В настоящее время, особенно в последние 10 лет, в мире происходит соевый бум. Производство соевых бобов и объемы их переработки растут в геометрической прогрессии, бурно развиваются биотехнологии [1-2]. Столь большой интерес к данной культуре обусловлен в первую очередь уникальностью химического состава семян сои, содержащих в своем составе пищевые белки, а также доступностью и относительной дешевизной сырья [6]. Соевые белки обладают рядом функциональных характеристик, обеспечивающих хорошие потребительские свойства продукции. В Украине в связи с упадком животноводства также возрос интерес к растительным белкам и в частности к сое, которая по содержанию протеина значительно превосходит все другие бобовые культуры [7, 5, 3].
Однако, наряду с довольно агрессивной рекламой полезных свойств продуктов переработки сои, в мире все больше накапливается фактов, свидетельствующих о токсических свойствах соевых бобов для организма человека. Одним из нежелательных последствий воздействия компонентов соевых белков является репродуктивная токсичность.
Данный эффект обусловлен содержанием в белках сои изофлавоноидов, нестероидных эстрогеноподобных соединений, так называемых фитоэстрогенов, обладающих биологической активностью, подобной женскому половому гормону эстрогену, и оказывающих фитоэстрогенное воздействие на млекопитающих. Фитоэстрогены содержатся во всех продуктах переработки сои - соевых концентратах, изолятах, соевой муке, а также соевых продуктах, произведенных на их основе, как например, в тофу, соевом молоке, сыре, соевых мясных суррогатах, детском питании, и так далее. Наиболее значимые, основные изофлавоноиды сои, генистеин, даидзеин и глицитеин, существуют в формах как глюкозидных конъюгатов, содержащих молекулу глюкозы (глюкозиды генистин, даидзин, глицитин), так и в виде свободных от глюкозы молекул (агликоны). Эстрогенной активностью обладают именно агликоны [8, 17, 38]. Глюкозидные формы изофлавоноидов трансформируются в свободные молекулы в процессе ферментативной переработки нативной сои [39, 31, 45]. Общее содержание изофлавоноидов в необработанных зрелых бобах сои могут варьироваться в весьма значительных пределах - от 18 до 562 мг/100 г [25], в среднем эта величина составляет 149 мг/100 г [10] . Основными факторами, влияющими на изменчивость количественного содержания изофлавоноидов, служат различия в культивации и степени урожайности культуры. При этом различные сорта сои по содержанию изофлавоноидов могут отличаться в 2-3 раза при одинаковых условиях выращивания [40]. Комплекс других факторов, влияющих на уровень содержания изофлавоноидов в бобах сои, включает такие, как географические особенности региона возделывания, дата посева, температура воздуха, и даже уровень углекислого газа [40, 35]. По данным Министерства сельского хозяйства США (USDA - US Department of Agriculture), содержание изофлавоноидов в продуктах переработки сои могут составлять от 14 мг/100 г (в сосисках) до 178 мг/100 г (в соевой муке), в соевом йогурте среднее общее количество изофлавоноидов составляет 33 мг/100 г, в соевом беконе - 118 мг/100 г, в соевом сыре - 18 мг/100 г, в тофу - 23 мг/100 г [10], в некоторых образцах детского питания для грудных детей - содержание изофлавоноидов достигает 34,6 мг/100 г [16].
Совершенно очевидно, что избыточное поступление с пищей изофлавоноидов может приводить к нарушению баланса половых гормонов у человека и оказывать вредное воздействие на функцию воспроизведения и развитие потомства. В настоящем сообщении будут рассмотрены вопросы вредного воздействия изофлавоноидов сои на репродуктивную систему мужского организма.
Влияние фитоэстрогенов, сои и соевых изофлавоноидов на репродуктивную функцию и процессы развития млекопитающих привлекли внимание исследователей уже давно. Более полувека тому назад была обнаружена отчетливая связь между значительным снижением количества сперматозоидов у травоядных животных и птиц и употреблением ими в пищу растений, богатых фитоэстрогенами [13, 14, 20, 37]. За прошедшие десятилетия проведено большое количество исследований, свидетельствующих о репродуктивной токсичности фитоэстрогенов сои. Так, еще в 1956 году была опубликована работа Matrone G. и со- авт. [24], в которой было показано, что генистин, выделенный из соевой муки и потребляемый с кормом самцами мышей в дозах 9-18-36-72 мг/день в течение 6 недель, вызывает повышенную смертность, выраженное снижение массы тела животных, значительное снижение массы семенников и угнетение сперматогенеза. Введение в этом же эксперименте самцам мышей других групп эквивалентных по эстрогенной активности доз диэтилстилбестрола (9 мг генистина = 0,04 цг диэтилстилбестрола) вызвало значительно меньшие изменения изучавшихся показателей. По заключению авторов, «Сравнение полученных результатов... свидетельствует о том, что физиологическое действие генистина отличается от такового диэтилстилбестрола», что, в конечном итоге, заставило авторов предположить, что обнаруженные токсические «эффекты связаны преимущественно не с эстрогенной активностью генистина». Данное предположение было в дальнейшем подтверждено многочисленными исследованиями, которые показали, что, помимо эстрогенной активности, генистеин и другие изофлавоноиды обладают также способностью ингибировать ароматазу, тирозинкиназу и топоизомеразу, нарушая, таким образом, контроль за развитием клеточных циклов, в том числе и в процессе сперматогенеза [12, 22, 29, 30]. В работе Nicklas R.B. и соавт. было установлено, что гинестеин, будучи ингибитором протеинкиназ, нарушает процессы разделения хромосом в сперматоцитах на стадии мейоза [26]. Исследования, проведенные Magee A.C. [23] в эксперименте на самцах крыс, также показали, что скармливание генистина и генистеина с кормом в концентрациях 0,5 % приводит к значительному снижению прироста массы тела и снижению массы почек и селезенки экспериментальных животных. В работе Cassanova N. [11] проводилось сравнительное изучение воздействия на самцов крыс в неонатальном периоде «слабых» ксеноэстрогенов и их влияние на сперматогенез в пубертатном периоде, размер testis и плодовитость в зрелом возрасте. Было установлено, что гени- стеин статистически достоверно снижает максимальный уровень сперматогенеза в пубертатном периоде онтогенеза и приводит к уменьшению размера семенников. По заключению автора, «наличие сои или генистеина в рационе приводит к достоверным, возникающим в короткие сроки (пубертальный сперматогенез) и отдаленным (масса тела, размер семенников, уровень фолли- кулостимулирующего гормона) эффектам у самцов».
Наряду с негативным влиянием изо- флавоноидов на сперматогенез обнаружено также их повреждающее воздействие на механизмы контроля нормального развития и роста простаты [32]. По мнению ряда авторов, фитоэстрогены играют роль предрасполагающего фактора в развитии заболеваний простаты. Воздействуя в период развития ткани железы (критический период), они могут инициировать изменения клеток простаты, которые в дальнейшем будут «эстроген-чувствительными» и с большей готовностью будут реагировать на воздействие эстрогенов, чем на нормальные контролирующие механизмы роста простаты, что, в конечном итоге, будет провоцировать развитие гиперплазии или неоплазии. Известно также, что изофлавоноиды даид- зеин и генистеин избирательно ингибируют гамма-изоферменты млекопитающих, в частности алкогольдегидрогеназу (АДГ) и 3{бета}-гидроксистероид дегидрогеназу, участвующие в метаболизме 3{бета}- гидроксистероида. Таким образом, изофла- воноиды могут проявлять биологический эффект, модулируя активность ферментов, участвующих в метаболизме стероидных гормонов, в первую очередь тестостерона [19, 33]. В последнее время возникло несколько теорий, объясняющих механизм влияния фитоэстрогенов на уровень половых гормонов. Так, предполагается, что изофлавоноиды могут изменять уровень циркуляции эстрогена и тестостерона, воздействуя на глобулин, связывающий половые гормоны (ГСПГ), особый белок плазмы крови, участвующий в связывании и транспорте половых гормонов и ограничивающий свободную концентрацию гормонов, доступных для захватывания клетками и выполнения биологического эффекта [41]. В соответствии с одной из теорий, изофлавоноиды могут ингибировать связывание эстрогенов или андрогенов с ГСПГ, увеличивая таким образом уровень свободно циркулирующих гормонов. По другой теории изофлавоноиды могут увеличивать синтез ГСПГ, что приводит к снижению уровня свободно циркулирующих гормонов [27]. Результаты исследований, посвященных связыванию фитоэстрогенов с ГСПГ, также носят противоречивый характер. Исследования in vitro демонстрируют, что генистеин в концентрации > 5 цМ ( < 135 цг/л) увеличивает синтез ГСПГ. В то же время результаты воздействия изофлавоноидов на синтез ГСПГ, полученные в различных исследованиях на людях, получавших фитоэстрогены, не всегда совпадают с результатами исследований in vitro. Balk и соавт. [9], проанализировавшие данные 5 исследований по измерению у здоровых мужчин уровня тестостерона после потребления соевого белка, отмечают противоречивость полученных результатов. В результате было сделано заключение о недостаточно качественных и адекватных исследованиях.
Однако, несмотря на неоднозначность некоторых исследований, имеются сообщения, заслуживающие внимания. Так, Habito R.S. и соавт. [15] предприняли попытку оценить влияние замены мясного протеина в рационе соевым продуктом тофу на концентрацию в крови тестостерона, дигидротестостерона, андростанедиола глюкуронида, эстрадиола, ГСПГ и индекс свободного андрогена (концентрация общего тестостерона/концентрация ГСПГх100). В исследованиях участвовали 22 здоровых взрослых мужчины 35-62 лет. Использовались две изоэнергетические диеты, отличающиеся только источником белка, одна из которых включала ежедневное употребление 150 г постного мяса, а другая - 290 г тофу. Продолжительность каждой из диет была 4 недели с двухнедельным перерывом между ними. Было зарегистрировано достоверное повышение экскреции с мочой генистеина и даидзеина (Р < 0,001), увеличение уровня ГСПГ (Р < 0,01) и снижение соотношения тестостерон/эстрадиол (Р < 0,049) после употребления соевой диеты. Авторы пришли к заключению, что замена мясного белка на соевый протеин может оказывать слабо выраженный эффект на биологически активные половые гормоны, который повышает риск развития рака простаты. Whitten P.L. и Patisaul H.B. [43] проанализировали данные исследований биологических эффектов и уровней воздействия на людях и на животных с целью идентификации областей изучения, в которых можно провести прямое межвидовое сравнение. Данные in vivo показывают, что фитоэстрогены оказывают широкий спектр биологических эффектов в дозах, сопоставимых с «нормальной диетой у человека». Дозы, проявляющие активность у человека (0,4-10 мг/кг массы тела в день), ниже доз, обычно оказывающих эффекты у животных (10-100 мг/кг массы тела в день). Однако результаты оценки биодоступности и пиковых уровней фитоэстрогенов в плазме у грызунов и человека одинаковы. Стероидо- генез и гипоталамо-гипофизарно-гонадная ось представляются важной областью действия фитоэстрогенов. По мнению авторов, схожесть эффективных и неэффективных доз иллюстрирует необходимость дальнейших исследований зависимостей «доза-ответ» и изучения большого количества показателей в процессе оценки действия фитоэстрогенов.
В отличие от результатов наблюдений на людях результаты экспериментальных исследований достаточно однозначны и свидетельствуют об отрицательном влиянии фитоэстрогенов на мужскую репродуктивную систему. Shibayama T. и соавт. [36] исследовали отдаленные эффекты эстрогенного влияния генистеина на репродуктивную систему самцов мышей. Новорожденные самцы мышей линии ICR подвергались воздействию генистеина (10, 100 и 1000 микрограмм на мышь) в течение 5 дней. В качестве позитивного контроля был использован диэтилстилбестрол (0,5-50 микрограмм на мышь). У мышей, получавших генисте- ин, исследовали массу семенников, количество и подвижность сперматозоидов, а также уровень экспрессии мессенджер РНК эстрогенного рецептора а (ЭР-альфа) и андрогенного рецептора (АР) в семенниках через 4, 8 и 12 недель после рождения. Результаты исследований показали, что генистеин не оказал вредного эффекта на массу семенников, количество и подвижность сперматозоидов. Однако у мышей, подвергавшихся воздействию генистеина, уровень экспрессии мессенджер РНК ЭР-альфа и АР снижался на 8-й неделе. Это снижение было обнаружено и на 12 неделе у самцов, получавших 10 микрограмм фитоэстрогена. Авторы пришли к заключению, что деструкция экспрессии генов сохраняется в течение длительного времени после введения генистеина, даже при отсутствии явных признаков репродуктивной токсичности, обычно используемых в токсикологических экспериментах. По мнению авторов, неонатальное воздействие «слабого» эстрогенного соединения (генистеина) поражает мужские репродуктивные органы на молекулярном уровне в зрелом возрасте.
В последние годы появились исследования, свидетельствующие о способности фитоэстрогенов оказывать влияние на секс-диморфные участки мозга, ответственные за половую дифференцировку мозга [34, 44]. Lephart E.D. и соавт. [21], использовали в экспериментах на кормящих крысах Long- Evans в лактационном периоде рационы с высоким и низким содержанием даидзеина, генистеина и еквола, выделенных из сои. По достижении половой зрелости крысят у них исследовали ряд показателей. Было обнаружено, что при употреблении кормящими самками рациона, содержащего фитоэстрогены, у потомства (самцов) статистически значимо снижалась масса тела и простаты и значительно изменялась структура секс-диморфных участков мозга.
В США результаты изучения репродуктивной токсичности сои и содержащихся в ней изофлавоноидов давно заинтересовали специалистов Центра по оценке риска для репродуктивной функции человека, NTP Center for the Evaluation of Risks to Human Reproduction (CERHR), организации, призванной «обеспечивать своевременную, беспристрастную, объективную, научно обоснованную оценку результатов экспериментальных исследований и наблюдений на людях, доказывающих вредные эффекты на развитие и репродукцию различных факторов, воздействующих на человека». В течение последних лет эксперты CERHR проводят большую работу по оценке репродуктивной токсичности сои, продуктов ее переработки и основных изофлавоноидов.
В марте 2008 года в США был опубликован отчет по изучению репродуктивной токсичности генистеина на нескольких поколениях крыс Sprague-Dawley [28]. Исследования были проведены в рамках Национальной Токсикологической Программы США.
Репродуктивная токсичность генистеина изучена в тест-системе 5 поколений животных при скармливании тестируемого соединения с кормом в концентрациях 5,0; 100,0; 500,0 ppm (0,3; 7,0; 35,0 мг/кг массы тела соответственно). Первое и второе поколения крыс (F1, F2) подвергались непрерывному воздействию фитоэстрогена, начиная с момента зачатия и на протяжении всей жизни в пределах эксперимента. Воздействие на третье поколение (F3) осуществлялось только в период эмбриогенеза и грудного вскармливания (крысята получали препарат с молоком самок). И четвертое, и пятое поколения (F4, F5) не подвергались прямому воздействию изофлавоноида для того, чтобы проследить, проявятся ли какие-либо эффекты, ранее наблюдаемые у предыдущих поколений. Основные показатели, регистрируемые у каждого поколения, включали массу тела, развитие репродуктивных органов и количество плодов в помете при каждом спаривании. Останавливаясь лишь на результатах воздействия на самцов и не касаясь эффектов, полученных у самок, можно отметить следующее. Ге - нистеин оказал отрицательное влияние на самцов во всех испытанных дозах. У крысят самцов F1 поколения в лактационном периоде снижалась масса тела при воздействии всех изучавшихся доз. У всех остальных поколений этот показатель изменялся при воздействии максимальной дозы. При воздействии 500 ppm генистеина статистически достоверное уменьшение аногенитально- го расстояния (феминизирующий эффект) было обнаружено у самцов F1 поколения. У животных этой группы (500 ppm), подвергавшихся непрерывному воздействию препарата (F1, F2), снижалась плодовитость, что проявилось уменьшением размера пометов F1 и F3 поколений. И хотя в тест- системе нескольких поколений животных вычленить вклад самцов и самок в данный репродуктивный эффект не представляется возможным, нарушение плодовитости самцов является более, чем вероятным. При непрерывном воздействии генистеина (F1, F2) в концентрациях 500 и 100 ppm зафиксировано достоверное увеличение случаев гиперплазии молочных желез и кальцинирования почечных протоков у самцов в возрасте 20 недель. Несколько более слабый эффект на молочную железу был обнаружен также при воздействии 500 ppm генистеина на F0 и F3 поколения самцов. Достоверная задержка сроков полового созревания была обнаружена у самцов F3 поколения в группе животных, получавших максимальную дозу препарата. Особого внимания заслуживает эффект, обнаруженный у животных 5-го поколения. При отсутствии прямого воздействия генистеина во всех подопытных группах (5-100-500 ppm) зарегистрировано снижение массы тела у новорожденных крысят F5 генерации. Учитывая тот факт, что снижение массы тела является практически маркером воздействия генистеина в экспериментальных исследованиях, можно сделать заключение, что в данном эксперименте недействующая доза изученного соединения не достигнута.
В заключение следует отметить, что рассматривать репродуктивную токсичность фитоэстрогенов сои необходимо в контексте глобальной проблемы токсического действия ксеноэстрогенов различной природы и наблюдающейся в последние десятилетия феминизации животного мира. Около 20 лет назад сформулировано понятие эндокринных деструкторов, согласно которому это - «агенты, вмешивающиеся в продукцию, хранение, высвобождение, транспорт, связывание, действие или элиминацию природных циркулирующих в крови гормонов, ответственных за поддержание гомеостаза и регулировку половой дифференциации». В настоящее время считается установленным, что в результате воздействия эндокринных деструкторов ксеноэстрогенов возникают такие нарушения, как уменьшение количества сперматозоидов, снижение фертильности, аномалии развития репродуктивной системы, изменения репродуктивной функции, увеличение случаев рака груди, яичников, шейки матки, простаты и семенников, иммунологические расстройства, неврологические эффекты [18, 42]. Прогрессирующая феминизация животного мира в природных условиях, значительное падение репродуктивной способности, а также рост патологии репродуктивной системы у мужчин за последние 50 лет [4] являются тревожной тенденцией, определенный вклад в которую вносят и фитоэстрогены сои.
Таким образом, проведенные экспертно-аналитические исследования токсикологической базы данных о токсичности нативной сои показали, что эта культута и продукты ее переработки являются небезопасными для репродуктивного здоровья человека. Учитывая это, а также тот факт, что содержание изофлавоноидов в генетически модифицированной сое повышается по сравнению с таковым в традиционном исходном образце этой культуры, было сделано заключение о необходимости обязательных исследований репродуктивной токсичности генетически модифицированной Roundup Ready® сои 40-3-2 в полном объеме, которые до настоящего времени отсутствуют. Только после получения указанных результатов будет решен вопрос о возможности регистрации заявленного ГМО в Украине.
Рецензенты:
- Нефедов П.В., д.м.н., профессор, зав. кафедрой гигиены с экологией ГОУ ВПО «Кубанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития РФ, г. Краснодар;
- Омельчук С.Т., д.м.н., профессор, зав. кафедрой гигиены питания Национального медицинского университета им. А.А. Богомольца Министерства здравоохранения Украины, г. Киев.