王會敏 徐克

2015年我國癌癥新發(fā)病例數及死亡人數分別為429.2萬例和281.4萬例，世界衛(wèi)生組織（World Health Organization, WHO）曾發(fā)布報告稱，中國大陸的癌癥發(fā)病率已經處于世界首位[1]。因此，癌癥的預防與治療刻不容緩。流行病學研究表明增加蔬菜的攝入能夠降低部分癌癥發(fā)生的風險[2,3]。十字花科蔬菜中含有豐富的硫代葡萄糖苷（glucosinolate），硫代葡萄糖苷含有共同的化學結構R-C(=N-O-SO3-)-S-glucose。目前已知超過120種硫代葡萄糖苷是穩(wěn)定并且水溶性的，這也為后續(xù)的研究提供了一定的基礎[4]。十字花科蔬菜經咀嚼或組織破壞后釋放黑芥子酶（myrosinase），黑芥子酶水解硫代葡萄糖苷形成異硫氰酸酯R-N=C=S。根據R側鏈的不同異硫氰酸酯分為三種不同的類型：芳香族、脂肪族以及吲哚族[5]。目前用于研究的異硫氰酸酯主要有蘿卜硫素（sulforaphane, SFN），異硫氰酸苯乙酯（phenethyl isothiocyanate, PEITC），異硫氰酸芐酯（benzyl isothiocyanate, BITC）和異硫氰酸丙烯酯（allyl isothiocyanate, AITC）。其中PEITC是目前唯一到臨床試驗階段的異硫氰酸酯[6]。大量研究表明異硫氰酸酯能夠很好地預防腫瘤的發(fā)生，并且在體內、體外很多研究中異硫氰酸酯都表現了很好的抗腫瘤特性。所以，本文主要針對以上幾種異硫氰酸酯在腫瘤的預防以及抗腫瘤方面的研究新進展進行綜述，并進一步探討異硫氰酸酯的抗腫瘤作用。

1 異硫氰酸酯對腫瘤的預防作用

大量研究[7-10]發(fā)現攝入十字花科蔬菜能夠有效地預防胰腺癌、卵巢癌、結腸癌、前列腺癌等癌癥的發(fā)病風險。在致癌因素的刺激下，異硫氰酸酯能夠抑制I相酶（phase I enzymes）如細胞色素P450（cytochrome P450）的活性，阻止致癌物前體的激活[11]。另外，異硫氰酸酯能夠激活II相酶（phase II enzymes），使得I相反應產物與葡萄糖醛酸（glucuronic acid）以及谷胱甘肽（glutathione, GSH）結合，促使致癌物盡快排出體外[12]。

Wu等[13]研究發(fā)現，攝入十字花科蔬菜使得非吸煙女性肺癌的發(fā)病風險降低41%，并且改變肺癌患者預后。Yuan等[14]研究發(fā)現，PEITC能夠抑制煙草特定致癌物4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone（NNK）的活化代謝。Crampsie等[15]研究發(fā)現 PEITC作用于小鼠肺腺癌模型后，肝臟和肺組織的P450活性降低，葡萄糖醛酸轉移酶和谷胱甘肽-S-轉移酶活性也明顯升高。并且PEITC還能夠抑制煙草致癌物NNK導致的DNA甲基化，是很好的腫瘤預防物質。

2 異硫氰酸酯的抗腫瘤作用

2.1 抑制腫瘤細胞增殖

2.1.1 誘導ROS產生 活性氧簇（reactive oxygen species,ROS）是機體氧化代謝過程中產生的高活性含氧自由基或過氧化物，過多的ROS能夠直接或間接地損傷細胞內核酸、蛋白質、脂質等大分子物質的生理功能。ROS與細胞的生長分化以及炎癥反應等相關，是很多疾病發(fā)生的誘因[16]。Wu等[17]研究發(fā)現ITCs能夠誘導產生ROS，并且PEITC和BITC還能夠降低GSH的水平（GSH是細胞內重要的抗氧化劑），進一步增加了ROS的累積；加入抗氧化劑后ROS的產生得到抑制。Yeh等[18]研究發(fā)現ROS累積能夠導致DNA損傷，并激活p53以及其下游p21和Bax基因，抑制腫瘤細胞增殖。Chou等[19]研究發(fā)現PEITC通過誘導腦膠質瘤細胞產生ROS，激活caspase凋亡途徑，從而誘導細胞凋亡。核轉錄因子Nrf2（NF-E2-related factor 2）在抗氧化反應中起到重要作用，其受胞漿蛋白Keap1的負調控，當發(fā)生氧化應激反應時，細胞內的Nrf2與Keap1解離，并與Maf結合形成異二聚體，進一步激活抗氧化反應元件（antioxidant response element,AREs）介導的下游基因的表達[20]。Hu等[21]研究發(fā)現PEITC能夠通過調控Nrf2誘導氧化應激，抑制腫瘤細胞增殖。另外，Gao等[22]研究發(fā)現PEITC還能夠抑制乳腺癌細胞線粒體呼吸鏈復合物III的活性，降低耗氧率，誘導ROS產生，并進一步激活JNK信號通路，最終導致細胞凋亡。Wu等[17]研究結果顯示在非小細胞肺癌（nonsmall cell lung cancer, NSCLC）中，ITCs能夠通過誘導ROS的產生調控轉移相關基因的表達，抑制高轉移肺癌細胞侵襲轉移。

2.1.2 誘導腫瘤細胞周期阻滯 腫瘤細胞長期處于快速的增殖階段，即S期+G2期，當增殖階段腫瘤細胞的比例越高時腫瘤細胞增殖越快。大量研究表明ITCs能夠通過誘導細胞周期阻滯來抑制腫瘤細胞增殖[23,24]。Chen等[25]研究發(fā)現PEITC能夠誘導口腔癌細胞G0期/G1期細胞周期阻滯，并通過線粒體途徑誘導細胞凋亡。Chou等[19]研究發(fā)現腦膠質瘤細胞經PEITC作用后G1期比例顯著增加，并且細胞形態(tài)發(fā)生改變，細胞存活率降低，且呈時間和劑量依賴性。Wu等[23]研究發(fā)現在骨原性肉瘤中，異硫氰酸酯劑量不同誘導發(fā)生的細胞周期阻滯不同，5 μM BITC能夠誘導G2期/M期阻滯，10 μM BITC能夠誘G0期/G1期阻滯；PEITC分別為5 μM和7.5 μM時能夠誘導G2期/M期阻滯，而10 μM PEITC能夠誘導S期細胞周期阻滯。Yan等[26]研究也發(fā)現BITC和PEITC能夠通過調節(jié)cyclin B1蛋白的表達誘導肺癌細胞G2期/M期細胞周期阻滯。

2.1.3 抑制腫瘤血管新生 腫瘤的生長離不開血管新生，如果沒有新生的血管來提供足夠的營養(yǎng)，腫瘤生長將被抑制。Xiao等[27]研究發(fā)現PEITC能夠通過抑制Akt信號通路的激活來抑制毛細血管樣網狀結構的生成，并且抑制間接體內實驗中新生血管的生成。另外，AITC和PEITC能夠通過下調一氧化氮（nitric oxide, NO）和腫瘤壞死因子α（tumour necrosis factor-α, TNF-α）來抑制血管生成[28]。Gupta等[29]研究發(fā)現，在缺氧環(huán)境中PEITC能夠抑制神經腦膠質瘤細胞內缺氧誘導因子（hypoxia inducible factor-1α, HIF-1α）和血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）的表達，并且激活ERK和Akt信號通路，從而抑制腫瘤血管的生成。另外，在前列腺癌細胞、膠質瘤細胞、結腸癌細胞、肝癌細胞和乳腺癌細胞中PEITC均可以抑制HIF-1α的累積，抑制VEGF、表皮生長因子（epidermal growth factor, EGF）以及粒細胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF）的分泌，下調VEGF-R2蛋白的表達，進一步抑制腫瘤細胞的增殖。

2.2 誘導腫瘤細胞凋亡 細胞凋亡是指細胞的程序性死亡，是細胞的基本生物學現象。細胞的主要凋亡途徑有兩條：一是線粒體凋亡途徑。當細胞受到凋亡因子刺激時，Bcl-2蛋白家族Bak、Bax激活并結合到線粒體外膜，使得線粒體外膜透化，細胞色素C由線粒體釋放到胞質，引起線粒體膜電位發(fā)生改變，并激活caspase凋亡途徑。Lee等[30]研究發(fā)現PEITC能夠下調Bcl-2和XIAP抗凋亡蛋白，上調p53表達，使得Bax由胞質轉移到線粒體，促進粒體細胞色素C和凋亡誘導因子的釋放，激活caspase凋亡途徑，促進PARP裂解，從而誘導細胞凋亡。二是死亡受體凋亡途徑。死亡受體屬于腫瘤壞死因子受體超家族，當死亡受體與相應的配體結合后，其結構發(fā)生改變，經過一系列的信號轉導過程，激活下游caspase信號途徑，誘導細胞凋亡。腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體 （tumor necrosis factor-related apoptosis-induced ligand, TRAIL）在抗腫瘤中起重要作用。Lee等[31]研究發(fā)現PEITC與TRAIL共同作用后，能夠敏化對TRAIL耐受的惡性膠質瘤細胞，誘導ROS累積，激活死亡受體5（death receptor 5, DR5），從而誘導細胞凋亡。體內研究結果也表明，PEITC與TRAIL共同作用比單獨作用能夠更好地抑制腫瘤的生長。

另外，研究[32]發(fā)現ITCs還能通過其他的信號途徑來誘導腫瘤細胞的凋亡。在肺癌細胞中，BITC通過抑制Akt/MAPK信號通路激活，誘導肺癌細胞凋亡。PEITC還可以通過p38MAPK/JNK途徑增加DNA損傷結合蛋白2（DNA damage binding protein 2, DDB2）的表達，誘導腫瘤細胞的凋亡，抑制腫瘤細胞增殖[33]。Xiao等[34]研究發(fā)現PEITC可以通過誘導DNA損傷，線粒體功能紊亂，導致前列腺癌細胞凋亡。內質網是真核細胞內蛋白質合成的重要細胞器，內質網內環(huán)境穩(wěn)定是其發(fā)揮功能的重要條件。近年來，越來越多的研究發(fā)現內質網應激在細胞凋亡中起到重要作用。Zhang等[35]研究發(fā)現BITC能夠誘導肺癌細胞發(fā)生內質網應激。

2.3 抑制腫瘤細胞侵襲轉移 腫瘤的侵襲轉移是癌癥患者死亡的主要原因。正常細胞通過細胞之間的黏附分子（cell adhesion molecule, CAM），如上皮鈣粘素（E-cadherin）緊密的黏著在一起。而腫瘤細胞之間E-cadherin減少，使得腫瘤細胞之間的黏附力減弱，易于分離。游離腫瘤細胞與基底膜附著，溶解細胞外基質（extracellular matrix, ECM），突破基底膜，從而發(fā)生局部侵襲。Ho等[36]研究發(fā)現BITC可以抑制基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMP）-2 的mRNA轉錄水平，還能夠降低MMP-2、MMP-7、MMP-9 和uPA（uPA在基底膜的分解中起到重要的作用）等侵襲轉移相關蛋白的表達，進一步激活ERK、PKCs/MAPK和PI3K/Akt/NF-κB等信號通路來抑制胃癌細胞侵襲轉移。Gong等[37]研究發(fā)現PEITC能夠抑制STAT3的激活，進而抑制前列腺癌細胞侵襲轉移。另外，本課題組前期研究也發(fā)現BITC和PEITC能夠通過激活MAPK信號通路誘導高轉移性NSCLC細胞凋亡，進而抑制肺癌細胞侵襲轉移[26]。

2.4 誘導細胞自噬 自噬（autophagy）是存在于真核細胞中的高度保守的生命過程，其在細胞應對多種生長壓力和環(huán)境刺激時，對維持生命體的正常發(fā)育等過程均起到關鍵作用[38]。早在1993年日本科學家[39]就發(fā)現酵母在營養(yǎng)缺乏的時候會出現自噬，并發(fā)現第一個自噬基因Atg1，之后對自噬做出了進一步的研究。自噬在維持細胞穩(wěn)態(tài)中起到重要作用，然而過多的細胞自噬可以誘導細胞死亡。由此可見，自噬是一把雙刃劍，它既可以促進腫瘤細胞凋亡，又可以對腫瘤細胞起到保護作用[40]。Lin等[41]研究發(fā)現BITC作用于前列腺癌細胞后，能夠抑制自噬負性調節(jié)因子mTOR的表達，激活細胞自噬，且當自噬被抑制后BITC能夠進一步促進細胞的凋亡，表明由BITC誘導發(fā)生的自噬在腫瘤細胞中起到保護的作用。本課題組前期研究也發(fā)現BITC作用于肺癌細胞后，能夠通過內質網應激誘導保護性自噬的發(fā)生[35]。然而Bommareddy等[42]研究發(fā)現PEITC通過調控自噬基因Atg5，激活Akt-mTOR信號通路，誘導前列腺癌細胞發(fā)生自噬，進一步抑制腫瘤細胞增殖。FoxO是Forkhead轉錄因子家族最重要的家族成員，作為PI3K/Akt信號通路的直接下游分子，FoxO1能轉錄及傳導多種生長及細胞因子信號，參與細胞的生長發(fā)育、新陳代謝，并且與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著密切關系。Xiao等[43]研究發(fā)現BITC作用后使得FoxO1乙?；黾?，促使mTOR與其亞基的解離，誘導乳腺癌細胞發(fā)生自噬，導致細胞凋亡，從而發(fā)揮抗腫瘤活性?？傊惲蚯杷狨ツ軌蛲ㄟ^誘導細胞自噬，促進或者抑制腫瘤細胞的增殖，這也為腫瘤的治療提供了一個新的理念和思路[44]。

3 其他

異硫氰酸酯還用于與化療藥物聯合使用的研究[45]。有研究[46]發(fā)現AITC與放射治療藥物聯合使用后，能夠增加NSCLC細胞對放射治療的敏感性。Gupta等[47]研究發(fā)現PEITC能夠特異性誘導HER2陽性的乳腺癌細胞凋亡，抑制腫瘤在體內的生長；PEITC與乳腺癌常規(guī)治療藥物阿霉素聯合使用后，使得阿霉素藥物劑量降低，同時對腫瘤細胞的殺傷作用增強。

MicroRNAs是在真核生物中發(fā)現的一類內源性的具有調控功能的非編碼RNA。最近研究發(fā)現，microRNA的表達與多種癌癥相關。Zhang等[48]研究發(fā)現PEITC作用于前列腺癌細胞后，能夠通過調節(jié)microRNA-194的表達，下調MMP-2和MMP-9蛋白表達，抑制前列腺癌細胞的侵襲。Basu等[49]研究發(fā)現BITC可能通過作用于microRNA-221和microRNA-375靶點，抑制胰腺癌細胞的惡性增生。Izzotti等[50]研究發(fā)現，在香煙環(huán)境中，PEITC能夠保護肺microRNAs不受香煙環(huán)境調控，從而預防肺癌的發(fā)生。Wagner等[51]研究發(fā)現，AITC能夠顯著降低microRNA-155的水平，同時增加Nrf2的mRNA和蛋白水平，發(fā)揮抗炎作用。另外，Slaby等[52]研究發(fā)現識別microRNAs結合位點可能與ITCs預防結腸癌的發(fā)生相關。

4 結語

綜上所述，異硫氰酸酯作為一個廣泛存在于十字花科蔬菜中的天然的小分子，能夠預防多種腫瘤的發(fā)生。同時異硫氰酸酯對正常的細胞并沒有毒性，這也增加了臨床應用的可能性。大量研究發(fā)現異硫氰酸酯能夠通過調節(jié)不同的蛋白、不同的信號通路來抑制腫瘤細胞的增殖和侵襲轉移，很好的發(fā)揮抗腫瘤作用，這也為腫瘤的個性化治療提供依據。雖然PEITC已經到了臨床試驗階段，但是異硫氰酸酯距離臨床應用階段還有很長的路要走，還需大量的臨床試驗，異硫氰酸酯的抗腫瘤作用機制也需要更加深入的研究。