乳制品中雌激素检测的意义：乳制品加工工艺的各阶段都可能受到化学污染物的污染，尤其是类固醇激素的污染，其通过食物链被人体摄入并不断积累后会影响人体健康，例如残留的雌激素会对人体的生殖器官、肝脏有一定的损害作用，也可能诱发癌症。有研究表明牛奶中含有相对较高水平的雌激素和孕酮代谢物，尤其是来自怀孕奶牛的代谢物，这些物质可能会增加患乳腺癌的风险。此外，存在于牛奶及乳制品中的己烯雌酚（DES）可能诱发儿童性早熟、子宫癌以及男性女性化，存在于乳及乳制品外包装中的雌激素双酚A（BPA）会损害人体生育能力，其可能引起女性反复流产或早产和男性精液质量下降、精子DNA损伤。因此，乳制品中雌激素的检测具有重要的意义。

乳制品中雌激素的来源和种类：乳制品雌激素的种类大致有两种：一是奶牛在产奶过程中自身分泌的天然雌激素，天然雌激素是动物和人体内天然存在的雌激素，一般指E1、E2和E3，其中以E2作用最强，E2的化学结构使其具有生物难降解性和脂溶性，易在生物体内富集，对个体层面的危害主要包括诱发高血压、冠心病和致癌作用，临床基础研究表明E2可大大提高妇科肿瘤的发病率，也可通过胎盘对婴儿产生先天致癌作用，还会对生殖系统和免疫系统产生毒性作用；二是外源性添加的，主要包括人为添加的激素，如对不孕奶牛注射含激素的催奶液，或把外源性雌激素用作动物饲料添加剂，又或者使用含有真菌雌激素的饲料喂养奶牛。外源性添加的雌激素会干扰生物体自身雌激素的合成、分泌、结合、代谢、消解或产生类似生物体自身雌激素的作用，会对生物正常的雌激素动态平衡、繁殖、生长产生不利的影响。乳制品中不同雌激素的来源与种类如表1所示。

乳制品中激素检测存在的问题：乳制品是人们广泛消费的一种重要的食品。由于牛奶和乳制品中雌激素类化合物具有雌激素效应，人们对乳制品中雌激素的检测越来越重视，但因为乳制品的复杂性，相比简单样本基质（例如水样），乳制品中雌激素类化合物的分析还未得到广泛应用，尽管少数研究分析了奶酪样品中的天然和合成雌激素。

此外，欧洲关于使用激素作为动物生长促进剂的法规中，修正指令表示禁止将具有激素活性的物质用于家畜育肥，以确保欧盟范围内的居民健康得到保障。尽管有这样的立法，但对乳制品中的雌激素类化合物未规定具体的最大残留限量，激素类物质仍有可能被滥用。有研究表明BPA等外源性雌激素会从包装材料迁移到牛奶或乳制品中，尽管许多研究报告称人类食用的牛奶中含有BPA，但关于乳制品中BPA含量和污染途径的研究数据很少。此外，目前乳制品中雌激素的检测标准也存在较多问题，如雌激素种类涵盖范围较窄、检测方法不新颖、样品处理方法复杂、无法针对新的雌激素结构类似物或其代谢物进行检测等。

雌激素受体：雌激素通过ER和GPER分别介导的基因组途径和非基因组途径来发挥生理功能（图1）。雌激素发挥其生理功能的经典基因组学途径是与ER结合，ER随即形成ER二聚体，之后与靶基因启动子序列内的雌激素应答元件（ERE）结合从而诱导靶基因表达。非基因组途径是由GPER介导的快速信号途径，该途径包括环腺苷酸（cAMP）途径、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径、钙离子（Ca²⁺）途径等，其中主要途径为打开或关闭Ca²⁺离子通道来快速控制神经、内分泌应答。随着在体外和临床研究中发现选择性调节GPER功能的配体，以及GPER基因敲除小鼠的应用，GPER的更多潜在作用引起研究者的广泛关注。

与GPER作用的雌激素分类：GPER的配体种类分布广泛，目前仍处于研究阶段。许多作用于ERα或ERβ的配体也可以作用于GPER。目前最广泛使用的GPER特异性激动剂是G-1。常见的GPER非特异性激动剂包含天然配体E2，据报道，E2在3～6 nmol/L范围内对GPER有结合亲和力，此外，合成（工业、农业和药理学）和天然（植物和真菌雌激素）的一系列外源雌激素也能作为GPER激动剂发挥作用，如植物雌激素黄豆苷元、白藜芦醇、染料木黄酮以及环境雌激素如塑料制品中常见的BPA及化工原料壬基酚（NP）等，值得注意的是，他莫昔芬和雷洛昔芬也是GPER激动剂。GPER的特异性拮抗剂包括G-15和G-36，非特异性拮抗剂包括体内雌激素的中间代谢产物2-羟基-17β-E2。

最早的雌激素生物检测方法为体内实验，其中子宫营养实验和肝细胞卵黄蛋白原（VTG）生成实验是我国环境中筛选雌激素及雌激素类似物的常规方法，后来为了提高对雌激素及雌激素类似物的检测效率，建立了一种基于雌激素及雌激素类似物对靶细胞增殖影响的细胞增殖实验（estrogen screen assay，简称E-Screen方法）。

用于雌激素检测的体内实验和E-Screen方法各具优势和不足，子宫营养实验虽然具有高可靠性、操作简易的优点，但其所需时间较长，不适宜大量筛选，并且重现性较差。此外，肝细胞VTG生成实验具有灵敏度高、操作方便等优点，但其应用会因为雌性动物体内存在天然卵黄而受到一定限制。与上述方法相比，E-Screen方法更为灵敏，通常结合体内实验确保结果的可靠性，用MCF7细胞进行细胞增殖实验所得的检测结果可信度较高，因为MCF7细胞来源于人，排除了动物实验的不确定性，但该方法所需实验条件、培养基和血清都有特殊要求，因此实验条件和成本较高。

目前乳制品中雌激素检测的主要手段有色谱法、光谱法和免疫法等，但由于雌激素在极低浓度下存在以及雌激素的结构相似性，这些方法只能检测出已知结构的雌激素。色谱法检测精度比较高，但存在如仪器价格高、操作复杂等缺点，此外，光谱法虽然是一种很好的痕量检测技术，但该方法稳定性和重复性较差，免疫法虽然有更高的检测效率，但可检测物质种类有限，并且可能还会发生交叉反应造成污染。而基于雌激素效应途径的生物检测方法可以检测复杂基质的雌激素活性，弥补了色谱法、光谱法和免疫法的不足，可评价已知和未知物质、单一组分或混合物的雌激素效应，具有较高的特异性。但该方法在单组分检测精度方面不如色谱法和免疫法。各检测方法在检测乳制品中雌激素残留方面的应用对比如表2所示。

GPER介导快速非基因组学途径，雌激素与GPER识别、变构，将此变构作用联动到胞内与G蛋白偶联引起信号级联放大来发挥多种类型的生物学效应。多项研究表明，雌激素及雌激素类化合物进入人体后扰乱了人体内的信号通路，但目前通过膜受体GPER介导的雌激素干扰效应并未得到广泛关注，并且很多用于乳制品中雌激素检测的方法是基于对其本身浓度的测定，与受-配体识别、细胞信号传递或动物神经信号传导无关，而且动物实验和细胞实验也很难代表人体功能，其实验结果也很难供人体参考。故基于研究受配体互作、胞外与胞内间联动变构、胞内信号级联放大及传递的全过程并从受体的角度对乳制品中雌激素进行功能评价才是可行的，但到目前为止并未见基于GPER来检测乳制品中雌激素的相关报道，也未见有关GPER生物传感器的相关报道，即使有多个研究通过ERα构建了生物传感器来检测水中的环境雌激素。根据笔者所在实验室近年在受体传感器方面进行的系统研究，人类GPER分子组装构建电化学传感器有望对乳制品中雌激素及雌激素类化合物进行定量化测定及功能评价。

近年来，虽然关于GPER的研究已经很多，但未发现有利用GPER检测雌激素（雌激素类化合物）的相关研究。假设基于GPER构建一个受体型电化学生物传感器来检测乳制品中雌激素，仍存在一些需要解决的问题。

1）生物传感器修饰过程一般都需要若干个步骤以固定所需的生物活性分子，而且传感器自身电学特性也存在差异，这使得同一批次制备的生物传感器对同一浓度标准品溶液的电化学响应也会存在偏差。这些微小的偏差在传感器商业化过程中不可避免地被放大，影响最终检测结果，进一步引起用户对仪器准确度的担忧。

2）尽管大量研究都已揭示GPER与诸多生理作用相关，并开发出一系列药物如治疗乳腺癌的药物，如氟维司群、他莫昔芬，却一直未有研究获得确切的GPER晶体结构，更未获得雌激素或雌激素类化合物“敲击”GPER时的互作过程，仅有的报道是基于分子建模模拟破译GPER激动剂和拮抗剂相互作用的分子识别特性，这为证明雌激素或雌激素类化合物如何作用于GPER的作用机制带来诸多困难。冷冻电子显微镜技术的兴起为解析GPER的精确结构和研究受-配体互作过程提供了新途径，但雌激素或雌激素类化合物与GPER的作用类似于“敲击键盘”的过程，雌激素或雌激素类化合物“敲击”GPER的某个结构域后在短时间内改变GPER的构象从而传递信号到胞内进而激活胞内相关信号或代谢途径，那么极低浓度的配体是如何激活受体下游信号的问题很难让人忽视。

3）目前用于乳制品中雌激素检测相关的ER型电化学生物传感器的研究成果较少，尽管有相关成功的报道却少有后续进展。

4）目前大多数生物传感器主要用于检测环境水样中的雌激素，很少直接用于牛奶和蜂蜜等食品基质中雌激素的检测，而且当前已开发的生物传感器并未广泛开发用于商业用途。