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(hào):1005-6629(2009)07-0064-02中圖分類號(hào):Q946文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(lán)變種。其食用部分為綠色幼嫩花莖和花蕾,含蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、礦物質(zhì)、維生素C和胡蘿卜素等。而且,西蘭花中礦物質(zhì)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(yù)為“蔬菜皇冠”。日本國(guó)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(shí)驗(yàn)表明長(zhǎng)期食用西蘭花可減少乳腺癌、直腸癌及胃癌等癌癥的發(fā)病幾率。

1硫代葡萄糖苷抗癌藥理研究綜述

英國(guó)科學(xué)家1997年的一次抗癌蔬菜研究結(jié)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(xì)胞的生長(zhǎng),并有助于加強(qiáng)人體對(duì)癌細(xì)胞的抵抗能力,降低患癌癥的危險(xiǎn)。日本營(yíng)養(yǎng)學(xué)家福家洋子教授等通過試驗(yàn)驗(yàn)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(xì)胞的效用。

鄒翔[1]研究發(fā)現(xiàn),西蘭花中硫代葡萄糖苷對(duì)人胃腺癌SGC-7901細(xì)胞有一定的抑制作用,能促進(jìn)該細(xì)胞凋亡并對(duì)細(xì)胞周期有一定的影響,ITCS可通過刺激SGC-7901細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生, 損傷腫瘤細(xì)胞線粒體,使其膜電位下降,最終引起SGC-7901細(xì)胞凋亡。同時(shí)發(fā)現(xiàn)異硫氰酯能誘導(dǎo)如Hela細(xì)胞、Jurkat T-細(xì)胞、胚胎腎293細(xì)胞和HT1080細(xì)胞等一些人類細(xì)胞系產(chǎn)生細(xì)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(chǎn)物異硫氰酸酯類對(duì)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?dú)w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(xué)結(jié)構(gòu)、降解產(chǎn)物等方面介紹其抗癌藥理。

2硫代葡萄糖苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)

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(chǎn)物。1970年,Marsh和Waser等對(duì)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(jié)構(gòu)。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(gòu)為Z 式。眾多硫苷在組成上都有一個(gè)相同的母體,區(qū)別則在于支鏈R的結(jié)構(gòu)不同。根據(jù)側(cè)鏈R的結(jié)構(gòu)特征,可以將其分為脂肪族硫代葡萄糖苷(側(cè)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(cè)鏈來源于酪氨酸和苯丙氨酸)及吲哚族硫代葡萄糖苷(側(cè)鏈來源于色氨酸)。不同的側(cè)鏈決定了水解產(chǎn)物的不同,抗癌活性也存在差別。

3 人體內(nèi)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(chǎn)物是D-葡萄糖和不穩(wěn)定的糖苷配基(aglycone)。糖苷配基依據(jù)外界條件水解或重排生成相應(yīng)的產(chǎn)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(chǎn)物以腈為主;在有EPS酶和Fe2+存在時(shí), 當(dāng)R基的末端帶有不飽和鍵時(shí)降解產(chǎn)物主要是環(huán)硫腈[4] ,R為吲哚或苯及其衍生物時(shí)將重排生成硫氰酸酯,R含有-OH時(shí)則自發(fā)環(huán)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(nèi)仍能分解。硫代葡萄糖苷經(jīng)人體內(nèi)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(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)最強(qiáng)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(jīng)黑芥子硫酸苷酶(myrosinase)酶解或酸水解產(chǎn)生的異硫氰酸酯,因最早在蘿卜中發(fā)現(xiàn)而得名。蘿卜硫素對(duì)食道癌、肺癌、結(jié)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(duì)分子質(zhì)量為177.29,分子式C₆H₁₁S₂NO,結(jié)構(gòu)式見圖3。它是一種多功能誘導(dǎo)物, 可誘導(dǎo)機(jī)體[8]產(chǎn)生Ⅱ型解毒酶—谷光甘肽轉(zhuǎn)移酶和醌還原酶,此酶可對(duì)許多致癌物產(chǎn)生抗性,從而起到抗癌作用。

4應(yīng)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(xiàn)有的生產(chǎn)工藝主要有化學(xué)合成法和酶法。立體化學(xué)中手性合成的方法是從立體化學(xué)的角度來合成生產(chǎn)蘿卜硫素,過程簡(jiǎn)單卻難以控制反應(yīng)條件, 難以工業(yè)化。酶法是從十字花科蔬菜中提取蘿卜硫素前體,經(jīng)酶解獲得蘿卜硫素。Iori和Bernardi等設(shè)計(jì)了從葡萄糖甘油三芥酸酯出發(fā)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(yīng),反應(yīng)效率高,可望實(shí)現(xiàn)蘿卜硫素的工業(yè)化[9]。

除此以外,從西蘭花中分離出帶有蘿卜硫素生長(zhǎng)基因的DNA物質(zhì),將此物質(zhì)植入各種卷心菜和蘿卜中,將有助于人們對(duì)癌細(xì)胞的抵抗能力,降低患癌癥的危險(xiǎn)。近幾年來,我國(guó)學(xué)者對(duì)十字花科植物中硫代葡萄糖苷的成分和含量進(jìn)行了研究,有關(guān)參與合成硫代葡萄苷的基因調(diào)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(xiàn):

[1]鄒翔,郎朗,池文杰等.西蘭花中ITCS誘導(dǎo)SGC27901細(xì)胞凋亡作用機(jī)制.哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,23(1):1～5.

[2]錢麗麗,劉江麗,李揚(yáng)等.西蘭花中硫代葡萄糖苷的提取及抑菌試驗(yàn)初報(bào).中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),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.

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[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(chǎn)物.浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào),2004,16(3):187～189.

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

[7]陳新娟,朱祝軍,楊靜等.芥藍(lán)葉和薹的硫代葡萄糖苷組分及含量.園藝學(xué)報(bào),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.