刘兆平 中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所（ 北京 100050）
摘要：大豆异黄酮是一种结构与雌激素相似，具有雌激素活性的植物性雌激素。本文从流行病学、临床试验、动物实验和体外实验等各方面，对大豆异黄酮与心血管疾病、乳腺癌绝经后骨质疏松和更年期潮热等疾患的关系进行综述。结果表明该物质对上述激素依赖性疾患有保护作用。本文还从受体和非受体水平探讨其可能的作用机制，同时也指出该领域尚待深入研究之处。
关键词：大豆异黄酮，心血管病，乳腺癌，骨质疏松，潮热
异黄酮（Isoflavones）是植物雌激素的一类，以大豆中含量最为丰富，主要有大豆黄苷元（Daidzein）和染料木苷元（Geinistein）两种，它们结构与雌激素相似，为含有芳香环的非类固醇化合物[1-2]。大豆异黄酮在大豆中通常以没有活性的糖苷结合形式存在，只有经肠道菌群的葡萄糖苷酶分解后，形成非糖苷型异黄酮才具有生物活性。自然界中，鸡豆黄素A（Biochanin A）和刺芒柄花素（Formononetin）分别是大豆黄苷元和染料木苷元的前体，这两种前体在肠道菌群作用下转化成大豆异黄酮；染料木苷元可进一步代谢成P-甲基酚，大豆黄苷元则可分解成活性更强的雌马酚（Equol）和O-去甲基安哥拉紫檀素（O-DMA）[3]。
未被肠道菌群分解的结合型异黄酮不易被吸收，直接从胆汁分泌入肠道排出体外；去糖苷型的异黄酮经肝肠循环代谢，可与糖苷重新结合形成无生物活性化合物。由于大豆中异黄酮含量受大豆种类、产地、收获季节以及真菌感染和加工过程的影响，因此人群的摄入量差异很大，日本居民异黄酮平均摄入量约为20-30 mg/d，而欧美等发达国家居民的异黄酮摄入量较低[4]。由于影响异黄酮代谢的首要因素是大肠的肠道菌群[5]，其它诸如性别、膳食脂肪和纤维以及内源性雌激素水平对异黄酮代谢也会有不同程度的影响，因此即使异黄酮摄入量相同，不同个体血浆异黄酮浓度也有很大的差异[3]，这可能是导致不同地区研究者研究结果不同甚至相反的原因之一。
大豆异黄酮带有两个或三个羟基和芳香环，此结构相对稳定，易于通过细胞膜，并利于和受体蛋白以及酶结合[5]。与雌激素相似的结构特点使异黄酮能够与雌激素受体（ER）结合，从而表现出雌激素活性和抗雌激素活性。异黄酮对机体健康的保护作用以及对疾病的预防治疗作用，大多数是由这两个重要的生物活性决定的。至于异黄酮在细胞和体内最终表现为何种活性，主要由其局部浓度、内源性雌激素水平以及组织器官的ER水平决定[6]。异黄酮的雌激素活性很弱，一般仅为雌二醇的10-3—10-5倍[7]；当异黄酮浓度较高时，可与雌激素竞争ER，从而表现为抗雌激素活性[8]。大豆异黄酮的其它生物学活性包括：抗氧化活性、抑制细胞增殖和分化、抗血管生成、促进性激素结合球蛋白（SHBG）合成等[9-11]。
大豆膳食对疾病发病率的影响引起人们对大豆异黄酮与人类健康的关注和深入研究，流行病学调查发现[12-14]，亚洲人（尤其是日本人）乳腺癌、心血管疾病、更年期潮热的发病率明显低于欧美等国，尽管这种差异被认为与欧美的高脂膳食和亚洲的高纤维膳食密切相关。但随着研究的深入，植物雌激素（或大豆异黄酮）在这些疾病发生中的作用愈来愈引起研究者的重视[2,6]。大多数学者认为大豆异黄酮摄入的差异是导致上述疾病发病率不同的主要原因。迄今为止，大量的流行病学调查、临床试验、动物实验以及体外实验均已证实了大豆异黄酮在女性心血管疾病、乳腺癌、更年期潮热、绝经后骨质疏松的发病和预防治疗中具有重要的作用。
一、 心血管疾病
女性进入更年期后，由于卵巢机能衰退，体内雌激素水平合成与分泌不足，雌激素的下降会导致脂肪和胆固醇代谢失常，使绝经女性血脂和胆固醇升高而导致心血管疾病发病率和死亡率增加。据统计，绝经女性冠心病发病率较绝经前增加2-3倍，绝经女性使用雌激素替代疗法（ERT）后，心血管病的发病危险性下降35-50%。研究表明，具有雌激素活性的大豆异黄酮在女性心血管疾病发病中可能发挥重要作用。
Berglehole [13]进行的流行病学调查结果显示，美国40-69岁女性的冠心病死亡率是日本同年龄组女性的8倍。作者对资料进行细致的分析后发现，大豆蛋白对动脉粥样硬化率的降低作用可能是引起上述死亡率差异的主要原因。Artaud-Wild等[15]对亚洲和发达的工业国家的冠心病死亡率进行比较也得到相似结论。但由于亚洲和欧美等国生活方式和饮食文化的巨大差异，尚不能排除其它因素或食物成分在冠心病发生中的作用，因此在流行病学方面，仍存在不同意见和需进行深入研究之处。
临床试验、动物实验以及体外实验的研究结果进一步肯定了大豆异黄酮在心血管疾病中的作用。Cassidy及其同事[16]进行了一项人群膳食干预试验，发现血胆固醇正常的女性每天摄入45 mg的异黄酮后，可使血胆固醇下降。Potter等[17]对66名高胆固醇血症的绝经女性进行为期6月的干预试验，试验组每天服用40 g大豆蛋白，结果发现血浆总胆固醇下降了约0.40 mmol/L，而HDL则上升了0.065 mmol/L，实验结束时总胆固醇与HDL之比下降0.5。此结果表明大豆异黄酮具有降低血浆胆固醇的作用。Anderson[18]对38项大豆异黄酮与血脂或胆固醇关系的研究进行Meta分析，结果发现有34项研究证实大豆异黄酮的降血脂作用。在这些试验中，大豆蛋白平均摄入量为47 g/d，而血清总胆固醇平均降低了0.59 mmol/L（9.3%）。
Anthony研究小组[19]利用猕猴研究大豆蛋白对高脂膳食诱导的心血管疾病血脂指标的影响。雌性猕猴被分成3组，Ⅰ组饲料以酪蛋白为蛋白源，Ⅱ 组饲料以去掉异黄酮（乙醇提取）的大豆蛋白为蛋白源，Ⅲ 组饲料以大豆蛋白的粗提物为蛋白源（相当于每人每天143 mg异黄酮）。部分实验结果列于表1，可见含有异黄酮的大豆蛋白可有效地降低总胆固醇、LDL、VLDL，并抑制动脉粥样斑块的形成。本实验不仅为大豆异黄酮在心血管疾病中的保护作用提供了证据，而且也证明大豆蛋白中发挥降脂作用的成分是异黄酮。
表1 蛋白和异黄酮对雌性猕猴血胆固醇和粥样斑块的影响
|
组别 |
LDL+VLDL 胆固醇 |
HDL 胆固醇 |
粥样斑块 |
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浓 度
(mmol/L) |
降低率 （ % ） |
浓度 (mmol/L) |
升高率 （ % ） |
发 生 率
（ % ） |
斑块面积（ cm 2 ） |
降低程度（ % ） |
|
Ⅰ |
11.30 ± 0.62 |
0 |
1.09 ± 0.10 |
0 |
73 |
0.13 |
0 |
|
Ⅱ |
10.42 ± 0.57 |
8 |
1.29 ± 0.08 |
19 |
64 |
0.06 |
50 |
|
Ⅲ |
7.84 ± 0.59 |
29 |
1.60 ± 0.08 |
48 |
45 |
0.02 |
85 |
最近20年，研究者对大豆异黄酮在心血管疾病中的作用机制进行了大量研究，Anthony[19]认为其作用机制是多元性的，目前较成熟的机制有如下几种：
（1）LDL受体调节[20]。大豆异黄酮可以使LDL受体发生向上性调节（up-regulation），增加LDL受体活性，从而促进胆固醇的清除；（2）抗氧化特性。体外研究表明[21]，大豆蛋白具有降低LDL颗粒体积和保护LDL过度氧化作用，异黄酮通过这种作用可降低LDL颗粒在冠状动脉壁上的沉积，从而减少粥样硬化的发生率；（3）抑制血管平滑肌细胞的增殖[9]。细胞培养发现25μmol/L的染料木苷元可降低基底纤维生长因子（bFGF）以及纤维蛋白溶酶原激活因子的活性，从而抑制平滑肌细胞增殖，而这种细胞的增殖在粥样硬化的发生发展中具有重要的促进作用；（4）抗血栓生成作用[22]。酪氨酸蛋白磷酸化与血小板活性密切相关，染料木苷元通过对酪氨酸激酶的抑制作用而降低血小板内酪氨酸蛋白磷酸化，进而导致血小板活性降低，使其在血管上的沉积和聚积减少，阻止粥样硬化的发生。但Nakashima[23]通过研究则认为染料木苷元和大豆黄苷元可以阻止血栓素A2与其受体结合从而导致血小板对异黄酮无应答。所以这一机制尚需进一步研究证实。
最近有的学者开始关注脂蛋白（a）[LP(a)]在异黄酮保护机制中的作用[6]。LP(a)是一种独立的冠心病危险因子，不受一般膳食、药物治疗的影响，但绝经女性使用雌激素治疗后，该物质浓度则显著下降，因此根据大豆黄苷元和染料木苷元的雌激素活性以及可与ER结合的特性，有的学者推测异黄酮可能会通过降低LP（a）来减少冠心病发生的危险性，当然这需要研究来证实。转化生长因子β1（TGFβ1）异常降低也是冠心病发生的危险因素，染料木苷元可诱导TGFβ1的生成，因此该途径也被认为是异黄酮发挥作用的可能机制[24]。
二、 乳腺癌
有关大豆摄入量与乳腺癌发病率的流行病学调查很多。Ingram等[25]通过长期的流行病学调查，发现豆浆的摄入量与乳腺癌的发病率呈负相关；移居美国的日本人和中国人，其乳腺癌发病率仍低于美国本土居民，这可能与前者早期的大豆摄入量高有关； Wu等[12]对1990年后在不同国家进行的4个病例-对照研究进行比较分析，结果发现无论在欧美等发达国家，还是在亚洲等国，随着居民每天大豆摄入量或每年豆制品消费次数的增加，乳腺癌的相对危险度呈下降趋势。该结果为大豆在乳腺癌发病率中的作用提供了有力的流行病学证据。
给大鼠喂饲含大豆蛋白的饲料，然后暴露于化学致癌物，发现大豆蛋白可以阻止肿瘤的生成，但当用乙醇除去大豆蛋白中的异黄酮后，这种肿瘤抑制作用消失[26]。Giri等[27]通过研究证实，染料木苷元和大豆黄苷元可以抑制7，12-二甲基苯蒽诱导的DNA加合物的生成。Lamartiniere等[28]的研究结果对大豆异黄酮在乳腺癌中的作用更具说服力。研究者以新生大鼠为研究对象，每天喂以染料木苷元，给以7，12-二甲基苯蒽后，发现染料木苷元可以延长癌发生的潜伏期，并对大鼠成年后乳腺癌的发生率有显著的降低作用。这一结果表明早期接触异黄酮有利于后期的癌症预防，这也可以作为解释移居美国的亚洲人（早期大豆异黄酮摄入量高）乳腺癌发病率仍低于美国本土人的原因。
多细胞系培养实验的研究结果进一步证实异黄酮对乳腺癌的抑制作用，同时也揭示了大豆异黄酮的抑癌机制。就目前的研究来看，大豆异黄酮（主要是染料木苷元）的抗癌机制涉及到雌激素受体依赖性和非雌激素受体依赖性。在体外实验中，用的最多的是人类乳腺癌细胞（MCF-7）系。该细胞为ER阳性，雌激素或具有雌激素作用的化合物作用于该细胞可产生特异性反应。通过MCF-7细胞培养发现染料木苷元低浓度时可促进细胞增殖，但当染料木苷元浓度大于10μmol/L时，则表现为细胞增殖的抑制作用。而且当染料木苷元和雌二醇同时存在时，前者可竞争性结合于细胞核上的ER，从而避免雌二醇与DNA形成致突变性的加合物。这些研究说明大豆异黄酮对乳腺癌的抑制作用时通过ER途径介导的[6,29]。但另有研究表明[9,30]，2.5×10-5—10-4 M的染料木苷元可表现出对MCF-7细胞的抑制作用，作者认为这一浓度范围正好处于酪氨酸激酶和Ⅱ型DNA拓扑异构酶抑制浓度范围之内，酪氨酸激酶与表皮生长因子、胰岛素类生长因子、血小板源性生长因子等细胞因子的受体密切相关，它们在细胞增殖和转化中发挥重要作用，异黄酮通过抑制酪氨酸激酶使癌细胞增殖受阻；染料木苷元也可通过抑制Ⅱ型DNA拓扑异构酶，从而使癌细胞中与蛋白质结合的DNA链断裂，使癌细胞死亡。染料木苷元这种通过干扰受体后信号通路和DNA 功能而发挥的抑制作用是非ER依赖的。Wang等[31]还认为染料木苷元可干扰E2的活性，降低ERmRNA的表达，并可使机体对内源性雌激素的反应性下降，这种抗雌激素作用也是其抗癌机制之一。
染料木苷元具有抗氧化和抑制过氧化物生成的作用[11,32]。在人类多型核淋巴细胞（PMNS）和HL60细胞内，染料木苷元可强烈抑制由肿瘤促进子12-O酰佛波醇13-乙酸酯（TPA）诱导的H2O2生成，其抑制作用在1-15μM浓度范围内呈剂量效应关系；染料木苷元对HL-60细胞超氧化阴离子的产生也有抑制作用。由于过氧化物是诱发癌症的有害因素，因此，染料木苷元的抗氧化作用也是其抗癌机制之一。
研究表明，染料木苷元可影响激素代谢酶的活性[5,33]。芳香酶是雄激素向雌激素的转化酶，而17β雌酮脱羟酶是雌酮向雌二醇的转化酶，染料木苷元通过对这些代谢酶活性的抑制作用，可使细胞内雌酮和雌二醇浓度降低，从而阻止雌激素在细胞内形成DNA加合物，达到抑致癌发生的目的。同时，通过这种酶抑制作用，大豆异黄酮也可使体内的雌激素代谢物种类和含量发生变化，Xu等[34]进行的一项人体试验证实了这一点。给12名绝经前女性每天服用相当于10，15，129 mg/d大豆异黄酮的大豆蛋白，持续100天后，发现尿中的4（OH）E1、4（OH）E2和16(OH)E2等雌激素代谢物的浓度显著下降，而上述代谢物可与DNA生成加合物，具有遗传毒性，被认为是乳腺癌的危险因子。根据此结果，Xu等认为影响体内雌激素代谢也是异黄酮抗癌的机制之一。另有一些学者认为异黄酮的促进SHBG[10]合成以及延长月经周期的作用[35]，也是其可能的抗癌机制。
三 绝经后潮热症状及骨质疏松
女性绝经后，体内雌激素水平下降会引起一系列以潮热出汗为特征的更年期症状。骨质持续丢失是衰老的自然过程，老年女性骨质疏松发病率较男性高，其中主要原因是女性进入更年期后雌激素水平快速下降，从而加速骨质丢失。由于破骨细胞上有ER，雌激素可以与ER结合降低破骨细胞的活性，从而限制骨吸收，有利于绝经后骨质疏松的预防和治疗[36]。
流行病学调查结果显示，在日本有25%的更年期女性主诉有潮热出汗症状，但在北美这种女性则高达85%[37]。WHO对日本和欧美绝经女性骨质疏松发病率进行比较，发现日本骨质疏松和髋骨骨折发病率明显低于欧美等国[14]。近10年来，各国家学者进行大量临床试验和动物实验试图找到大豆摄入量与更年期女性骨质疏松和潮红发生率之间的关系。Albertazzi等[38]对104名绝经后女性进行了膳食干预试验，给受试者每天服用60 g大豆蛋白，持续12周。最后发现有45%的患者潮热症状消失，明显高于对照组；结果表明大豆蛋白对绝经女性潮热症状有显著的改善作用。另有一些人体实验同时观察了大豆蛋白对阴道细胞学和潮热症状的影响，但结果不尽一致（表2）。这可能与实验地区、受试人群、大豆制品的形式以及试验时间有关。
对于大豆异黄酮与骨质疏松关系的临床实验很少。最近Potter[17]对绝经后高胆固醇血症妇女进行了一项膳食干预实验。66位女性分为3组，一组为对照组，一组每天摄入56 mg异黄酮，另一组每天摄入90 mg异黄酮。持续60天后测定受试者第1-4腰椎矿物质含量和骨密度。结果发现，每天摄入90 mg异黄酮的受试者骨矿物质含量和骨密度增加了2%，与对照组相比有显著性差异。
临床用异丙黄酮（Ipriflavone）来降低绝经期骨丢失是异黄酮与骨质疏松关系的另一有力证据。异丙黄酮为合成异黄酮，它可作为急性卵巢功能缺陷的治疗药物，每天服用200-600 mg能有效增加骨质含量减少骨质丢失，这可能与其在肠道内被细菌转化成包括大豆黄苷元在内的许多代谢物有关[39,40]。在异黄酮与骨质疏松的关系上，目前主要集中在以去势大鼠为模型的动物实验上，大量研究表明大豆异黄酮具有减少骨丢失，促进骨生成的作用[3,6,41]。
上面所述的慢性疾病均是激素依赖性疾病。另有研究表明，大豆异黄酮对非激素依赖性疾病或损伤也有保护作用。大豆异黄酮的抗氧化特性可保护DNA免受紫外线损伤[42]，可避免因缺血再灌注引起的肝脏损伤[43]，对2型糖尿病的肾功能和蛋白尿也有一定的改善作用[44]。
综上所述，大量的流行病学临床实验和动物实验以及体外实验均证实了大豆异黄酮对女性慢性疾病的保护作用。勿容置疑，增加大豆及大豆制品的摄入有益于人体健康。随着社会的老龄化，绝经女性的健康已引起全社会的关注，用ERT来治疗与体内雌激素低下有关的疾病会增加患乳腺癌的危险性[45]，而且绝经女性不愿接受ERT[46]，因此大豆异黄酮在女性雌激素依赖性疾病中具有很好的应用前景。
但是在大豆异黄酮与疾病关系上仍需进行深入的研究，因为到目前为止，对大豆蛋白对血胆固醇的作用仍存在相反意见[47]；对于异黄酮与癌症关系，不能仅从人类细胞株实验和动物实验外推到人体，仍需进行更多的人体干预实验。而对于大豆异黄酮与潮热和骨质疏松的关系需要更多人体实验来进一步证实大豆异黄酮作用，对其机制也需深入探讨。而且大豆异黄酮与其它食物成分的相互作用尚未见报道，每日推荐量也未最后确定。因此对于大豆异黄酮的作用及其机制仍需进行深入细致的研究。
参考文献
1. Setchell KDR. Phytoestrogens: the biochemistry, physiology and implications for human health of soy isoflavones. Am J Clin Nutr 1998; 68(s):1333s-46s
2. Wu AH, Zieglar RG, Nomura AMY et al. Soy intake and risk of breast cancer in Asians and Asian Americans. Am J Clin Nutr 1998: 68(s): 1437s-43s
3. Cassidy A, Bingham S, Setchell K. Biological effects of isoflavones in young women: importance of the chemical composition of soybean products. Br J Nutr 1995; 74: 587-601
4. Arjmandi BH, Aleked L, Hollis BW, et al. Dietary soybean protein prevents bone loss in an overiectomized rat model of osteoporosis. J Nutr 1996; 126: 161-7
