西蘭花中硫代葡萄糖苷的抗癌藥理

申樹芳　張英鋒　馬子川

文章編號:1005-6629(2009)07-0064-02中圖分類號:Q946文獻標識碼:E

西蘭花又名綠菜花、青花菜、嫩莖花椰菜等,屬十字花科蕓苔屬甘藍變種。其食用部分為綠色幼嫩花莖和花蕾,含蛋白質、碳水化合物、脂肪、礦物質、維生素C和胡蘿卜素等。而且,西蘭花中礦物質成分比其他蔬菜更全面,鈣、磷、鐵、鉀、鋅、錳等含量都很豐富,被譽為“蔬菜皇冠”。日本國家癌癥研究中心公布的抗癌蔬菜排行榜上,西蘭花名列前茅,實驗表明長期食用西蘭花可減少乳腺癌、直腸癌及胃癌等癌癥的發病幾率。

1硫代葡萄糖苷抗癌藥理研究綜述

英國科學家1997年的一次抗癌蔬菜研究結果表明,西蘭花中含有十分豐富的硫代葡萄糖苷,可阻礙早期癌細胞的生長,并有助于加強人體對癌細胞的抵抗能力,降低患癌癥的危險。日本營養學家福家洋子教授等通過試驗驗證:西蘭花等十字花科植物中所含異硫氰酸酯衍生物蘿卜硫素有治療癌癥和殺死白血細胞的效用。

鄒翔[1]研究發現,西蘭花中硫代葡萄糖苷對人胃腺癌SGC-7901細胞有一定的抑制作用,能促進該細胞凋亡并對細胞周期有一定的影響,ITCS可通過刺激SGC-7901細胞內活性氧的產生, 損傷腫瘤細胞線粒體,使其膜電位下降,最終引起SGC-7901細胞凋亡。同時發現異硫氰酯能誘導如Hela細胞、Jurkat T-細胞、胚胎腎293細胞和HT1080細胞等一些人類細胞系產生細胞凋亡。錢麗麗[2]等采用甲醇法提取西蘭花中硫代葡萄糖苷,其水解產物異硫氰酸酯類對金黃色葡萄球菌、白葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和大腸桿菌的抑菌作用均較明顯。

綜上所述,西蘭花的抗癌作用,主要歸功于其中含有的硫代葡萄糖苷。下面從硫代葡萄糖苷的化學結構、降解產物等方面介紹其抗癌藥理。

2硫代葡萄糖苷的化學結構

硫代葡萄糖苷是一種含硫的陰離子親水性植物次生代謝產物。1970年,Marsh和Waser等對硫代葡萄糖苷晶體的X射線分析證明[3]:所有的硫代葡萄糖苷都具有相同的基本結構。如圖1所示。

硫代葡萄糖苷是一類含β-D-葡萄糖苷酶的化合物,由β-硫代葡萄糖基、磺酸肟和支鏈R所組成,C=N上的立體異構為Z 式。眾多硫苷在組成上都有一個相同的母體,區別則在于支鏈R的結構不同。根據側鏈R的結構特征,可以將其分為脂肪族硫代葡萄糖苷(側鏈來源于蛋氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸),芳香族硫代葡萄糖苷(側鏈來源于酪氨酸和苯丙氨酸)及吲哚族硫代葡萄糖苷(側鏈來源于色氨酸)。不同的側鏈決定了水解產物的不同,抗癌活性也存在差別。

3 人體內硫代葡萄糖苷的降解

硫代葡萄糖苷在植物中不是單一存在的,植株中存在的是硫代葡萄糖苷-葡萄糖硫苷酶體系。硫代葡萄糖苷的最初酶解產物是D-葡萄糖和不穩定的糖苷配基(aglycone)。糖苷配基依據外界條件水解或重排生成相應的產物。糖苷配基在中性條件下通過Hoffmann重排(或Lossen重排)主要生成異硫氰酸酯;酸性條件下產物以腈為主;在有EPS酶和Fe2+存在時, 當R基的末端帶有不飽和鍵時降解產物主要是環硫腈[4] ,R為吲哚或苯及其衍生物時將重排生成硫氰酸酯,R含有-OH時則自發環化生成唑烷酮。其中生成腈、異硫氰酸酯、硫氰酸酯的過程如圖2所示。

在人體腸道中也存在硫代葡萄糖苷酶,所以,即使植物中的葡萄糖苷酶被破壞(例如蔬菜煮過后),硫代葡萄糖苷在體內仍能分解。硫代葡萄糖苷經人體內的腸道菌水解生成具有生物活性的異硫氰酸酯類(isothiocyanates,ITCS)[5]。異硫氰酸酯類是一類具有N=S=C 結構的小分子化合物的總稱,包括蘿卜硫素(Sulforaphen)[6]、苯乙基異硫氰酸酯(PETIC)和異硫氰酸芐酯(BITC)[7]。研究表明,蘿卜硫素是蔬菜中發現最強的抗癌成分。

蘿卜硫素是葡萄糖萊菔子苷(即硫代葡萄糖苷的一種)經黑芥子硫酸苷酶(myrosinase)酶解或酸水解產生的異硫氰酸酯,因最早在蘿卜中發現而得名。蘿卜硫素對食道癌、肺癌、結腸癌、乳腺癌、肝癌及大腸癌等有很好的防治效果。蘿卜硫素易溶于水,相對分子質量為177.29,分子式C₆H₁₁S₂NO,結構式見圖3。它是一種多功能誘導物, 可誘導機體[8]產生Ⅱ型解毒酶—谷光甘肽轉移酶和醌還原酶,此酶可對許多致癌物產生抗性,從而起到抗癌作用。

4應用前景展望

蘿卜硫素除了從十字花科蔬菜中直接提取外,現有的生產工藝主要有化學合成法和酶法。立體化學中手性合成的方法是從立體化學的角度來合成生產蘿卜硫素,過程簡單卻難以控制反應條件, 難以工業化。酶法是從十字花科蔬菜中提取蘿卜硫素前體,經酶解獲得蘿卜硫素。Iori和Bernardi等設計了從葡萄糖甘油三芥酸酯出發制備蘿卜硫素,在這種方法中, 從葡萄糖甘油三芥酸酯到葡萄糖萊菔子苷是選擇氧化法反應,反應效率高,可望實現蘿卜硫素的工業化[9]。

除此以外,從西蘭花中分離出帶有蘿卜硫素生長基因的DNA物質,將此物質植入各種卷心菜和蘿卜中,將有助于人們對癌細胞的抵抗能力,降低患癌癥的危險。近幾年來,我國學者對十字花科植物中硫代葡萄糖苷的成分和含量進行了研究,有關參與合成硫代葡萄苷的基因調控方面的研究正在展開,如其成功,便可在基因水平上人為操縱硫代葡萄糖苷的生物合成,提高蔬菜中抗癌的硫代葡萄糖苷的含量。

參考文獻:

[1]鄒翔,郎朗,池文杰等.西蘭花中ITCS誘導SGC27901細胞凋亡作用機制.哈爾濱商業大學學報(自然科學版),2007,23(1):1～5.

[2]錢麗麗,劉江麗,李揚等.西蘭花中硫代葡萄糖苷的提取及抑菌試驗初報.中國農學通報,2008,24(2):335～338.

[3]Marsh R E,Waser J.Refinement of the Crystal Structure of Sinigrin. Acta Crystallographica Section B,1970,26:1030～1037.

[4]Palmieri S,Rollin P,Sprensen H,et al.Myrosinase Technology for a Potential Glucosinolate Utilization in Agro-Industry.Agro Food Inst Hi-Tech,1998,(1):24～27.

[5]修麗麗,鈕昆亮.十字花科植物中的硫代葡萄糖苷及其降解產物.浙江科技學院學報,2004,16(3):187～189.

[6]王見冬,袁其朋,錢忠明.蘿卜硫素研究進展.食品與發酵工業,2002,29(2):76～80.

[7]陳新娟,朱祝軍,楊靜等.芥藍葉和薹的硫代葡萄糖苷組分及含量.園藝學報,2006,33(4):741～744.

[8]Fahey W,Zhang Yuesheng,Paul Talalay.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,1997,94(9):10367～10372.

[9]Iori R,Bernardi R,Gueyrard D,et al. Formation of glucoraphanin by chemoselective oxidation of natural glucoerucin: A chemoenzymatic route to sulforaphane. Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters,1999(10):1047～1048.