中药植物雌激素双向调节的机制研究

陈 嫱，李文兰，丁振铎，张进进，高 尚，李静怡

(1.哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究中心，哈尔滨150076;2.国家教育部抗肿瘤天然药物工程研究中心，哈尔滨150076;3.黑龙江生态工程职业学院，哈尔滨150025)

中药“双向调节”研究日趋得到重视，某些具有双向调节作用的中药，可在非毒性剂量下将趋于亢进/低下的生理状况向平衡状态调节，即“扶正”作用，可用以调节性质相反的两种病理状态，使机体恢复至正常生理水平.已有多种常用中药被证实具有双向调节作用，如黄芪对血压升降的调节作用［1］，三七止血又能活血的作用等［2］.天然存在的植物雌激素是非固醇类，与内源性雌激素17β－雌二醇结构相似，均为双酚环结构，由于这种相似的构象，使植物雌激素也能够与机体内雌激素受体结合，表现出弱雌激素样作用.在体内，植物雌激素具双向调节作用，一方面，当机体内雌激素水平低于正常水平时，可发挥拟雌激素样作用，这一作用可以防治女性更年期综合征、前列腺癌、骨质疏松症和心血管疾病等.另一方面，在体内雌激素水平高于正常水平(如乳腺增生、子宫肌瘤等病症)时，可产生雌激素拮抗作用，有效减弱靶细胞对雌激素的应答.因此也有人称其为“选择性雌激素受体调节剂”.目前已知的植物雌激素可分为5类:异黄酮(isoflavones)类，典型的如大豆中的大豆异黄酮(Soy Isoflavones P.E)，金雀花中的染料木黄酮(genistein);木脂素类(lignans)，如杜仲中松脂素二葡萄糖苷(Pinoresinol Diglucoside);二苯乙烯类(stibenes)，如白藜芦醇二聚体;香豆素类(coumestans)，如补骨脂中的补骨脂素、异补骨脂素;真菌类(mycoestrogen)，如玉米赤霉烯酮(ZEA)［3］.其作用机制不完全相同，与该类化合物本身的结构有密切的关系.本文将对中药植物雌激素的双向调节的作用机制研究加以概述，以期总结出中药植物雌激素作用的异同点，为后续化合物的雌激素作用研究方向提供参考，为临床上中药植物雌激素的应用以及其作为保健品的开发提供可靠的借鉴及依据.

1 植物雌激素双向调节作用途径

1.1 植物雌激素与雌激素受体ER结合途径

1.1.1 雌激素受体及其分布

雌激素受体(ER)［4］是一类由特定配体激活的转录因子，是核受体超家族的成员.哺乳动物中存在两种雌激素受体亚型ERα和ERβ，在细胞核、细胞膜、细胞质中均有存在.但目前研究较深入的主要还是植物雌激素与核受体结合途径.ERα和ERβ这两种亚型可介导雌激素相关的作用.ERα和ERβ在机体内分布广泛:ERαmRNA主要在子宫、附睾、睾丸、肾、脑下垂体和肾上腺中高表达;ERβ主要在子宫、卵巢、睾丸、前列腺、膀胱、肺和脑中高表达.具体的如正常乳腺细胞中，ERβ表达水平低于ERα，而乳腺癌细胞中ERα高表达，ERβ低表达，推测ERβ在乳腺组织癌变时可能起到保护作用［5］.前列腺组织中，ERβ占主导地位，几乎没有ERα表达.在输卵管、阴道上皮部位ERβ弱表达，主要表达ERα;而卵巢中则主要表达ERβ.除月经周期第24～26d，女性体内ERα的表达均高于ERβ［6］.植物雌激素样化合物在不同组织中、不同生理状态时，通过与雌激素受体ERα和/或ERβ结合，产生一定的拟/或抗雌激素样作用，因此雌激素受体亚型组织如何分布直接影响其结合情况，进而影响其在功能上的差异.

1.1.2 植物雌激素与雌激素受体ER直接相关的调节作用

ERα和ERβ这两种亚型有两个独立的基因编码［7］(如图1).从基因角度总的来看，在雌激素受体的转录调控区(A/B)和配体/激素结合域(LBD)，AF－1和AF－2是两个转录激活区.AF－1是一个当雌二醇缺乏或只有植物雌激素样化合物存在时也可激活基因转录的活性功能区，具有组成性激活活性.AF－2为配体依赖区，是受雌激素约束的基因激活与应答功能区，具有调节转录激活作用，能与许多共激活因子相互作用.但对于ERα和ERβ，AF－1和AF－2的转录活性又有所不同.ERβ中AF－1区并无转录活性，但若去除AF－1，将明显提高ERβ转录活性，提示ERβ对雌激素的转录活性是由AF－2介导，且AF－l可抑制ERβ中AF－2的表达.而单独的ERα与ERβ的AF－2区域的活力相似，其与内源性雌激素17β－雌二醇的亲和力也十分相近.故当转录基因同时需要AF－1和AF－2时，由于ERβ的AF－1对AF－2的抑制作用，ERα的功能较ERβ强，在不需要AF－1参与时，两种ER的功能相当.两种雌激素受体与配体虽有相似的结合特性，但二者对蛋白结合位点AP－1起反信号作用:雌二醇与ERα结合后激活转录，与ERβ结合后抑制转录.因此ERβ对雌二醇的亲和力不如ERα［8］，故在无植物雌激素或仅在雌二醇作用下，多数细胞内ERαmRNA的基础转录活性高于 ERβmRNA，随17β－雌二醇剂量增长，ERα性呈依赖性升高.而ERβ在低浓度17β－雌二醇时，ERα的活性随ERβ表达增加而减少，而在饱和浓度下ERβ表达的增加，对ERα的转录活性无任何影响，且基因表达的总体强度增加.这表明ERβ可作为ERα活性的调节剂［9］.

图1 ER的结构

雌激素与ERα和ERβ具有相似的亲和力，但多数具有植物雌激素活性物质，尤其是异黄酮类，对ERβ的亲和力远高于ERα.研究表明，异黄酮类物质能使ERβ的AF－2表面更易于结合共调节因子，从而对靶基因具有ERβ依赖性的转录调节作用［10］.如菟丝子中槲皮素、山柰酚与异鼠李素较倾向作用于 ERβ［11］.染料木黄酮(Genistein)与 ER 结合后，ERβ的对共激活因子SRC－1a的亲和力比与ERα高出12 000倍，对TIF2的亲和力比ERα高出33 倍［12］;Staar等［13］研究表明，染料木黄酮和大豆苷元对子宫内膜腺细胞ERα和ERβmRNA和蛋白质水平表现为不同的调节作用:使ERβmRNA和蛋白质水平上调，而使ERαmRNA和蛋白质水平下调.大豆异黄酮代谢产物雌马酚具有更高的生物活性，它有两个对应异构体，R－雌马酚和S－雌马酚，二者与ERα和ERβ的亲和力有所不同.S型与ERβ的亲和力较强;R型与ERα的亲和力较弱，与ERβ的亲和力更弱.两种异构体与ER的亲和力均高于大豆苷.染料木黄酮与ER的亲和力接近17－β雌二醇，但诱发转录的能力很低，大豆苷与ER的亲和力远低于染料木黄酮，转录活性也很差，相比之下雌马酚与ER的亲和力接近染料木黄酮，且诱发转录的能力在异黄酮衍生物中是最高的［14］.因此在ERα表达丰富的组织，具有植物雌激素样作用的化合物通常表现为雌激素拮抗的作用(因其与ERα的亲和力低)，而在ERβ表达丰富的组织，足够剂量时植物雌激素才表现为雌激素样作用.

ER被雌激素样化合物激活后，可通过雌激素应答的经典途径实现各种生理效应.活化后的ER与雌激素应答元件ERE结合，ER与阻遏物的结合解离，继而受体二聚化形成二聚体复合物，改变其配体或激素结合域构象，暴露出雌激素受体激活基因转录的主要功能区AF－2，辅调节蛋白可在其表面结合，进一步激活基因转录，通过mRNA对蛋白质的翻译，实现各种生理效应.近年来，在含有雌激素受体的细胞中如乳腺癌(MCF－7)、神经母细胞瘤(Neuro－2a)以及成骨肉瘤细胞(MG－63)的研究中发现大豆苷元和染料木黄酮通过ERα和ERβ对ERE下游报道基因的转录调节作用.研究显示，葛根中的植物雌激素成分葛根素(Puerarin)及其衍生物脱氧微雌醇，可以选择性结合小鼠肝细胞(CV－1)细胞中ERα及ERβ，激活ERE报告基因的转录，发挥雌激素样作用［15］.玉米赤霉烯酮(ZEA)及其代谢产物通过与雌激素受体ER结合发挥雌激素作用.受体－ZEA结合物被转移到细胞核，激活雌激素反应受体，从而转录活化基因.多项研究均证明，ZEA及其代谢产物对雌激素受体有竞争激活或拮抗两种类型的作用，细胞实验表明，无论是转染雌激素受体ERα还是ERβ，ZEA都是ERα受体的完全激活剂，而仅是 ERβ的部分激活剂［16］，则小剂量的ZEA起到抗雌激素作用，足够剂量时起到拟雌激素的作用.

除了与雌激素反应元件(ERE)结合的作用机制，植物雌激素还可以与激活蛋白l(activated protein l，AP－1)相结合.AP－1是包含两个蛋白(c－Jun和c－Fos)的转录因子.其中，c－Jun可直接结合到靶基因启动子的特异序列上.研究认为:雌激素主要通过ERE途径调节基因转录，而植物雌激素类化合物主要通过AP－1途径激活靶基因，即配体结合ER后，ER再与转录因子AP－1结合，AP－1再结合在靶基因启动子特异序列上，从而调节靶基因转录;同时，AP－l路径也需要AF－1的存在，而且聚集辅调节蛋白至AF－1结构域上，破坏AF－2表面，使与ERE结合的雌二醇的激活作用丧失，而AF－2突变后，植物雌激素激活AP－1的路径仍被保留;但也有报道发现:AF－2缺失不仅可使雌二醇，也可使植物雌激素白藜芦醇(Resveratrol)的激活作用丧失，说明有些植物雌激素的作用途径与雌二醇相似.采用报告基因技术分析法，在菟丝子中，发现其成分金丝桃苷和山柰酚可通过人ERα或ERβ介导，诱导AP－1荧光素酶报告基因表达，说明其具有抗雌激素样活性［11］.在AP－1路径上，植物雌激素作用强于雌二醇.研究发现，雌二醇与ERα结合后可活化AP－1，而与ERβ结合可减少AP－1的转录，其效应较为复杂，分子机制尚不完全清楚.也有研究表明，有些化合物对ERα的激活作用强于ERβ.如丹参酮I可诱导T47D细胞ERα和ERβ蛋白表达水平均有所升高［17］，并且对ERα的升高效应更为明显.在基因水平上，丹参酮I能提高ERα和ERβmRNA的表达量;且相对而言，丹参酮I对ERαmRNA表达量的升高作用更为明显.

1.2 植物雌激素与内源性雌激素合成相关酶间的作用

植物雌激素还可抑制与雌激素合成相关酶的活性，从而减少内源性雌激素17β－雌二醇的合成来达到抗雌激素的作用.多种生物酶如17α－羟化酶(CYP17)、芳香化酶(CYP19)、17β－羟基甾体脱氢酶(17β－HSD)、甾体硫酸酯酶(STS)等是体内雌激素的合成所必须的.内源性合成的雌激素与直接关系到乳腺癌的发病率，因此，抑制内源性雌激素合成过程中相关酶的活性可以减少雌激素合成的途径，这对控制乳腺癌的发生具有重要意义..植物雌激素可通过抑制17β－HSD、CYP19等酶的合成，对肿瘤生长所需要的雌激素环境造成影响.黄酮与二氢黄酮类的植物雌激素，对CYP19的效果最佳，异黄酮类化合物也可以在一定程度上抑制CYP19的功能.中药益母草所含成分益母草碱、水苏碱［18］与雌激素结构完全不同，但其对心血管系统和生殖系统的作用类似于植物雌激素.推测益母草可能是通过影响内源性雌激素合成及代谢过程来实现其雌激素样作用.

另外，植物雌激素还可能抑制了促性腺激素的排出，延长月经周期的卵泡期，从而对乳腺癌起到预防作用.月经周期延长，使女性一生暴露于黄体期的雌二醇水平降低，绝经前后乳腺癌发病风险因而降低.

2 植物雌激素剂量影响

植物雌激素起着弱雌激素作用，低剂量时，其拟雌激素效应不明显，但某些中药成分可与ERβ结合，发挥雌激素拮抗作用.中剂量时，某些中药植物雌激素，可以产生一定的拟雌激素活性.高剂量时，植物雌激素活性成分通过活化因雌激素水平限制未能活化的ERβ，产生雌激素强效应.当使用足够剂量的中药植物雌激素时，可以产生与内源性17β－雌二醇相似的效能［19］.当染料木黄酮的浓度比17β－雌二醇高出104的浓度时，二者与ERβ的结合力持平;但在这种情况下，但在这种情况下，染料木黄酮所与17β－雌二醇所诱发的ERβ构象的改变仍然不同，染料木黄酮与后面的共激活因子结合的能力低于雌二醇［20］.葛根素对雌性大鼠生殖器官具有弱雌激素样作用，可能是由于葛根素对ERα和ERβ的亲和力较弱，葛根素仅在1×10–6mol/L时对乳腺癌细胞MCF－7具有增殖作用，其雌激素作用比 17β－雌二醇低 102～105倍［21］.Wang等［22］发现柴胡皂苷d(SSd)可促进乳腺癌细胞MCF－7增殖，雌激素受体拮抗剂ICI182，780可抑制该作用，提示SSd的雌激素样可能活性是通过ER介导的，并与剂量相关:当SSd剂量在0.01～10μmol/L时可通过ERα介导发挥作用，而仅当浓度为10μmol/L时通过ERβ途径介导，推测SSd可能主要作用于ERα高表达的组织如生殖系统，非骨骼及脑部组织.［23］

3 结语

近年有研究发现雌激素的作用可在数秒或几分钟内发生，如雌激素调节血管张力的快速效应，这种瞬时效应说明雌激素未经直接活化基因，而是通过激活与膜结合的信号通路直接发挥作用.ER在细胞膜上也有分布，占雌激素受体的2% ～3%，但对中药植物雌激素与膜受体结合的研究鲜有报道.由于植物雌激素的低毒性，也许可成为产生快速起效的新药源.在研究中药植物雌激素与人类健康的关系时，建议广泛在体外动物模型、分子水平和人体实验方面展开细致深入的研究，在使用剂量上进行严格筛选，是否对正反两方面调节会产生影响，慎重考虑长期摄入中药植物雌激素可能带来的风险.

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