皮质激素活性。

醛固酮的盐皮质激素活性在远端肾单位的肾小管上皮水平发展，它促进钠（Na +）的重吸收和钾（K +）的分泌，从而有助于保护这些离子在肾脏中的水平。体液。

-睾丸中男性类固醇的合成

睾丸雄激素合成发生在Leydig细胞水平。睾丸激素是睾丸中产生的主要雄激素。它的合成涉及雄烯二酮的最初生产，如先前在肾上腺皮质水平合成雄激素所描述的。

雄烯二酮通过17β-羟类固醇脱氢酶的作用转化为睾丸激素，该酶用羟基（OH）取代了碳17上的酮基。

在一些用作睾丸激素靶标的组织中，它会被5α-还原酶还原为二氢睾丸激素，并具有更大的雄激素作用。

-卵巢中女性类固醇的合成

这种合成伴随女性性周期中发生的变化而周期性地发生。合成发生在卵泡中，其在每个周期中成熟以释放卵子，然后产生相应的黄体。

雌激素是在成熟卵泡的颗粒细胞中合成的。成熟的卵泡在其卵泡膜中具有产生雄激素的细胞，例如雄烯二酮和睾丸激素。

这些激素扩散到附近的颗粒细胞，这些颗粒细胞具有将它们转化为雌酮（E1）和17β-雌二醇（E2）的芳香酶。由两者合成雌三醇。

性类固醇的作用

雄激素和雌激素分别具有发展男性和女性性特征的主要功能。雄激素通过促进结构蛋白的合成而具有同化作用，而雌激素则有利于骨化过程。

由于排卵过程中释放的成熟卵受精，在女性性周期中释放的雌激素和孕酮旨在为妇女的身体做好最终怀孕准备。

作用机理

如果您需要重新了解荷尔蒙的作用机理，建议您在继续阅读之前观看以下视频。

类固醇激素的作用机理在所有激素中都非常相似。就亲脂性化合物而言，它们毫不费力地溶解在脂质膜中并穿透其靶细胞的细胞质，靶细胞具有必须响应的荷尔蒙的特异性细胞质受体。

形成激素-受体复合物后，它穿过核膜并以转录因子的方式与激素反应元件（HRE）或初级反应基因结合在基因组中，而后者又反过来相反，它可以调控其他所谓的次级反应基因。

最终结果是转录的促进和信使RNA的合成，这些信使RNA在粗糙的内质网的核糖体中翻译，最终合成了激素诱导的蛋白质。

以醛固酮为例

醛固酮分子

醛固酮的作用主要在远端管的最后部分和收集管中起作用，在收集管中激素会促进Na +重吸收和K +分泌。

在该区域的主要小管细胞的腔膜中，存在“ ROMK”型的上皮Na +通道和K +通道（肾外延髓钾通道）。

基底外侧膜具有Na + / K + ATPase泵，该泵连续将Na +从细胞吸入基底外侧间隙，并将K +引入细胞。这种活性使细胞内的Na +浓度保持在非常低的水平，并有利于在小管腔和细胞之间为该离子建立浓度梯度。

该梯度使Na +可以通过上皮管向细胞移动，并且由于Na +单独通过，因此对于每个移动的离子，都存在一个未补偿的负电荷，该负电荷导致小管腔相对于间质变为负。即，利用负光产生跨上皮电位差。

光的这种负性有利于K +的排出，由于其在细胞中的较高浓度，光的负性被分泌到肾小管的内腔中，最终被排出。Na +重吸收和K +分泌活性受醛固酮作用的调节。

血液中存在的醛固酮响应血管紧张素II或高钾血症而从肾小球带释放，并渗入主要细胞并与其胞浆内受体结合。

该复合物到达细胞核并促进基因的转录，这些基因的表达最终将增加Na + / K +泵，上皮Na +通道和ROMK K +通道以及其他蛋白质的合成和活性。总的来说，这种反应将在体内保留Na +并增加尿K +排泄。

参考文献

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