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 ) 是內源性雌激素代謝產物中活性最強的一種，屬一種致癌物質。其代謝產物兒茶酚雌激素-3，4-苯醌(CE-3，4-Q) 和在代謝過程中產生的氧自由基都具有基因毒性，可與 DNA 結合，導致 DNA 的損傷。4-羥雌二醇可激活基質金屬蛋白酶的前體(ProMMPs)生成基質金屬蛋白酶(MMPs) ，促進腫瘤的轉移與發展。4-羥雌二醇可激活細胞核因子( NF-κB) 參與細胞的信號轉導，還可激活細胞外信號調節蛋白激酶( ERK) /絲裂原活化蛋白激酶(MAPK) 路線導致腫瘤的發生，因此 4-羥雌二醇與腫瘤的發生發展有著密切的關系。

生成過程^[1]

羥基化是雌激素代謝的開始，內源性雌激素的第 4 位上的碳原子經細胞色素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、子宮內膜癌的癌組織中都有 CYP1B1酶的高表達，因此 4-羥雌二醇主要在癌組織中形成。

代謝過程^[1]

4-羥雌二醇在體內的代謝有甲基化和氧化兩種途徑。4-羥雌二醇 經兒茶酚-O-甲基轉移酶(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毒的代謝產物， 最終隨尿液排出體外，從而阻止了4-羥雌二醇的致癌效應，對腫瘤的形成有防御作用，因此認為甲基化的代謝過程是解毒的過程， 當兒茶酚-O-甲基轉移酶活性降低或者表達量減少時氧化途徑就會增加。

CYP1B1 酶可以進一步氧化 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過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 P450( CYP)酶氧化催化作用形成苯醌類化合物。另一種途徑是: 通過使用非酶類銅離子(Cu²⁺ ) 這種基本結構， 通過銅離子中電子受體被催化，將電子傳遞給氧分子，發生反應產生氧自由基，CE-3，4-Qs 接受 2 個電子氧化成 CE-3，4-Q。CE-3，4-Q 在谷胱甘肽硫轉移酶(glutathione S-transferases，GSTs) 的催化下生成毒性較小的產物，并與谷胱甘肽(GSH) 結合生成親水性產物隨尿液排除體外， 谷胱甘肽硫轉移酶在兒茶酚雌激素代謝過程中起脂肪酸化作用，從而谷胱甘肽硫轉移酶在細胞的解毒過程中起到重要的作用，谷胱甘肽硫轉移酶活性的降低可使 CE-3，4-Q 與 DNA 結合的產物增加，導致腫瘤的發生。

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 發生氧化還原反應回到 4 －OHE₂。

相關研究^[1]

1、4-羥雌二醇代謝產物 CE-3，4-Q 的基因毒效應

4-羥雌二醇經氧化產生的最終產物 CE-3， 4-Q 可與DNA 結合發生反應，與腺嘌呤的N-3位反應生成腺嘌呤加合物4-羥雌二醇-1-N3-腺嘌呤 ( 4-羥雌二醇-1-N3-Ade)，與鳥嘌呤的 N-7 位反應生成鳥嘌呤加合物 4-羥雌二醇-1-N7-鳥嘌呤(4-羥雌二醇-1-N7-Gua)，在此過程中內源性的腺嘌呤可自發的從 DNA 鏈上脫落，形成脫嘌呤核苷位點，此位點可進行堿基的切割修復，研究發現此修復過程中有一定的錯配機率，引起 A 到 G 的突變，即形成 G．T 異型雙鏈。4-羥雌二醇 導致 BB 小鼠乳腺上皮組織的基因突變，在A∶ T 為基礎的部分有較高的致突變功能，尤其是 AT∶ GC 的轉變，CE-3，4-Q 主要導致 A． T 到 G．C 的轉變，引起基因的不穩定性和生物性狀的改變，從而導致乳腺上皮細胞的惡變和人類患癌癥的風險增加。突變的 DNA 在細胞中通過轉錄和翻譯發出促進細胞增值的信號，引起細胞的轉化和異型細胞的增值，導致腫瘤的發生如乳腺癌、子宮內膜癌等。

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， N-乙酰半胱氨酸是一種關節炎用藥，具有抗氧化作用和通過抑制血小板的抗凝血作用，對機體幾乎沒有毒性， Zahid 等對乳腺上皮腫瘤細胞( MCF-10F) 的進一步實驗研究表明，N-乙酰半胱氨酸可水解生成半胱氨酸(cysteine，Cys) ，半胱氨酸進一步形成谷胱甘肽， 谷胱甘肽與 CE-3，4-Q 結合，抑制 4-羥雌二醇-1-N3-腺嘌呤和 4-羥雌二醇-1-N7-鳥嘌呤的生成，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。但是結果表明 N-乙酰半胱氨酸并沒有影響三種酶(兒茶酚-O-甲基轉移酶、谷胱甘肽硫轉移酶、 苯醌類氧化還原酶類) 的表達，表明 N-乙酰半胱氨酸可以保持雌激素代謝反應的平衡，在雌激素致癌中它是潛在的保護因素。

2、4-羥雌二醇 代謝過程中氧自由基的產生及其致癌作用

在 4-羥雌二醇 代謝過程中有三種途經可以產生氧自由基，一是在氧化還原代謝的循環過程中，在酶類的催化作用下，產生有活性的中間代謝產物半醌類自由基， 半醌類自由基與氧分子進一步發生氧化反應，產生超氧化物和其他的氧自由基；二是非酶類機制，通過銅離子中電子受體被催化，將電子傳遞給氧分子， 發生氧化還原反應產生氧自由基，第三種自由基來源于脂質的氫過氧化物的分解， 與醛類( 包括丙二醛) 發生反應，產生氧自由基。4-羥雌二醇 產生的氧自由基可導致 DNA 的氧化損傷， 不會直接損傷 DNA， 主要導致嘌呤類和嘧啶類的氧化， 引起DNA 雙鏈的斷裂，使異型細胞表達增加，導致腫瘤的發生。

研究表明細胞外一些基質蛋白質類物質可阻止腫瘤細胞的形成，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金屬蛋白酶( MMPs) 。研究發現在乳腺癌組織的轉移灶中可檢測到基質金屬蛋白酶-2 和-9，表明它的激活在惡性腫瘤轉移中起主要作用，在氧分子的介導下，4-羥雌二醇 與銅離子反應產生的氧自由基可以激活基質金屬蛋白酶的前體生成基質金屬蛋白酶，基質金屬蛋白酶可降解一些有保護作用的基質蛋白質類物質，從而促進腫瘤的轉移和發展。

主要參考資料

[1]趙煥煥,李利.4-羥雌二醇與腫瘤關系的研究進展[J].現代腫瘤醫學,2012,20(10):2179-2181.