4-羟雌二醇与肿瘤的关系

介绍

在内源性雌激素的代谢产物中4-羟雌二醇(4-hydroxyestradiol,4−OHE2）是活性最强的一种，它是一种致癌物质，能改变生物的性状，尤其在癌症方面。它可进一步代谢形成半醌及醌类化合物，其具有基因毒性效应，它可直接与DNA结合诱发突变，从而促进癌症的发生。

图一 4-羟雌二醇

4-羟雌二醇的生成过程

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。

代谢过程

4-羟雌二醇在体内的代谢有甲基化和氧化两种途径。经儿茶酚-O-甲基转移酶( catechol −O−methytrans)ferase,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−OHE2的致癌效应，对肿瘤的形成有防御作用，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−OHE2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(glutathioneS−trans−(glutathioneS−trans− ferases,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−QCE−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)NQO2),可催化CE−3,4−Q发生氧化还原反应回到4−OHE2

与肿瘤的关系

4−OHE2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−3N−3位反应生成腺嘌呤加合物4−0HE2−1−N3−腺嘌呤(4−OHE2−1−N3−Ade)与鸟嘌呤的N−7N−7位反应生成鸟嘌呤加合物4−OHE2−1−N7-鸟嘌呤(4−OHE2−1−N7−Gaa)，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，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−OHE2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。

4-OHE₂代谢过程中氧自由基的产生

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。在氧分子的介导下，4-OHE2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。

4−OHE2参与的细胞信号转导

4-羟雌二醇可通过磷酰化快速激活 ERK/MAPK路线，介导细胞的生长和增值分化，还可以导致细胞结构的破裂和细胞外促有丝分裂因素的表达致细胞死亡，ERK/MAPK 通路的过度激活可导致Raf基因突变，从而可导致肿瘤的发生，抑制激酶的活性可阻断信号的传递来抑制肿瘤的发生[1]。

合成

以4-羟基雌酮为原料，将其溶解于甲醇或乙醇等醇类溶剂中，在室温或冰浴条件下缓慢加入硼氢化钠进行还原反应，使分子中C17位的酮羰基选择性还原为17β-羟基。反应完成后加入水或稀酸淬灭过量硼氢化钠，随后采用有机溶剂萃取，水洗、干燥并减压浓缩，所得粗产物再经柱层析或重结晶纯化，即可得到4-羟基雌二醇[2]。

图二 4-羟雌二醇的合成

参考文献

[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. DOI:10.3969/j.issn.1672-4992.2012.10.68

[2]Majgier-Baranowska H., Marat K., Templeton JF., et al. Synthesis of 4-hydroxyestrogens from steroid 4,5-epoxides: thermal rearrangement of 4-chloro-4,5-epoxides[J]. Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1,1998,0(12):1967-1972.