異黃酮類植物雌激素防治乳腺癌的研究進展*

李 玉，黃照權

（桂林醫學院 1.藥學院；2.基礎醫學院，桂林 541199）

流行病學調查顯示，乳腺癌是女性中最常見的癌癥[1]，占女性所有新診斷癌癥的30%，是20～59歲癌癥死亡的主要原因[2]，嚴重危害女性的生命和健康。傳統化療和內分泌治療是除外科手術外最常用的治療方法，然而大多數治療藥物都有很強的副作用或耐藥性[3]。因此，人們在積極尋找一種毒性更小、更有效的替代物。

異黃酮類植物雌激素化學結構與內源性雌激素十分相似，因此在最佳濃度時可以通過與雌激素受體（ER）結合，發揮抗雌激素的作用[4]。已有研究表明，異黃酮類植物雌激素通過多種靶點和機制發揮抗乳腺癌作用，且未出現明顯副作用和耐藥性，因此有望成為有價值的抗癌藥物。

1 植物雌激素的結構與分類

植物雌激素是植物來源的膳食化合物，主要存在于大豆中。其結構類似于內源性雌激素17-β-雌二醇(E2)，共同特征是有兩個苯環，一個相對穩定和平坦的分子，以及2個或3個羥基，通常以共軛形式存在（圖1），分子量也與E2相似。植物雌激素按結構可以分為異黃酮類、黃酮類、木脂素、香豆素和二苯乙烯類[5]，而在豆類、葛根等中大量存在的異黃酮類植物雌激素是最重要的，主要包括刺芒柄花素(formononetin)、毛蕊異黃酮（calycosin）、染料木黃酮(genistein)、大豆苷元（daidzein）、生物禪寧A(biochanin A)等[6]。

圖1 異黃酮類植物雌激素的結構[7]

2 異黃酮類植物雌激素的流行病學研究

近年來流行病學研究表明，亞洲的乳腺癌發病率明顯低于西方國家，推測與大豆中富含的異黃酮類植物雌激素的保護作用有關。據統計，亞洲居民平均每天攝入25～50 mg 異黃酮，而西方居民平均每天攝入低于2 mg 的異黃酮[7]。Zhao 等[8]通過對11 169 例乳腺癌病例和648 913 名參與者進行薈萃分析后發現，當異黃酮攝入量較高時，患病風險顯著降低。Micek等[9]對15項隊列研究進行的薈萃分析發現，異黃酮攝入量(＜62.7 mg/d)與乳腺癌總死亡率和復發之間存在顯著的負相關關系。Rienks等[10]對10項觀察性研究進行的薈萃分析發現，高濃度的大豆苷元和染料木黃酮分別降低34%和28%乳腺癌風險。Veheus 等[11]的病例對照研究也表明，在荷蘭女性中，血液樣本中異黃酮水平的增加與患乳腺癌風險降低有關。此外每天10 mg大豆異黃酮攝入量能降低9%的乳腺癌死亡率[12]。因此，較高的異黃酮攝入量對乳腺癌有顯著的防治作用。

3 異黃酮類植物雌激素抗乳腺癌的藥理作用及作用機制

3.1 抑制乳腺癌細胞增殖及移植瘤生長 Choi等[13]研究表明，將大豆苷元(1～100 μmol/L)作用于MCF-7 和MDA-MB-453 細胞24 h、48 h 或72 h 后，大豆苷元以劑量和時間依賴的方式顯著抑制細胞增殖(P＜0.05)。Tian 等[14]研究發現，毛蕊異黃酮通過WDR7-7-GPR30 信號抑制乳腺癌細胞的增殖。染料木黃酮抑制MCF-7細胞增殖，而對非致癌細胞無明顯影響[15]。生物禪檸A能降低MCF-7和T-47D癌細胞的增殖，也能抑制MCF-7乳腺癌異種移植動物模型中的腫瘤生長[16-17]。此外，生物禪檸A 與人參皂苷Rh2 聯合應用可協同抑制MDA-MB-231 和MCF-7細胞的增殖[18]。在體內實驗中，Moon等[17]研究表明，生物禪檸A每天腹腔注射一次能有效降低MCF-7小鼠移植瘤的發病率和生長，表明生物禪檸A可作為為乳腺癌的預防藥物。刺芒柄花素在小鼠癌癥模型中也表現出抑制腫瘤增殖的能力，與對照組相比，刺芒柄花素治療組的腫瘤重量減少了39.6%[19]。此外，毛蕊異黃酮能顯著降低T47D 小鼠移植瘤生長[20]。

3.2 抑制乳腺癌細胞遷移和侵襲 腫瘤壞死因子-α（TNF-α）通過增強Gli1核轉位和轉錄活性進而激活Hedgehog(Hh)信號，誘導乳腺癌細胞侵襲。研究表明，大豆苷元通過抑制TNF-α 誘導的Gli1/Hh 信號的激活，從而抑制癌細胞遷移和侵襲[21]。Wu等[22]研究表明，毛蕊異黃酮能夠使致癌基因Rab27B 依賴性信號失活進而抑制MDA-MB-231 細胞的遷移和侵襲。Li等[20]研究表明，通過靶向Foxp3（在乳腺癌中高度表達的轉錄因子）介導的血管內皮生長因子（VEGF）和基質金屬蛋白酶（MMP）-9 的表達，高劑量的毛蕊異黃酮治療能夠降低MCF-7和T47D的遷移和侵襲能力。Zhang 等[20]研究證明，毛蕊異黃酮通過BATF/轉化生長因子β1（TGFβ1）抑制上皮—間質轉化（EMT），進而呈時間和劑量依賴性地抑制T47D 和MCF-7 細胞遷移和侵襲。此外，染料木黃酮和大豆苷元通過抑制MMPs 活性在高侵襲性MDA-MB-231細胞中發揮抗侵襲活性[21]。

3.3 阻滯乳腺癌細胞周期進程 細胞周期受不同的細胞周期蛋白（Cyclins）、細胞周期蛋白依賴性激酶（CDKs）和細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑（CDKI）的表達調控，各個時期會因生長因子或致癌刺激而轉變。Cyclin D1是研究最廣泛的癌基因，其在超過50%的乳腺中高表達[23]，控制著細胞周期從G1到S 的相變。研究表明，刺芒柄花素可降低MCF-7和MDA-MB-453細胞CyclinD1mRNA和蛋白表達，使細胞周期阻滯在G0/G1 期[24]。高濃度大豆苷元（100μmol/L）能降低MCF-7 和MDA-MB-453 細胞中CyclinD1、CyclinA、CyclinB 和CDK1、CDK2、CDK4 的表達，使細胞周期阻滯在G1 和G2/M 期從而發揮其在人乳腺癌細胞中的抗癌作用[13]。

研究最多的CDKI 是p21、p27 和p57，它們屬于Cip/Kip 家族。大豆苷元可上調CDKIp21、p57 在MCF-7細胞的表達，也能增加MDA-MB-453細胞中p27 的表達。但大豆苷元不能增加MCF-7 細胞中p27 的表達[25]。這也表明異黃酮類植物雌激素在不同的乳腺癌細胞系中可能會產生不同的作用。

總之，異黃酮類植物雌激素通過降低Cyclins和CDKs 的表達，以及增加不同的CDKI 的表達，從而阻滯多種乳腺癌的細胞周期進程。

3.4 誘導乳腺癌細胞凋亡 細胞凋亡主要通過外源性死亡受體途徑和內源性線粒體途徑。外源性途徑包括配體如TNF-α、Fas 配體（Fas-L）等與死亡受體結合，導致受體分子寡聚化。而線粒體介導的凋亡完全受Bcl-2 家族蛋白的調控，Bcl-2 家族分為Bcl-2、Bax和BH3超家族。Bcl-2是細胞凋亡最重要的抑制因子之一，Bax 則是決定細胞凋亡的關鍵[26]。有研究報道，染料木黃酮通過顯著增加Fas-L、FADD、細胞色素C（cytc）、截短型BID、caspase3和caspase9的表達來誘導細胞凋亡[27]。大豆苷元通過激活caspase9和caspase7，上調Bax、降低Bcl-2蛋白的表達，導致cytc的釋放，最終使MCF-7和MDAMB-453細胞凋亡[13]。Tian等[26]研究證明，毛蕊異黃酮能增強細胞凋亡調節蛋白RASD1的表達，進而上調Bax和下調Bcl-2來誘導人乳腺癌細胞MCF-7凋亡。以上研究表明，異黃酮類植物雌激素通過內源性或外源性途徑誘導乳腺癌細胞凋亡，增加促凋亡蛋白的表達，減少抗凋亡蛋白的表達。

3.5 對ERα 和β 表達的調節 ERα 的激活能刺激乳腺組織中的細胞增殖，而ERβ抑制細胞增殖和促進凋亡，與健康組織相比，在乳腺癌中ERα/ERβ 比值明顯上升[28]。Marik等[29]研究表明，染料木黃酮顯著降低3 種不同ER 陽性乳腺癌細胞MCF-7、T47D和21PT中ERα 的表達，并增加ERβ 的表達，從而抑制癌細胞增殖。在ER 陽性乳腺癌細胞中，毛蕊異黃酮和刺芒柄花素可通過上調ERβ、下調胰島素樣生長因子1受體（IGF-1R）、激活凋亡標志物PARP-1以及下調miR-375發揮抗腫瘤活性[30]。提示異黃酮類植物雌激素也可以通過提高乳腺癌細胞中ER-β/ER-α比值，從而抑制乳腺癌細胞增殖。

3.6 調控miRNA表達 多項研究表明，miRNAs在癌癥中異常表達或突變，其可作為一類新的癌基因或腫瘤抑制基因發揮抗腫瘤作用[31]。Avci 等[32]報道，染料木黃酮上調MCF-7 乳腺癌細胞中miR-23b的表達進而抑制乳腺癌細胞的生長。在另一項研究中，染料木黃酮（1～5 μmol/L）下調腫瘤細胞miR-155 的表達，并上調miR-155 靶點（如促凋亡叉頭家族轉錄因子FOXO3及其下游靶點p27、酪蛋白激酶和PTEN）在MDA-MB-435 細胞中的表達來降低乳腺癌細胞的活性[33]。

3.7 對血管生成的影響 血管生成是指從現有的血管系統中形成新的血管，向腫瘤細胞輸送營養物質和氧氣[34]。VEGF 是血管生成的中樞介質，刺激腫瘤血管的生長，血管生成失控是腫瘤生長、侵襲和轉移的關鍵[34]。余小平等[35]研究發現，經染料木黃酮處理后，乳腺癌細胞中VEGF 表達顯著降低。Su 等[36]也發現，在常氧和低氧條件下，染料木黃酮劑量依賴性地降低了VEGF的表達，在低氧條件下，染料木黃酮抑制細胞缺氧誘導因子-1（HIF-1）的活化，表明染料木黃酮的抗血管生成作用是通過抑制HIF-1激活、下調VEGF表達來實現的[34]。

3.8 抑制NF-κB信號通路和PI3K/Akt信號通路

NF-κB是一種轉錄因子，參與調控細胞增殖、炎癥、腫瘤形成和腫瘤進展等關鍵生物學過程[37]。研究表明，大豆異黃酮通過劑量依賴性地降低NF-κB/p65 蛋白水平和NF-κB 的DNA 結合活性，下調Bcl-2，上調Bax 抑制MDA-MB-231 細胞增殖，誘導凋亡[37]。染料木黃酮通過Notch-1 途徑以劑量依賴的方式抑制NF-κB 的活性，并影響抗凋亡基因（Bcl-2和Bcl-XL）的表達，從而抑制MDA-MB-231 細胞活性[38]。

PI3K/Akt 信號轉導途徑的異常激活已在包括乳腺癌在內的多種癌癥中得到證實，并在細胞增殖、生長、遷移、代謝和凋亡中起關鍵作用。毛蕊異黃酮和刺芒柄花素通過顯著降低MCF-7和T47D細胞中IGF-1R蛋白表達，抑制MCF-7細胞中Akt的磷酸化[39-41]。刺芒柄花素亦能顯著抑制MDA-MB-231細胞中PI3K和Akt的磷酸化表達[42]。毛蕊異黃酮和染料木黃酮通過抑制PI3K/Akt信號通路，降低下游靶基因HOTAIR 的表達進而抑制乳腺癌細胞的生長[43]。此外，PI3K/Akt通路可導致mTOR過度激活，從而導致腫瘤細胞的無限增殖[44]。刺芒柄花素通過抑制PI3K/Akt/mTOR 通路增強依維莫司對乳腺癌MDA-MB-468細胞的抑制作用[44]。NF-κB信號通路和PI3K/Akt 信號通路可作為抗癌藥物的新的治療靶點。

4 結語和展望

異黃酮類植物雌激素通過多種靶點和機制抑制乳腺癌細胞的活性，已然成為抗乳腺癌的新候選藥物。然而，目前大量的研究集中在植物雌激素對乳腺癌的體外作用，未來仍需要更多體內和臨床研究進一步評估異黃酮類植物雌激素防治乳腺癌的有效性和安全性，并確定這些化合物安全有效的最佳濃度，為臨床乳腺癌的治療提供更多方案。