两种异硫氰酸酯抗肿瘤的研究进展

陈 楠 任凌燕 戴传云

（重庆科技学院化学化工学院生物与制药系，重庆 401331）

两种异硫氰酸酯抗肿瘤的研究进展

陈 楠 任凌燕 戴传云

（重庆科技学院化学化工学院生物与制药系，重庆 401331）

植物化学物的生物学功能研究是食品科学的研究热点之一，来源于十字花科的2－苯乙基异硫氰酸酯和l－异硫氰酸－4－甲磺酰基丁烷因具有抗癌功能而倍受关注。该两种异硫氰酸酯能影响细胞Ⅰ相和Ⅱ相酶活性、激活Nrf2－Keap1系统、抑制细胞核因子κb及促进肿瘤细胞凋亡，起到预防癌症的作用。文章综述近年来两种异硫氰酸酯抗肿瘤机制的研究进展及应用前景，为合理开发十字花科植物保健价值提供参考。

2－苯乙基异硫氰酸酯；l－异硫氰酸－4－甲磺酰基丁烷；抗肿瘤；分子机制

流行病学研究［1］证实，膳食中十字花科蔬菜的摄入能预防多种恶性肿瘤。其抗肿瘤生物活性物质为硫代葡萄糖苷（简称硫苷；glucosinolates，GS）水解产物异硫氰酸酯（isothiocyanates，ITCs）［2］。自Sidransky等［3］报道异硫氰酸酯调控肿瘤细胞生长以来，异硫氰酸酯抗肿瘤机制的研究开始受到广泛关注。目前研究较多的异硫氰酸酯为2－苯乙基异硫氰酸酯（2－phenethyl，PEITC）和l－异硫氰酸－4－甲磺酰基丁烷（4－methylsulfinylpropyl，SFN）。文章将对这两种活性物质抗肿瘤研究进展进行综述。

1 两种异硫氰酸酯来源及分子结构

当十字花科植物的细胞区隔被破坏（昆虫咀嚼、机械损伤、真菌侵染等）时，位于胞浆中的硫苷与定位于特定蛋白上的内源芥子苷酶（myrosinase，E.C.1.2.1.147）作用，脱去葡萄糖基团，生成不稳定羟基中间体，在中性条件下，发生分子重排得到异硫氰酸酯。PEITC和SFN的前体——苯乙基硫苷和4－甲磺酰基硫苷广泛存在于西兰花、花椰菜、水芹菜等十字花科蔬菜中［4］。异硫氰酸酯的食物来源见表1，人通过膳食，每摄入100g西兰花或水芹菜可获得50～200μmol PEITC［5］。PEITC与SFN结构中N＝C＝S基团被认为是产生抗癌效应的活性基团。

2 两种异硫氰酸酯抗肿瘤机制研究进展

异硫氰酸酯抗肿瘤主要机制：抑制Ⅰ相酶活性，阻止致癌前体物活化；激活Ⅱ相脱毒/抗氧化酶，加速致癌前体物在体内的代谢；激活Nrf2或抑制NF－κb等细胞调节氧化应激的重要转录因子，增加细胞对氧化应激的抗性；调控细胞周期，诱导肿瘤细胞凋亡等。虽然PETIC和SFN抗肿瘤机制尚未完全阐明，但以下方面的机制已经得到认同。

2.1 抑制Ⅰ相酶活性

前致癌物进入细胞后，在Ⅰ相药物代谢酶——细胞色素P450（cytochrome P450，CYPs）催化下，经氧化、还原、水解等多种类型的化学反应转变成亲电化合物，启动致癌或致突变过程［6］。PEITC和SFN通过抑制CYPs活性而阻止化学致癌物活化。试验［7，8］证实经 PEITC孵化后，肝微粒细胞CYP1A1、CYP1A2活性均受到不同程度的抑制，抑制作用呈PEITC浓度依赖。Guillermo Padillaa等［9］研究表明通过正常摄食西兰花即可获得抑制肝微粒CYP1A1、CYP1A2活性所需PEITC剂量。

SFN同样能抑制CYPs酶活性。SFN处理小鼠肝细胞后，CYP1A1和CYP 2B1/2活性均受到抑制［10］。经丙酮处理的小鼠肝微粒体中，SFN可竞争性抑制CYP2E1［11］。在人肝脏细胞中，SFN通过调控CYP3A4转录水平而抑制CYP3A4活性。Ahmad等［12］证实甚至未水解的SFN前体硫苷同样能激活脱辅基蛋白酶而抑制肝微粒体CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1活性。

表1 十字花科蔬菜来源异硫氰酸酯的分子结构式Table 1 Structural formula of isothiocyanates from cruciferaes

2.2 激活Ⅱ相脱毒/抗氧化酶活性

虽然Ⅰ相酶能催化前致癌物质活化，但细胞中存在对抗此类反应的应激保护机制，其中最重要的应激保护便是激活Ⅱ相脱毒/抗氧化酶活性。Ⅱ相酶能催化Ⅰ相反应产物与谷胱甘肽（GSH）、葡萄糖醛酸、硫酸盐等结合，继而代谢排出体外。PEITC和SFN在体内、体外试验［13，14］中能激活谷胱甘肽转移酶（GST）、NADP（H）醌氧化还原酶（NQO）、UDP－葡萄糖基转移酶（UGT）等Ⅱ相酶活性。例如在对抗2－氨基－1－甲基－6－苯基－咪唑（PhIp）所引发的遗传性损伤中，PEITC激活肝脏中多种Ⅱ相酶，并在所有试验组织中显著减低了DNA－Phip复合物 水平［15］。Konsue等［16］用 PEITC 处 理 小鼠肝脏细胞12h后，利用生物芯片检测到多种GSH同工酶的表达，但PEITC激活Ⅱ相酶活性的作用呈现细胞和组织特异性，在小鼠肺和肾脏细胞中PEITC并无此作用。而在PC－3细胞中，除激活GST外，PEITC同样能增加血红素加氧酶1（HO－1）的表达；在RAW264.7细胞中，PEITC能上调OH－1、NQO 等酶的 mRNA 表达水平［17，18］，此类 mRNA 的上调表达与抗肿瘤和抗炎症关系密切。Bacon等［19］证明SFN通过上调表达肝脏细胞中UGT1A1和GSTA1的mRNA水平而激活葡萄糖基转移酶和谷胱甘肽转移酶活性，显著地抑制DNA与PhIp的结合。在不同组织中SFN激活抗氧化酶的作用表现出浓度依赖性［20，21］：当SFN灌喂小鼠的剂量为40μmol/（kg·d）时，在小鼠贲门、十二指肠和膀胱中GST和NQ还原酶的表达量提高；当灌喂剂量达200～1 000μmol/（kg·d）时，在小鼠肝脏、结肠和胰腺中GST和NQ还原酶表达量提高。在体外细胞试验［22，23］中，SFN能诱导人初级肝细胞中GSTA1/2和GSTP1mRNA表达；在鼠HepG1c1c7细胞中SFN上调GST和NQO1蛋白表达而增加该两种酶活性；在大肠癌HT－29和结肠癌细胞Caco2等其他细胞系中，SFN也能产生类似作用。

2.3 激活 Nrf2－Keap1系统

Nrf2（NF－E2－related factor2）是细胞调节抗氧化应激反应的重要转录因子，生理状态下它与胞浆蛋白伴侣分子Keap1（kelch－like ECH－associated protien1）结合处于相对抑制状态。氧化应激源作用下，Nrf2与Keap1解偶联后转入核内，与抗氧化反应原件 ARE（antioxidant response element）上GCTGAGTCA位点结合，启动ARE调控的抗氧化酶基因表达。SFN可通过修饰巯基破坏Keap1－Nrf2复合物，释放Nrf2，使之结合到抗氧化反应原件ARE（antioxidant response element）区域［24］，启动抗氧化还原酶基因的表达。与SFN作用机制不同，PEITC激活丝裂素活化蛋白激酶（mitogen－activated protein kinases，MAPKs），经 MAPK细胞信号通路释放Nrf2。MAPKs属于丝蛋白/苏氨酸激酶，是接受受体传递的信号并将其带入细胞核内的重要分子，在多种受体信号传递途径中均具有关键性作用。PEITC通过磷酸化c－Jun N－末端激酶（JNK1/2）和细胞外信号调节蛋白激酶（ERK1/2），进而磷酸化 Nrf2，使其从 Keap1－Nrf2复合物中释放，与Maf蛋白形成二聚体，结合ARE/EpRE，启动其调控的抗氧化酶相关基因表达。在PC－3细胞中抑制JNK和ERK磷酸化可减弱PEITC对ARE的激活，说明PEITC通过MAPK信号通路而激活Nrf2－Keap1系统。

2.4 抑制细胞核因子 NF－κb

细胞核因子 NF－κb（nuclear factor kappa B）的激活与炎症发生、肿瘤细胞的存活及肿瘤发生进程相关［25］。异硫氰酸酯对NF－κb的抑制被认为是其抗肿瘤的分子机理之一。PEITC通过抑制IκBα的磷酸化，稳定IκBα结构而抑制NF－κb活性，下调表达iNOS（一氧化氮合酶）和COX－2（环氧合酶－2）酶的基因，这些酶与炎症、及肿瘤细胞生长密切联系，从而减少促炎因子的分泌表达［26］。Jeong等［27］研究表明SFN抑制NF－κb活性的机理与PEITC相似，但也有试验［28］证明在RAW 264.7细胞中，SNF并不介导IκB的磷酸化使其降解或者核转位，而是直接影响了NF－κb因子与DNA的结合，发挥抑制肿瘤细胞增殖的作用。SFN可通过形成二硫代氨基甲酸盐直接与NF－κb亚基中的Cys结合，从而直接减少其与靶DNA的结合。

2.5 诱导细胞周期停滞

细胞周期停滞与细胞凋亡一样是细胞自我防御的重要机制。在初级癌细胞中，用PEITC处理3h即可抑制癌细胞细胞生长［29］，而SFN对人结肠癌细胞的生长抑制却呈现出双向模式，SFN对细胞生长周期阻滞的调控更加复杂。在HT－29细胞中，PEITC通过下调细胞周期蛋白A、D、E来控制 G1时期细胞阻滞［30］；在PC－3细胞中，PEITC对 G2/M 时期的细胞抑制是通过抑制80%以上的细胞周期性依赖蛋白激酶，如CDK1、细胞周期分裂蛋白Cdc25c以及积累酪氨酸磷酸化激酶来实现的。除Cdc25c蛋白被下调表达外，G2/M细胞周期DNA细胞周期检测点2激酶ChK2也是PEITC细胞周期阻滞的分子靶标［31］。在Caco2细胞中，当BITC与PEITC的IC50分别为5.1，2.4μmol/L时即能抑制DNA的合成［32］，引发细胞生长停滞。PEITC可通过诱导细胞周期停滞而达到控制肿瘤细胞发展进程的作用。

2.6 调控激素受体

PEITC和SFN可通过调控肿瘤细胞内源性受体而发挥其抗癌功能。PEITC能调控前列腺癌细胞中雄激素受体（AR）的转录和翻译，在转录水平上，通过抑制转录因子Sp1而抑制转录，在翻译后可加速AR蛋白的降解，进而抑制前列腺癌细胞增殖［33］。在人乳腺癌细胞中，SFN通过抑制ERαmRNA转录和加速蛋白酶体介导的降解而调控雌激素受体ERα的表达。SFN处理 MCF－7细胞后，因激素ER受体异常地表达，细胞增殖受到抑制。SFN还可通过上调细胞凋亡受体mRNA和蛋白表达量而加速其凋亡。在人骨肉瘤细胞和肝脏细胞中，SFN可增强由TRAIL诱导的细胞凋亡。SFN可通过上调凋亡受体DR5mRNA和蛋白表达水平进而加速肿瘤细胞凋亡［34］。调控细胞内源性受体也是PEITC和SFN抑制肿瘤细胞生长的分子机制之一。

综上所述，PEITC和SFN通过作用于细胞内多种分子靶标如：Ⅰ相/Ⅱ相药物代谢酶系、Nrf2－Keap1，IκB/NF－κb，CHk2和TRAIL受体等发挥抗肿瘤功能，但这些细胞信号通路的激活并不是孤立发生的，而是协同作用的。在分子生物学水平上阐述这两种异硫氰酸酯的抗肿瘤机制能为合理开发十字花科农产品的保健成分、研制抗癌药物等领域提供理论依据。

3 研究展望

随着PEITC和SFN抗肿瘤分子机制的逐步揭示，两种物质的抗肿瘤生物学功能得到进一步证实。另外，这两种物质也是十字花科植物风味形成的前体物质，同时还具有抑菌和植物防御的生物功能［35］，因此这两种植物化学物质在保健食品、药品、化妆品及食物添加剂等方面都有着较好的应用前景。膳食中两种异硫氰酸酯主要来源于十字花科植物，而植物次生代谢物本身代谢路径的复杂性及植物活性物质在动物体、人体中作用的复杂性使得目前对两物质的研究还存在一些的问题：比如PEITC和SFN等硫苷降解物在人体内的吸收、代谢途径及生物利用度等问题都还缺乏深入研究，目前此方面的多数试验结果来源于体外细胞试验而体内试验的结果也还有待研究。对十字花科蔬菜在采收、贮藏、加工过程中硫苷及其降解产物的变化规律研究较少，缺乏对十字花科蔬菜及其加工食品的硫苷营养学评价。此外，如何从天然十字花科植物中高效分离得到硫苷活性物质，以及硫苷及其降解产物的分析鉴定也等都是十分有意义的研究领域。

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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

陈楠（1982－），女，重庆科技学院讲师，博士研究生。E－mail：chennan0205＠gmail.com

戴传云

2011－12－10