王天珩　劉曉平

1　皖南醫(yī)學(xué)院研究生院基礎(chǔ)部，安徽省蕪湖市　241002；　2　皖南醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院

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萊菔硫烷的抗氧化防癌作用研究進(jìn)展

王天珩1劉曉平2

1皖南醫(yī)學(xué)院研究生院基礎(chǔ)部，安徽省蕪湖市241002；2皖南醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院

摘要萊菔硫烷是富含于十字花科蔬菜中的一種異硫氰酸鹽。許多研究已經(jīng)證實萊菔硫烷具有抗癌及化學(xué)預(yù)防的功能。其抗氧化能力、抑制癌細(xì)胞生長、改善心血管健康狀況已廣泛用于癌癥模型和流行病學(xué)的研究。萊菔硫烷的功能性食品及抗腫瘤藥品在國外已有利用，但萊菔硫烷產(chǎn)品在國內(nèi)研究較少。本文以國內(nèi)外研究結(jié)果為依據(jù)，闡述了萊菔硫烷抗氧化防癌作用機(jī)制及國內(nèi)外的發(fā)展情況，為合理、有效開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品提供參考。

關(guān)鍵詞萊菔硫烷抗氧化防癌作用機(jī)制

十字花科植物在生長過程中產(chǎn)生次級代謝產(chǎn)物硫代葡萄糖苷(Glucosinolates)。完整的硫代葡萄糖苷幾乎沒有抗癌活性，當(dāng)植物水解而使細(xì)胞破碎時，內(nèi)源性芥子酶被釋放出來，將硫代葡萄糖苷水解為異硫氰酸鹽，后經(jīng)芥子酶水解形成萊菔硫烷(SFN, 4-methylsulfinylbutyl isothiocyanate)。經(jīng)流行病學(xué)證明，萊菔硫烷是目前公認(rèn)的具有防癌和抗癌活性的天然藥物成分之一。癌癥是嚴(yán)重威脅人類健康的疾病，是繼心血管疾病之后的第二大死亡原因,故發(fā)展有效且副作用少的防癌藥物成為了醫(yī)學(xué)研究熱點。世界癌癥研究基金會(WCRF)和美國癌癥研究所(AICR)共同強(qiáng)調(diào)：30%～40%[1，2]的癌癥可以通過適當(dāng)?shù)氖澄锖蜖I養(yǎng)補充而得到預(yù)防。有研究表明十字花科蔬菜攝入量高的人群患肺癌的風(fēng)險比不攝入的人群低23%[3]，經(jīng)常食用西蘭花、甘藍(lán)、花椰菜、辣根等十字花科蔬菜能夠明顯抑制多種癌癥的發(fā)生。本文闡述了萊菔硫烷抗氧化防癌作用機(jī)制及國內(nèi)外的發(fā)展情況，為其可能研發(fā)成為抗癌保健食品或輔助治療藥品提供理論依據(jù)。

1萊菔硫烷作用機(jī)制

1.1抗氧化功能機(jī)制萊菔硫烷是化學(xué)致癌物質(zhì)的阻斷劑,能參與致癌物代謝，是致癌物質(zhì)的強(qiáng)效選擇性抑制劑。研究表明，萊菔硫烷本身并不直接參與還原反應(yīng)，但萊菔硫烷可以刺激Nrf2-Keap1信號通路，該通路在抗腫瘤、抗凋亡、抗炎等方面發(fā)揮著重要的作用[4]。未加入萊菔硫烷時,Nrf2與Keap1結(jié)合在胞漿中,萊菔硫烷進(jìn)入細(xì)胞后，可以通過修飾蛋白巰基使Nrf2釋放進(jìn)入細(xì)胞核，并結(jié)合到基因的抗氧化反應(yīng)元件(ARE)區(qū)域[5]。ARE區(qū)域的一些抗氧化酶基因與Nrf2結(jié)合后，激活抗氧化酶的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而誘導(dǎo)抗氧化酶包括硫氧還蛋白還原酶(TrxR-1)、胃腸谷胱甘肽過氧化物酶(GI-GPx)等合成，保護(hù)細(xì)胞不受活性氧的傷害[6]。Chen等[7]發(fā)現(xiàn)萊菔硫烷可以顯著增加ARE的活性、Nrf2靶基因mRNA和蛋白的表達(dá)、SOD1和過氧化氫酶活性以及防止酒精誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡。因此萊菔硫烷是間接的抗氧化劑，具有消除細(xì)胞內(nèi)自由基的功能,防止基因突變。

需氧細(xì)胞在代謝過程中產(chǎn)生一系列活性氧簇(ROS)，包括：O2-、H2O2、HO2及OH-等, 一定濃度的ROS通過細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡甚至導(dǎo)致其壞死。Fu等[8]研究發(fā)現(xiàn)萊菔硫烷可以抑制ROS如乙酰半胱氨酸或谷胱甘肽乙酯刺激引起的胰島素分泌增加，減弱葡萄糖刺激的胰島素分泌β細(xì)胞并且增強(qiáng)Nrf2介導(dǎo)的抗氧化反應(yīng)，保護(hù)氧化反應(yīng)引起的細(xì)胞損傷。

1.2萊菔硫烷的解毒作用(抑制Ⅰ相酶誘導(dǎo)Ⅱ相酶)人體代謝的生理防御反應(yīng)主要來源于大量外來物質(zhì)，包括人類致癌物的主要組成部分。Ⅰ相酶可以把一些有機(jī)物激活轉(zhuǎn)化為親電化合物，并且與DNA結(jié)合使之產(chǎn)生突變從而誘發(fā)癌癥。萊菔硫烷通過抑制以細(xì)胞色素P450酶系(CYPs)為代表的Ⅰ相酶，如CYP1A1、CYP3A4等，抑制其催化活性，保護(hù) DNA親核基團(tuán)，阻斷親電化合物并將其轉(zhuǎn)化為毒性低且易于排泄的物質(zhì)，從而改變致癌物的代謝過程。因此萊菔硫烷對Ⅰ相酶的抑制作用，可視為一種對化學(xué)誘發(fā)癌變的預(yù)防措施。多環(huán)芳烴(PAHs)具有很強(qiáng)的致癌性，能與DNA結(jié)合誘導(dǎo)CYP1A1和CYP1A2的活性，增加了發(fā)展的致癌風(fēng)險。Skupinska等[9]發(fā)現(xiàn)萊菔硫烷及其類似物可以直接抑制人乳腺癌MCF7細(xì)胞中由多環(huán)芳烴誘導(dǎo)的CYP1A1和CYP1A2酶活性。

Ⅱ相酶，如谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)、谷氨酸半胱氨酸連接酶(GCL)、血紅素加氧酶(HO-1)、醌氧化還原酶(NQO1)等, 可催化內(nèi)源性極性小分子物質(zhì)如谷胱甘肽(GSH)與有毒物質(zhì)結(jié)合，使之失活、解毒，保護(hù)細(xì)胞免受這些物質(zhì)對機(jī)體的侵害。目前研究認(rèn)為，萊菔硫烷是最有效的Ⅱ相酶誘導(dǎo)劑，如誘導(dǎo)GSTA1、 TrxR及HO-1等轉(zhuǎn)錄活化，阻滯致癌前體物轉(zhuǎn)化成致癌物質(zhì)，還可以調(diào)節(jié)GSH的水平[10]。Wang等[11]研究表明，萊菔硫烷可以誘導(dǎo)大鼠淋巴細(xì)胞NQO1、GSTT1、Nrf2及HO-1等的二甲醚/抗氧化Ⅱ相酶mRNA的表達(dá)。Abel等[12]研究表明萊菔硫烷可以通過誘導(dǎo)Ⅱ相酶包括GST、GSTA4等的生物合成，防止芥子氣對小鼠皮膚的損傷和突變。

1.3誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,抑制細(xì)胞增殖在免疫系統(tǒng)中,細(xì)胞通過膜受體的刺激而誘導(dǎo)細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞凋亡，清除已被破壞的遺傳細(xì)胞。細(xì)胞周期分為G1、G2、S、M 4個時期,為癌癥的治療提供了許多靶點。在免疫系統(tǒng)中,細(xì)胞通過膜受體的刺激而誘導(dǎo)細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞凋亡，清除已被破壞的遺傳細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，萊菔硫烷對癌細(xì)胞不僅具有抑制和預(yù)防的作用，同時還能夠激活多種分子機(jī)制，來誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡。

Xu等[13]在研究萊菔硫烷對人胃癌SGC7901細(xì)胞周期的影響時發(fā)現(xiàn)萊菔硫烷可能通過誘導(dǎo)SGC7901細(xì)胞P73基因表達(dá),激活其下游的P21基因,致使G1期阻滯等改變而抑制細(xì)胞增殖及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Zou等[14]研究發(fā)現(xiàn)，萊菔硫烷可以通過下調(diào)人肝癌HepG-2細(xì)胞內(nèi)p-ERK的表達(dá),進(jìn)而抑制ERK通路誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞G2/M期阻滯及凋亡,并可通過下調(diào)Bcl-2的表達(dá)、上調(diào)Bax的表達(dá)最終啟動Caspase級聯(lián)反應(yīng)誘導(dǎo)HepG-2細(xì)胞凋亡。國外在研究炎癥性腎病與細(xì)胞凋亡時，使用萊菔硫烷能顯著誘導(dǎo)TNF-α、NF-κB和p38信號通路、JNK活性的增加和ERK的磷酸化減少，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡[15]。Sayaka等[16]研究發(fā)現(xiàn)萊菔硫烷可以誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞MCF-7和MDA-MB-231凋亡，其機(jī)制是上調(diào)p21和p27蛋白水平增加，阻滯細(xì)胞周期S和G2/M，抑制細(xì)胞增殖。

1.4萊菔硫烷的抗菌、抗炎作用NF-κB抑制劑成為炎癥和癌癥的化學(xué)預(yù)防新目標(biāo)。NF-κB是由p50和p65亞基組成的異源二聚體轉(zhuǎn)錄因子，可以促進(jìn)炎癥基因的表達(dá)及細(xì)胞增殖；無活性的NF-κB通常在細(xì)胞質(zhì)中存在，IκB的蛋白泛素化和磷酸化激活NF-κB使其進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)參與調(diào)控細(xì)胞增殖分化、凋亡以及炎癥相關(guān)的靶基因轉(zhuǎn)錄[17]。Anika等[18]使用7d萊菔硫烷預(yù)處理可以減輕DSS誘導(dǎo)的C57BL/6小鼠急性結(jié)腸炎。

幽門螺桿菌感染誘導(dǎo)胃黏膜發(fā)生氧化應(yīng)激，從而引起黏膜損傷，延緩黏膜修復(fù)，并最終誘導(dǎo)胃癌。Akinori研究表明萊菔硫烷可以誘導(dǎo)Nrf2-Keap1相關(guān)的抗氧化酶活性，有助于胃黏膜保護(hù)和修復(fù)，并進(jìn)一步表明口服西蘭花芽苗可以防止幽門螺旋桿菌引起的胃癌[19]。

1.5對心血管的作用心血管疾病，如心肌缺血再灌注損傷、充血性心臟衰竭、動脈粥樣硬化等仍然是引起死亡的重要原因之一。這些疾病通常由缺血而導(dǎo)致組織缺氧，在嚴(yán)重的情況下可引起細(xì)胞壞死、細(xì)胞凋亡和器官功能障礙。Cheng等[20]研究發(fā)現(xiàn)萊菔硫烷減少了超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶，增加了血紅素加氧酶-1，并且可能通過激活抗氧化酶及開放線粒體ATP敏感性鉀通道來保護(hù)心臟的缺血性損傷。血小板的聚集是動脈血栓形成的一個關(guān)鍵因素, Chuang等[21]研究表明蘿卜硫素通過激動膠原蛋白、PAR1-AP受體激動劑等抑制PI3K/Akt通路從而抑制人血小板聚集, 減少血栓形成。在心臟移植后缺血再灌注損傷形成的主要因素是氧化應(yīng)激。Li等[22]在研究萊菔硫烷對心臟移植后的初期損傷時，發(fā)現(xiàn)預(yù)先加入萊菔硫烷可以增加Nrf2誘導(dǎo)的二相酶，改善心臟移植后的缺血再灌注損傷。

1.6HDAC抑制劑組蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylase,HDAC)對染色體的結(jié)構(gòu)修飾和基因表達(dá)調(diào)控起著重要的作用。HDAC酶可以使組蛋白去乙酰化，使各種轉(zhuǎn)錄因子和協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子能與DNA結(jié)合位點特異性結(jié)合，激活基因的轉(zhuǎn)錄。HDAC抑制劑是一種新興的癌癥化學(xué)預(yù)防領(lǐng)域，抑制HDAC的活性和表達(dá)可能導(dǎo)致抑制基因轉(zhuǎn)錄，抑制細(xì)胞分化和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[23]。有研究表明，萊菔硫烷可以抑制HDAC酶，促進(jìn)乙酰化組蛋白H3的乙?；拔⒐艿鞍譸21啟動子的增加從而改變組蛋白乙?；幕蛘{(diào)控，選擇性誘導(dǎo)增生和癌變的Bph1、LNCaP和PC3前列腺細(xì)胞凋亡，而對正常的細(xì)胞無影響[24]。

2萊菔硫烷的應(yīng)用

我國江蘇啟東由于飲食中黃曲霉素過高，是肝癌發(fā)作的高危地區(qū)，甚至占當(dāng)?shù)爻扇怂劳雎实?0%[25]。2003年，Kensler等[26]在啟東進(jìn)行了西蘭花芽苗提取液隨機(jī)對照實驗，志愿者不吃任何可能含有芥子油苷的蔬菜，觀察結(jié)果顯示服用西蘭花嫩芽硫代葡萄糖苷的人體內(nèi)萊菔硫烷及其代謝產(chǎn)物和黃曲霉毒素-DNA加合物的排泄呈負(fù)相關(guān)。2009年Kensler等繼續(xù)在啟東進(jìn)行實驗比較富含葡萄硫苷和萊菔硫烷的西蘭花嫩芽提取液制成的飲料，結(jié)果顯示萊菔硫烷制成的飲料無顯著毒性，生物利用度更高且吸收更快[25]。Marc等[27]使用萊菔硫烷對65名志愿者進(jìn)行鼻腔灌洗，研究發(fā)現(xiàn)萊菔硫烷可以誘導(dǎo)上呼吸道Ⅱ相酶增加并且激活Nrf2信號通路，防止氧化應(yīng)激及外源污染物刺激引起的哮喘及炎癥，并且無不良反應(yīng)。

3結(jié)語

隨著對萊菔硫烷研究的不斷深入，還有許多作用機(jī)制仍需深入探討。由于十字花科蔬菜是季節(jié)性蔬菜無法經(jīng)常食用，而實驗所用的萊菔硫烷是經(jīng)過濃縮與提純的，比十字花科蔬菜中天然存在的含量更高、更純，且烹飪過后會使萊菔硫烷活性降低，不能達(dá)到與實驗同樣的效果，因此萊菔硫烷有開發(fā)成抗癌藥或保健功能食品的價值，具有廣闊的市場前景。近幾年，由于人們認(rèn)識到萊菔硫烷的抗氧化、防癌、抗炎、作用于心血管系統(tǒng)等多種作用機(jī)制,萊菔硫烷的功能性食品及抗腫瘤藥品等在國外已被廣泛運用，尤其是西蘭花已被研究了數(shù)十年并申請了部分專利，但萊菔硫烷產(chǎn)品在國內(nèi)研究較少。我國應(yīng)該加強(qiáng)對萊菔硫烷的應(yīng)用研究和開發(fā)，使這種具有很強(qiáng)防治癌癥效果的天然物質(zhì)早日產(chǎn)業(yè)化，更好地為癌癥患者提供有效的輔助治療藥品及保健食品。

參考文獻(xiàn)

[1]AICR.Food,nutrition, physical activity, and the prevention of cancer: a global perspective; world cancer research fund〔M〕.American Institute for Cancer Research: Washington, DC, USA, 2007.

[2]Melchini A,Traka MH.Biological Profile of Erucin:A New Promising Anticancer Agent from Cruciferous Vegetables〔J〕.Toxins,2010,2(4)：593-612.

[3]Ambrosone CB,Tang L.Cruciferous vegetable intake and cancer prevention: role of nutrigenetics〔J〕.Cancer Prevention Research,2009,2(4)：298-300.

[4]Kensler TW,Egner PA,Agyeman AS,etal.Keap1-nrf2 signaling: a target for cancer prevention by sulforaphane〔J〕.Top Curr Chem,2013,(329):163-177.

[5]Armah CN,Traka MH,Dainty JR,etal.A diet rich in high-glucoraphanin broccoli interacts with genotype to reduce discordance in plasma metabolite profiles by modulating mitochondrial function〔J〕.Am J Clin Nutr,2013,98(3):712-722.

[6]Mukherjee SB,Gogoi J. Free Radicals in Diseases and Potential Role of Phytoconstituents-A Cause with Emerging Importance〔J〕.Current Chemical Biology,2011,3:197-212.

[7]Chen X,Liu J,Chen SY.Sulforaphane protects against ethanol-induced oxidative stress and apoptosis in neural crest cells by the induction of Nrf2-mediated antioxidant response〔J〕.British Journal of Pharmacology,2013,169(2):437-448.

[8]Fu J,Zhang Q,Woods CG,etal.Divergent Effects of Sulforaphane on Basal and Glucose-Stimulated Insulin Secretion in β-Cells:Role of Reactive Oxygen Species and Induction of Endogenous Antioxidants〔J〕.Pharm Res，2013,30(9):2248-2259.

[9]Skupinska K,Misiewicz-Krzeminska I,Lubelska K，etal.The effect of isothiocyanates on CYP1A1 and CYP1A2 activities induced by polycyclic aromatic hydrocarbons in Mcf7 cells〔J〕.Toxicology in Vitro,2009, 23(5):763-771.

[10]James D,Devaraj S,Bellur P,etal.Novel concepts of broccoli sulforaphanes and disease: induction of phase II antioxidant and detoxification enzymes by enhanced-glucoraphanin broccoli〔J〕.Nutrition Reviews,2012,70(11):654-665.

[11]Wang H,Khor TO,Yang Q，etal.Pharmacokineties and Pharmacodynamics of PhaseⅡ Drug Metabolizing/Antioxidant Enzymes Gene Response by Anticancer Agent Sulforaphane in Rat Lymphocytes〔J〕.Molecular Pharmaceutics,2012,9(10):2819-2827.

[12]Abel EL,Boulware S,Fields T,etal.Sulforaphane induces phase II detoxication enzymes in mouse skin and prevents mutagenesis induced by a mustard gas analog〔J〕.Toxicology and Applied Pharmacology,2013,266(3):439-442.

[13]Xu H,Chen Y,etal.Effects and mechanisms of action of sulforaphane on the cell cycle of human gastric adenocarcinoma SGC7901 cells〔J〕.Chinese Journal of Hospital Pharmacy,2010,30(4):1193-1197.

[14]Zou X,Qu ZY,Bai J，etal.Effect of sulforaphane on protein expression of ERK and pathway in human hepatocellular carcinoma HepG-2 cells〔J〕.J Nutr Biochem,2011,27(3):257-259.

[15]Guerrero-Beltrán CE, Mukhopadhyay P, Horváth B,etal.Sulforaphane, a natural constituent of broccoli, prevents cell death and inflammation in nephropathy 〔J〕. J Nutr Biochem，2012,23(5):494-500.

[16]Kanematsu S, Uehara N，Miki H，etal.Autophagy inhibition enhances sulforaphane-induced apoptosis in human breast cancer cells〔J〕.Anticancer Res,2010,30(9):3381.

[17]Clarke JD, Dashwood RH, Ho E. Multi-targeted prevention of cancer by sulforaphane 〔J〕. Cancer Lett, 2008, 269(2): 291-304.

[18]Wagner AE, Will O, Sturm C,etal.DSS-induced acute colitis in C57BL/6 mice is mitigated by sulforaphane pre-treatment〔J〕.Journal of Nutritional Biochemistry,2013,24(12):2085.

[19]Yanaka A.Sulforaphane Enhances Protection and Repair of Gastric Mucosa Against Oxidative stress In Vitro, and Demonstrates Anti-inflammatory Effects on Helicobacter pylori-Infected Gastric Mucosae in Mice and Human Subjects〔J〕.Current Pharmaceutical Design,2011,17(16):1532-1540.

[20]Piao CS,Gao S,Lee GH,etal.Sulforaphane protects ischemic injury of hearts through antioxidant pathway and mitochondrial KATPchannels〔J〕.Pharmacological Research,2010,61(4):342-348.

[21]Chuang WY,Kung PH,Kuo CY,etal.Sulforaphane prevents human platelet aggregation through inhibiting the phosphatidylinositol 3-kinase/Akt pathway〔J〕.Thromb Haemost,2013,109(6):1120-1130.

[22]Li Z,Galli U, Becker LE,etal.Sulforaphane protects hearts from early injury after experimental transplantation〔J〕.Ann Transplant,2013,18(15):558-566.

[23]Nian H,Delage B,Ho E,etal.Modulation of Histone Deacetylase Activity by Dietary Isothiocyanates and Allyl Sulfides:Studies with Sulforaphane and Garlic Organosulfur Compounds〔J〕.Environ Mol Mutagen,2009,50(3):213-221.

[24]Clarke JD,Hsu A,Yu Z,etal.Differential effects of sulforaphane on histone deacetylases, cell cycle arrest and apoptosis in normal prostate cells versus hyperplastic and cancerous prostate cells 〔J〕.Mol Nutr Food Res,2011,55(7):999-1009.

[25]Egner PA, Chen JG, Wang JB,etal.Bioavailability of sulforaphane from two broccoli sprout beverages: Results of a short term,cross-over clinical trial in Qidong,China〔J〕.Cancer Prev Res,2011,4(3):384-395.

[26]Kensler TW,Chen JG,Egner PA,etal.Effects of Glucosinolate-Rich Broccoli Sprouts on Urinary Levels of Aflatoxin-DNA Adducts and Phenanthrene Tetraols in a Randomized Clinical Trial in He Zuo Township, Qidong, People’s Republic of China〔J〕.Cancer Epidemiol Biomarkers Prev,2005,14(11Pt1):2605-2613.

[27]Riedl MA,Saxon A, Diaz-Sanchez D.Oral Sulforaphane increases Phase Ⅱ antioxidant enzymes in the human upper airway 〔J〕. Clin Immunol,2009,130(3):244-251.

(本文通訊作者：劉曉平)

(編輯落落)

收稿日期2014-07-25

中圖分類號：R258

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-7585(2015)10-1297-03