Genistein的生物学功能
尽管Genistein结构简单，但却有着复杂多样的生物学活性。目前研究已发现的Genistein作用靶点包括蛋白酪氨酸激酶，拓扑异构酶Ⅱ，雌激素受体，ABC转运体，磷脂酰肌醇代谢相关酶等。通过与这些靶点作用，Genistein在细胞和动物实验中表现出的生物学功能包括诱导凋亡、诱导分化、抑制细胞增生、调节细胞周期、抗氧化、逆转肿瘤细胞的多药耐药、抑制血管生成、抑制破骨作用、抑制淋巴细胞活化和增生、稳定肥大细胞抗感染症等。因此Genistein有望用于预防和治疗肿瘤、心血管疾病、绝经后骨质流失和骨质疏松、更年期综合征、囊性纤维化、过敏等。
1.Genistein 抑制蛋白酪氨酸激酶
蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinases，PTKs）是细胞内生物调控网络的重要组分，与细胞的生长分化密切相关。受体酪氨酸激酶是一类重要的PTKs，负责将细胞外信号传递至胞内。受体酪氨酸激酶可被各种生长因子如表皮生长因子、胰岛素样生长因子、血小板衍生生长因子、神经生长因子等激活，受体的胞外部分与生长因子结合后，会引起受体二聚化或自磷酸化等改变从而获得激酶活性，进而催化其他靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化，引起第二信使激活、酶活化、转录活化等下游反应。除了受体酪氨酸激酶，还有存在于胞内和细胞核内的酪氨酸激酶，也广泛参与细胞的生物功能调节。一些PTKs直接参与细胞周期调节，比如pp34cdc2是细胞进入有丝分裂期的重要调节酶，因此，淋巴细胞破骨细胞活化受PTKs调节也是必然的结果。在正常细胞中，PTKs的活性受到激酶和磷酸酶之间平衡的精密调节。在许多肿瘤中，酪氨酸磷酸化水平却持续异常升高。这些激酶的异常会导致靶蛋白相关的信号转导通路异常，从而使细胞发生恶性转化和细胞异常增生。比如癌基因HER2就是与乳腺癌和卵巢癌密切相关的激酶型癌基因。V-src、V-abl、V-erbB属于逆转录病毒蛋白酪氨酸激酶，也会通过促进细胞增生、抑制细胞凋亡、阻碍细胞分化导致正常细胞发生恶性改变。因此酪氨酸激酶抑制剂可能成为有效的抗肿瘤药物。
1987年，研究证明Genistein可以有效抑制PTKs活性，同时对丝、苏氨酸激酶也有轻微的抑制作用。在无细胞的体外实验体系中，Genistein 能够抑制EGF受体活性，IC50为2.6μmol/L。在对EGFR的具体研究中发现，Genistein为组蛋白的非竞争性抑制剂，可促使酶-底物复合物形成。相反，这种抑制是与ATP相竞争的，ATP是磷酸基团的提供者。由于Genistein与ATP在结构上没有任何相似之处，因此Genistein不可能和ATP的结合位点结合，而很可能是和位于催化结构或其附近的高度保守序列存在相互作用。这一序列可能是Genistein抑制PTKs的公共序列。事实上主要的PTKs催化亚基序列在结构上也都非常接近。丝、苏氨酸激酶比如蛋白激酶C、cAMP依赖型蛋白激酶很少被Genistein抑制。而且，Genistein对PTKs的抑制程度也不尽相同，一些PTKs完全不受Genistein 抑制。在细胞实验中，Genistein也会对PTK产生抑制，但相对无细胞的实验系统需要更高的浓度才能达到抑制效果。Akiyama等采用150μmol/L浓度的Genistein处理A431细胞，并检测磷酸氨基酸水平，发现EGFR和其他细胞中蛋白的酪氨酸磷酸化水平显著下调。Spinozzi等在Jurkat T白血病细胞中发现111μmol/L的Genistein 处理显著降低蛋白的酪氨酸磷酸化水平。另有研究表明，100μmol/L的Genistein使MCF-7细胞在胰岛素刺激下的增生速度减慢，同时伴随酪氨酸磷酸化水平下降，说明依赖酪氨酸激酶受体的信号转导通路受到抑制。Genistein还可以在多种前列腺癌细胞中抑制EGF处理导致的细胞增生。这种抑制作用与一种合成的PTK抑制剂tyrphostin所发挥的作用十分类似。也有研究表明Genistein对肿瘤细胞增生的抑制并不仅仅因为酪氨酸激酶抑制作用。比如在一项前列腺癌的研究中发现，185μmol/L的Genistein也不足以抑制EGFR的酪氨酸激酶活性。与之相似，尽管Genistein可以在乳腺癌和正常人乳腺上皮细胞中抑制EGF诱导的细胞增生，但并不会抑制EGFR的酪氨酸自磷酸化。同样，在大鼠脂肪细胞中，高达370μmol/L的Genistein处理也没有能够抑制胰岛素受体的自磷酸化。因此Genistein对受体相关PTKs的抑制还存在一定争议。也就是说并不是所有实验系统中都能观察到预期的酪氨酸激酶抑制作用，即便所使用的Genistein 浓度已非常高，也有可能不引起酪氨酸激酶抑制。这些研究差异可能跟细胞膜对Genistein的通透性及受检测细胞的药物敏感性有关。但这些分歧并不影响 Genistein被广泛应用为酪氨酸激酶特异性的抑制剂，以及被选择为酪氨酸活性过度升高相关的肿瘤的治疗策略。
2.Genistein 抑制拓扑异构酶Ⅱ(https://www.daowen.com)
拓扑异构酶Ⅱ（topoisomeraseⅡ，TopoⅡ）是细胞核内与DNA复制相关的酶。TopoⅡ可以调节DNA的拓扑结构、染色质重塑、染色体分离，以及维持DNA正常结构。这种酶的活性升高会加快细胞增生，尤其是细胞周期中的S期和G2期。在其催化周期中，TopoⅡ与DNA共价结合引起暂时性的DNA断裂，使其他链通过断裂处并与断端重新连接。许多肿瘤化疗药物都以TopoⅡ为靶点，这些药物干预TopoⅡ的功能使DNA链不能正常地重新连接。许多细胞系在低剂量的、针对TopoⅡ的化疗药物处理后，会产生一定耐药性，表现为酶的水平或结构发生一定改变。在使用Genistein作为抗肿瘤药物的过程中，发现了与TopoⅡ的交叉耐药，因此尽管之前的研究更倾向于认为Genistein以PTKs抑制剂的形式发挥作用，但这种交叉耐药的现象表明Genistein很可能通过TopoⅡ发挥作用。实际上，更深入的研究也证实了这一假说。使用纯化的TopoⅡ进行体外实验，发现Genistein 确实对TopoⅡ的催化活性有抑制作用。TopoⅡ可以调节线粒体动基体DNA断裂形成微环状结构。在Genistein处理的情况下，这种解链活性随着浓度从20μmol/L提高到370μmol/L则Genistein不断下降直至完全丧失。超螺旋结构的质粒pBR322DNA也被用于作为纯化的TopoⅡ的底物。在这一实验模型中，Genistein并不会像其他TopoⅡ抑制剂那样插入DNA结构。在大鼠肺细胞实验中，采用大于20μmol/L的Genistein处理细胞，发现蛋白交联的断裂DNA链。另有研究在两株白血病细胞系中发现，Genistein 通过抑制TopoⅡ活性引起DNA链断裂。这些研究表明 Genistein 对TopoⅡ的影响是其引起细胞凋亡，抑制细胞增生分化的可能途径。
3.Genistein的类雌激素作用
Genistein与17β 雌二醇在结构上具有相似性，因此具有类雌激素作用。但已有研究表明这一化合物时而表现出雌激素受体激动剂活性，时而表现出拮抗剂活性。不过大多数研究报道都提出Genistein有激动剂活性。已有报道证明Genistein与雌激素受体结合的相对亲和力比雌二醇低1/1000～1/100。在MCF-7人乳腺癌细胞中，Genistein 处理可以引起雌激素受体下游基因表达升高，而这种效应会被Tamoxifen抑制。这是Genistein 以雌二醇样作用发挥功能的进一步证据。
Genistein和雌二醇也会相互竞争，同样是在MCF-7细胞中，同时加入Genistein和雌二醇两种药物，引起的雌激素受体活化效应要小于单独加入任何一种药物。持久将MCF-7暴露于Genistein 处理条件下会引起雌激素受体表达水平下降，进而影响雌二醇的效应。
可见Genistein可以通过雌激素受体调节的通路发挥作用。而Genistein毕竟和雌二醇只是在结构上存在相似性，因此发挥的作用与雌二醇还是有所差别的，这也解释了为何在不同研究中对Genistein是雌激素受体激动剂还是拮抗剂存在分歧。