文摘

异黄酮摄入量通过食物和膳食补充剂健康拥护者和批评者。后者来自担心在某些物种异黄酮的雌激素效应。然而,小心删除异黄酮和其他雌激素从啮齿动物的饮食会导致代谢综合征。这些结果表明异黄酮有其他机制的行动,可能涉及的监管通过核受体PPAR脂肪酸代谢α和PPARγ。本文的目的是审查的证据异黄酮/ PPAR信号和识别疾病的信号将产生重要的影响。因此,值得注意的是,调查人员使用化学结构方法发现PPAR配体识别异黄酮化合物的最佳结构在图书馆,他们测试。未来的研究将涉及仔细识别潜在的机制,通过PPAR信号异黄酮有自己的行动。

1。介绍

植物雌激素的重要性(植物雌激素)人类饮食已成为一个话题的极大的兴趣(1),以及争端(2]。在美国和西欧的主要植物雌激素饮食是大豆异黄酮的食物(3,4]。值得注意的是大豆蛋白是广泛用于动物饮食商业食品生产和对动物的研究。在后者,它已经实现了由几个调查人员,异黄酮有明显的生理效应。许多毒物学家一直担心,异黄酮的雌激素的特性可能导致不孕5]。这样一个连接第一次观察到在西澳大利亚绵羊不孕是归因于红三叶草(三叶草pratense),他们消费。红三叶草含有大量异黄酮(6]。类似的不育效果观察俘虏猎豹(7),尽管这可能与猫科动物的失败glucuronidate许多外源性物质(8]。另一方面,去除大豆饮食的老鼠在化学预防试验中导致化学物质诱导乳腺肿瘤发病率的增加(9]。同样,大豆改善自发性高血压大鼠的血压高盐饮食(10)和改善小鼠基因的冷敏感性淘汰赛的第一个成员β长链脂肪酸氧化(11]。许多这样的例子的不同影响异黄酮茎,已报告在某种程度上,缺乏理解的生物机制的行动在个别物种的异黄酮。

在本文中,我们讨论几行新兴证据暗示异黄酮PPAR的活化剂α和PPARγ。事实上,我们假设isoflavone-dependent PPAR的激活α和PPARγ信号是理解这些化合物如何影响多个关键病理生理过程。有趣的是,一项研究采用基于结构的虚拟筛选与诱导契合PPAR锁分析识别小说γ配体显示出来的一种天然产品库包括200种化合物异黄酮的最佳PPARγ配体(12]。我们已经表明,由硝化和/或氯化改性的异黄酮,这可能发生在体内,形式新颖的产品改变了PPAR的功效γ激活(13,14]。此外,最近的一次全面的结构活性关系研究表明,7-hydroxy-benzopyran-4-one结构,它由核心异黄酮(和其他类黄酮)的结构(图1),是PPAR激活的关键(15]。这个核心的选择性修改可以形成分子双重PPARα和PPARγ——配体结合的活动15]。从这个角度看,异黄酮及其生物代谢物可能提供的模板PPAR激动剂的下一代。异黄酮是天然化合物和安全摄入数量高达100毫克/天。这是一个令人兴奋的领域的调查和凸显了这些化合物可用于治疗的可能性较低发生不必要的副作用。本文包括异黄酮的几个方面的总结:生物化学,化学,他们的饮食摄入量,生物利用度和新陈代谢,与预防慢性疾病,和他们的行动机制,特别强调PPAR信号。


图1
异黄酮:通用7-hydroxy-benzopyran-4-one PPAR的配体γ。异黄酮有b环芳基取代基的第三位和Δ2 - 3双键。常见的异黄酮是大豆苷( , , ),染料木黄酮( ; ; )、芒柄花黄素( ; ; ; ),biochanin ( ; ; ; )。化学库搜索还表明,原子在位置3 b环可以碳或氮。

2。异黄酮生物合成和化学

异黄酮是植物多酚的庞大家族的成员(16]。多酚包括生物黄酮素(如槲皮素、儿茶素、原花青素)和种在(白藜芦醇)。生物黄酮素包含许多类。根据芳香的位置b环杂环上的取代基c - r,他们可以大致分为类黄酮和isoflavonoids。都是来自一个共同的前体,苯丙氨酸。类黄酮环系统的形成后,芳香b环从第二”的位置迁移到的第三位催化酶限制热带豆科植物。食用植物含有最高浓度的大豆异黄酮(大豆美林)[17),葛根(葛根)[18),美国花生(Apios美国)(19]。

在这些植物异黄酮主要糖苷共轭的大豆苷(7 4′-dihydroxyisoflavone)和染料木黄酮(5、7、4′-trihydroxyisoflavone)。在大豆,配合7 -O- - - - - -β与额外的酯化-D-glucopyranosides 6′′-安置葡萄糖的一半(20.,21]。共轭组通过发酵中移除(味噌,酱、豆豉)(3]或引起的肠道水解酶的大肠(乳糖根皮甙水解酶)22)或细菌。葛根,C-glucoside轭合物如葛根素、大豆黄素的8 c -β吡喃葡萄糖苷)占主导地位18]。这些都是没有水解吸收和排泄,可能由Na+端依赖葡萄糖转运系统。

3所示。膳食摄入量的异黄酮

在西方饮食,接触异黄酮主要来自使用大豆蛋白传授有用的特色食物,如低脂肪奶制品和烘焙产品,汤,甜甜圈,汉堡面包,罐头鱼,和整只火鸡23]。此外,素食者和那些寻求低脂肪饮食吃豆类食物如豆浆、豆腐、纹理植物蛋白。运动员需要高蛋白、低脂肪饮食使用孤立的大豆蛋白。消费者平均每天摄入1 - 2毫克异黄酮(24),等离子体浓度从20到150海里。那些每天食用1 - 2大豆膳食(20 - 40毫克异黄酮)等离子体浓度从200到3000海里(25]。这广泛的等离子体浓度是典型的许多口服摄入疗法和代表肠道吸收和代谢的差异,以及不同组织代谢和尿和粪便排泄。异黄酮也可作为名义上场外膳食补充剂含有50毫克每丸。这使相当高异黄酮摄入量。蔡塞尔和他的同事们报告1次升级阶段研究> 1000毫克每日剂量的大豆异黄酮使用无明显危害的报道(26,27]。

血液中的异黄酮,至于生理类固醇和其他许多外源性物质,主要是β-glucuronides,较小的硫酸酯,只有低浓度(10 - 100 nM)糖苷配基的形式(28]。异黄酮在大肠(图也进行新陈代谢2),细菌等产品dihydrodaidzein (DHD) O-desmethylangolensin(址接入),和S - (-) equol进入循环(29日]。而DHD和址接入存在在大多数主题,只有20 - 30%的人研究生产S - (-) equol [30.,31日]。上面的讨论提出了强调的重要性升值的浓度范围在活的有机体内一起的知识影响异黄酮消费可能由其衍生品从肠道细菌和/或宿主细胞新陈代谢,理解他们的行动机制。


图2
大豆苷的代谢产物。大豆苷转化大肠的厌氧细菌代谢物,几个dihydrodaidzein O-desmethylangolensin, equol。这些代谢物有手性中心由于Δ减少供给2 - 3双键(标有* *)。发现Equol S - (-) -equol对映体。其他大豆苷代谢产物的手性是未知的。

在下一节中,我们选择的一些疾病是调制的异黄酮和检查潜在的网站PPAR信号和其他机制的参与行动。

4所示。与慢性疾病:细胞和动物模型

4.1。异黄酮和心血管疾病

消费的异黄酮与防止动脉粥样硬化,血管壁的慢性疾病,是许多急性心血管疾病事件的发展包括心肌梗死和中风(32- - - - - -34]。这些观察结果支持在不同的动脉粥样硬化动物模型实验研究表明膳食异黄酮能抑制疾病(35- - - - - -37]。有趣的是,如果异黄酮只在疾病的后期管理,保护作用丢失表明这些多酚靶动脉粥样硬化的早期事件(38]。不太清楚是异黄酮抑制动脉粥样硬化的机制。这两个一般的假设是,这些化合物是抗氧化剂和/或调节特定信号通路相关的血管炎症影响疾病(39]。具有抗氧化作用,这一概念已被清除,活性物种,否则会促进氧化损伤,异黄酮防止动脉粥样硬化。最引用的例子是在这种情况下抑制低密度脂蛋白氧化,形成的中央动脉粥样化形成(40]。最近的证据表明异黄酮的假设影响的信号通路调节血管疾病。在这种范式,异黄酮浓度低(submicromolar)激活的特定信号通路调节细胞对炎症的反应。两个候选人路径定义日期满足这一标准是ER的激活β和PPARs [41,42]。在本文我们重点讨论PPARs和PPAR的注意,激活α,或者,γ一直认为主要从监管的角度控制脂质和糖代谢的基因(43]。然而,新兴的数据显示关键作用在调节血管炎症和免疫反应也44- - - - - -48]。例如,PPARγ配体减少动脉粥样硬化病变大小在实验模型49]。的抗炎效应似乎PPARs限制的α和γ同形像,从控制内皮功能的角度来看,PPARγ配体的抑制cytokine-dependent表达粘附分子(虽然这些反应都依赖于细胞类型,自然的炎症刺激,和特定的配体使用)(44,48]。对异黄酮、细胞和动物研究表明这些化合物是PPAR受体激动剂α和PPARγ端依赖途径(见下文)。例如,异黄酮的抗糖尿病的作用与PPAR相关联γ激活的巨噬细胞(49),对血管炎症具体研究表明异黄酮激活PPAR出版γ内皮和反过来导致单核滚动和粘附的抑制,炎症的关键一步(13,14)(图3)。


图3
异黄酮激活PPARγ子:培养内皮细胞与质粒转染PPAR包含启动子响应元素γ(PPRE)或PPRE-negative质粒,然后暴露于表明异黄酮(1μ米)和车辆控制。数据表示为褶皱的控制(即。,relative to no isoflavone-treated cells) and are means ± SEM ( )。*不同于控制, 。他们说明PPAR的异黄酮刺激转录的能力γ调节基因。染料木素、大豆苷和biochanin (4′-methoxygenistein)启动子活动与罗格列酮(图与许可转载营养学杂志》)。
4.2。癌症

很少被考虑的癌症研究社区的可能角色isoflavone-directed PPAR信号(50]。尽管如此,染料木黄酮已被证实能够降低生产前列腺素E2的人类乳腺癌细胞mda - mb - 231和减少这些细胞的侵袭性51]。二十碳五烯的影响,在激活PPAR二十二碳六烯酸γ依赖于染料木黄酮(52]。异黄酮对脂质信号的影响可能是致癌作用和肿瘤侵袭性的一个重要方面。

4.3。Lymphangioleiomyomatosis

这种罕见的肺疾病影响了1 100年,00女性(53]。它是由子宫平滑肌细胞迁移到肺,形成囊肿,导致肺功能的丧失。许多女性突变薯球蛋白(TSC1)和harmartin (TSC2)形成结节性硬化症蛋白质复合体(54]。TSC1 / TSC2复杂mTOR的控制是一个关键的球员,一个主调节器的细胞新陈代谢。ELT-3细胞的迁移到肺部lymphangioleiomyomatosis的啮齿动物模型是由17β雌二醇(55]。有一个担心,雌激素的异黄酮可能模仿这个动作56]。然而,最近的一项研究雌激素ELT-3s细胞扩散还表明,染料木素阻止这一行动17岁β雌二醇(57]。重要的是,染料木素的抑制作用被PPAR依次减弱γ抑制剂GW9662 [57]。这凸显了异黄酮的作用在哺乳动物包括人类的可能性是单一性的,PPAR异黄酮的信号是一个目标。

4.4。代谢综合征

有一个广泛的文学2001年大豆及其异黄酮与脂质代谢,代谢综合征。哈蒙和竖琴表明,染料木黄酮抑制3 t3-l1细胞的增殖和分化,preadipocyte细胞系(58]。染料木素也增加了脂类分解在这些细胞(58]。这些调查也表明,染料木黄酮阻塞的DNA结合转录活动CCAAT - / enhancer-binding蛋白β通过促进生产的C / EBP同源蛋白(58]。这反过来PPAR的影响γ蛋白表达(58]。微分的影响观察染料木黄酮在间充质祖细胞和显示反对雌激素受体和PPAR的影响γ通路(59]。观察染料木黄酮浓度较低,至于效果,而在微摩尔的浓度,PPARγ激活成为主流(59]。这就提出了这两种效应的问题在活的有机体内。Mezei等人表明,糖尿病Zucker老鼠喂食高异黄酮食物的甘油三酸酯和胆固醇较低浓度(49]。他们还表明,染料木素和大豆苷PPAR的显著增加α和PPARγ定向基因表达在小鼠原始264.7细胞(49]。

5。异黄酮的作用机制

而异黄酮和其他植物雌激素最初是由于雌激素的研究活动在某些物种,它变得明显,他们有额外的作用机制可能覆盖雌激素的影响。染料木黄酮被确定在1987年作为一个有效的表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(60]。这是当时重要的癌症领域从染料木黄酮,与可比性,化学合成的酪氨酸激酶抑制剂,没有毒性的酪氨酸激酶抑制所需剂量。染料木黄酮已被广泛用作药物酪氨酸激酶抑制剂通常没有验证,任何蛋白质磷酸化的变化观察到在西方的屁股是由于直接染料木黄酮抑制磷酸化而间接影响由于父母减少蛋白质。

与其他多酚一样,许多研究表明异黄酮能清除各种活性氧(RO),活性氮物种(RN)或活性氯物种(RCS)形成内生在先天免疫反应时,但也造成组织损伤,导致急性和慢性炎性疾病的发展(61年- - - - - -69年]。在这一过程中,异黄酮的“抗氧化剂”效应提出了调解cytoprotective的影响。这个概念是由人类研究显示减少消费异黄酮后血浆脂质过氧化的标志(70年]。担忧的抗氧化剂假说包括异黄酮浓度实现循环之间的差异(0.1 - 1μ米)后膳食摄入和那些需要观察显著抑制氧化损伤体外和体外后者通常是高≥10倍。另一个考虑是,虽然主要的活性物种可能回收,反应的产品和他们的反应也必须加以考虑。异黄酮,我们已经表明,与脂质过氧化氢自由基反应(抑制脂质过氧化作用),相应的异黄酮氧化产品(苯氧基自由基)本身并不是惰性而且还可以促进氧化损伤(67年]。有趣的是,抗坏血酸盐的存在可以从这中间允许改革父异黄酮大豆异黄酮作为一种抗氧化剂“催化”的方式,也可以起到显著的抗氧化作用在活的有机体内在低浓度(65年,67年]。最后,重要的是要注意,一个关键的变量在评估机制的行动是异黄酮准备不是典型的同质但包含复杂混合物的分子结构不同。此外,现在看来异黄酮代谢可以产生一系列的产品本身有不同的生物活性。例如,equol是由肠道微生物区系的作用摄取大豆苷(见上图)。有趣的是,这种微生物区系的组成并不是同质人口,和最近的研究表明,“equol生产者”得到异黄酮消费的健康益处超过“equol nonproducers”(71年]。以类似的方式,异黄酮和活性物种之间的反应在活的有机体内可以形成新的异黄酮衍生物。例如,反应与RNS过氧亚硝基或与RCS次氯酸mono形式——二硝酸盐或氯化异黄酮,分别为(61年,62年]。我们已经表明,硝化和/或氯化产物的抗氧化活性变化与父异黄酮和在某些情况下增加抗氧化能力62年]。在这种情况下,第一反应也会清除活性物种除了形成更有力的抗氧化剂异黄酮。我们推测,上述这种机制可能会调和剂量反应关系之间的差异的异黄酮抗氧化效果在活的有机体内与在体外(72年]。

试图制造动物饮食的植物雌激素在实验设计提供更多的一致性调查补充植物雌激素的影响有一个意想不到的,但至关重要的是,效果。动物有明显的体重增加与phytoestrogen-free饮食,主要在腹部脂肪的形式(73年]。这个结果表明,植物雌激素有一个角色在预防代谢综合征PPAR信号进而指出可能的活动。

6。异黄酮和细胞信号:PPARs激活

几项研究已经发达PPAR激活的概念α和/或PPARγ是异黄酮的生物效应的关键42]。这已经证明在不同的实验设置和细胞类型(包括内皮细胞、单核细胞HepG2,骨髓基质细胞),重要的是发生在生物学上相关的异黄酮浓度。使用构造包含PPARα——/ PPARγ-配体结合区域或对应于启动子序列响应元素,一些独立的研究(13,42,49,74年提供了分子证据表明异黄酮可以刺激PPARα/γ——相关的基因表达。重要的是,这导致不同功能的影响,包括调节脂肪生成调节细胞对炎症的反应。此外,这些细胞反应抑制的药物(使用PPAR抑制剂)或基于分子PPAR表达式)的差别(使用siRNA-mediated对这些策略影响PPAR信号(13,14,42,49,74年]。后者是至关重要的,因为文学是充满的例子假定的PPAR配体,随后的研究表明,事实上,通过PPAR-independent调解细胞影响机制。图3用数据说明了这些点从我们以前的研究(13,14)显示,在内皮细胞中,异黄酮刺激PPARγ包含PPAR端依赖转录的基因γ反应在他们的子元素,这导致后续的抑制炎症细胞因子(TNFα)端依赖单核白细胞滚动和粘附(图4)。


图4
异黄酮抑制肿瘤坏死因子α全身单核细胞粘附PPAR的通过激活血管壁γ。染料木黄酮(1μM)和罗格列酮(2μ米)显著降低TNFα全身单核细胞粘附血管壁而TNFα一个人。这种抑制是PPAR的逆转γ拮抗剂,9662千瓦(5μ米),揭示染料木素的抑制作用是PPARγ(复制许可的依赖美国生理学杂志》上)。

有趣的是,一项调查的文献没有透露明确的关联要么PPAR的激活α或PPARγ和中介的生物反应的证据在调停异黄酮的抗炎作用报道。例如红三叶草异黄酮抑制细胞因子释放通过PPAR LPS激活巨噬细胞α(75年]。同样,PPARα激活的上下文中讨论如何异黄酮可以预防流感(76年]。另一方面,抗炎作用已被证明是PPARγamyloid-beta-dependent细胞因子形成的依赖也包括抑制星形胶质细胞(77年]。我们的研究表明,PPARγ,但不是PPARα,需要isoflavone-dependent抑制白细胞滚动和粘附激活内皮细胞(13,14)(图4)。电池系统定义的其他报告也称选择性激活的PPAR同种型而不是其他。例如,methanolic(如果)提取物大豆种子PPAR刺激转录活动α,但不是PPARγ,基因在单核细胞U937细胞(78年]。上述讨论表明,详细了解如何异黄酮激活PPARα或PPARγ是缺乏的。然而,很明显,PPAR异黄酮可以激活α和PPARγ,这并不令人惊讶,许多研究已经证实,角色为这些多酚类物质在预防糖尿病和代谢综合征机制从改善脂质稳态胰岛素敏感性(49,79年- - - - - -86年]。

上面的讨论中用来强调异质性PPARs isoflavone-mediated激活反应引起的。迄今尚不清楚为什么PPAR在某些情况下α和PPARγ被激活,而在别人为什么只有一个PPAR兑其他同种型被激活。潜在因素/变量可能调节isoflavone-dependent PPARs活化和信号一般包括细胞类型,存在/缺乏PPAR co-activators, ER之间的竞争αPPAR信号,剂量和异黄酮的合成制剂(见图5)。例如,优雅显示低浓度(< 1μ米)高金雀花碱刺激骨生成同时抑制脂肪形成的间叶细胞祖细胞通过ER机制,而在浓度稍高,相反的反应是观察由PPAR介导γ激活(80年]。同样,isoflavone-dependent PPAR的激活γ被证明是重要的estradiol-induced增殖的抑制子宫平滑肌瘤(57]。这些后者的例子强调潜在的异黄酮调节雌激素信号通过间接机制和建议PPAR以及ER信号之间的复杂的相互作用,这是由异黄酮(图5)。对异黄酮的结构类型,研究表明,一些不同的异黄酮能激活PPARs具有相似功效[13]。目前尚不清楚如何不同的异黄酮的存在会影响PPAR激活。如果相加或协同,然而,一个人可以推测给定异黄酮激活PPAR的有效剂量α/γ会更低的上下文中发生在膳食暴露的复杂混合物。在这种情况下接触到多个不同的异黄酮,我们推测,PPARα/ PPARγ激活是这些化合物的主要信号通路的影响。最后,我们注意到,其他因素也可能调节PPAR活化效果,说明单靠膳食暴露研究表明,大豆蛋白PPAR增加α,但是这个反应是进一步增加异黄酮的存在(87年]。


图5
监管PPAR isoflavone-dependent激活的信号。异黄酮消费可以激活ERβ,PPARα或PPARγ端依赖的信号通路,通过这种方式可以控制不同的生物过程与健康相关的消费这些化合物。总结在这个图的关键因素有可能控制异黄酮调制信号。核心7-hydroxy-benzopyran-4-one结构对PPAR最近被证明是重要的α和PPARγ激活,重要的是这个核心组成天然存在于许多植物的异黄酮和商业制剂(显示是染料木素的结构、大豆苷和biochanin为例)。还表示是一枚戒指,糠酸组已被证明是PPAR的关键α和PPARγ激活(13,14])。修改的异黄酮,例如,通过与炎症反应的氧化剂可以形成各种卤代异黄酮反过来可以改变isoflavone-dependent激活信号的功效(作为一个例子所示3′-chlorodaidzein)。注意,氯和溴的多个位置异构体(其他内生卤素和硝化产品可能13,61年- - - - - -63年]。此外,肠道微生物群落代谢已被证明是重要的生产equol黄素和心血管保护作用。我们建议,更好的理解异黄酮代谢,发生的修改,以及它们如何影响ER / PPAR通路的激活是阐明核心这些化合物影响疾病的分子机制。额外的和重要的因素将决定异黄酮的生物反应包括ER的表达谱及相关活动和之间的相互作用β,PPARα和PPARγ端依赖途径。

7所示。剩下的问题和未来的观点

PPARs调解生物行为的潜在作用的异黄酮是获得升值。不太清楚所涉及的分子机制。做异黄酮绑定PPARs直接和/或他们间接影响PPAR信号吗?结构与活性关系研究清楚地显示前者,但后者可能性也应该被考虑。例如,氧化脂肪酸被认为是强有力的PPARγ受体激动剂和异黄酮可能影响这些影响氧化还原反应。什么控制的双重影响异黄酮PPARα和PPARγ受体激动剂吗?的下游目标isoflavone-mediated PPAR激活,它们独特的还是他们重叠PPAR合成受体激动剂激活?这是一个有趣的问题,因为据我们所知只有异黄酮类的分子可以同时激活ERβ和PPARs,提高ER之间是否有串音的问题βPPARs激活,这是如何监管。加上更好的理解潜在的敌对,添加剂,或激活PPARs结构不同的异黄酮之间会产生协同效应,我们认为解决这些问题可能会揭示小说深入了解这些多酚影响多样化的生物过程。

确认

异黄酮研究基金通过分包合同来自普渡大学的资助来自美国国家补充和替代医学中心和膳食补充剂的办公室,美国国立卫生研究院(P50 AT00477,韦弗,π)阿拉巴马州的普渡University-University植物中心与年龄相关的疾病和从国家癌症研究所资助(U54 CA100949,某人,π)到伯明翰阿拉巴马大学中心Nutrient-Gene交互。