大豆异黄酮雌激素样作用与骨质疏松的防治

1、大豆异黄酮雌激素样作用与骨质疏松的防治王龙梓 刘兆平山东大学新药药理与安全评价中心 山东济南 250012摘要本文综述了近年来大豆异黄酮防治骨质疏松作用的研究进展 大豆异黄酮作为一种植物雌激素可模拟雌激素作用于骨骼系统调节骨吸收和骨形成有防治骨质疏松的作用同时大豆异黄酮与雌激素作用又有不同如对子宫等生殖器官作用小有降低肿瘤及心血管病发生风险等有益作用故值得进一步研究大豆异黄酮药理作用机制关键词大豆异黄酮雌激素绝经后骨质疏松破骨细胞形成抑制因子及配体OPG/OPGL1引言骨质疏松osteoporosis,OP是以骨量减少骨的微观结构退化为特征致使骨的脆性增加以及易于发生骨折的一种全身性骨骼疾病O

2、P作为一种代谢性骨病发病率正逐年提高引起全世界的广泛关注绝经后雌激素缺乏骨吸收大于骨形成引起骨质疏松称为绝经后骨质疏松postmenopausal osteoporosis,PMO近年来众多学者对骨质疏松发生机制雌激素及植物雌激素防治骨质疏松作用进行了大量研究取得了重要进展2骨质疏松OP发生机制破骨细胞osteoclasts,OC活性相对高于成骨细胞osteoblasts,OB致骨吸收大于骨形成使骨量减少是OP发生的中心环节调节OB OC活性即影响骨形成和骨吸收的有关因子可分为全身调节因子和局部调节因子各种全身性调节因子作用于骨组织主要为OB OC通过调节影响骨代谢的局部调节因子影响骨吸收和骨

3、形成体外细胞培养证实OC的生成必须OB存在通过OB产生的细胞因子发生细胞间相互作用11997年Simonet首先分离出一种分泌蛋白具有调节骨密度作用取名保骨素OPG,osteoprotegerin又名破骨细胞形成抑制因子OCIF,osteoclastogenesis inhibitory factor2,对OC形成起负调节作用后来又发现了其配体破骨细胞分化因子 OPGL,OPG-ligand OC分化和激活受体RANK OPGL/OPG同属肿瘤坏死因子TNF受体家族成员都是由成骨家族谱系细胞成骨性始祖细胞成骨细胞骨细胞骨衬细胞合成和分泌OPGL在CSF-1存在时与OC前体细胞或成熟OC表面RA

4、NK结合调节OC生长及活化OPGL-1-小鼠中分离的OB 细胞系甚至在其它骨吸收因子如活性维生素D地塞米松前列腺素E存在时也不支持OC生成而RANK基因敲除小鼠可完全阻断 OC生长但可通过骨髓基质细胞RANK再表达而得到恢复大量研究表明OPGL是必须的OC分化因子OPGL与RANK的相互作用为OC生成所必需而OPG在体内体外实验均已被证实为OC成熟抑制剂OPG为OB系旁分泌作为可溶性诱骗受体与OPGL结合竞争性抑制OPGL与其受体RANK结合从而阻碍OC的生成和活化现认为过去发现的调节OC 分化形成和吸收功能的众多因子都是通过直接作用于OB 而调节OPG OPGL 这两个因子浓度的比值进而间接

5、完成它们的调节功能可以说OPGL-OPG-RANK 组成了控制OC 发育的关键调节蛋白环路OPG/OPGL 比例平衡失调导致多种代谢性骨病如骨质疏松 3雌激素与OP 3 1 雌激素调节骨代谢作用机制 目前认为雌激素对骨代谢的调节有直接作用和间接作用其间接作用为1提高1羟化酶活性增加125OH 2D 3合成促进骨形成2促进CT 分泌抑制骨吸收3调节骨对PTH敏感性或减少低钙对PTH 的刺激从而抑制PTH 分泌抑制骨吸收目前在OC 和OB 中均发现了雌激素受体estrogen recepter,ER 的存在故雌激素可直接作用于OB OC 上的ER 抑制骨吸收调节骨代谢 近年来雌激素信号转导机制研究

6、取得了新进展目前认为雌激素产生效应机制有两种经典的基因组效应雌激素与ER 结合调节基因表达产生生物学效应非基因组效应雌激素与结构上和雌激素相似的膜受体结合影响蛋白质的磷酸化和去磷酸化产生生物学效应此为雌激素的快速效应ER 拮抗剂不能阻断该效应ER 在体内分布广泛体内各组织ER 分布及其亚型还不完全清楚目前认为ER 有ER 和ER 两种亚型雌激素根据其结合受体亚型选择性激活细胞内信号途径表现出雌激素调节骨代谢等多种生物学作用3.2绝经后骨质疏松postmenopausal osteoporosis,PMO 和激素替代疗法hormone replacement therapy ,HRT 绝经后妇女

7、卵巢功能低下雌激素缺乏骨转换亢进骨吸收大于骨形成造成骨丢失产生骨质疏松称为PMO 由于雌激素缺乏是PMO 的首要病因故激素替代疗法HRT 或雌激素替代疗法ERT 是PMO 的一线疗法妇女初始健康行动women health initiative, WHI 为了考察HRT 的利弊于1997开始进行绝经后雌孕激素干预实验PEPI 原定2005年结束但由于受试患者乳癌心血管病等的发生率超过规定的安全上限而不得不于2002年7月提前终止试验结果否定了HRT 对心脑血管疾病的防治作用进一步肯定了其对OP 的防治作用但由于其造成的心血管疾病和乳癌发生风险等弊端超出了对骨折的益处故WHI 建议选用其它药物预

8、防OP 4植物雌激素大豆异黄酮soybean isoflavones,SI 与OP4.1 SI 概述SI 作为一种植物雌激素主要存在于大豆及其制品中目前认为它由染料木黄酮 genistein,GEN 大豆苷原daidzein,DAI 大豆黄素三种游离态苷原和九种葡萄糖结合态苷类成分组成GEN 结构为574-三羟异黄酮DAI 结构为74-二羟异黄酮均为含有芳环的非类固醇化合物是SI 中最主要的两种3SI 所含成分与雌激素结构相似体外测定SI 的雌激素活性为雌二醇的10-5-10-3目前认为SI 主要通过模拟雌激素作用调节骨代谢产生防治OP 的作用4.2 流行病学调查和人体摄取试验 流行病学调查显

9、示以豆类食品为主的东方女性OP 和骨折的发病率明显低于食用脂肪和肉类为主的西方女性41998年美国的Potter 等人对66名绝经后高胆固醇血症妇女进行了一项膳食干预试验结果显示异黄酮含量高的酪蛋白可使骨矿物质含量和脊椎骨密度升高5Alekel 等对69名围绝经期妇女膳食干预试验也发现较高含量的异黄酮可降低受试者腰椎骨的丢失6当然异黄酮预防骨丢失是否具有显著性和长期作用还需进一步研究4.3动物实验研究Arjmandi等报道大豆蛋白可抑制去卵巢ovariectomized OVX OP模型大鼠股骨及腰椎骨骨密度的降低后来进一步研究证实SI是大豆蛋白发挥抗OP作用的有效成分7Ishida等报道DA

10、I和GEN50mg/kg.d两种主要的SI成分可有效防止OVX大鼠股骨骨密度强度灰重及钙磷含量的下降8后来Ishimi等研究发现GEN可抑制OVX小鼠的骨丢失而没有出现作用于子宫的雌激素样作用9 4.4 植物雌激素作用机制的研究由于雌激素作为HRT成分增加乳癌发生风险而与此相比植物雌激素特别是SI的高摄入与乳癌低发病率有关为了探讨它们产生不同临床效应的分子机制Foster10等考察了是否雌激素与SI 跨膜作用机制有明显不同实验结果显示17-雌二醇可有效作用于ER ER两种受体亚型而SI GEN DAI在生理水平选择性作用于ER这说明SI可作为一种天然的选择性雌激素受体调节剂selective

11、estrogen receptor modulators,SERMS产生不同于HRT疗法所用雌激素的药理作用由于OPGL-OPG-RANK组成了控制OC发育的关键调节蛋白环路OPG作为可溶性诱骗受体与OPGL 结合可抑制OC的生成和活化从而抑制骨吸收Viereck等11实验结果显示GEN与17-雌二醇相似可增加人类骨小梁OB human trabecular osteoblasts,HOB细胞OPGmRNA水平和OPG蛋白分泌达到2-6倍P<0.0001且有时间依赖性P<0.0001当GEN浓度达到10-7M时作用达到最高峰应用ER阻滞剂ICI182780可完全阻断这种效应提示此效

12、应通过ER中介Chen等12研究了食用异黄酮对hFOB1.19和hFOB/ER9两个成骨细胞系所分泌细胞因子IL-6和OPG的调节作用在10-8M水平以17-雌二醇为对照分DAI GEN17-雌二醇三个治疗组,它们均使两个成骨细胞系细胞OPGmRNA表达明显增加P<0.05IL-6的释出被抑制OPG的产生增加而且DAI和GEN所造成的OPG产生的增加和IL-6的减少有剂量依赖性当加入ER阻断剂ICI-182 780后异黄酮对OPG和IL-6的作用消失此实验结果提示食用异黄酮DAI GEN至少部分由ER和ER基因表达机制所操纵的途径介导而产生对IL-6和OPG的作用以上实验结果提示植物雌激

13、素GEN等至少部分通过ER途径选择性作用于ER调节OB细胞OPG等细胞因子的分泌进而影响OC生成和活性抑制骨吸收4.5 雌激素和植物雌激素对雄性骨代谢的影响去卵巢动物模型为公认的PMO模型此模型显示了雌激素类药物对雌性个体的作用最近雌激素对男性骨代谢的影响也受到了关注因为ER基因突变的男性将表现OP表型芳香化酶基因突变的男性和芳香化酶基因敲除的雄性小鼠可由于缺乏由雄激素转化而来的雌激素而表现骨质减少13-14雌激素可完全逆转去睾丸orchidectomized,ORX小鼠产生的骨髓前体B细胞的聚集和严重的骨丢失15由此看来雌激素对雌性个体和雄性个体均必不可少Ishimi等人16以雌二醇estr

14、adiol,E2为对照观察GEN对ORX小鼠骨代谢的影响实验结果显示GEN和E2一样可逆转ORX诱导的骨髓淋巴细胞数的增加GEN和E2均可抑制雄激素缺乏所致骨吸收增加增加ORX小鼠的股骨骨密度这说明雄激素转化而来的雌激素为雄性骨代谢所必需GEN至少部分通过雌激素样作用机制调节骨髓淋巴细胞数量和骨代谢摄入异黄酮类对雄激素缺乏引起的骨丢失有效4.6 植物雌激素对骨代谢作用特征及可能的副作用Picherit等人17将成年Wistar大鼠7月龄随机分为4组去卵巢后立即给予口服异黄酮量分别为0204080g/g体重天服用91天实验结果提示食用异黄酮可通过抑制骨吸收和刺激成骨细胞活性预防OVX诱导的骨丢失

15、仅在最高剂量组对子宫产生弱的雌激素样作用实验结果确认食用异黄酮对防治OVX大鼠骨丢失有剂量依赖性另外Picherit等人29研究也发现对已造成OP 模型的实验大鼠给予SI(80mg/Kg体重天12周不能提高其骨密度和骨小梁数量这说明SI不能逆转已形成的骨量减少既然高剂量GEN对子宫产生弱的雌激素样作用而且有GEN致内分泌紊乱的报道18所以有必要考查一下植物雌激素潜在的副作用 Ishimi等人19研究了有效剂量GEN对OVX小鼠骨和子宫作用的差异OVX小鼠分组去卵巢后立即注射分级剂量GEN(0.7mg/d-5mg/d2周以17-雌二醇0.1g/d为对照由于0.4mg/dGEN即可发挥防骨丢失作用

16、而0.7mg/d即可完全逆转去卵巢引起的骨丢失所以实验剂量GEN均可抑制骨丢失实验结果显示GEN0.7 mg/d 2 mg/d 5 mg/d 分别使OVX小鼠子宫重量不增加轻度增加明显增加为假手术组的两倍结果也显示血清GEN 水平与服用GEN水平明显相关可以认为GEN对骨代谢作用可被血清GEN水平预测预防骨丢失和诱导产生子宫肥大的GEN剂量明显不同前者明显小于后者由本实验可得GEN对骨丢失和子宫肥大分别为0.29 mg/d 和3.0 mg/d可见 GEN产生子宫肥大剂量为产生骨保护作用剂量的10倍的ED50所以人们一般消费GEN量不可能达到其产生子宫肥大作用的量人们服用GEN产生的子宫雌激素样

17、作用要远小于ERT疗法Potter等人20建议预防绝经后妇女骨丢失摄入异黄酮的有效剂量为90 mg/d 这相当于日本传统饮食异黄酮摄入量的5倍18 mg/d 5展望可模拟雌激素通过ER途径作用于OB增加OPG 综上所述植物雌激素SI作为一种天然的SERMS分泌抑制OC从而抑制骨转换发挥防治OP的作用由于SI对生殖器官影响小且有降低肿瘤心血管病发生的有益作用而这与HRT疗法中所用的E产生的作用不同这可能与对ER亚型的选择2性调节作用有关所以需进一步研究SI与雌激素药理作用的异同寻找防治OP的新方法参考文献1. Takahashi N, Akatsu T, Udagawa N, et al. Os

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