染料木素对骨代谢和脂代谢的研究新进展

染料木素对骨代谢和脂代谢的研究新进展

中国骨质疏松杂志 2014-10-16 发表评论 分享

作者：赣南医学院第一附属医院骨科 朱文清

背景

自1941年，Alight发现雌激素对绝经后骨质疏松症的作用后，大量的临床和实验研究证实，雌激素缺乏是绝经后骨质疏松症的首要危险因素，然而雌激素替代疗法

(estroGENreplacementtherapy，ERT)虽然可以减少病理性骨折的发生，却增加恶性肿瘤的发生。染料木素(GENistein，GEN)又称金雀异黄素、染料木黄酮，化学名是5，7-二羟基-3-(4-羟苯基)-4H-1-苯并吡喃-4-酮；4＇，5，7-三羟基异黄酮，主要来源于染料木(金雀花)和广豆根等豆科植物中提取出来的活性成分，是一种天然的酪氨酸激酶和大豆代谢物，原料广泛，提取率高，成本低。目前认为GEN为异黄酮类物质中活性功能最高的一种，它作为单一成分具有弱雌激素和抗雌激素活性双重作用，不仅可以调节机体骨代谢和脂代谢，防止骨质疏松、保护心脑血管，而且不增加肿瘤风险，是目前研究较多的一种植物雌激素。

目的

总结GEN在骨代谢和脂代谢近年来的研究进展。 染料木素的理化特性

GEN分子式为C15H10O5，显酸性，在一般有机液和水中溶解性较差，易溶于二甲基亚砜。GEN被誉为植物雌激素，目前发现其结合后的潜在健康效应存在U型剂量效应关系，即低剂量时由于它与雌激素竞争结合而降低了雌激素活性，因而表现为抗雌激素作用；而中剂量时可产生一定的雌激素活性；高剂量时，补充的染料木素则可活化因雌激素水平限制而未能活化的ER，产生雌激素增强效应。这种U型剂量效应关系使得大豆异黄酮具有雌激素的多种功能，可缓解更年期综合症。染料木素的分子式见图1。

对骨代谢研究进展

目前已知成骨细胞和破骨细胞是骨组织特有且最重要的两种细胞，而它们又受各种激素、酶和细胞因子调节。正常生理情况下卵巢产生的激素雌二醇作用于ERβ，ERβ的分布和密度因作用部位不同而不同。ERα主要在骨密质中表达，ERβ在松质骨中表达丰富。在成骨细胞分化过程中，ERβ表达与ERa的表达有很大不同，并且体外实验证明，ERα与ERβ对成骨细胞的调控通过不同的配体依赖的基因及标记特征。

绝经后妇女因为雌激素减少，成骨细胞增殖受抑制、分化程度降低，而破骨细胞活性超过成骨细胞活性，导致骨量丢失，成骨减少，这是造成骨质疏松的重要原因之一，因此骨代谢与人体内雌激素水平的高低密切相关。Chang等人报道了GEN能促进大鼠骨形成及成骨细胞分泌骨钙素，并认为GEN这些作用同雌二醇作用一样，都需要通过ER依赖通路。

GEN是非类固醇物质结构与雌二醇相似，并且在大豆所有的黄酮类物质中对ER的亲和力最强。GEN有很强的ER亲和力，并且对ERβ的亲和力大于ERα。有研究表明GEN对ERβ和ERa的亲和力分别是87%和4%，因此推断GEN具有选择性部分激活ERβ功能，GEN可以选择性激活ERβ调控的转录通路。尽管对ERβ亲和力很高，也有报道GEN能通过激活ERα在去卵巢大鼠中起到防止骨质流失的作用，并认为只激活ERα不激活ERβ也能起到一个骨保护的作用。

为了研究GEN对成骨细胞分化的影响，王建华采用培养大鼠成骨细胞的方法来测定GEN对大鼠成骨细胞骨钙素表达的影响，测定结果与对照组比较显示:染料木素在培养48h及72h均有促进大鼠成骨细胞骨钙素表达的作用，促进成骨细胞的分化，从而有利于形成更多的骨组织，防治骨丢失，达到防治骨质疏松症的目的。

然而，大量动物实验证明，虽然GEN能减少骨丢失，却对子宫和乳腺无影响，而且还能抑制子宫内膜癌血管增生，控制肿瘤细胞的增殖，这是由于染料木素与雌激素同时作用于靶器官时，二者竞争结合雌激素受体，从而减轻雌激素的促细胞增殖作用，即弱雌激素起到反雌激素作用。

近来研究发现，GEN能减少破骨细胞的多核化及多核细胞核的数量，并能抑制细胞周期的S期，增加G0、G1、G2和M期，它还通过细胞因子来协调破骨细胞和成骨细胞间的交叉作用。染料木素可以通过旁分泌刺激成骨细胞增殖、分化，增加骨保护素的mRNA表达和蛋白质分泌。

GEN可以通过NF-KB信号通路抑制破骨细胞的活性，抑制骨破坏，也可以同时通过骨形成蛋白-2的表达、Wnt/β-cartenin、NO/cGMP和P38多种信号通路促进骨样细胞增殖和分化，并在成骨细胞分化过程中有效地诱导碱性磷酸酶(AKP)的基因和骨形成蛋白-2(BMP2)表达，促进骨髓基质细胞向成骨细胞的分化。因此，GEN对骨细胞有着双重作用，促进骨髓基质干细胞(BMSCs)向成骨方向分化和成骨细胞的分化，抑制破骨细胞的生成和活性，减少骨质破坏。

目前通过动物实验观察GEN骨代谢的研究也较多。实验都普遍运用去卵巢大鼠作为实验研究对象，而使用染料木素的有效剂量也各有不等，IshimiY证实给予低剂量染料木素(0.7mg/d)皮下注射，可预防和治疗去卵巢大鼠的小梁骨丢失，而高剂量组(5mg/d)则对骨质

的丢失无明显的预防作用，说明染料木素有效剂量并非越大越好，有学者在去卵巢大鼠实验中发现剂量0.5mg/d～1.6mg/d都能改善骨小梁密度，而5mg/d无显著差异。

Hertrampf发现去卵巢大鼠没有滚轮活动时，即使使用GEN也没有骨保护作用，提示GEN的骨保护活动和机体活动有密切联系。也有学者通过去卵巢猪和猴进行实验，但对骨组织无影响，提示染料木素也有种属差异。Mori等在志愿者实验中观察到，每日异黄酮100mg口服24周后，受试者的骨密度明显增加，说明染料木素在人体实验有效。

对脂代谢的研究进展

早在20世纪，人们就认识到高血脂对人体的危害，尤其是在心脑血管方面，并一直研究药物予以控制，目前的降脂药物主要是通过增加肝脏转运完成的，增加肝脏的损害，而雌激素替代疗法治疗高脂血症过程中，也发现其只能降低肝脏甘油三酯(TG)，血甘油三酯会升高，而且依然有肝损害的现象存在。到20世纪90年代开始，由于作为植物雌激素的染料木素安全有效性得到科学家的广泛认同，人们对其脂代谢作用的研究也逐渐增多。

朱文清等人通过对去卵巢大鼠模型观察发现，制模后，大鼠食量明显较对照组增加，4周后模型组大鼠体重增长明显比对照组较快，并有统计学意义，6周后解剖发现模型组腹部大量脂肪堆积，其血生化也显示低密度脂蛋白和甘油三酯较对照组明显升高。

目前其具体机制仍然尚不清楚，可能是去卵巢后大鼠的胰岛素分泌增加，导致肝脏合成胆固醇增加，同时不能及时清除胆固醇，导致血脂在体内大量堆积，甚至可以诱发脂肪肝。实验中还发现，去卵巢大鼠服用染料木素后，进食量的减少，从而抑制体重增加，干预去卵巢大鼠体内的能量平衡，减少腹部脂肪堆积，并影响其体内TG的代谢，实验甚至可以接近到对照组水平。

YokoTakahashi通过微阵列分析法对比GEN和大豆苷元，发现GEN比大豆苷元更能影响肝内脂肪合成基因表达，甚至影响碳水化合物代谢，最终达到降血脂的作用。GEN调节血脂的具体机制目前还没有定论，过去认为GEN调节血脂的具体机制可能是去卵巢后，大鼠的胰岛素分泌增加，导致肝脏合成胆固醇增加，同时不能及时清除胆固醇，导致血脂在体内大量堆积所致。

目前通过研究发现染料木素能参与胰岛素调节，控制胰岛素抵抗作用是影响脂代谢的重要原因。ChoiJS研究发现:去卵巢大鼠表现出体重增加和胰岛素抵抗指数上升，并认为GEN能减少胰岛素抵抗指数和肝脏脂肪酸合成酶的活性，同时染料木素也与琥珀酸脱氢酶和肉碱棕榈酰转移酶和β-在大鼠脂肪组织的氧化活性增加有关，从而判断了脂肪酸的代谢，胰岛素抵抗和氧化应激的差异表达与GEN密切相关，而GEN治疗可以帮助减少通过改善胰岛素抵抗来帮助卵巢切除后所致代谢紊乱。