染料木素對(duì)骨代謝和脂代謝的研究新進(jìn)展

1、染料木素對(duì)骨代謝和脂代謝的研究新進(jìn)展中國(guó)骨質(zhì)疏松雜志 2014-10-16 發(fā)表評(píng)論 分享作者：贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院骨科 朱文清背景自1941年，Alight發(fā)現(xiàn)雌激素對(duì)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的作用后，大量的臨床和實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，雌激素缺乏是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的首要危險(xiǎn)因素，然而雌激素替代療法(estroGENreplacementtherapy，ERT)雖然可以減少病理性骨折的發(fā)生，卻增加惡性腫瘤的發(fā)生。染料木素(GENistein，GEN)又稱(chēng)金雀異黃素、染料木黃酮，化學(xué)名是5，7-二羥基-3-(4-羥苯基)-4H-1-苯并吡喃-4-酮；4，5，7-三羥基異黃酮，主要來(lái)源于染料木(金雀花)和廣豆根

2、等豆科植物中提取出來(lái)的活性成分，是一種天然的酪氨酸激酶和大豆代謝物，原料廣泛，提取率高，成本低。目前認(rèn)為GEN為異黃酮類(lèi)物質(zhì)中活性功能最高的一種，它作為單一成分具有弱雌激素和抗雌激素活性雙重作用，不僅可以調(diào)節(jié)機(jī)體骨代謝和脂代謝，防止骨質(zhì)疏松、保護(hù)心腦血管，而且不增加腫瘤風(fēng)險(xiǎn)，是目前研究較多的一種植物雌激素。目的總結(jié)GEN在骨代謝和脂代謝近年來(lái)的研究進(jìn)展。染料木素的理化特性GEN分子式為C15H10O5，顯酸性，在一般有機(jī)液和水中溶解性較差，易溶于二甲基亞砜。GEN被譽(yù)為植物雌激素，目前發(fā)現(xiàn)其結(jié)合后的潛在健康效應(yīng)存在U型劑量效應(yīng)關(guān)系，即低劑量時(shí)由于它與雌激素競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合而降低了雌激素活性，因而表現(xiàn)為

3、抗雌激素作用；而中劑量時(shí)可產(chǎn)生一定的雌激素活性；高劑量時(shí)，補(bǔ)充的染料木素則可活化因雌激素水平限制而未能活化的ER，產(chǎn)生雌激素增強(qiáng)效應(yīng)。這種U型劑量效應(yīng)關(guān)系使得大豆異黃酮具有雌激素的多種功能，可緩解更年期綜合癥。染料木素的分子式見(jiàn)圖1。對(duì)骨代謝研究進(jìn)展目前已知成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞是骨組織特有且最重要的兩種細(xì)胞，而它們又受各種激素、酶和細(xì)胞因子調(diào)節(jié)。正常生理情況下卵巢產(chǎn)生的激素雌二醇作用于ER，ER的分布和密度因作用部位不同而不同。ER主要在骨密質(zhì)中表達(dá)，ER在松質(zhì)骨中表達(dá)豐富。在成骨細(xì)胞分化過(guò)程中，ER表達(dá)與ERa的表達(dá)有很大不同，并且體外實(shí)驗(yàn)證明，ER與ER對(duì)成骨細(xì)胞的調(diào)控通過(guò)不同的配體依賴(lài)的基

4、因及標(biāo)記特征。絕經(jīng)后婦女因?yàn)榇萍に販p少，成骨細(xì)胞增殖受抑制、分化程度降低，而破骨細(xì)胞活性超過(guò)成骨細(xì)胞活性，導(dǎo)致骨量丟失，成骨減少，這是造成骨質(zhì)疏松的重要原因之一，因此骨代謝與人體內(nèi)雌激素水平的高低密切相關(guān)。Chang等人報(bào)道了GEN能促進(jìn)大鼠骨形成及成骨細(xì)胞分泌骨鈣素，并認(rèn)為GEN這些作用同雌二醇作用一樣，都需要通過(guò)ER依賴(lài)通路。GEN是非類(lèi)固醇物質(zhì)結(jié)構(gòu)與雌二醇相似，并且在大豆所有的黃酮類(lèi)物質(zhì)中對(duì)ER的親和力最強(qiáng)。GEN有很強(qiáng)的ER親和力，并且對(duì)ER的親和力大于ER。有研究表明GEN對(duì)ER和ERa的親和力分別是87%和4%，因此推斷GEN具有選擇性部分激活ER功能，GEN可以選擇性激活ER調(diào)控

5、的轉(zhuǎn)錄通路。盡管對(duì)ER親和力很高，也有報(bào)道GEN能通過(guò)激活ER在去卵巢大鼠中起到防止骨質(zhì)流失的作用，并認(rèn)為只激活ER不激活ER也能起到一個(gè)骨保護(hù)的作用。為了研究GEN對(duì)成骨細(xì)胞分化的影響，王建華采用培養(yǎng)大鼠成骨細(xì)胞的方法來(lái)測(cè)定GEN對(duì)大鼠成骨細(xì)胞骨鈣素表達(dá)的影響，測(cè)定結(jié)果與對(duì)照組比較顯示:染料木素在培養(yǎng)48h及72h均有促進(jìn)大鼠成骨細(xì)胞骨鈣素表達(dá)的作用，促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化，從而有利于形成更多的骨組織，防治骨丟失，達(dá)到防治骨質(zhì)疏松癥的目的。然而，大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，雖然GEN能減少骨丟失，卻對(duì)子宮和乳腺無(wú)影響，而且還能抑制子宮內(nèi)膜癌血管增生，控制腫瘤細(xì)胞的增殖，這是由于染料木素與雌激素同時(shí)作用于靶

6、器官時(shí)，二者競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合雌激素受體，從而減輕雌激素的促細(xì)胞增殖作用，即弱雌激素起到反雌激素作用。近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，GEN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、G2和M期，它還通過(guò)細(xì)胞因子來(lái)協(xié)調(diào)破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞間的交叉作用。染料木素可以通過(guò)旁分泌刺激成骨細(xì)胞增殖、分化，增加骨保護(hù)素的mRNA表達(dá)和蛋白質(zhì)分泌。GEN可以通過(guò)NF-KB信號(hào)通路抑制破骨細(xì)胞的活性，抑制骨破壞，也可以同時(shí)通過(guò)骨形成蛋白-2的表達(dá)、Wnt/-cartenin、NO/cGMP和P38多種信號(hào)通路促進(jìn)骨樣細(xì)胞增殖和分化，并在成骨細(xì)胞分化過(guò)程中有效地誘導(dǎo)堿性磷酸酶(AKP)的基因和骨形成蛋

7、白-2(BMP2)表達(dá)，促進(jìn)骨髓基質(zhì)細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化。因此，GEN對(duì)骨細(xì)胞有著雙重作用，促進(jìn)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)向成骨方向分化和成骨細(xì)胞的分化，抑制破骨細(xì)胞的生成和活性，減少骨質(zhì)破壞。目前通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)觀(guān)察GEN骨代謝的研究也較多。實(shí)驗(yàn)都普遍運(yùn)用去卵巢大鼠作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，而使用染料木素的有效劑量也各有不等，IshimiY證實(shí)給予低劑量染料木素(0.7mg/d)皮下注射，可預(yù)防和治療去卵巢大鼠的小梁骨丟失，而高劑量組(5mg/d)則對(duì)骨質(zhì)的丟失無(wú)明顯的預(yù)防作用，說(shuō)明染料木素有效劑量并非越大越好，有學(xué)者在去卵巢大鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)劑量0.5mg/d1.6mg/d都能改善骨小梁密度，而5mg/

8、d無(wú)顯著差異。Hertrampf發(fā)現(xiàn)去卵巢大鼠沒(méi)有滾輪活動(dòng)時(shí)，即使使用GEN也沒(méi)有骨保護(hù)作用，提示GEN的骨保護(hù)活動(dòng)和機(jī)體活動(dòng)有密切聯(lián)系。也有學(xué)者通過(guò)去卵巢豬和猴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但對(duì)骨組織無(wú)影響，提示染料木素也有種屬差異。Mori等在志愿者實(shí)驗(yàn)中觀(guān)察到，每日異黃酮100mg口服24周后，受試者的骨密度明顯增加，說(shuō)明染料木素在人體實(shí)驗(yàn)有效。對(duì)脂代謝的研究進(jìn)展早在20世紀(jì)，人們就認(rèn)識(shí)到高血脂對(duì)人體的危害，尤其是在心腦血管方面，并一直研究藥物予以控制，目前的降脂藥物主要是通過(guò)增加肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)完成的，增加肝臟的損害，而雌激素替代療法治療高脂血癥過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)其只能降低肝臟甘油三酯(TG)，血甘油三酯會(huì)升高，而且

9、依然有肝損害的現(xiàn)象存在。到20世紀(jì)90年代開(kāi)始，由于作為植物雌激素的染料木素安全有效性得到科學(xué)家的廣泛認(rèn)同，人們對(duì)其脂代謝作用的研究也逐漸增多。朱文清等人通過(guò)對(duì)去卵巢大鼠模型觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，制模后，大鼠食量明顯較對(duì)照組增加，4周后模型組大鼠體重增長(zhǎng)明顯比對(duì)照組較快，并有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，6周后解剖發(fā)現(xiàn)模型組腹部大量脂肪堆積，其血生化也顯示低密度脂蛋白和甘油三酯較對(duì)照組明顯升高。目前其具體機(jī)制仍然尚不清楚，可能是去卵巢后大鼠的胰島素分泌增加，導(dǎo)致肝臟合成膽固醇增加，同時(shí)不能及時(shí)清除膽固醇，導(dǎo)致血脂在體內(nèi)大量堆積，甚至可以誘發(fā)脂肪肝。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，去卵巢大鼠服用染料木素后，進(jìn)食量的減少，從而抑制體重增加，干預(yù)

10、去卵巢大鼠體內(nèi)的能量平衡，減少腹部脂肪堆積，并影響其體內(nèi)TG的代謝，實(shí)驗(yàn)甚至可以接近到對(duì)照組水平。YokoTakahashi通過(guò)微陣列分析法對(duì)比GEN和大豆苷元，發(fā)現(xiàn)GEN比大豆苷元更能影響肝內(nèi)脂肪合成基因表達(dá)，甚至影響碳水化合物代謝，最終達(dá)到降血脂的作用。GEN調(diào)節(jié)血脂的具體機(jī)制目前還沒(méi)有定論，過(guò)去認(rèn)為GEN調(diào)節(jié)血脂的具體機(jī)制可能是去卵巢后，大鼠的胰島素分泌增加，導(dǎo)致肝臟合成膽固醇增加，同時(shí)不能及時(shí)清除膽固醇，導(dǎo)致血脂在體內(nèi)大量堆積所致。目前通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)染料木素能參與胰島素調(diào)節(jié)，控制胰島素抵抗作用是影響脂代謝的重要原因。ChoiJS研究發(fā)現(xiàn):去卵巢大鼠表現(xiàn)出體重增加和胰島素抵抗指數(shù)上升，并認(rèn)

11、為GEN能減少胰島素抵抗指數(shù)和肝臟脂肪酸合成酶的活性，同時(shí)染料木素也與琥珀酸脫氫酶和肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶和-在大鼠脂肪組織的氧化活性增加有關(guān)，從而判斷了脂肪酸的代謝，胰島素抵抗和氧化應(yīng)激的差異表達(dá)與GEN密切相關(guān)，而GEN治療可以幫助減少通過(guò)改善胰島素抵抗來(lái)幫助卵巢切除后所致代謝紊亂。KimMH通過(guò)一種雌激素受體拮抗劑ICI182780模擬絕經(jīng)婦女，研究發(fā)現(xiàn)GEN通過(guò)一種劑量依賴(lài)的方式抑制PPAR，SREBP-1c和Glut4等脂肪細(xì)胞標(biāo)記物的表達(dá)，并通過(guò)ERs(雌激素受體)依賴(lài)路徑激活Wnt/-cartenin信號(hào)通路，破壞成脂細(xì)胞的活性，最終可以完全抵消ICI182780的作用。目前普遍認(rèn)為的

12、是血脂的主要危害是增加人體心腦血管事件的發(fā)生率，而低密度脂蛋白的氧化修飾是其致動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)鍵，氧化修飾LDL在動(dòng)脈壁上的大量聚集導(dǎo)致了動(dòng)脈粥樣硬化板塊的發(fā)生。GEN可以誘導(dǎo)抗氧化酶及抑制細(xì)胞凋亡，對(duì)脂質(zhì)過(guò)氧化體系中脂質(zhì)自由基有顯著清除作用，同時(shí)還能緩解高脂所致體內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化物狀態(tài)的異常，提高組織超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性，減輕機(jī)體過(guò)氧化傷害，達(dá)到保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞的作用，這對(duì)降低心腦血管發(fā)生率有重要的臨床意義。血管損傷部位血栓的形成是形成多種心腦血管病的病因之一，血栓形成的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是損傷部位凝血酶生成后，促使纖維蛋白沉積和血小板激活與聚集。有研究表明染料木素能夠抑制人血小板的聚集

13、，影響內(nèi)皮細(xì)胞血栓的表型，起到預(yù)防心腦血管的作用。也有文獻(xiàn)報(bào)道:GEN可以改善血管順應(yīng)性，從而改善血管功能。結(jié)語(yǔ)與展望綜上所述，GEN作為植物雌激素，雖然在促成骨增殖效果上弱于雌激素，但能明顯降低惡性腫瘤發(fā)生，GEN能夠通過(guò)不同的傳導(dǎo)途徑促進(jìn)成骨細(xì)胞生成，增加骨的堿性磷酸酶活性以及骨DNA和鈣的含量，并抑制破骨細(xì)胞分化，達(dá)到防止骨質(zhì)減少，抗骨質(zhì)疏松的作用。GEN同時(shí)可以促進(jìn)血脂代謝，防止內(nèi)脂質(zhì)的氧化作用，軟化血管，達(dá)到保護(hù)心腦血管，防止心腦血管意外的作用，目前國(guó)內(nèi)外均有以GEN作為主要原料的膠囊藥物。盡管如此，由于GEN脂溶性和水溶性差，因此極大影響GEN的臨床應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)即使其在4050水中，溶解度仍然幾乎沒(méi)有