ステロイドホルモン：構造、合成、作用機序 - 生物学 - 2025

ステロイドホルモンは、内分泌腺によって産生される物質であり、組織へのリードがその生理学的効果を発揮循環ストリーム中に直接排出されます。その一般的な名前は、その基本的な構造にステロイド核があるという事実に由来しています。

コレステロールは、すべてのステロイドホルモンが合成される前駆物質で、プロゲスターゲン（プロゲステロンなど）、エストロゲン（エストロン）、アンドロゲン（テストステロン）、グルココルチコイド（コルチゾール）に分類されます。ミネラルコルチコイド（アルドステロン）とビタミンD

ステロイドホルモン（コルチゾール）と同じ化学的性質を持つ分子（ビタミンD3）の構造の比較（出典：元のアップローダーは英語版ウィキペディアのPalladiusでした。WikimediaCommons経由）

ステロイドホルモンは分子機能が異なり、機能性が異なりますが、基本的な構造は共通で、炭素数17のシクロペンタンペルヒドロフェナントレンに代表されると言えます。

ステロイドの構造

ステロイドは非常に多様な性質の有機化合物であり、6つの炭素原子の3つの環（シクロヘキサン）と5つの炭素原子の1つ（シクロペンタン）の融合からなる親核と共通に考えられるものを持っています。

この構造は「シクロペンタンペルヒドロフェナントレン」としても知られています。環は相互にリンクされているため、それを構成する炭素原子の総数は17です。ただし、ほとんどの天然ステロイドは、炭素13と10にメチル基があり、それぞれ炭素18と19を表します。

シクロペンタンペルヒドロフェナントレンの4環多環式構造の模式図（出典：NEUROtiker、Wikimedia Commons経由）

天然のステロイド化合物の多くは、環構造にアルコール機能を持​​つ1つ以上のグループも持っているため、ステロールと呼ばれます。それらの中にはコレステロールがあり、これは炭素3でアルコール機能を持​​ち、炭素17に結合した8つの炭素原子の側鎖炭化水素鎖を持っています。20から27まで番号が付けられた原子。

ステロイドの構造。MarcoTolo / CC BY-SAから変更された画像（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5）

これらの17個の炭素に加えて、ステロイドホルモンは、構造内にこれらの原子を1つ、2つ、または4つ以上持つ可能性があり、C21、C19、およびC18の3種類のステロイドが認識されます。

C21

プロゲステロンや副腎皮質ステロイド（グルココルチコイドやミネラルコルチコイド）などのC21は、「プレグナン」に由来します。基本環の17に炭素13と10のメチル基の2つが追加されているため、21の炭素原子を持っています。

C19

C19はアンドロゲン活性を持つ性ホルモンに対応し、「アンドロスタン」（19炭素原子）に由来します。これは、プレグナンがC17側鎖の2つの炭素を失うときに残る構造であり、ヒドロキシルまたはケトン基。

C18

C18ステロイドは、主に女性の生殖腺で合成される女性ホルモンまたはエストロゲンであり、他の2種類のステロイドに関して、10位の炭素に結合している後者にメチルが存在しないことがその顕著な特徴です。

コレステロールからの合成中に、炭素数を変更し、構造の特定の炭素の脱水素化とヒドロキシル化を促進する酵素修飾が生成されます。

合成

ステロイドホルモンを産生する細胞は主に副腎の皮質にあり、コルチゾールなどのグルココルチコイド、アルドステロンなどの鉱質コルチコイド、デヒドロエピアンドロステロンやアンドロステンジオンなどの男性ホルモンが産生されます。

男性の性腺は、すでに述べたホルモンやテストステロンなどのアンドロゲンの産生に関与し、成熟に達する卵胞はプロゲステロンとエストロゲンを産生します。

すべてのステロイドホルモンの合成はコレステロールから始まります。この分子はステロイドホルモンを生成する細胞によって合成できますが、ほとんどの場合、循環血漿中に存在する低密度リポタンパク質（LDL）からこれらの細胞によって得られます。

副腎ホルモンの合成（出典：Wikimedia Commons経由の内分泌ドクター）

-副腎皮質のレベルでの合成

副腎皮質では、3つの層が区別され、外側からはそれぞれ糸球体、束状、網状の領域として知られています。

糸球体では、ミネラルコルチコイド（アルドステロン）が主に合成され、コルチコステロンやコルチゾールなどの束状糖質コルチコイドや、デヒドロエピアンドロステロンやアンドロステンジオンなどの網状アンドロゲンが合成されます。

グルココルチコイド合成

合成の最初のステップはミトコンドリアで発生し、シトクロムP450スーパーファミリーに属し、「P450scc」または「CYP11A1」としても知られるコレステロールデスモラーゼと呼ばれる酵素の作用で構成されます。 C17に結合した側鎖の炭素原子。

デスモラーゼの作用により、コレステロール（27炭素原子）はプレグネノロンに変換されます。プレグネノロンは21炭素原子の化合物であり、C21タイプのステロイドの最初のものを表します。

プレグネノロンは滑らかな小胞体に移動し、そこで酵素3β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼの作用により、炭素3のアルコール基のヒドロキシルで脱水素化を受け、プロゲステロンになります。

「P450C21」または「CYP21A2」とも呼ばれる21β-ヒドロキシラーゼの作用により、プロゲステロンは炭素21でヒドロキシル化され、11-デオキシコルチコステロンに変換されます。これはミトコンドリアに戻り、酵素11β-ヒドロキシラーゼ（「 P450C11 "または" CYP11B1 "）は、コルチコステロンに変換されます。

束状帯でのもう1つの合成系統は、コルチコステロンではなくコルチゾールで終わり、プレグネノロンまたはプロゲステロンが17α-ヒドロキシラーゼ（ "P450C17"または "CYP17"）によって17位でヒドロキシル化され、 17-ヒドロキシプレグノロンまたは17-ヒドロキシプロゲステロン。

すでに述べた同じ酵素、プレグネノロンをプロゲステロンに変換する3β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼも、17-ヒドロキシプレグノロンを17-ヒドロキシプロゲステロンに変換します。

後者は、コルチコステロンを生成する経路の最後の2つの酵素（21β-ヒドロキシラーゼおよび11β-ヒドロキシラーゼ）により、それぞれデオキシコルチゾールおよびコルチゾールに連続して運ばれます。

グルココルチコイド作用

副腎皮質帯で生成される主なグルココルチコイドは、コルチコステロンとコルチゾールです。両方の物質、特にコルチゾールは、代謝、血液、防御および創傷治癒反応、骨の石灰化、消化管、循環器系、および肺に影響を与える幅広い作用を示します。

代謝に関して、コルチゾールは脂肪分解と、肝臓でケトン体と低密度タンパク質（LDL）の形成に使用できる脂肪酸の放出を刺激します。脂肪組織でのグルコースの取り込みと脂質生成、筋肉でのグルコースの取り込みと利用を減少させます。

また、末梢の結合組織、筋肉、骨基質などのタンパク質異化を促進し、血漿タンパク質の合成や糖新生のために肝臓で使用できるアミノ酸を放出します。さらに、SGLT1トランスポーターの生産を増加させることにより、腸のグルコース吸収を刺激します。

腸でのグルコース吸収の加速、肝臓での産生の増加、筋肉および脂肪組織でのこの炭水化物の利用率の低下は、血漿グルコースレベルの上昇に有利です。

血液に関して、コルチゾールは凝固プロセスを支持し、好中球顆粒球の形成を刺激し、好酸球、好塩基球、単球、およびTリンパ球の形成を阻害します。また、プロスタグランジン、インターロイキン、リンホカイン、ヒスタミンなどの炎症性メディエーターの放出を阻害しますそしてセロトニン。

一般的に言えば、グルココルチコイドは免疫応答を妨害すると言うことができるので、自己免疫疾患の場合や臓器移植の場合など、この応答が誇張されたり不適切な場合に治療に使用できます。拒絶。

-アンドロゲン合成

副腎皮質のレベルでのアンドロゲン合成は、主に網状帯のレベルで、17-ヒドロキシプレグノロンと17-ヒドロキシプロゲステロンから発生します。

上記の2つの物質を生成する同じ17α-ヒドロキシラーゼ酵素も、17,20リアーゼ活性を持ち、C17側鎖の2つの炭素を取り除き、それらをケト基（= O）で置き換えます。

この最後のアクションにより、炭素数が2つ減少し、C19タイプのステロイドが生成されます。作用が17-ヒドロキシプレグネノロンである場合、結果はデヒドロエピアンドロステロンです。逆に、影響を受ける物質がヒドロキシプロゲステロンである場合、製品はアンドロステンジオンになります。

どちらの化合物もいわゆる17-ケトステロイドの一部です。17炭素にケトン基があるためです。

3β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼもデヒドロエピアンドロステロンをアンドロステンジオンに変換しますが、最も一般的なのは、前者が、ほぼ網状帯にのみ存在するスルホキナーゼによって硫酸デヒドロエピアンドロステロンに変換されることです。

ミネラルコルチコイド（アルドステロン）の合成

糸球体帯は17α-ヒドロキシラーゼ酵素を欠いており、コルチゾールと性ホルモンの17-ヒドロキシステロイド前駆体を合成できません。11β-ヒドロキシラーゼもありませんが、アルドステロンシンセターゼと呼ばれる酵素があり、コルチコステロン、18-ヒドロキシコルチコステロン、ミネラルコルチコイドのアルドステロンを順番に生成します。

ミネラルコルチコイドの作用

最も重要なミネラルコルチコイドは、副腎皮質の糸球体帯で合成されるアルドステロンですが、グルココルチコイドもミネラルコルチコイド活性を示します。

アルドステロンの鉱質コルチコイド活性は、遠位ネフロンの尿細管上皮のレベルで発生し、そこでナトリウム（Na +）の再吸収とカリウム（K +）の分泌を促進し、これらのイオンのレベルの保全に貢献します。体液。

-睾丸における男性の性ステロイドの合成

精巣のアンドロゲン合成は、ライディッヒ細胞のレベルで起こります。テストステロンは精巣で生成される主なアンドロゲンホルモンです。その合成には、副腎皮質のレベルでのアンドロゲンの合成について前述したように、アンドロステンジオンの初期生成が含まれます。

アンドロステンジオンは、酵素17β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼの作用によってテストステロンに変換されます。これは、炭素17のケトン基をヒドロキシル基（OH）に置き換えます。

テストステロンの標的となるいくつかの組織では、5α-レダクターゼによってジヒドロテストステロンに還元され、アンドロゲン力が大きくなります。

-卵巣における女性の性ステロイドの合成

この合成は、女性の性周期中に発生する変化を周期的に伴います。合成は、卵胞を放出するために各サイクル中に成熟し、対応する黄体を生成する卵胞で発生します。

エストロゲンは成熟した卵胞の顆粒細胞で合成されます。成熟した卵胞は、その鞘にアンドロステンジオンやテストステロンなどのアンドロゲンを産生する細胞があります。

これらのホルモンは、それらをエストロン（E1）と17β-エストラジオール（E2）に変換するアロマターゼ酵素を持っている隣接する顆粒膜細胞に拡散します。両方から、エストリオールが合成されます。

性ステロイドの作用

アンドロゲンとエストロゲンは主な機能として、それぞれ男性と女性の性的特徴の発達を持っています。アンドロゲンは構造タンパク質の合成を促進することにより同化作用を持ち、一方、エストロゲンは骨化プロセスを支持します。

女性の性周期中に放出されるエストロゲンとプロゲステロンは、排卵中に放出される成熟した卵子の受精の結果として、最終的に妊娠するために女性の体を準備することを目的としています。

作用機序

ホルモンの作用メカニズムについて記憶をリフレッシュする必要がある場合は、さらに読む前に次のビデオをご覧になることをお勧めします。

ステロイドホルモンの作用機序は、それらすべてで非常によく似ています。親油性化合物の場合、それらは脂質膜に問題なく溶解し、それらが応答しなければならないホルモンに対する特定の細胞質受容体を有するそれらの標的細胞の細胞質に浸透する。

ホルモン-受容体複合体が形成されると、それは核膜を通過し、転写因子の方法で、ホルモン応答エレメント（HRE）または一次応答遺伝子とゲノムに結合します。その代わり、それは他のいわゆる二次応答遺伝子を調節することができます。

最終結果は、転写の促進とメッセンジャーRNAの合成であり、ホルモンによって誘導されたタンパク質を合成することになる粗面小胞体のリボソームで翻訳されます。

例としてアルドステロン

アルドステロン分子

アルドステロンの作用は、主に遠位管の最終部分のレベルと、ホルモンがNa +再吸収とK +分泌を促進する集合管で発揮されます。

この領域の主な管状細胞の内腔膜には、「ROMK」タイプの上皮Na +チャネルとK +チャネルがあります（腎外髄カリウムチャネル）。

側底膜にはNa + / K + ATPaseポンプがあり、Na +を細胞から基底外側間質空間に継続的に引き込み、K +を細胞に導入します。この活動は、Na +の細胞内濃度を非常に低く保ち、尿細管の内腔と細胞の間にこのイオンの濃度勾配の作成を促進します。

この勾配により、Na +は上皮管を通って細胞に向かって移動できます。Na+は単独で通過するため、移動する各イオンには、細管の内腔を間質に対して負にする非補償負電荷が残ります。つまり、負の光によって経上皮電位差が作成されます。

この光の陰性は、細胞内でのそのより高い濃度のために、K +の出口に有利であり、そして光の陰性は、最終的に排泄される細管の管腔に向かって分泌される。アルドステロンの作用によって調節されるのは、このNa +再吸収およびK +分泌活動です。

血中に存在し、アンジオテンシンIIまたは高カリウム血症の作用に反応して糸球体帯から放出されるアルドステロンは、主細胞に浸透し、その細胞質内受容体と結合します。

この複合体は核に到達し、その発現が最終的にNa + / K +ポンプ、上皮Na +チャネル、ROMK K +チャネル、および他のタンパク質の合成と活性を増加させる遺伝子の転写を促進します。体内でのNa +の保持と尿中K +排泄の増加を全体的にもたらす応答。

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