5976-61-4 / 4-羥雌二醇的生成及代謝

背景及概述^[1]

4-羥雌二醇( 4-hydroxyestradiol，4-羥雌二醇 ) 是內(nèi)源性雌激素代謝產(chǎn)物中活性最強(qiáng)的一種，屬一種致癌物質(zhì)。其代謝產(chǎn)物兒茶酚雌激素-3，4-苯醌(CE-3，4-Q) 和在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的氧自由基都具有基因毒性，可與 DNA 結(jié)合，導(dǎo)致 DNA 的損傷。4-羥雌二醇可激活基質(zhì)金屬蛋白酶的前體(ProMMPs)生成基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs) ，促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移與發(fā)展。4-羥雌二醇可激活細(xì)胞核因子( NF-κB) 參與細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，還可激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶( ERK) /絲裂原活化蛋白激酶(MAPK) 路線導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，因此 4-羥雌二醇與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著密切的關(guān)系。

生成過(guò)程^[1]

羥基化是雌激素代謝的開(kāi)始，內(nèi)源性雌激素的第 4 位上的碳原子經(jīng)細(xì)胞色素P450( cytochrome P450，CYP) 酶催化生成 4-羥雌二醇，在第 4 位上起羥化作用的細(xì)胞色素 P450(CYP)酶包括 CYP1A1、CYP1A2、CYP1B1、CYP3A5，其中CYP1B1酶起主要作用。雌激素作用的靶器官包括乳腺、卵巢、子宮，在乳腺癌、 卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌的癌組織中都有 CYP1B1酶的高表達(dá)，因此 4-羥雌二醇主要在癌組織中形成。

代謝過(guò)程^[1]

4-羥雌二醇在體內(nèi)的代謝有甲基化和氧化兩種途徑。4-羥雌二醇 經(jīng)兒茶酚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶(catechol-O-methytransferase，COMT) 甲基化生成4-甲氧雌二醇( 4-MOE₂ )，4-甲氧雌二醇是可溶于水的無(wú)毒的代謝產(chǎn)物， 最終隨尿液排出體外，從而阻止了4-羥雌二醇的致癌效應(yīng)，對(duì)腫瘤的形成有防御作用，因此認(rèn)為甲基化的代謝過(guò)程是解毒的過(guò)程， 當(dāng)兒茶酚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶活性降低或者表達(dá)量減少時(shí)氧化途徑就會(huì)增加。

CYP1B1 酶可以進(jìn)一步氧化 4-羥雌二醇 生成兒茶酚雌激素-3，4-半醌(CE-3，4-Qs) 類化合物。氧化形成的半醌類化合物可經(jīng)過(guò)兩種途徑代謝生成兒茶酚雌激素-3，4-苯醌(CE-3，4-Q) 類化合物，一種途徑是: 經(jīng) P450( CYP)酶氧化催化作用形成苯醌類化合物。另一種途徑是: 通過(guò)使用非酶類銅離子(Cu²⁺ ) 這種基本結(jié)構(gòu)， 通過(guò)銅離子中電子受體被催化，將電子傳遞給氧分子，發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氧自由基，CE-3，4-Qs 接受 2 個(gè)電子氧化成 CE-3，4-Q。CE-3，4-Q 在谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferases，GSTs) 的催化下生成毒性較小的產(chǎn)物，并與谷胱甘肽(GSH) 結(jié)合生成親水性產(chǎn)物隨尿液排除體外， 谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶在兒茶酚雌激素代謝過(guò)程中起脂肪酸化作用，從而谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶在細(xì)胞的解毒過(guò)程中起到重要的作用，谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶活性的降低可使 CE-3，4-Q 與 DNA 結(jié)合的產(chǎn)物增加，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。

此外，依賴還原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(reduced form of nicotinamide adenine dinucleotiole phosphate，NADPH) 的苯醌類氧化還原酶類( quinone oxidoreductase 1，NQO1 和 quinone oxidoreductase 2，NQO2) ，可催化 CE-3，4-Q 發(fā)生氧化還原反應(yīng)回到 4 －OHE₂。

相關(guān)研究^[1]

1、4-羥雌二醇代謝產(chǎn)物 CE-3，4-Q 的基因毒效應(yīng)

4-羥雌二醇經(jīng)氧化產(chǎn)生的最終產(chǎn)物 CE-3， 4-Q 可與DNA 結(jié)合發(fā)生反應(yīng)，與腺嘌呤的N-3位反應(yīng)生成腺嘌呤加合物4-羥雌二醇-1-N3-腺嘌呤 ( 4-羥雌二醇-1-N3-Ade)，與鳥(niǎo)嘌呤的 N-7 位反應(yīng)生成鳥(niǎo)嘌呤加合物 4-羥雌二醇-1-N7-鳥(niǎo)嘌呤(4-羥雌二醇-1-N7-Gua)，在此過(guò)程中內(nèi)源性的腺嘌呤可自發(fā)的從 DNA 鏈上脫落，形成脫嘌呤核苷位點(diǎn)，此位點(diǎn)可進(jìn)行堿基的切割修復(fù)，研究發(fā)現(xiàn)此修復(fù)過(guò)程中有一定的錯(cuò)配機(jī)率，引起 A 到 G 的突變，即形成 G．T 異型雙鏈。4-羥雌二醇 導(dǎo)致 BB 小鼠乳腺上皮組織的基因突變，在A∶ T 為基礎(chǔ)的部分有較高的致突變功能，尤其是 AT∶ GC 的轉(zhuǎn)變，CE-3，4-Q 主要導(dǎo)致 A． T 到 G．C 的轉(zhuǎn)變，引起基因的不穩(wěn)定性和生物性狀的改變，從而導(dǎo)致乳腺上皮細(xì)胞的惡變和人類患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)增加。突變的 DNA 在細(xì)胞中通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)出促進(jìn)細(xì)胞增值的信號(hào)，引起細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和異型細(xì)胞的增值，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生如乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌等。

研究表明 N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine， NAcCys) 可抑制 CE-3，4-Q 的基因毒效應(yīng)， N-乙酰半胱氨酸是一種關(guān)節(jié)炎用藥，具有抗氧化作用和通過(guò)抑制血小板的抗凝血作用，對(duì)機(jī)體幾乎沒(méi)有毒性， Zahid 等對(duì)乳腺上皮腫瘤細(xì)胞( MCF-10F) 的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究表明，N-乙酰半胱氨酸可水解生成半胱氨酸(cysteine，Cys) ，半胱氨酸進(jìn)一步形成谷胱甘肽， 谷胱甘肽與 CE-3，4-Q 結(jié)合，抑制 4-羥雌二醇-1-N3-腺嘌呤和 4-羥雌二醇-1-N7-鳥(niǎo)嘌呤的生成，從而降低 4-羥雌二醇-1-N3-腺嘌呤和 4-羥雌二醇-1-N7-鳥(niǎo)嘌呤致 DNA 突變作用。N-乙酰半胱氨酸可明顯的使醌類回到 4-羥雌二醇。但是結(jié)果表明 N-乙酰半胱氨酸并沒(méi)有影響三種酶(兒茶酚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶、 苯醌類氧化還原酶類) 的表達(dá)，表明 N-乙酰半胱氨酸可以保持雌激素代謝反應(yīng)的平衡，在雌激素致癌中它是潛在的保護(hù)因素。

2、4-羥雌二醇 代謝過(guò)程中氧自由基的產(chǎn)生及其致癌作用

在 4-羥雌二醇 代謝過(guò)程中有三種途經(jīng)可以產(chǎn)生氧自由基，一是在氧化還原代謝的循環(huán)過(guò)程中，在酶類的催化作用下，產(chǎn)生有活性的中間代謝產(chǎn)物半醌類自由基， 半醌類自由基與氧分子進(jìn)一步發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生超氧化物和其他的氧自由基；二是非酶類機(jī)制，通過(guò)銅離子中電子受體被催化，將電子傳遞給氧分子， 發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生氧自由基，第三種自由基來(lái)源于脂質(zhì)的氫過(guò)氧化物的分解， 與醛類( 包括丙二醛) 發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氧自由基。4-羥雌二醇 產(chǎn)生的氧自由基可導(dǎo)致 DNA 的氧化損傷， 不會(huì)直接損傷 DNA， 主要導(dǎo)致嘌呤類和嘧啶類的氧化， 引起DNA 雙鏈的斷裂，使異型細(xì)胞表達(dá)增加，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。

研究表明細(xì)胞外一些基質(zhì)蛋白質(zhì)類物質(zhì)可阻止腫瘤細(xì)胞的形成，但這些蛋白通常被蛋白酶類水解，這些蛋白酶類主要是基質(zhì)金屬蛋白酶( MMPs) 。研究發(fā)現(xiàn)在乳腺癌組織的轉(zhuǎn)移灶中可檢測(cè)到基質(zhì)金屬蛋白酶-2 和-9，表明它的激活在惡性腫瘤轉(zhuǎn)移中起主要作用，在氧分子的介導(dǎo)下，4-羥雌二醇 與銅離子反應(yīng)產(chǎn)生的氧自由基可以激活基質(zhì)金屬蛋白酶的前體生成基質(zhì)金屬蛋白酶，基質(zhì)金屬蛋白酶可降解一些有保護(hù)作用的基質(zhì)蛋白質(zhì)類物質(zhì)，從而促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移和發(fā)展。

主要參考資料

[1]趙煥煥,李利.4-羥雌二醇與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學(xué),2012,20(10):2179-2181.