植物雌激素對(duì)骨組織的影響及作用機(jī)制的研究進(jìn)展

張曉梅 彭 旭 施雪妮 何學(xué)令 劉 艷△

1（四川大學(xué) 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，成都610041）

2（四川大學(xué) 生命科學(xué)院，成都610041）

雌激素在骨生長(zhǎng)、礦化和細(xì)胞的分化及功能活性中發(fā)揮著重要作用。因此，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，對(duì)于絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的治療，臨床上推薦補(bǔ)充外源性雌激素的方法，即傳統(tǒng)的雌激素替代療（estrogen replacement treatment，ERT）。但是大量臨床實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明［1-3］，雌激素替代療法有使乳腺癌和子宮內(nèi)膜癌的發(fā)生概率上升的趨勢(shì)，增加靜脈血栓的發(fā)生率等。近年來(lái)，臨床上廣泛采用選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑（selective estrogen regulate mediator，SERM），如他莫西芬和雷洛西芬，雖然在治療骨質(zhì)疏松的過(guò)程中達(dá)到了預(yù)期的治療效果［5，6］，但顯示均有潛在副作用，他莫西芬由于其對(duì)子宮的雌激素效應(yīng)可能會(huì)使子宮內(nèi)膜癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加，而雷洛西芬近期也有報(bào)道其可能增加熱潮紅、深靜脈血栓、肺栓塞等類似使用ERT后帶來(lái)的副作用［4-7］。因此，尋找更加安全的抗骨質(zhì)疏松的藥物成為了被廣泛關(guān)注的課題。已有許多研究等發(fā)現(xiàn)［8-10］某些植物雌激素具有防治骨質(zhì)疏松的作用。植物雌激素是一類天然存在于植物中具有雜環(huán)多酚類的結(jié)構(gòu)的生物活性物質(zhì)。至上世紀(jì)四十年代首次［11］在綿羊體內(nèi)觀察到某些化合物產(chǎn)生雌激素樣效應(yīng)以來(lái)，至今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)植物雌激素百余種。這些具有雜環(huán)多酚結(jié)構(gòu)的植物雌激素大都存在于各種谷物、豆類中。近年來(lái)在一些升麻科植物，苜蓿類植物以及真菌類中也提取出植物雌激素。目前，研究的植物雌激素主要為4類：（1）異黃酮類（Isoflavones）：包 括 染 料 木 黃 酮 （genistein）、大 豆 黃 酮（daidzein）、黃豆黃素（glycitein）；（2）木酚素類（Lignan）；（3）香豆素類（Coumestans）；（4）真菌雌激素類：如玉米赤霉烯酮（Zearalenone）。

圖1 17β-雌二醇與植物雌激素結(jié)構(gòu)示意圖

1 植物雌激素的作用機(jī)制

雌激素的經(jīng)典作用機(jī)制認(rèn)為，雌激素首先與雌激素受體（estrogenreceptor，ER）上的配體結(jié)合區(qū)（ligand binding domain，LBD）結(jié)合并使受體二聚化，進(jìn)一步雌激素受體的DNA結(jié)合區(qū)（DNA binding domain，DBD）與靶基因啟動(dòng)子上的雌激素應(yīng)答元件（estrogen response element，ERE）結(jié)合，從而啟動(dòng)靶基因的轉(zhuǎn)錄。植物雌激素與內(nèi)源性雌激素結(jié)構(gòu)相似，均具有酚環(huán)結(jié)構(gòu)。（如圖1所示）因此與雌激素的兩型受體均可結(jié)合，但與受體的親和力相對(duì)內(nèi)源性雌激素較弱［12，13］。一些植物雌激素既能模擬內(nèi)源性雌激素的作用而發(fā)揮雌激素樣的效應(yīng)，同時(shí)又可以阻斷與雌激素受體的結(jié)合產(chǎn)生雌激素拮抗的作用。Kurzer［14］研究發(fā)現(xiàn)植物雌激素能夠與ER結(jié)合，刺激表達(dá)ER的乳腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)，誘導(dǎo)生成特殊的雌激素反應(yīng)基因。雌激素與ERα和ERβ親和力相似，而一些植物雌激素尤其是異黃酮類對(duì)ERβ的親和力遠(yuǎn)高于ERα［15］。目前對(duì)其作用機(jī)制還未完全闡明。植物雌激素也可以通過(guò)不與ER作用的其他機(jī)制來(lái)作用于組織器官，如：誘導(dǎo)癌細(xì)胞的分化、抑制酪氨酸激酶和DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶的活性等。植物雌激素還在細(xì)胞和分子水平影響生物合成以及激素相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等。同時(shí)由于雌激素受體在機(jī)體內(nèi)組織分布不同，分布的比例也不同等，使得植物雌激素對(duì)不同組織的作用機(jī)制以及產(chǎn)生的生物效應(yīng)都不竟相同。

2 異黃酮類植物雌激素

異黃酮類是目前研究得較多的一類植物雌激素，因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)與雌激素相似，能激活ER，能發(fā)揮對(duì)骨組織的保護(hù)作用，但其較雌激素具有更高的ERβ親和性，與ERα的結(jié)合時(shí)間長(zhǎng)度及親和性則不及雌激素，因此在保護(hù)骨組織的同時(shí)，異黃酮對(duì)子宮和乳腺的影響較小，減少患子宮內(nèi)膜癌和乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)。目前已有產(chǎn)品應(yīng)用于保健和臨床。它主要包括染料木黃酮（genistein）、大豆黃酮（daidzein）和大豆黃素（glycitein）以及其相應(yīng)的葡萄糖配糖體六類。目前在研究異黃酮類對(duì)防治骨質(zhì)疏松的作用的研究中，genistein和daidzein是研究得較為深入的兩種植物雌激素。在利用骨質(zhì)疏松動(dòng)物疾病模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)異黃酮類對(duì)去卵巢骨質(zhì)疏松大鼠產(chǎn)生顯著的骨保護(hù)的作用，它不僅能抑制由于雌激素缺乏后引起的高骨轉(zhuǎn)換，而且能夠影響骨微結(jié)構(gòu)［16］，而在使用高劑量的異黃酮時(shí)能增加去卵巢大鼠松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的骨礦物質(zhì)密度（bone mineral density，BMD）［17］。利用體外培養(yǎng)細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)異黃酮能使成骨樣細(xì)胞增殖，ALP活性和膠原合成增強(qiáng)（如下圖2），同時(shí)也能影響破骨細(xì)胞的磷酸化［18］。近來(lái)更有研究發(fā)現(xiàn)［19］，在核因子NF-кB活化因子受體配體（RANKL）誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化中，genistein能減少破骨細(xì)胞的多核化及多核細(xì)胞核的數(shù)量，并能抑制細(xì)胞周期的S期，增加G0，G1和G2，M期。這提示異黃酮類植物雌激素可能直接影響成骨細(xì)胞的分化和功能活性，而抑制破骨細(xì)胞的形成和功能活性。在流行病學(xué)的研究中發(fā)現(xiàn)在亞洲婦女中，食用高含量大豆蛋白食物的婦女具有較高的BMD，反之其BMD則較低：在42～52歲絕經(jīng)期間的婦女中，日本婦女genistein較中國(guó)婦女的攝入量大；對(duì)于日本婦女絕經(jīng)前期BMD與genistein的攝入量呈劑量性的正性關(guān)系，而對(duì)于絕經(jīng)后的中國(guó)婦女和日本婦女，BMD與genistein的攝入量無(wú)相關(guān)性［20］。Lydeking等［21］給177名絕經(jīng)后婦女每日服用500毫升豆奶（含有異黃酮76毫克），兩年后其腰椎的骨密度和骨礦物質(zhì)含量（bone mineral content，BMC）各增長(zhǎng)1．1%和2．0% ，而每日異黃酮攝入量小于1毫克對(duì)照組的婦女其椎體的BMD和BMC各下降4．2%和4．3%。在該試驗(yàn)的中期則不能觀測(cè)到椎體的BMD和BMC改變。還有部分的研究顯示［22］服用異黃酮60mg可改變體內(nèi)骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物濃度而并不影響B(tài)MD和BMC。在對(duì)異黃酮類植物雌激素的研究中，由于用藥時(shí)間、用藥劑量的不同，因此觀測(cè)到的對(duì)BMD的影響并不一致，也很難確定其在防治骨質(zhì)疏松療效方面的有效信息，需要進(jìn)一步的長(zhǎng)期臨床研究證明異黃酮類植物雌激素的抗骨質(zhì)疏松的作用。

圖2 異黃酮對(duì)成骨樣細(xì)胞增殖、ALP分泌和膠原合成的影響Fig．2 The effect of isoflavones on osteoblast-like cell、ALP and collagen

在成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞以及骨髓基質(zhì)細(xì)胞等上均存在有ERα和ERβ，而且它們?cè)谒少|(zhì)骨與皮質(zhì)骨上的分布比例不一。雖然異黃酮類植物雌激素較ERα來(lái)說(shuō)，與ERβ具有更高的親和性，但目前異黃酮類的植物雌激素如genistein、daidzein對(duì)骨組織保護(hù)作用的ER介導(dǎo)機(jī)制還并未完全的清楚。而異黃酮類影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的分化以及功能活性的影響除了通過(guò)相似于內(nèi)源性雌激素能夠于ER結(jié)合的途徑外，還可通過(guò)局部細(xì)胞因子和旁分泌的激素的介導(dǎo)作用。TNF-α、IL-1β和IL-6是成骨細(xì)胞或骨髓基質(zhì)細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子，TNF-α能刺激成骨細(xì)胞分泌其他因子IL-1β和IL-6等，對(duì)調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的增殖。分化等功能活動(dòng)產(chǎn)生重要的影響。genistein、daidzein等可調(diào)節(jié)一些炎癥因子如TNF-α或IL-1β的水平影響破骨細(xì)胞的活性同時(shí)抑制TNF-α引起的細(xì)胞調(diào)亡［23-25］。genistein可以調(diào)節(jié)骨代謝相關(guān)基因如骨基質(zhì)蛋白，細(xì)胞生長(zhǎng)因子等的表達(dá)［26］。異黃酮對(duì)減少骨吸收、促進(jìn)骨形成的機(jī)制是多方面的，對(duì)與其保護(hù)骨組織的作用機(jī)制仍需更深入的研究。

3 木酚類植物雌激素

木酚素（Lignan）是一類主要通過(guò)p-羥基苯乙烯單體的氧化耦合而成的，在數(shù)百種植物的木質(zhì)部、根、葉、花和果實(shí)中均發(fā)現(xiàn)有此類物質(zhì)，同時(shí)在動(dòng)物的體液（血清、血漿和尿液）中也發(fā)現(xiàn)有該類物質(zhì)，它們主要是植物木酚素在腸道細(xì)菌的作用下的代謝產(chǎn)物。因此根據(jù)它們的來(lái)源就分為植物木酚素和哺乳動(dòng)物木酚素。當(dāng)內(nèi)源性的雌激素減少時(shí)某些哺乳動(dòng)物木酚素呈現(xiàn)雌激素樣效應(yīng)，反之則顯現(xiàn)抗雌激素樣效應(yīng)［27］。因此木酚素在對(duì)雌激素缺乏后產(chǎn)生的相關(guān)疾病可產(chǎn)生一定的作用。木酚素種類繁多，雖然對(duì)其在骨組織影響的研究相對(duì)異黃酮類較少，但仍然發(fā)現(xiàn)Sauchinone（木酚素類的一種）能夠影響RANK／RANKL途徑抑制破骨細(xì)胞的生成［28］。異紫杉脂素 （Isotaxiresinol）能夠使去卵巢大鼠BMD和BMC增加，并能影響骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物，提示其可能對(duì)防治絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松產(chǎn)生一定的作用［29］。木酚素類化合物在植物的成分中含量較少，但卻廣泛存在很多植物中，尤其使亞麻籽。目前，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)木酚素類植物雌激素還具有一定的抗氧化活性和抗癌活性，但是人們對(duì)木酚素的了解和關(guān)注遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如異黃酮類，對(duì)其安全性問(wèn)題、體內(nèi)作用劑量和作用機(jī)制等仍需要更深入的研究和探討。

4 香豆素類植物雌激素

香豆素類植物雌激素（Coumestans）是另一類具有雌激素樣效應(yīng)的植物化合物，它最初是從三葉草中提取出來(lái)的。Coumestans被證實(shí)和genistein一樣與ERβ具有較高的親和性，而且coumestans對(duì)子宮不產(chǎn)生明顯的雌激素效應(yīng)。因此coumestans被考慮用于防治骨質(zhì)疏松的研究。Tsutusmi等［30］報(bào)道，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)擬雌內(nèi)酯對(duì)骨吸收激動(dòng)劑的骨吸收作用具有抑制作用，能加強(qiáng)雞胚股骨骨質(zhì)的礦化。因此，擬雌內(nèi)酯是一種獨(dú)特的，既能抑制骨吸收，又能刺激骨質(zhì)礦化，而對(duì)大鼠子宮的雌激素樣作用很弱，Drpaer等［31］研究了擬雌內(nèi)酯對(duì)卵巢切除骨質(zhì)疏松大鼠骨丟失的情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)擬雌內(nèi)酯組與雌二醇組在抑制股骨骨密度降低的作用上無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差別。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)尿鈣的變化與骨密度的變化并不一致，擬雌內(nèi)酯能降低尿鈣／肌酐比值，降低尿鈣排泄率，由于尿鈣僅占骨鈣丟失的一小部分，可能擬雌內(nèi)酯會(huì)影響其他鈣代謝的平衡。Morris等［32］發(fā)現(xiàn)在擬雌內(nèi)酯處理的雌激素缺乏大鼠，尿中吡啉啶和脫氧吡啉啶含量減少，說(shuō)明擬雌內(nèi)酯可抑制骨的吸收。以上研究表明擬雌內(nèi)酯能刺激骨質(zhì)礦化，抑制骨吸收，它還可通過(guò)其他機(jī)制影響骨鈣的代謝，從而抑制骨的吸收。但其對(duì)骨組織的影響機(jī)制仍很不了解，可能不通過(guò)ER結(jié)合而發(fā)揮作用，而是通過(guò)ERK1／2通道RANKL降低誘導(dǎo)的TRAP的活性來(lái)影響破骨細(xì)胞功能，并在抑制破骨細(xì)胞的分化起者重要作用。

5 真菌類植物雌激素

1962年Stob等［33］首先報(bào)道自玉米赤霉的培養(yǎng)基中分離出具有雌激素樣效應(yīng)的物質(zhì)，因此這種物質(zhì)被稱為玉米赤霉烯酮（Zearalenone，ZEN）。1966年 Urry等［34，35］利用經(jīng)典化學(xué)、核磁共振及質(zhì)譜技術(shù)，確定此物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)屬于二羥基苯酸內(nèi)酯類，是自然界罕見的一類化合物。由于ZEN也能促進(jìn)某些真菌形成子實(shí)體，因此也被認(rèn)為是真菌的性激素。ZEN的衍生物主要有以下五種α-zearalenol（α-ZEA），β-zearalenol （β-ZEA），α-zearalanol （α-ZAL），β-zearalanol（β-ZAL），zearalanone（ZAN）（如圖3）。由于ZEN存在如小麥、高粱等很多糧食谷物中，國(guó)外的研究認(rèn)為ZEN是動(dòng)物吃了大量發(fā)霉玉米引起雌性化疾病的病因，所以在種子和食品的檢疫工作中，也將其作為污染的指標(biāo)，而ZEN的還原產(chǎn)物在霉變的一些谷物或者育種中也同樣被發(fā)現(xiàn)［36．37］。因此對(duì)ZEN的研究主要是探討其對(duì)人體和肉用牛羊等產(chǎn)生的生殖系統(tǒng)的毒性、免疫毒性及遺傳毒性等有害影響。而另一方面英美等國(guó)科學(xué)家已做了大量實(shí)驗(yàn)證明ZEN及其衍生物具有二羥基苯酸內(nèi)酯類的結(jié)構(gòu)，使其能夠通過(guò)改變構(gòu)象與哺乳動(dòng)物體內(nèi)的ER結(jié)合，并可促進(jìn)肉用牛羊增重而無(wú)可察覺的副作用，尤其是其還原產(chǎn)物α-ZAL，可促進(jìn)肉用牛羊的蛋白質(zhì)合成因而增加瘦肉重量，與動(dòng)物雌激素相比，作為動(dòng)物生長(zhǎng)促進(jìn)劑，二者所用劑量相似，安全無(wú)毒，體內(nèi)無(wú)積蓄，不引起組織增生，優(yōu)于雌激素［38，39］目前，美國(guó)、加拿大等國(guó)已作為動(dòng)物生長(zhǎng)促進(jìn)劑用作動(dòng)物飼料，商品名為Ralgro。1980年起我國(guó)學(xué)者證實(shí)ZEN為冬小麥春化的關(guān)鍵物質(zhì)，為植物中普遍存在的內(nèi)源激素，而且在許多植物如大豆、冬小麥等發(fā)現(xiàn)ZEN且隨著生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，這些植物是人們經(jīng)常食用的，并非“污染物”。同樣在冬性植物的越冬莖尖與花菜內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了ZEN的同系物，其中就有α-ZAL，這提示了它的安全性，而且研究顯示［40］。

圖3 ZEA及其衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig．3 Chemical structures of ZEA and its derivatives

α-ZAL的生物活性是ZEN的18倍。這就提示了我們對(duì)α-ZAL應(yīng)用前景的探討。戴順齡等人通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)α-ZAL有明顯抗動(dòng)脈粥樣硬化作用，可明顯的抑制主動(dòng)脈粥樣斑塊形成，可調(diào)節(jié)血管活性因子和抗氧化損傷等發(fā)揮保護(hù)心血管的作用，而副作用比雌激素明顯減少，并不引起組織的增生，對(duì)正常乳腺細(xì)胞不產(chǎn)生增殖的影響［38，39，41-43］。我們看到α-ZAL已經(jīng)在心血管方面初步顯現(xiàn)其有利的影響，而目前在α-ZAL對(duì)骨組織的影響方面的研究相對(duì)較少。僅有少數(shù)的實(shí)驗(yàn)報(bào)道發(fā)現(xiàn)α-ZAL可以使去卵巢大鼠的BMD和BMC增加［31，44］；可以增加去勢(shì)雄性羊羔的BMC［45］。這些研究提示α-ZAL有一定的骨保護(hù)的作用，可能對(duì)防治絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松產(chǎn)生潛在的臨床意義。

6 問(wèn)題與展望

綜上所述，由于植物雌激素廣泛存在于人類飲食中，具有相似于內(nèi)源性雌激素的效應(yīng)，因此，植物雌激素被認(rèn)為在研究抗骨質(zhì)疏松藥物上是很有應(yīng)用前景的，也使得越來(lái)越多的學(xué)者關(guān)注它?，F(xiàn)在已有越來(lái)越多的植物雌激素被發(fā)現(xiàn)，如在葛根中提取的葛根素，在刺桐、亞麻籽、蛇麻花等植物中均能提取出植物雌激素，而且研究也發(fā)現(xiàn)它們中的一些如葛根素能改善去卵巢大鼠的BMD，影響其骨微結(jié)構(gòu)和骨轉(zhuǎn)換指標(biāo)的變化，具有一定的骨保護(hù)功能［46］。大蒜被認(rèn)為在降低血中膽固醇有很好的治療效果，而最近有研究者認(rèn)為其中也含有植物雌激素，并認(rèn)為其可能通過(guò)增加鈣的吸收而減少骨礦物質(zhì)量的丟失［45］。而且，已經(jīng)從大量的流行病學(xué)的調(diào)查、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)植物雌激素確實(shí)對(duì)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松具有一定的防治作用，同時(shí)不產(chǎn)生ERT引起的對(duì)子宮等的副作用。雖然已經(jīng)有一些植物雌激素的產(chǎn)品應(yīng)用于保健和臨床，但由于植物雌激素種類很多，其結(jié)構(gòu)和功能的差異很大，目前對(duì)植物雌激素的作用機(jī)制還不是很清楚，在評(píng)價(jià)其安全性、對(duì)植物雌激素反應(yīng)的劑量差異等問(wèn)題上仍然需要深入的研究。

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