Układ wydzielania wewnętrznego ssaków spełnia szczególną rolę w utrzymaniu homeostazy organizmu przy pomocy sygnalizacji chemicznej, realizowanej za pomocą hormonów (od greckiego słowa hormao – pobudzam). Hormony płciowe: żeńskie – estrogeny i męskie – androgeny, należą do pochodnych steroidowych, których celem molekularnym są białkowe receptory jądrowe pełniące rolę czynników transkrypcyjnych (23, 43). Obecnie wiemy, że funkcje regulacyjne hormonów płciowych znacznie wykraczają poza przypisywany im pierwotnie wpływ na procesy związane z rozrodem. Receptory hormonów sterydowych funkcjonują także w układzie krążenia, ośrodkowym układzie nerwowym, układzie kostnym, etc., gdzie spełniają ważne funkcje fizjologiczne (3, 4, 9, 13, 20, 24, 28, 33). Współczesna medycyna interweniuje w funkcjonowanie układów hormonalnych nie tylko w stanach patologicznych ale także w celu wspomagania prawidłowych reakcji organizmu. Przykładem takich działań jest suplementacja estrogenowa dla kobiet w okresie około- i postmenopauzalnym, znana powszechnie jako hormonalna terapia zastępcza (HTZ), stosowana w skali globalnej przez wielomilionowe rzesze pacjentek (29, 40, 42, 44, 47). Ocena czynników ryzyka i długoteminowych skutków takiego postępowania stanowią aktualnie przedmiot dysputy zarówno w literaturze naukowej, jak i na poziomie mediów masowego przekazu (10, 15, 40, 41).

W tym kontekście warto jednak pamiętać o niebagatelnym wpływie jaki mogą wywierać na układ hormonalny człowieka związki chemiczne wytwarzane poza jego organizmem (egzogenne substancje hormonomimetyczne). Na przykład wiele związków pochodzenia naturalnego (2, 5, 13, 20), a także niektóre związki syntetyczne wytwarzane przez przemysł chemiczny w tysiącach ton (30), wykazują powinowactwo do ludzkich receptorów estrogenowych. Naturalne estrogeny pochodzenia roślinnego (fitoestrogeny) stanowią, przynajmniej w niektórych populacjach, istotny pod względem funkcjonalnym składnik pożywienia, co uznaje się na podstawie danych epidemiologicznych za korzystny czynnik prozdrowotny (2, 13, 14, 31, 46). Wśród syntetycznych związków o podobnym działaniu (ksenoestrogeny) są substancje lecznicze (dietylostilbestrol, obecnie wycofany z użycia zarówno w medycynie ludzkiej, jak też weterynarii i hodowli zwierząt) ale także i substancje wytwarzane do celów technicznych i środki ochrony roślin (np. składnik polimerów poliuretanowych i poliwęglanowych: bisfenol A, popularny niegdyś pestycyd DDT oraz inne chlorowane pochodne węglowodorów aromatycznych). Jednakwodróżnieniu od fitoestrogenów, które stanowią stały element naszej diety, ksenoestrogeny wytwarzane przez przemysł chemiczny raczej nie mają wpływu na równowagę hormonalną populacji, ze względu na ich bardzo niskie stężenia w typowych współczesnych warunkach środowiskowych (30).

Ze względu na ogromne zainteresowanie jakie budzi aktualna ocena i przyszłe losy HTZ w wydaniu klasycznym (naturalne estrogeny lub ich koniugaty z ewentualnym dodatkiem pochodnych progesteronu), omówimy dość rzadko jeszcze brany pod uwagę czynnik równowagi hormonalnej jakim jest obecność fitoestrogenów – egzogennych związków o działaniu estrogennym, w pewnych rodzajach pożywienia pochodzenia roślinnego. Waga tego zagadnienia znacznie wzrosła wraz z pojawieniem się na rynku licznych preparatów z roślinnymi estrogenami (fitoestrogenami), dostępnych bez recepty i reklamowanych jako środki łagodzące objawy okresu postmenopauzalnego oraz zapobiegające chorobom układu krążenia, osteoporozie i nowotworom (2, 21, 22). W niniejszym artykule podejmujemy próbę uporządkowania podstawowych pojęć i przytoczenia, za najnowszą literaturą naukową, najważniejszych faktów, które powinny pomóc w odpowiedzi na pytanie o miejsce i udział fitoestrogenów w wyborze racjonalnej diety, a także w prowadzonej pod kontrolą lekarską suplementacji hormonalnej.

Naturalne żeńskie hormony płciowe należą do pochodnych steroidowych, które wywodzą się strukturalnie i biogenetycznie z cholesterolu, a powstają przez aromatyzację hormonów męskich: androstenodionu i testosteronu. W trakcie wieloetapowej transformacji cholesterolu w estrogeny następuje redukcja liczby atomów węgla (z 27 do 18) przez działanie enzymów utleniających z grupy cytochromu P450 zlokalizowanych w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Ostatnim etapem biogenetycznej transformacji jest działanie aromatazy, która pełni jednoczęnie rolę demetylazy, usuwającej zwornikową grupę metylową (C-19) (23, 43). Estron (E1) był pierwszym wyizolowanym hormonem steroidowym (w 1929 roku), a obecnie znamy ponad 220 struktur steroidów występujących w naturze. Zasadniczym endogennym ligandem receptorów estrogenowych (często stosowany w literaturze anglosaskiej skrót ER ma niejednoznaczną konotację i tłumaczy się dwojako: estrogen receptor" lub estradiol receptor") jest 17β-estradiol (E2), a ważną rolę jako estrogen funkcjonujący głównie w okresie ciąży, spełnia także jego metabolit: estra-3, 16α, 17β-triol (E3). Biosynteza tych związków ma miejsce głównie w jajnikach (oraz w okresie ciąży, w łożysku i nadnerczach płodu) ale zdolność do ich wytwarzania mają także jądra. U obu płci małe ilości estrogenów są wytwarzane z androst-4-eno-dionu-3,17 przez korę nadnerczy. Zawartość estrogenów w organizmie kobiet zmienia się bardzo znacznie w zależności od stadium rozwojowego oraz fazy cyklu menstruacyjnego. W okresie dojrzewania pod wpływem działania gonadotropin poziom estradiolu (E2) w osoczu podnosi się do 15-35 pg/mL (55-128pmol//mL), co jest zbliżone do wartości notowanych po menopauzie (< 20 pg/mL). Natomiast w okresie reprodukcyjnym notujemy wahania stężeń E2 na znacznie wyższym poziomie: od 250-500 pg/mL w fazie preowulacyjnej do 40-50 pg/mL w fazie premenstrualnej. Sumaryczna średnia dobowa produkcja estradiolu osiąga 200-400 µg ale w okresie postmenopauzalnym spada do 5-25 µg. Dla estronu (E1) odpowiednie wartości wynoszą 200-350 µg i 30-80 µg (21, 29).

Tylko ok. 2-3% E2 znajduje się w osoczu w stanie wolnym. Pozostałość tworzy niestechiometryczne kompleksy z białkami z grupy globulin i albumin (np. sex-hormone binding globulins). Główne szlaki metaboliczne estrogenów polegają na biokoniugacji (glukuronidacja, siarczanowanie) umożliwiającej ich wydzielanie z żółcią lub moczem. Inne przemiany kataboliczne polegają na hydroksylacji i O-metylowaniu. Na tej drodze powstają estrogeny katecholowe funkcjonujące w układzie nerwowym. Estrogeny ulegają również metabolicznemu acylowaniu resztami wyższych kwasów tłuszczowych. W konsekwencji, ok. 10% E2 wiąże się z lipoproteinami i lipidami, a następnie ulega akumulacji w tkance tłuszczowej. Biopolimerami docelowymi funkcjonalnie jest podgrupa licznej rodziny receptorów jądrowych, określana jako receptory estrogenowe (ER; w tym artykule skrótu tego używamy w drugim, szerszym znaczeniu), omawiane szczegółowo poniżej.

Półsyntetyczne analogi estradiolu o zachowanej funkcji estrogenowej (np. etynyloestradiol i mestranol) znalazły zastosowanie jako składniki doustnych środków antykoncepcyjnych. Nieoczekiwanie okazało się, że znaczne powinowactwo do receptorów estrogenowych wykazują także i związki niesteroidowe o dosyć luźnej analogii strukturalnej do estradiolu. Na przykład, bardzo silne właściwości estrogenne ma syntetyczny dietylostilbestrol, mniejsze nonylofenol. Estrogenem jest także wytwarzany na ogromną skalę bisfenol A (30, 35).

Bardzo ważną, z punktu widzenia ich roli dla zdrowia człowieka, grupę związków o aktywności estrogenowej stanowią metabolity wtórne roślin wyższych, a szczególnie klasa izoflawonów oraz inne związki o charakterze polifenolowym z klasy flawonoidów, kumaryn i lignanów. Związki te nie są biogenetycznie spokrewnione ze steroidami, aich funkcje biologiczne w wytwarzającym organizmie wydają się być związane z sygnalizacją optyczną (absorpcja UV, fluorescencja) i chemiczną (udział w procesach odpowiedzi opornościowej) (13, 20). W1931 r. opisano po raz pierwszy estrogenowe działanie genisteiny – izoflawonu wyizolowanego z janowca barwierskiego (Genista tinctoria L.) a w następstwie kolejnych odkryć tego rodzaju pojawiło się pojęcie fitoestrogenu (2, 13). Już w latach czterdziestych rozpoznano przyczyny żywieniowe obserwowanej w zachodnich rejonach Australii masowej bezpłodności owiec. W pewnych gatunkach koniczyny, którą odżywiały się te zwierzęta stwierdzono wysoką zawartość związków izoflawonowych: genisteiny, daidzeiny, formononetiny i glicyteiny. W ten niezamierzony sposób uzyskano pewność, że związki pochodzenia roślinnego, o słabym działaniu estrogenowym, mogą wywoływać u ssaków efekt antyestrogenowy, którego konsekwencją jest okresowa bezpłodność (2, 13, 14). Zjawisko to wyjaśniono kompetytywnym blokowaniem przez fitoestrogeny dostępu endogennego hormonu do receptorów estrogenowych (ER). W latach pięćdziesiątych liczbę roślin o aktywności estrogenowej oceniano na 53 podczas gdy dwadzieścia lat później lista ta zawierała już ponad 300 pozycji (31). Spośród nich zaledwie kilka gatunków ma istotne znaczenie jako składniki diety ludzkiej. Najważniejszym źródłem fitoestrogenów jest soja (Glycine max Merril; syn.: Glycine hispidia, Glycine soja) i jej przetwory, zawierające znaczne ilości izoflawonów (13, 31) a także kumestrol, należący do klasy benzofuranokumaryn (36). Soja jest rośliną przemysłową, z której za pomocą znanych procesów technologicznych pozyskuje się olej, lecytynę, saponiny oraz koncentraty białkowe. W tych ostatnich mogą być zawarte, oprócz protein, także estrogenne izoflawony, natomiast nie zawiera ich ani lecytyna ani olej sojowy. Mimo stale rosnącego udziału soi w globalnym rynku żywności, tylko w populacjach azjatyckich, gdzie poziom jej spożycia jest najwyższy, widoczne są efekty działania fitoestrogenowych składników takiej diety. Znacznie bardziej regionalne znaczenie żywieniowe ma chińska roślina kudzu (Pueraria lobata L. i Pueraria samsonii, Leguminosae) zawierająca O- i C-glikozydy izoflawonowe. Efektywnym surowcem do izolacji izoflawonów są różne gatunki koniczyny. Z innych roślin przemysłowych o znaczeniu żywieniowym jako bogate źródło flawonoidów wymienić można lukrecję (Glycyrrhiza glabra) i orzeszki ziemne, natomiast wśród roślin leczniczych ta cecha chemotaksonomiczna spotykana jest dość powszechnie(13).

Inne źródła izoflawonów (i kumestrolu) to owocniki i kiełki różnych roślin motylkowych (np. popularny składnik sałatek: alfalfa; Medicago sativa). Izomeryczne do izoflawonów różnorodne związki flawonoidowe, występują powszechnie w świecie roślinnym i stanowią istotny ilościowo nieodżywczy składnik diety bogatej w warzywa i owoce (na poziomie wieluset miligramów dziennie) ale udział tych związków (np. kwercetyna, naringenina) jest rzadko uwzględniany w bilansie fitoestrogenów. Ważnym, choć trudnym do oceny ilościowej czynnikiem estrogennym jest obecność lignanów w pożywieniu. Są to biopolimery występujące w większości roślin jadalnych, ulegające pod wpływem flory bakteryjnej przewodu pokarmowego transformacji do właściwych, niskocząsteczkowych fitoestrogenów, takich jak enterolakton i enterodiol (19). Bardzo duże ilości fitoestrogenów pochodzenia lignanowego znaleziono w nasionach roślin oleistych, szczególnie lnu (do 370 mg sekoizolarcyrezinolu na 100g suchej wagi materiału roślinnego) a także słonecznika i sezamu. Silne działanie estrogenne wykazuje ekwol, który jest produktem bakteryjnej biotransformacji izoflawonu – daidzeiny. Zearalanon, będący pochodną kwasu rezorcylowego jest mykotoksyną wytwarzaną przez pasożyta (Giberella zeae) kukurydzy. Stwierdzono, że wszystkie wymienione związki są inhibitorami ludzkiej dehydrogenazy 17β-hydroksysteroidów w zakresie wartości IC₅₀ od 2 do 20mikromoli.

Znaczne ilości fitoestrogenów zawierają orzechy a także różne rośliny jagodowe, które stanowią ważne źródło tych substancji dla populacji zamieszkujących regiony północne. Owoce, takie jak jabłka, banany i śliwki są praktycznie pozbawione składników estrogenowych. Wśród warzyw prym wiedzie dynia (z zawartością sumaryczną 3870 ěg/100 g suchej masy), a znacznie skromniejsze ilości zawierają: cukinia, brokuły, czosnek i marchew (11, 31).

Stwierdzono ponad wszelką wątpliwość, że różnice w poziomie spożycia soi pomiędzy populacjami krajów regionu azjatyckiego, a pozostałymi grupami ludności mają znaczące konsekwencje fizjologiczne, ujawniające się między innymi w statystykach epidemiologicznych. Regularna dieta sojowa (poziom zawartości izoflawonów 20-100 mg/dobę) skutkuje wielokrotnie niższą zapadalnością na nowotwory (szczególnie hormonozależne) oraz niższym poziomem zagrożenia osteoporozą i chorobami układu krążenia (2, 11, 22, 31). W literaturze przedmiotu efekt ten często odnoszony jest do poziomu spożycia białka sojowego (o niewyspecyfikowanym składzie), choć od dawna wiadomo, że czynnikiem istotnym dla omawianych efektów jest zawartość składników nieproteinowych o strukturze izoflawonów. W konsekwencji tych ustaleń rozwinięto do perfekcji analitykę tych połączeń fitoestrogenowych w skomplikowanych matrycach biologicznych, co obecnie pozwala z dużą dozą ufności śledzić ich farmakokinetykę i metabolizm oraz dokładnie specyfikować skład produktów żywnościowych i preparatów nutraceutycznych (13, 17,21).

Receptory estrogenowe (ER) stanowią podgrupę dużej rodziny receptorów jądrowych, które są białkami o funkcjach czynników transkrypcyjnych, a ich działanie jest indukowane obecnością selektywnego liganda (estrogenu). Białka te (ER) mają wspólny, charakterystyczny plan blokowy" wyróżniający funkcje poszczególnych sekwencji aminokwasowych. W odróżnieniu od receptorów kwasu retinowego czy witaminy D3, które wykazują znaczną specyficzność substratową, receptory estrogenowe wiążą, jak wskazano powyżej, nie tylko specyficzne ligandy endogenne ale także dość odległe strukturalnie związki syntetyczne, w związku z czym pojęcie estrogenowego farmakofora jest ciągle dość nieprecyzyjne. Natomiast sam receptor (ER) jest obecnie znany, dzięki pomiarom krystalograficznym wysokiej rozdzielczości, w szczegółach strukturalnych i konformacyjnych zarówno w swoich wersjach polimorficznych jak i w kompleksach o różnym stopniu powinowactwa ligandu i różnych efektach farmakodynamicznych (8, 26, 37,38).

O specyficzności receptora stanowi jego miejsce aktywne: przestrzeń w której dokuje ligand (LBD; ligand binding domain), tworząc funkcjonalny kompleks zdolny do translokacji do jądra i zapoczątkowania trankrypcji genów, które posiadają odpowiednie sekwencje regulatorowe DNA (HRE; hormone responsive element). Receptory estrogenowe, podobnie jak inne białka regulujące transkrypcję, mają domenę DBD (DNA – binding domain) o charakterystycznej budowie przestrzennej określanej jako palce cynkowe, oraz regiony transaktywujące i regulujące (35, 37). W stanie niezwiązanym z ligandem, białka receptorowe ER występują w asocjacji ze specjalnymi białkami opiekuńczymi, które zapewniają maskowanie domeny wiążącej się z DNA (DBD). Dokładna lokalizacja takich asocjatów nie jest znana – przypuszcza się, że pozostają one w równowagowej dystrybucji pomiędzy cytosolem i przestrzenią nuklearną. Natomiast pod wpływem ligandu o odpowiednim powinowactwie tworzy się kompleks: ER-ligand, który przemieszcza się do jądra, gdzie może ulegać homodimeryzacji lub heterodimeryzacji i na tym poziomie, jeszcze przed inicjacją transkrypcji, może podlegać działaniu różnych czynników o funkcji koaktywatorów lub korepresorów, co znacznie komplikuje interpretację obserwowanego efektu biologicznego (26, 38, 46). Strukturę białka określanego jako ludzki receptor estrogenowy typu alfa (hERα) poznano w wyniku klonowania i analizy strukturalnej metodą rentgenograficzną w 1986 roku (8). W dziesięć lat później został odkryty inny typ receptora, który nazwano hERβ. Geny kodujące te białka znajdują się odpowiednio na szóstym i czternastym chromosomie. Receptory typu Erα i Erβ wykazują daleko posuniętą homologię domeny wiążącej DNA (DNA binding domain, DBD) i identyczny schemat blokowy" budowy, ale już w obszarze wiążącym ligand (ligand binding domain, LBD) odpowiednie sekwencje aminokwasów pokrywają się w zaledwie 55%, a ogólna homologia jest jeszcze niższa (ok. 47%), co wskazuje na ich odrębne role biologiczne. Inna, choć częściowo pokrywająca się (w tkankach układu rozrodczego i układu krążenia), jest także dystrybucja tkankowa podtypów ER. Na przykład Erβ jest obecny w kościach i mózgu, odgrywając rolę w procesach kalcyfikacji i resorpcji kości oraz znacznie mniej rozpoznany wpływ na procesy kognitywne. Z punktu widzenia funkcjonowania układów regulowanych hormonalnie bardzo ważna jest także intensywność ekspresji receptorów, a jak stwierdzono w przypadku ER pojedyncza komórka może ich zawierać od 500 do 5000 (1). Biorąc pod uwagę obydwa podtypy ER, fizjologiczne funkcje estrogenów można podsumować jako: istotny wpływ na rozwój i regulację układu i funkcji rozrodczych, regulację retencji wody, metabolizmu kwasu hialuronowego i kolagenu oraz proliferację nabłonka w skórze i mięśniach, wpływ na strukturę kości, stymulację syntezy globulin wiążących hormony steroidowe, wieloraki wpływ na biogenezę i metabolizm lipidów oraz stymulację układu czynników protrombinowych i cząsteczek adhezyjnych. Lista specyficznych działań estrogenów na poziomie komórkowym (w różnych modelach biologicznych) obejmuje setki pozycji! (31). Należy zdawać sobie sprawę, że efekt działania liganda receptorów estrogenowych (na przykład fitoestrogenu) obserwowany na poziomie organizmu, jest wypadkową wielu procesów określanych zbiorczo jako: biodostępność, biodystrybucja, metabolizm, wiązalność z receptorem i tworzenie kompleksów transkrypcyjnych, a wreszcie regulacja ekspresji genów i synteza funkcjonalnych białek, łącznie z modyfikacjami posttranslacyjnymi, takimi jak np. glikozylacja. Zgodnie ze współczesną tendencją, punktem wyjścia do projektowania cząsteczek o pożądanych funkcjach regulacyjnych (leków) jest farmakologia molekularna receptora, to znaczy szczegółowy opis procesu wiązania liganda i następujących kolejno wydarzeń na poziomie topologii i dynamiki cząsteczkowej zaangażowanych biopolimerów. Ocena fitoestrogenów jako potencjalnych leków powinna więc obejmować także i ten aspekt.