兩種異硫氰酸酯抗腫瘤的研究進展

陳 楠 任凌燕 戴傳云

（重慶科技學院化學化工學院生物與制藥系，重慶 401331）

兩種異硫氰酸酯抗腫瘤的研究進展

陳 楠 任凌燕 戴傳云

（重慶科技學院化學化工學院生物與制藥系，重慶 401331）

植物化學物的生物學功能研究是食品科學的研究熱點之一，來源于十字花科的2－苯乙基異硫氰酸酯和l－異硫氰酸－4－甲磺酰基丁烷因具有抗癌功能而倍受關注。該兩種異硫氰酸酯能影響細胞Ⅰ相和Ⅱ相酶活性、激活Nrf2－Keap1系統、抑制細胞核因子κb及促進腫瘤細胞凋亡，起到預防癌癥的作用。文章綜述近年來兩種異硫氰酸酯抗腫瘤機制的研究進展及應用前景，為合理開發十字花科植物保健價值提供參考。

2－苯乙基異硫氰酸酯；l－異硫氰酸－4－甲磺酰基丁烷；抗腫瘤；分子機制

流行病學研究［1］證實，膳食中十字花科蔬菜的攝入能預防多種惡性腫瘤。其抗腫瘤生物活性物質為硫代葡萄糖苷（簡稱硫苷；glucosinolates，GS）水解產物異硫氰酸酯（isothiocyanates，ITCs）［2］。自Sidransky等［3］報道異硫氰酸酯調控腫瘤細胞生長以來，異硫氰酸酯抗腫瘤機制的研究開始受到廣泛關注。目前研究較多的異硫氰酸酯為2－苯乙基異硫氰酸酯（2－phenethyl，PEITC）和l－異硫氰酸－4－甲磺酰基丁烷（4－methylsulfinylpropyl，SFN）。文章將對這兩種活性物質抗腫瘤研究進展進行綜述。

1 兩種異硫氰酸酯來源及分子結構

當十字花科植物的細胞區隔被破壞（昆蟲咀嚼、機械損傷、真菌侵染等）時，位于胞漿中的硫苷與定位于特定蛋白上的內源芥子苷酶（myrosinase，E.C.1.2.1.147）作用，脫去葡萄糖基團，生成不穩定羥基中間體，在中性條件下，發生分子重排得到異硫氰酸酯。PEITC和SFN的前體——苯乙基硫苷和4－甲磺酰基硫苷廣泛存在于西蘭花、花椰菜、水芹菜等十字花科蔬菜中［4］。異硫氰酸酯的食物來源見表1，人通過膳食，每攝入100g西蘭花或水芹菜可獲得50～200μmol PEITC［5］。PEITC與SFN結構中N＝C＝S基團被認為是產生抗癌效應的活性基團。

2 兩種異硫氰酸酯抗腫瘤機制研究進展

異硫氰酸酯抗腫瘤主要機制：抑制Ⅰ相酶活性，阻止致癌前體物活化；激活Ⅱ相脫毒/抗氧化酶，加速致癌前體物在體內的代謝；激活Nrf2或抑制NF－κb等細胞調節氧化應激的重要轉錄因子，增加細胞對氧化應激的抗性；調控細胞周期，誘導腫瘤細胞凋亡等。雖然PETIC和SFN抗腫瘤機制尚未完全闡明，但以下方面的機制已經得到認同。

2.1 抑制Ⅰ相酶活性

前致癌物進入細胞后，在Ⅰ相藥物代謝酶——細胞色素P450（cytochrome P450，CYPs）催化下，經氧化、還原、水解等多種類型的化學反應轉變成親電化合物，啟動致癌或致突變過程［6］。PEITC和SFN通過抑制CYPs活性而阻止化學致癌物活化。試驗［7，8］證實經 PEITC孵化后，肝微粒細胞CYP1A1、CYP1A2活性均受到不同程度的抑制，抑制作用呈PEITC濃度依賴。Guillermo Padillaa等［9］研究表明通過正常攝食西蘭花即可獲得抑制肝微粒CYP1A1、CYP1A2活性所需PEITC劑量。

SFN同樣能抑制CYPs酶活性。SFN處理小鼠肝細胞后，CYP1A1和CYP 2B1/2活性均受到抑制［10］。經丙酮處理的小鼠肝微粒體中，SFN可競爭性抑制CYP2E1［11］。在人肝臟細胞中，SFN通過調控CYP3A4轉錄水平而抑制CYP3A4活性。Ahmad等［12］證實甚至未水解的SFN前體硫苷同樣能激活脫輔基蛋白酶而抑制肝微粒體CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1活性。

表1 十字花科蔬菜來源異硫氰酸酯的分子結構式Table 1 Structural formula of isothiocyanates from cruciferaes

2.2 激活Ⅱ相脫毒/抗氧化酶活性

雖然Ⅰ相酶能催化前致癌物質活化，但細胞中存在對抗此類反應的應激保護機制，其中最重要的應激保護便是激活Ⅱ相脫毒/抗氧化酶活性。Ⅱ相酶能催化Ⅰ相反應產物與谷胱甘肽（GSH）、葡萄糖醛酸、硫酸鹽等結合，繼而代謝排出體外。PEITC和SFN在體內、體外試驗［13，14］中能激活谷胱甘肽轉移酶（GST）、NADP（H）醌氧化還原酶（NQO）、UDP－葡萄糖基轉移酶（UGT）等Ⅱ相酶活性。例如在對抗2－氨基－1－甲基－6－苯基－咪唑（PhIp）所引發的遺傳性損傷中，PEITC激活肝臟中多種Ⅱ相酶，并在所有試驗組織中顯著減低了DNA－Phip復合物 水平［15］。Konsue等［16］用 PEITC 處 理 小鼠肝臟細胞12h后，利用生物芯片檢測到多種GSH同工酶的表達，但PEITC激活Ⅱ相酶活性的作用呈現細胞和組織特異性，在小鼠肺和腎臟細胞中PEITC并無此作用。而在PC－3細胞中，除激活GST外，PEITC同樣能增加血紅素加氧酶1（HO－1）的表達；在RAW264.7細胞中，PEITC能上調OH－1、NQO 等酶的 mRNA 表達水平［17，18］，此類 mRNA 的上調表達與抗腫瘤和抗炎癥關系密切。Bacon等［19］證明SFN通過上調表達肝臟細胞中UGT1A1和GSTA1的mRNA水平而激活葡萄糖基轉移酶和谷胱甘肽轉移酶活性，顯著地抑制DNA與PhIp的結合。在不同組織中SFN激活抗氧化酶的作用表現出濃度依賴性［20，21］：當SFN灌喂小鼠的劑量為40μmol/（kg·d）時，在小鼠賁門、十二指腸和膀胱中GST和NQ還原酶的表達量提高；當灌喂劑量達200～1 000μmol/（kg·d）時，在小鼠肝臟、結腸和胰腺中GST和NQ還原酶表達量提高。在體外細胞試驗［22，23］中，SFN能誘導人初級肝細胞中GSTA1/2和GSTP1mRNA表達；在鼠HepG1c1c7細胞中SFN上調GST和NQO1蛋白表達而增加該兩種酶活性；在大腸癌HT－29和結腸癌細胞Caco2等其他細胞系中，SFN也能產生類似作用。

2.3 激活 Nrf2－Keap1系統

Nrf2（NF－E2－related factor2）是細胞調節抗氧化應激反應的重要轉錄因子，生理狀態下它與胞漿蛋白伴侶分子Keap1（kelch－like ECH－associated protien1）結合處于相對抑制狀態。氧化應激源作用下，Nrf2與Keap1解偶聯后轉入核內，與抗氧化反應原件 ARE（antioxidant response element）上GCTGAGTCA位點結合，啟動ARE調控的抗氧化酶基因表達。SFN可通過修飾巰基破壞Keap1－Nrf2復合物，釋放Nrf2，使之結合到抗氧化反應原件ARE（antioxidant response element）區域［24］，啟動抗氧化還原酶基因的表達。與SFN作用機制不同，PEITC激活絲裂素活化蛋白激酶（mitogen－activated protein kinases，MAPKs），經 MAPK細胞信號通路釋放Nrf2。MAPKs屬于絲蛋白/蘇氨酸激酶，是接受受體傳遞的信號并將其帶入細胞核內的重要分子，在多種受體信號傳遞途徑中均具有關鍵性作用。PEITC通過磷酸化c－Jun N－末端激酶（JNK1/2）和細胞外信號調節蛋白激酶（ERK1/2），進而磷酸化 Nrf2，使其從 Keap1－Nrf2復合物中釋放，與Maf蛋白形成二聚體，結合ARE/EpRE，啟動其調控的抗氧化酶相關基因表達。在PC－3細胞中抑制JNK和ERK磷酸化可減弱PEITC對ARE的激活，說明PEITC通過MAPK信號通路而激活Nrf2－Keap1系統。

2.4 抑制細胞核因子 NF－κb

細胞核因子 NF－κb（nuclear factor kappa B）的激活與炎癥發生、腫瘤細胞的存活及腫瘤發生進程相關［25］。異硫氰酸酯對NF－κb的抑制被認為是其抗腫瘤的分子機理之一。PEITC通過抑制IκBα的磷酸化，穩定IκBα結構而抑制NF－κb活性，下調表達iNOS（一氧化氮合酶）和COX－2（環氧合酶－2）酶的基因，這些酶與炎癥、及腫瘤細胞生長密切聯系，從而減少促炎因子的分泌表達［26］。Jeong等［27］研究表明SFN抑制NF－κb活性的機理與PEITC相似，但也有試驗［28］證明在RAW 264.7細胞中，SNF并不介導IκB的磷酸化使其降解或者核轉位，而是直接影響了NF－κb因子與DNA的結合，發揮抑制腫瘤細胞增殖的作用。SFN可通過形成二硫代氨基甲酸鹽直接與NF－κb亞基中的Cys結合，從而直接減少其與靶DNA的結合。

2.5 誘導細胞周期停滯

細胞周期停滯與細胞凋亡一樣是細胞自我防御的重要機制。在初級癌細胞中，用PEITC處理3h即可抑制癌細胞細胞生長［29］，而SFN對人結腸癌細胞的生長抑制卻呈現出雙向模式，SFN對細胞生長周期阻滯的調控更加復雜。在HT－29細胞中，PEITC通過下調細胞周期蛋白A、D、E來控制 G1時期細胞阻滯［30］；在PC－3細胞中，PEITC對 G2/M 時期的細胞抑制是通過抑制80%以上的細胞周期性依賴蛋白激酶，如CDK1、細胞周期分裂蛋白Cdc25c以及積累酪氨酸磷酸化激酶來實現的。除Cdc25c蛋白被下調表達外，G2/M細胞周期DNA細胞周期檢測點2激酶ChK2也是PEITC細胞周期阻滯的分子靶標［31］。在Caco2細胞中，當BITC與PEITC的IC50分別為5.1，2.4μmol/L時即能抑制DNA的合成［32］，引發細胞生長停滯。PEITC可通過誘導細胞周期停滯而達到控制腫瘤細胞發展進程的作用。

2.6 調控激素受體

PEITC和SFN可通過調控腫瘤細胞內源性受體而發揮其抗癌功能。PEITC能調控前列腺癌細胞中雄激素受體（AR）的轉錄和翻譯，在轉錄水平上，通過抑制轉錄因子Sp1而抑制轉錄，在翻譯后可加速AR蛋白的降解，進而抑制前列腺癌細胞增殖［33］。在人乳腺癌細胞中，SFN通過抑制ERαmRNA轉錄和加速蛋白酶體介導的降解而調控雌激素受體ERα的表達。SFN處理 MCF－7細胞后，因激素ER受體異常地表達，細胞增殖受到抑制。SFN還可通過上調細胞凋亡受體mRNA和蛋白表達量而加速其凋亡。在人骨肉瘤細胞和肝臟細胞中，SFN可增強由TRAIL誘導的細胞凋亡。SFN可通過上調凋亡受體DR5mRNA和蛋白表達水平進而加速腫瘤細胞凋亡［34］。調控細胞內源性受體也是PEITC和SFN抑制腫瘤細胞生長的分子機制之一。

綜上所述，PEITC和SFN通過作用于細胞內多種分子靶標如：Ⅰ相/Ⅱ相藥物代謝酶系、Nrf2－Keap1，IκB/NF－κb，CHk2和TRAIL受體等發揮抗腫瘤功能，但這些細胞信號通路的激活并不是孤立發生的，而是協同作用的。在分子生物學水平上闡述這兩種異硫氰酸酯的抗腫瘤機制能為合理開發十字花科農產品的保健成分、研制抗癌藥物等領域提供理論依據。

3 研究展望

隨著PEITC和SFN抗腫瘤分子機制的逐步揭示，兩種物質的抗腫瘤生物學功能得到進一步證實。另外，這兩種物質也是十字花科植物風味形成的前體物質，同時還具有抑菌和植物防御的生物功能［35］，因此這兩種植物化學物質在保健食品、藥品、化妝品及食物添加劑等方面都有著較好的應用前景。膳食中兩種異硫氰酸酯主要來源于十字花科植物，而植物次生代謝物本身代謝路徑的復雜性及植物活性物質在動物體、人體中作用的復雜性使得目前對兩物質的研究還存在一些的問題：比如PEITC和SFN等硫苷降解物在人體內的吸收、代謝途徑及生物利用度等問題都還缺乏深入研究，目前此方面的多數試驗結果來源于體外細胞試驗而體內試驗的結果也還有待研究。對十字花科蔬菜在采收、貯藏、加工過程中硫苷及其降解產物的變化規律研究較少，缺乏對十字花科蔬菜及其加工食品的硫苷營養學評價。此外，如何從天然十字花科植物中高效分離得到硫苷活性物質，以及硫苷及其降解產物的分析鑒定也等都是十分有意義的研究領域。

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Research advances on two kinds of isothiocyanates for cancer chemoprevention

CHEN Nan REN Ling－yanDAI Chuan－yun

（Department of Biology and Pharmacy，Chongqing University of Science and Techology，Chongqing401331，China）

The biological function of phytochemicals has became one of the hottest research areas on food science.For the cancer chemoprevention，isothiocyanates 2－Phennethyl（PEITC）and 4－Methylsulfinylbuty（SFN）from the crucifers were widely investigated.These anti－cancer activities have been attributed to a variety of physiological actions including inducing phaseⅠand phaseⅡenzymes，activating Nrf2－Keap1system ，inhibiting the transcription factorκb and promoting cell apoptosis.Their molecular mechanisms of chemoprevention effects and perspectives were reviewed in this paper which amid to provide reference for the cruciferaes resource development.

2－Phennethyl；4－Methylsulfinylbuty；anticancer；molecular mechanisms

10.3969/j.issn.1003－5788.2012.02.066

陳楠（1982－），女，重慶科技學院講師，博士研究生。E－mail：chennan0205＠gmail.com

戴傳云

2011－12－10