4-羟雌二醇的生成及代谢

背景及概述^[1]

4-羟雌二醇( 4-hydroxyestradiol，4-羟雌二醇 ) 是内源性雌激素代谢产物中活性最强的一种，属一种致癌物质。其代谢产物儿茶酚雌激素-3，4-苯醌(CE-3，4-Q) 和在代谢过程中产生的氧自由基都具有基因毒性，可与 DNA 结合，导致 DNA 的损伤。4-羟雌二醇可激活基质金属蛋白酶的前体(ProMMPs)生成基质金属蛋白酶(MMPs) ，促进肿瘤的转移与发展。4-羟雌二醇可激活细胞核因子( NF-κB) 参与细胞的信号转导，还可激活细胞外信号调节蛋白激酶( ERK) /丝裂原活化蛋白激酶(MAPK) 路线导致肿瘤的发生，因此 4-羟雌二醇与肿瘤的发生发展有着密切的关系。

生成过程^[1]

羟基化是雌激素代谢的开始，内源性雌激素的第 4 位上的碳原子经细胞色素P450( cytochrome P450，CYP) 酶催化生成 4-羟雌二醇，在第 4 位上起羟化作用的细胞色素 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、子宫，在乳腺癌、 卵巢癌、子宫内膜癌的癌组织中都有 CYP1B1酶的高表达，因此 4-羟雌二醇主要在癌组织中形成。

代谢过程^[1]

4-羟雌二醇在体内的代谢有甲基化和氧化两种途径。4-羟雌二醇 经儿茶酚-O-甲基转移酶(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无毒的代谢产物， 最终随尿液排出体外，从而阻止了4-羟雌二醇的致癌效应，对肿瘤的形成有防御作用，因此认为甲基化的代谢过程是解毒的过程， 当儿茶酚-O-甲基转移酶活性降低或者表达量减少时氧化途径就会增加。

CYP1B1 酶可以进一步氧化 4-羟雌二醇 生成儿茶酚雌激素-3，4-半醌(CE-3，4-Qs) 类化合物。氧化形成的半醌类化合物可经过两种途径代谢生成儿茶酚雌激素-3，4-苯醌(CE-3，4-Q) 类化合物，一种途径是: 经 P450( CYP)酶氧化催化作用形成苯醌类化合物。另一种途径是: 通过使用非酶类铜离子(Cu²⁺ ) 这种基本结构， 通过铜离子中电子受体被催化，将电子传递给氧分子，发生反应产生氧自由基，CE-3，4-Qs 接受 2 个电子氧化成 CE-3，4-Q。CE-3，4-Q 在谷胱甘肽硫转移酶(glutathione S-transferases，GSTs) 的催化下生成毒性较小的产物，并与谷胱甘肽(GSH) 结合生成亲水性产物随尿液排除体外， 谷胱甘肽硫转移酶在儿茶酚雌激素代谢过程中起脂肪酸化作用，从而谷胱甘肽硫转移酶在细胞的解毒过程中起到重要的作用，谷胱甘肽硫转移酶活性的降低可使 CE-3，4-Q 与 DNA 结合的产物增加，导致肿瘤的发生。

此外，依赖还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(reduced form of nicotinamide adenine dinucleotiole phosphate，NADPH) 的苯醌类氧化还原酶类( quinone oxidoreductase 1，NQO1 和 quinone oxidoreductase 2，NQO2) ，可催化 CE-3，4-Q 发生氧化还原反应回到 4 －OHE₂。

相关研究^[1]

1、4-羟雌二醇代谢产物 CE-3，4-Q 的基因毒效应

4-羟雌二醇经氧化产生的最终产物 CE-3， 4-Q 可与DNA 结合发生反应，与腺嘌呤的N-3位反应生成腺嘌呤加合物4-羟雌二醇-1-N3-腺嘌呤 ( 4-羟雌二醇-1-N3-Ade)，与鸟嘌呤的 N-7 位反应生成鸟嘌呤加合物 4-羟雌二醇-1-N7-鸟嘌呤(4-羟雌二醇-1-N7-Gua)，在此过程中内源性的腺嘌呤可自发的从 DNA 链上脱落，形成脱嘌呤核苷位点，此位点可进行碱基的切割修复，研究发现此修复过程中有一定的错配机率，引起 A 到 G 的突变，即形成 G．T 异型双链。4-羟雌二醇 导致 BB 小鼠乳腺上皮组织的基因突变，在A∶ T 为基础的部分有较高的致突变功能，尤其是 AT∶ GC 的转变，CE-3，4-Q 主要导致 A． T 到 G．C 的转变，引起基因的不稳定性和生物性状的改变，从而导致乳腺上皮细胞的恶变和人类患癌症的风险增加。突变的 DNA 在细胞中通过转录和翻译发出促进细胞增值的信号，引起细胞的转化和异型细胞的增值，导致肿瘤的发生如乳腺癌、子宫内膜癌等。

研究表明 N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine， NAcCys) 可抑制 CE-3，4-Q 的基因毒效应， N-乙酰半胱氨酸是一种关节炎用药，具有抗氧化作用和通过抑制血小板的抗凝血作用，对机体几乎没有毒性， Zahid 等对乳腺上皮肿瘤细胞( MCF-10F) 的进一步实验研究表明，N-乙酰半胱氨酸可水解生成半胱氨酸(cysteine，Cys) ，半胱氨酸进一步形成谷胱甘肽， 谷胱甘肽与 CE-3，4-Q 结合，抑制 4-羟雌二醇-1-N3-腺嘌呤和 4-羟雌二醇-1-N7-鸟嘌呤的生成，从而降低 4-羟雌二醇-1-N3-腺嘌呤和 4-羟雌二醇-1-N7-鸟嘌呤致 DNA 突变作用。N-乙酰半胱氨酸可明显的使醌类回到 4-羟雌二醇。但是结果表明 N-乙酰半胱氨酸并没有影响三种酶(儿茶酚-O-甲基转移酶、谷胱甘肽硫转移酶、 苯醌类氧化还原酶类) 的表达，表明 N-乙酰半胱氨酸可以保持雌激素代谢反应的平衡，在雌激素致癌中它是潜在的保护因素。

2、4-羟雌二醇 代谢过程中氧自由基的产生及其致癌作用

在 4-羟雌二醇 代谢过程中有三种途经可以产生氧自由基，一是在氧化还原代谢的循环过程中，在酶类的催化作用下，产生有活性的中间代谢产物半醌类自由基， 半醌类自由基与氧分子进一步发生氧化反应，产生超氧化物和其他的氧自由基；二是非酶类机制，通过铜离子中电子受体被催化，将电子传递给氧分子， 发生氧化还原反应产生氧自由基，第三种自由基来源于脂质的氢过氧化物的分解， 与醛类( 包括丙二醛) 发生反应，产生氧自由基。4-羟雌二醇 产生的氧自由基可导致 DNA 的氧化损伤， 不会直接损伤 DNA， 主要导致嘌呤类和嘧啶类的氧化， 引起DNA 双链的断裂，使异型细胞表达增加，导致肿瘤的发生。

研究表明细胞外一些基质蛋白质类物质可阻止肿瘤细胞的形成，但这些蛋白通常被蛋白酶类水解，这些蛋白酶类主要是基质金属蛋白酶( MMPs) 。研究发现在乳腺癌组织的转移灶中可检测到基质金属蛋白酶-2 和-9，表明它的激活在恶性肿瘤转移中起主要作用，在氧分子的介导下，4-羟雌二醇 与铜离子反应产生的氧自由基可以激活基质金属蛋白酶的前体生成基质金属蛋白酶，基质金属蛋白酶可降解一些有保护作用的基质蛋白质类物质，从而促进肿瘤的转移和发展。

主要参考资料

[1]赵焕焕,李利.4-羟雌二醇与肿瘤关系的研究进展[J].现代肿瘤医学,2012,20(10):2179-2181.