莱菔硫烷的抗氧化防癌作用研究进展

王天珩　刘晓平

1　皖南医学院研究生院基础部，安徽省芜湖市　241002；　2　皖南医学院药学院



莱菔硫烷的抗氧化防癌作用研究进展

王天珩1刘晓平2

1皖南医学院研究生院基础部，安徽省芜湖市241002；2皖南医学院药学院

摘要莱菔硫烷是富含于十字花科蔬菜中的一种异硫氰酸盐。许多研究已经证实莱菔硫烷具有抗癌及化学预防的功能。其抗氧化能力、抑制癌细胞生长、改善心血管健康状况已广泛用于癌症模型和流行病学的研究。莱菔硫烷的功能性食品及抗肿瘤药品在国外已有利用，但莱菔硫烷产品在国内研究较少。本文以国内外研究结果为依据，阐述了莱菔硫烷抗氧化防癌作用机制及国内外的发展情况，为合理、有效开发相关产品提供参考。

关键词莱菔硫烷抗氧化防癌作用机制

十字花科植物在生长过程中产生次级代谢产物硫代葡萄糖苷(Glucosinolates)。完整的硫代葡萄糖苷几乎没有抗癌活性，当植物水解而使细胞破碎时，内源性芥子酶被释放出来，将硫代葡萄糖苷水解为异硫氰酸盐，后经芥子酶水解形成莱菔硫烷(SFN, 4-methylsulfinylbutyl isothiocyanate)。经流行病学证明，莱菔硫烷是目前公认的具有防癌和抗癌活性的天然药物成分之一。癌症是严重威胁人类健康的疾病，是继心血管疾病之后的第二大死亡原因,故发展有效且副作用少的防癌药物成为了医学研究热点。世界癌症研究基金会(WCRF)和美国癌症研究所(AICR)共同强调：30%～40%[1，2]的癌症可以通过适当的食物和营养补充而得到预防。有研究表明十字花科蔬菜摄入量高的人群患肺癌的风险比不摄入的人群低23%[3]，经常食用西兰花、甘蓝、花椰菜、辣根等十字花科蔬菜能够明显抑制多种癌症的发生。本文阐述了莱菔硫烷抗氧化防癌作用机制及国内外的发展情况，为其可能研发成为抗癌保健食品或辅助治疗药品提供理论依据。

1莱菔硫烷作用机制

1.1抗氧化功能机制莱菔硫烷是化学致癌物质的阻断剂,能参与致癌物代谢，是致癌物质的强效选择性抑制剂。研究表明，莱菔硫烷本身并不直接参与还原反应，但莱菔硫烷可以刺激Nrf2-Keap1信号通路，该通路在抗肿瘤、抗凋亡、抗炎等方面发挥着重要的作用[4]。未加入莱菔硫烷时,Nrf2与Keap1结合在胞浆中,莱菔硫烷进入细胞后，可以通过修饰蛋白巯基使Nrf2释放进入细胞核，并结合到基因的抗氧化反应元件(ARE)区域[5]。ARE区域的一些抗氧化酶基因与Nrf2结合后，激活抗氧化酶的转录，进而诱导抗氧化酶包括硫氧还蛋白还原酶(TrxR-1)、胃肠谷胱甘肽过氧化物酶(GI-GPx)等合成，保护细胞不受活性氧的伤害[6]。Chen等[7]发现莱菔硫烷可以显著增加ARE的活性、Nrf2靶基因mRNA和蛋白的表达、SOD1和过氧化氢酶活性以及防止酒精诱导的氧化应激和细胞凋亡。因此莱菔硫烷是间接的抗氧化剂，具有消除细胞内自由基的功能,防止基因突变。

需氧细胞在代谢过程中产生一系列活性氧簇(ROS)，包括：O2-、H2O2、HO2及OH-等, 一定浓度的ROS通过细胞氧化应激反应可以诱导细胞凋亡甚至导致其坏死。Fu等[8]研究发现莱菔硫烷可以抑制ROS如乙酰半胱氨酸或谷胱甘肽乙酯刺激引起的胰岛素分泌增加，减弱葡萄糖刺激的胰岛素分泌β细胞并且增强Nrf2介导的抗氧化反应，保护氧化反应引起的细胞损伤。

1.2莱菔硫烷的解毒作用(抑制Ⅰ相酶诱导Ⅱ相酶)人体代谢的生理防御反应主要来源于大量外来物质，包括人类致癌物的主要组成部分。Ⅰ相酶可以把一些有机物激活转化为亲电化合物，并且与DNA结合使之产生突变从而诱发癌症。莱菔硫烷通过抑制以细胞色素P450酶系(CYPs)为代表的Ⅰ相酶，如CYP1A1、CYP3A4等，抑制其催化活性，保护 DNA亲核基团，阻断亲电化合物并将其转化为毒性低且易于排泄的物质，从而改变致癌物的代谢过程。因此莱菔硫烷对Ⅰ相酶的抑制作用，可视为一种对化学诱发癌变的预防措施。多环芳烃(PAHs)具有很强的致癌性，能与DNA结合诱导CYP1A1和CYP1A2的活性，增加了发展的致癌风险。Skupinska等[9]发现莱菔硫烷及其类似物可以直接抑制人乳腺癌MCF7细胞中由多环芳烃诱导的CYP1A1和CYP1A2酶活性。

Ⅱ相酶，如谷胱甘肽-S-转移酶(GST)、谷氨酸半胱氨酸连接酶(GCL)、血红素加氧酶(HO-1)、醌氧化还原酶(NQO1)等, 可催化内源性极性小分子物质如谷胱甘肽(GSH)与有毒物质结合，使之失活、解毒，保护细胞免受这些物质对机体的侵害。目前研究认为，莱菔硫烷是最有效的Ⅱ相酶诱导剂，如诱导GSTA1、 TrxR及HO-1等转录活化，阻滞致癌前体物转化成致癌物质，还可以调节GSH的水平[10]。Wang等[11]研究表明，莱菔硫烷可以诱导大鼠淋巴细胞NQO1、GSTT1、Nrf2及HO-1等的二甲醚/抗氧化Ⅱ相酶mRNA的表达。Abel等[12]研究表明莱菔硫烷可以通过诱导Ⅱ相酶包括GST、GSTA4等的生物合成，防止芥子气对小鼠皮肤的损伤和突变。

1.3诱导细胞凋亡,抑制细胞增殖在免疫系统中,细胞通过膜受体的刺激而诱导细胞或肿瘤细胞凋亡，清除已被破坏的遗传细胞。细胞周期分为G1、G2、S、M 4个时期,为癌症的治疗提供了许多靶点。在免疫系统中,细胞通过膜受体的刺激而诱导细胞或肿瘤细胞凋亡，清除已被破坏的遗传细胞。研究发现，莱菔硫烷对癌细胞不仅具有抑制和预防的作用，同时还能够激活多种分子机制，来诱导细胞的凋亡。

Xu等[13]在研究莱菔硫烷对人胃癌SGC7901细胞周期的影响时发现莱菔硫烷可能通过诱导SGC7901细胞P73基因表达,激活其下游的P21基因,致使G1期阻滞等改变而抑制细胞增殖及诱导细胞凋亡。Zou等[14]研究发现，莱菔硫烷可以通过下调人肝癌HepG-2细胞内p-ERK的表达,进而抑制ERK通路诱导肝癌细胞G2/M期阻滞及凋亡,并可通过下调Bcl-2的表达、上调Bax的表达最终启动Caspase级联反应诱导HepG-2细胞凋亡。国外在研究炎症性肾病与细胞凋亡时，使用莱菔硫烷能显著诱导TNF-α、NF-κB和p38信号通路、JNK活性的增加和ERK的磷酸化减少，从而促进细胞凋亡[15]。Sayaka等[16]研究发现莱菔硫烷可以诱导乳腺癌细胞MCF-7和MDA-MB-231凋亡，其机制是上调p21和p27蛋白水平增加，阻滞细胞周期S和G2/M，抑制细胞增殖。

1.4莱菔硫烷的抗菌、抗炎作用NF-κB抑制剂成为炎症和癌症的化学预防新目标。NF-κB是由p50和p65亚基组成的异源二聚体转录因子，可以促进炎症基因的表达及细胞增殖；无活性的NF-κB通常在细胞质中存在，IκB的蛋白泛素化和磷酸化激活NF-κB使其进入细胞核内参与调控细胞增殖分化、凋亡以及炎症相关的靶基因转录[17]。Anika等[18]使用7d莱菔硫烷预处理可以减轻DSS诱导的C57BL/6小鼠急性结肠炎。

幽门螺杆菌感染诱导胃黏膜发生氧化应激，从而引起黏膜损伤，延缓黏膜修复，并最终诱导胃癌。Akinori研究表明莱菔硫烷可以诱导Nrf2-Keap1相关的抗氧化酶活性，有助于胃黏膜保护和修复，并进一步表明口服西兰花芽苗可以防止幽门螺旋杆菌引起的胃癌[19]。

1.5对心血管的作用心血管疾病，如心肌缺血再灌注损伤、充血性心脏衰竭、动脉粥样硬化等仍然是引起死亡的重要原因之一。这些疾病通常由缺血而导致组织缺氧，在严重的情况下可引起细胞坏死、细胞凋亡和器官功能障碍。Cheng等[20]研究发现莱菔硫烷减少了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶，增加了血红素加氧酶-1，并且可能通过激活抗氧化酶及开放线粒体ATP敏感性钾通道来保护心脏的缺血性损伤。血小板的聚集是动脉血栓形成的一个关键因素, Chuang等[21]研究表明萝卜硫素通过激动胶原蛋白、PAR1-AP受体激动剂等抑制PI3K/Akt通路从而抑制人血小板聚集, 减少血栓形成。在心脏移植后缺血再灌注损伤形成的主要因素是氧化应激。Li等[22]在研究莱菔硫烷对心脏移植后的初期损伤时，发现预先加入莱菔硫烷可以增加Nrf2诱导的二相酶，改善心脏移植后的缺血再灌注损伤。

1.6HDAC抑制剂组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylase,HDAC)对染色体的结构修饰和基因表达调控起着重要的作用。HDAC酶可以使组蛋白去乙酰化，使各种转录因子和协同转录因子能与DNA结合位点特异性结合，激活基因的转录。HDAC抑制剂是一种新兴的癌症化学预防领域，抑制HDAC的活性和表达可能导致抑制基因转录，抑制细胞分化和诱导细胞凋亡[23]。有研究表明，莱菔硫烷可以抑制HDAC酶，促进乙酰化组蛋白H3的乙酰化及微管蛋白p21启动子的增加从而改变组蛋白乙酰化的基因调控，选择性诱导增生和癌变的Bph1、LNCaP和PC3前列腺细胞凋亡，而对正常的细胞无影响[24]。

2莱菔硫烷的应用

我国江苏启东由于饮食中黄曲霉素过高，是肝癌发作的高危地区，甚至占当地成人死亡率的10%[25]。2003年，Kensler等[26]在启东进行了西兰花芽苗提取液随机对照实验，志愿者不吃任何可能含有芥子油苷的蔬菜，观察结果显示服用西兰花嫩芽硫代葡萄糖苷的人体内莱菔硫烷及其代谢产物和黄曲霉毒素-DNA加合物的排泄呈负相关。2009年Kensler等继续在启东进行实验比较富含葡萄硫苷和莱菔硫烷的西兰花嫩芽提取液制成的饮料，结果显示莱菔硫烷制成的饮料无显著毒性，生物利用度更高且吸收更快[25]。Marc等[27]使用莱菔硫烷对65名志愿者进行鼻腔灌洗，研究发现莱菔硫烷可以诱导上呼吸道Ⅱ相酶增加并且激活Nrf2信号通路，防止氧化应激及外源污染物刺激引起的哮喘及炎症，并且无不良反应。

3结语

随着对莱菔硫烷研究的不断深入，还有许多作用机制仍需深入探讨。由于十字花科蔬菜是季节性蔬菜无法经常食用，而实验所用的莱菔硫烷是经过浓缩与提纯的，比十字花科蔬菜中天然存在的含量更高、更纯，且烹饪过后会使莱菔硫烷活性降低，不能达到与实验同样的效果，因此莱菔硫烷有开发成抗癌药或保健功能食品的价值，具有广阔的市场前景。近几年，由于人们认识到莱菔硫烷的抗氧化、防癌、抗炎、作用于心血管系统等多种作用机制,莱菔硫烷的功能性食品及抗肿瘤药品等在国外已被广泛运用，尤其是西兰花已被研究了数十年并申请了部分专利，但莱菔硫烷产品在国内研究较少。我国应该加强对莱菔硫烷的应用研究和开发，使这种具有很强防治癌症效果的天然物质早日产业化，更好地为癌症患者提供有效的辅助治疗药品及保健食品。

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(本文通讯作者：刘晓平)

(编辑落落)

收稿日期2014-07-25

中图分类号：R258

文献标识码：A

文章编号：1001-7585(2015)10-1297-03