达能营养中心第九届学术研讨会论文集

摘要：吲哚3甲醇是十字花科蔬菜抗癌作用的主要成分之一，该化合物及其在胃中形成的数种多聚代谢产物可多途径地产生抗雌激素生物效应，而雌激素是乳腺癌发生的重要危险因素，故吲哚3甲醇的抗雌激素效应是预防乳腺癌的重要机制。本文就吲哚3甲醇的这一效应及其预防乳腺癌作用加以综述。
关键词:吲哚3甲醇；雌激素；乳腺癌

吲哚3甲醇（indole3carbinol, I3C）广泛存在于十字花科蔬菜中，包括花茎甘蓝，抱子甘蓝，大白菜，萝卜，辣根，水田芥菜，花椰菜等。十字花科蔬菜含多种抗肿瘤成分，I3C是其中研究最重要的一种植物化学物。在不同的动物模型中，I3C能有效的预防雌激素相关的癌症如乳腺癌，子宫内膜癌和宫颈癌［1］，并且有望成为乳腺癌化学防癌剂和治疗剂。I3C具有多重的抗癌和抗肿瘤活性，它对乳腺癌的预防作用可能的机制有：调节G1／S细胞周期停滞并诱导细胞凋亡，抗雌激素活性，抑制DNA加合物形成，诱导DNA修复等。国外从动物实验到细胞生物学都已做了大量较为深入的研究，国内在这方面做得还较少。I3C抗雌激素效应是十字花科蔬菜预防乳腺癌作用重要机制，本文仅对I3C这一作用机制及其在乳腺癌预防中的重要作用进行综述。
1I3C食物来源及代谢
包括I3C在内的吲哚类物质及异硫氰酸盐（isothiocyanates）为天然存在于各种十字花科蔬菜中的葡糖异硫氰酸盐（glucosinolates）在植物组织黑芥子硫苷酸酶（myrosinase）作用下产生的降解产物，是目前研究的最多的十字花科蔬菜的成分。十字花科植物细胞因食物加工处理（如切碎，烹调，冷冻，加压）或咀嚼受到破坏释放出黑芥子硫苷酶, 葡糖异硫氰酸盐经黑芥子酶水解生成I3C及异硫氰酸盐［2］。I3C在酸性环境中不稳定，进入胃内的可以继续发生缩合反应而形成3，3二吲哚甲烷（3,3diindolylmethane，DIM）及其它一系列多聚体，如吲哚［3,2b］并咔唑(indolo［3,2b］carbazole，ICZ)、5,6,11,12,17,18六氢环壬烷［1,2b:4,5b:7,8b_］三吲(5,6,11,12,17,18hexahydrocyclonona［1,2b:4,5b:7,8b］triindole CTr)和2(吲哚3基甲基)3,3二吲哚甲烷(2(indol3 ylmethyl)3,3diindolylmethane LTr1)等衍生物［3］。DIM和LTr1是口服I3C后血清中的主要代谢产物，其它更少量的代谢物也可经高效液相色谱法（high performance liquid chromatography, HPLC）测出,有研究测定了I3C进入机体后在肝脏中的各种代谢产物浓度发现，DIM占24%，LTr1占20%，其它微量代谢物如ICZ的浓度则非常低［4］。现多数研究认为I3C的各种生物学效应可能主要应归因于这些多聚体的作用，其中DIM的作用尤为重要，其它代谢产物如ICZ、CTr和LTr1也逐渐引起人们的关注。I3C经代谢后主要从尿中排出，40h以后则主要经粪排出体外。
2雌激素与乳腺癌
乳腺癌是危害妇女健康最常见恶性肿瘤之一，全球每年约120多万妇女罹患乳腺癌，50万死于该病。在西欧、北美等国家，乳腺癌的发病率占女性恶性肿瘤首位；而处于相对低发区的中国，发病率也呈逐年上升趋势。虽然乳腺癌病因学复杂，发病机制也不完全清楚，但还是有一些比较明确的危险因素，如高雌激素水平，遗传因素，生殖因素，电离辐射，生活习惯。其中雌激素被认为是刺激基因突变的潜在因子，现已明确延长雌激素暴露时间是雌激素依赖性肿瘤，特别是乳腺癌的主要危险因素。雌激素主要通过其代谢产物和雌激素受体（estrogen receptor, ER）两条途径发挥雌激素效应，影响乳腺癌的发生发展。
21雌激素代谢产物与乳腺癌雌激素通过肝脏细胞色素P450同功酶（cytochrome P450，CYP）在C2、C4和Cl6α位羟化，分别生成2OHE1／2，4OHE1／2和16αOHE1／2等不同系列的代谢产物。不同酶催化不同位置的羟化反应，如CYP1A1／1A2主要催化2羟化反应，而CYP1B1主要对C4位进行羟化。2OHE1(2羟雌酮)是乳腺癌的保护性因素，作为一种弱雌激素可起到抗雌激素效应，体外实验发现2OHE1促进细胞增殖作用比16αOHE1要弱得多,几乎没有细胞增殖活性［5］。由此可以合理解释为什么I3C诱导的雌激素2羟化反应能消除雌二醇的细胞增殖效应。而CYP1B1催化产生的4OHE2(4羟雌二醇)能产生自由基引起DNA损伤，在良性和恶性乳房肿瘤中都可检测到高水平的4OHE2［28］。而16αOHE1(16α羟雌酮)也被认为是乳腺上皮细胞肿瘤转化的一种弱启动因子或促进因子，雌二醇(E2)致乳腺肿瘤效应部分是该代谢产物的作用。体内研究显示雌二醇16α羟化作用的增强与发生乳腺癌的危险性一致，16αOHE1诱导具有遗传毒性的DNA损伤和细胞增殖过程与化学致癌物的作用相似［6］。所以4OHE2 和16αOHE1都可能引起乳腺癌发生，被认为是可疑的内源性致癌物。因此可以把2／16αOHE1或2／4OHE1比值作为乳腺癌内分泌激素生物学标志，现在2／16αOHE1比值与乳腺癌的关系是研究的热点，比值增高提示可以对机体起保护作用，比值降低则提示有发生乳腺癌危险。Meilahn［7］等对目标人群尿中2／16αOHE1与乳腺癌的关系进行前瞻性研究发现，患乳腺癌的绝经后妇女2／16αOHE1较对照组低15%，2／16αOHE1比值最高组人群乳腺癌发生危险性降低约30%。Muti［8］等研究也观察到绝经前妇女2／16αOHE1比值较高与乳腺癌发生危险降低一致。
22雌激素受体与乳腺癌雌激素受体是一类配体活化的转录调节因子，可分膜受体和核受体，有A／B、C、D、E、F 5个功能区，并含有AF1和AF2  2个转录活性位点，ER分ERα和ERβ两种亚型，最近又发现ERγ亚型。雌激素依赖的基因转录激活过程可分为3步，雌激素和ER结合形成二聚体，然后激活的ER与雌激素反应元件(estrogen response elements，ERE)结合，ERERE复合物促使形成起始复合物诱导转录。此外，由ERα、ERβ介导的生物学效应还与各种雌激素共激活因子的参与密不可分。ERs是大多数恶性乳腺肿瘤中雌激素促有丝分裂反应的关键因素，在乳腺癌变发生发展过程中，雌激素与ER结合，激活或抑制下游靶基因转录和表达，导致正常细胞表型及生物学特性改变，诱发肿瘤发生，并且还可以诱导细胞分裂周期和细胞分化的基因如cMyc和cyclin D1［29］，促进肿瘤细胞增殖并延长其生命周期。因此雌激素受体在雌激素促使乳腺癌发生的的危险中起到重要作用。
3I3C对乳腺癌的预防作用
到目前为止，较多研究都证明I3C能预防乳腺癌的发生。十字花科蔬菜降低乳腺癌危险性的作用主要与此类蔬菜能提供植物化学物I3C有关。Bradlow ［9］喂饲小鼠含不同浓度I3C的饲料（0，500和2000ppm）进行长达8个月期的研究发现，含I3C的饲料能降低C3H／OH雌性小鼠乳腺肿瘤发生和肿瘤发生多样性，高剂量组小鼠肿瘤发生的潜伏期延长。Grubbs［10］研究也证实I3C预防直接致癌物（如MUN）或间接致癌物（如DMBA）引起的乳房肿瘤动物模型，显著降低乳房肿瘤发生的多样性，而且在癌症的启动阶段和促进阶段都有很好的预防效应。但也有研究认为I3C只能在乳腺癌启动阶段起到预防效应，而对肿瘤启动后则只能延长其潜伏期，不能预防乳房肿瘤的发生及肿瘤发生的多样性［11］。I3C对乳腺癌细胞有特别的抗增殖效应，Tiwari［12］进行体外实验研究发现I3C能抑制雌激素敏感的乳腺癌细胞株MCF7的生长，而对不敏感的细胞株仅有微弱效应。Chang［13］把人乳腺癌细胞植入裸鼠体内，发现DIM对植入的人乳腺癌细胞生长的抑制率达64%。
4 I3C抗雌激素效应机制
41I3C对雌激素代谢的影响I3C可通过增加CYP1A1的表达提高体内“有益”雌激素代谢物的比例，从而发挥预防乳腺癌的作用。动物实验表明经I3C处理的大鼠体内,E2的主要代谢产物为2OHE2,占总代谢产物的4670%，而且随时间与浓度增加而增加［14］。Bradlow［9］观察了雌性小鼠摄入I3C对E2代谢和自发性肿瘤的影响，结果发现I3C能增加肝微粒体中CYP并促进雌激素2羟化反应，降低受试动物乳腺肿瘤的发生，高剂量时效应更持久。体外试验发现I3C虽可增加C2羟化反应，但对 C16α羟化仅有微弱影响，并且经I3C处理的细胞能降低2／16αOHE1比例达88%90%［15］。Michnovicz［16］所开展人群试验研究了口服I3C后对雌激素代谢的影响，结果发现I3C显著增加尿2OHE2的排出，其它活性较强的雌激素（E2、E1、E3和16αOHE1）水平均降低。Reed［17］观察17名具有乳腺癌高危因素的女性在12周内补充I3C效果，结果发现94%的受试者CYP1A2活性平均增加41倍，且尿2／16αOHE1也增加66%，该研究结果还提示人体每天服用300~400mg I3C持续4周即可显著增加尿中2／16αOHE1的比例。
42I3C对CYPs的作用机制I3C及其缩合物如DIM是芳香烃受体（Aryl hydrocarbon receptor,AhR）激动剂，它们作为配体可以直接与AhR结合形成复合物进入细胞核，与 AhR核转位因子(AhR nuclear translocator，ARNT)蛋白紧密结合，通过外来物反应元件（xenobiotic response elements，XREs），激活芳香烃化合物敏感基因如CYP1A1的转录表达［18］（图1）。 Bradlow［19］发现大鼠中肝细胞色素P450与I3C成剂量效应关系，CYP1A1随I3C给药量成线性增加，Horn［14］等也证实大鼠经I3C处理4～10d后，肝脏CYP1A1 mRNA表达水平显著增高。并且有研究发现CYP1A1发生突变可使发生乳腺癌的危险性增高10倍。还有人发现有此基因突变的女性口服I3C后，没有观察到I3C对雌激素的调节作用［20］。因此对CYP1A1表达的调控可能是I3C调节雌激素作用的重要机制。I3C在胃酸作用下生成的其他多聚体也能诱导CYP1A的表达，DIM也可以作为AhR配体，当其浓度大于50μM时即能观察到对MCF7乳腺癌细胞CPY1A1基因表达的上调作用。因此，DIM可以拮抗雌激素引起的肿瘤细胞增殖及基因激活作用［21］,也有报道称ICZ也能与AhR结合并能诱导CYP1A1／1A2的表达［22］，而且Chang［23］发现I3C的另一代谢产物LTr1也是AhR的弱激动剂，可以增加CYP1A1的表达。

图1I3C诱导CYPs的机制
I3C不仅仅诱导CYP1A1的表达，也可以诱导CYP1A2，CYP2B1／2和CYP3A1／2的表达［21］。Horn［14］的实验结果表明，大鼠经I3C处理后，高剂量组动物肝和乳腺组织CYP1A1和CYP2B1／2的mRNA水平显著增加，中等剂量组CYP2B1和CYP2B1／2活性增强，低剂量组CYP1A1和CYP1A2活性增强。但对I3C诱导CYP1B1的表达也有不同的结果，该差别可能与不同的CYP1B1测定部位和I3C的干预剂量有关。总之，I3C能通过诱导CYPs的表达以调节雌激素代谢，提高2／16OHE1比值，从而预防乳腺癌的发生。但最近有文献报道I3C的代谢产物之一CTr表现出强烈的雌激素活性，它能增强乳腺癌细胞的增殖，与ERα有极强的亲和力，激活雌激素依赖的基因表达［24］。

图2I3C通过对ER影响抑制细胞增殖
43I3C对ER信号传导通路的影响I3C可以对雌激素受体传导通路的多个环节产生影响,调控雌激素诱导的靶基因的表达，从而抑制雌激素刺激的引起的细胞增殖(图2)。第一，直接或间接影响雌激素受体活性，从而影响雌激素与ER的结合。I3C直接作为配体或以增加2OHE1合成形式与雌激素竞争结合ER，从而影响雌激素与ERα的结合程度［18］。I3C及其多种代谢物都表现出弱雌激素活性，与雌激素竞争ER结合位点，在MCF7细胞中I3C和ICZ都可降低核ER结合能力，DIM也可以选择性结合ER，在生理浓度范围内可作为雌激素拮抗剂［25］。I3C还可以通过依赖于配体的作用机制抑制ERα活性， I3C作为ERα通路的负调节因子［1］，它可以上调乳腺癌易感基因（BRCA1）并且与BRCA1协同抑制ERα的转录活性［26］。I3C对ERβ的影响现在还不甚清楚。第二，抑制ER与ERE的结合。I3C及其代谢物可激活AhR，被激活的AhR可阻止E2／ER复合物与ERE的结合，从而减少雌激素诱导的靶基因转录激活［27］。此外，尽管I3C对ERα的亲和性较低，但仍可导致ER发生重要改变，特别是影响ERα功能域 AF1、AF2和DNA结合区的磷酸化状态，从而影响ER与ERE结合，最终导致对雌激素敏感的组织细胞中由雌激素介导的细胞效应和生物效应发生改变［26,28］。Ashok［28］发现ERα的磷酸化水平对I3C特别敏感,在浓度10μM就能它发生磷酸化作用发生改变，添加50μM I3C则能完全消除MCF7细胞ER的磷酸化作用。
总之，I3C不但可以调节CYPs表达，影响雌激素的代谢，而且调控雌激素受体信号传导通路，抑制雌激素诱导的转录激活，从而起到抗雌激素效应，预防乳腺癌发生。而这些效应都归因于I3C及其多种代谢产物作用于多种靶分子的结果。但目前只对几种主要产物研究较多，还有必要对其它代谢产物进行研究。而且对ER信号传导途径的调节机制也不是十分明确，还有哪些雌激素诱导的靶基因发生改变和I3C还可作用于哪些靶分子也有必要进一步探讨。I3C作为乳腺癌的化学预防剂是毋庸质疑的，但将其作为抗肿瘤药物用于治疗则应慎重，因为I3C代谢产物众多，尚有一些产物作用未研究清楚，例如其中的CTr是一种很强的雌激素激动剂；ICZ和LTr1也有一定的副作用。另有报道称I3C作为一种阻断剂，只能在癌症的启动阶段起作用，而对启动后的肿瘤则作用很小，且大剂量时对已形成的肝癌发展有促进效应［13］。但是DIM还没有发现它在这方面的效应，因为最为普遍的乳腺癌治疗药物三苯氧胺（商品名他莫西芬，Tamoxifen）的副作用有增加子宫内膜癌危险性。DIM没有I3C及三苯氧胺的这些副作用，因此它有可能在癌症的预防和治疗治疗方面都有广泛的应用前景。
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