西兰花中硫代葡萄糖苷的抗癌药理

申树芳　张英锋　马子川

文章编号:1005-6629(2009)07-0064-02中图分类号:Q946文献标识码:E

西兰花又名绿菜花、青花菜、嫩茎花椰菜等,属十字花科芸苔属甘蓝变种。其食用部分为绿色幼嫩花茎和花蕾,含蛋白质、碳水化合物、脂肪、矿物质、维生素C和胡萝卜素等。而且,西兰花中矿物质成分比其他蔬菜更全面,钙、磷、铁、钾、锌、锰等含量都很丰富,被誉为“蔬菜皇冠”。日本国家癌症研究中心公布的抗癌蔬菜排行榜上,西兰花名列前茅,实验表明长期食用西兰花可减少乳腺癌、直肠癌及胃癌等癌症的发病几率。

1硫代葡萄糖苷抗癌药理研究综述

英国科学家1997年的一次抗癌蔬菜研究结果表明,西兰花中含有十分丰富的硫代葡萄糖苷,可阻碍早期癌细胞的生长,并有助于加强人体对癌细胞的抵抗能力,降低患癌症的危险。日本营养学家福家洋子教授等通过试验验证:西兰花等十字花科植物中所含异硫氰酸酯衍生物萝卜硫素有治疗癌症和杀死白血细胞的效用。

邹翔[1]研究发现,西兰花中硫代葡萄糖苷对人胃腺癌SGC-7901细胞有一定的抑制作用,能促进该细胞凋亡并对细胞周期有一定的影响,ITCS可通过刺激SGC-7901细胞内活性氧的产生, 损伤肿瘤细胞线粒体,使其膜电位下降,最终引起SGC-7901细胞凋亡。同时发现异硫氰酯能诱导如Hela细胞、Jurkat T-细胞、胚胎肾293细胞和HT1080细胞等一些人类细胞系产生细胞凋亡。钱丽丽[2]等采用甲醇法提取西兰花中硫代葡萄糖苷,其水解产物异硫氰酸酯类对金黄色葡萄球菌、白葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌的抑菌作用均较明显。

综上所述,西兰花的抗癌作用,主要归功于其中含有的硫代葡萄糖苷。下面从硫代葡萄糖苷的化学结构、降解产物等方面介绍其抗癌药理。

2硫代葡萄糖苷的化学结构

硫代葡萄糖苷是一种含硫的阴离子亲水性植物次生代谢产物。1970年,Marsh和Waser等对硫代葡萄糖苷晶体的X射线分析证明[3]:所有的硫代葡萄糖苷都具有相同的基本结构。如图1所示。

硫代葡萄糖苷是一类含β-D-葡萄糖苷酶的化合物,由β-硫代葡萄糖基、磺酸肟和支链R所组成,C=N上的立体异构为Z 式。众多硫苷在组成上都有一个相同的母体,区别则在于支链R的结构不同。根据侧链R的结构特征,可以将其分为脂肪族硫代葡萄糖苷(侧链来源于蛋氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸),芳香族硫代葡萄糖苷(侧链来源于酪氨酸和苯丙氨酸)及吲哚族硫代葡萄糖苷(侧链来源于色氨酸)。不同的侧链决定了水解产物的不同,抗癌活性也存在差别。

3 人体内硫代葡萄糖苷的降解

硫代葡萄糖苷在植物中不是单一存在的,植株中存在的是硫代葡萄糖苷-葡萄糖硫苷酶体系。硫代葡萄糖苷的最初酶解产物是D-葡萄糖和不稳定的糖苷配基(aglycone)。糖苷配基依据外界条件水解或重排生成相应的产物。糖苷配基在中性条件下通过Hoffmann重排(或Lossen重排)主要生成异硫氰酸酯;酸性条件下产物以腈为主;在有EPS酶和Fe2+存在时, 当R基的末端带有不饱和键时降解产物主要是环硫腈[4] ,R为吲哚或苯及其衍生物时将重排生成硫氰酸酯,R含有-OH时则自发环化生成唑烷酮。其中生成腈、异硫氰酸酯、硫氰酸酯的过程如图2所示。

在人体肠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坏(例如蔬菜煮过后),硫代葡萄糖苷在体内仍能分解。硫代葡萄糖苷经人体内的肠道菌水解生成具有生物活性的异硫氰酸酯类(isothiocyanates,ITCS)[5]。异硫氰酸酯类是一类具有N=S=C 结构的小分子化合物的总称,包括萝卜硫素(Sulforaphen)[6]、苯乙基异硫氰酸酯(PETIC)和异硫氰酸苄酯(BITC)[7]。研究表明,萝卜硫素是蔬菜中发现最强的抗癌成分。

萝卜硫素是葡萄糖莱菔子苷(即硫代葡萄糖苷的一种)经黑芥子硫酸苷酶(myrosinase)酶解或酸水解产生的异硫氰酸酯,因最早在萝卜中发现而得名。萝卜硫素对食道癌、肺癌、结肠癌、乳腺癌、肝癌及大肠癌等有很好的防治效果。萝卜硫素易溶于水,相对分子质量为177.29,分子式C₆H₁₁S₂NO,结构式见图3。它是一种多功能诱导物, 可诱导机体[8]产生Ⅱ型解毒酶—谷光甘肽转移酶和醌还原酶,此酶可对许多致癌物产生抗性,从而起到抗癌作用。

4应用前景展望

萝卜硫素除了从十字花科蔬菜中直接提取外,现有的生产工艺主要有化学合成法和酶法。立体化学中手性合成的方法是从立体化学的角度来合成生产萝卜硫素,过程简单却难以控制反应条件, 难以工业化。酶法是从十字花科蔬菜中提取萝卜硫素前体,经酶解获得萝卜硫素。Iori和Bernardi等设计了从葡萄糖甘油三芥酸酯出发制备萝卜硫素,在这种方法中, 从葡萄糖甘油三芥酸酯到葡萄糖莱菔子苷是选择氧化法反应,反应效率高,可望实现萝卜硫素的工业化[9]。

除此以外,从西兰花中分离出带有萝卜硫素生长基因的DNA物质,将此物质植入各种卷心菜和萝卜中,将有助于人们对癌细胞的抵抗能力,降低患癌症的危险。近几年来,我国学者对十字花科植物中硫代葡萄糖苷的成分和含量进行了研究,有关参与合成硫代葡萄苷的基因调控方面的研究正在展开,如其成功,便可在基因水平上人为操纵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。

参考文献:

[1]邹翔,郎朗,池文杰等.西兰花中ITCS诱导SGC27901细胞凋亡作用机制.哈尔滨商业大学学报(自然科学版),2007,23(1):1～5.

[2]钱丽丽,刘江丽,李扬等.西兰花中硫代葡萄糖苷的提取及抑菌试验初报.中国农学通报,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]修丽丽,钮昆亮.十字花科植物中的硫代葡萄糖苷及其降解产物.浙江科技学院学报,2004,16(3):187～189.

[6]王见冬,袁其朋,钱忠明.萝卜硫素研究进展.食品与发酵工业,2002,29(2):76～80.

[7]陈新娟,朱祝军,杨静等.芥蓝叶和薹的硫代葡萄糖苷组分及含量.园艺学报,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.