番木瓜籽中異硫氰酸芐酯抗癌抑菌功能研究進展

朱華平，趙毅蒙，李超，李文釗，劉玉茜

（1.中國農(nóng)村技術(shù)開發(fā)中心，北京 100045）（2.食品營養(yǎng)與安全教育部重點實驗室，天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457）

番木瓜（Carica Papaya），又稱為番果、萬壽果、木瓜[1]，生長周期相對較短，番木瓜中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，如糖類、蛋白質(zhì)、維生素、木瓜酶、有機酸、高纖維以及鉀、鈣、鎂、鐵和硒等礦物元素。據(jù)報道，番木瓜富含17種以上人體必需氨基酸，維生素C含量高達50 mg/100 g，有顯著的預(yù)防心血管疾病和腫瘤的功效[2]。番木瓜中含有大量的天然抗氧化劑-β-胡蘿卜素，能有效抑制破壞身體的細胞和加速衰老的游離氧化自由基[3]。番木瓜中的蛋白酶可以降解蛋白質(zhì)為氨基酸，這種特性在醫(yī)學(xué)上被用來溶解甚至殺死腸道寄生蟲，對于一些消化不良、食欲萎靡、脾胃無力和慢性胃炎等病癥也可起到調(diào)理作用；此外，番木瓜汁對創(chuàng)傷口具有殺菌消炎的作用，可以用于壞死組織的溶解和清創(chuàng)[4]。另外，番木瓜中的脂肪酶還可以幫助分解、消化脂肪，起到保健美形以及減肥作用。番木瓜的果肉、葉、籽均具有藥用、食用價值[5,6]，具有護肝、抗炎鎮(zhèn)痛、抗腫瘤、抗菌和抗氧化等作用，因此，番木瓜是一種極具營養(yǎng)價值和保健功效的水果。然而，由于其是一種呼吸躍變型熱帶水果[7]，易受冷害，腐爛變質(zhì)速度極快，在5 ℃貯藏時，其完熟果就可遭受損壞，貯藏保鮮難度大。因此，目前我國番木瓜主要作為水果鮮食，作蔬菜煮熟食或者腌食，還多用于產(chǎn)品加工[8]，如果醬、果干[9,10]、番木瓜果汁、果酒、番木瓜粉[11,12]、果脯蜜餞、果泥以及番木瓜飲料的加工[13～15]等。

番木瓜副產(chǎn)品加工則主要集中在番木瓜籽榨油及果皮中果膠、木瓜蛋白酶的提取等方面[16]。難能可貴的是它的籽內(nèi)含有芐基硫代葡萄糖苷（Glucosinolate，GS），這種糖苷可在芥子酶的作用下，經(jīng)過水解提取純化制備異硫氰酸芐酯（Benzyl isothiocyanate，BITC）。BITC在番木瓜種子中含量較高，但在番木瓜果肉中的含量卻很低，幾乎檢測不到。由于BITC本身具有多種生理功能，番木瓜籽作為BITC的一種良好來源，具有分布廣、品種多、易獲取等優(yōu)點，因而具有潛在的開發(fā)應(yīng)用價值。本文結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻，綜述了番木瓜籽中 BITC防癌抗癌以及抑菌性能研究進展[17]，以期為實現(xiàn)番木瓜的綜合高效開發(fā)利用，提高番木瓜籽商品附加值，形成具發(fā)展?jié)摿Φ奶厣a(chǎn)業(yè)，延伸番木瓜產(chǎn)業(yè)鏈，提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 番木瓜籽中的BITC

圖1 異硫氰酸酯(Isothiocyanates，ITCs)和異硫氰酸芐酯(Benzyl isothiocyanate，BITC)結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structural formula of isothiocyanates and benzyl isothiocyanate

番木瓜籽本身營養(yǎng)價值高，還含有豐富的 GS。GS是一種次生代謝產(chǎn)物，常見于十字花科植物[18]。目前，雖不能證明其存在直接的生理功能，但當植物受損時，在不同的條件下，GS與內(nèi)源硫苷酶發(fā)生反應(yīng)，可降解成為具有生物活性的一系列代謝產(chǎn)物，其中以異硫氰酸酯類(Isothiocyanates，ITCs)最受關(guān)注[19]。有研究表明 ITCs具有較強的防腐抗菌[20]和抗癌抑癌[21]作用。此外，ITCs的特殊氣味也是水果被賦予特殊風(fēng)味的源泉[22]。

番木瓜各部位的測定結(jié)果表明，BITC的前體物質(zhì)以種子的含量為最高，成熟果肉中幾乎沒有[23]。目前，已有相關(guān)研究采用比色法、氣相色譜等分析檢測方法可以測得番木瓜籽提取物中存在較高含量的BITC[24]。由于番木瓜籽是番木瓜加工過程中的廢棄物，一直以來未被合理開發(fā)利用，造成了極大的資源浪費[25,26]。

BITC（結(jié)構(gòu)如圖1所示）主要存在于白菜花目十字花科的某些植物中，如卷心菜(Cabbage)、油菜(Brassicana-pus)、蘿卜(Raphanussativus)、旱金蓮(Tropaeolum)、擬南芥(Arabidopsisthaliana)、水芹(Watercelery)、抱子甘藍(Brusselssprout)等。BITC熱穩(wěn)定性不是很好，在使用和保存時要避免高溫[27]。

番木瓜數(shù)量龐大，研究表明可在番木瓜的各組織中檢測到BITC的前體GS以及BITC，在成熟果肉中這兩類物質(zhì)含量很低，但在番木瓜籽中含量很高而且僅可檢測出這兩類物質(zhì)。因此番木瓜籽可用于提取高純度 GS和BITC。BITC的生物合成途徑文獻報道如下[28]。

2 BITC的防癌抗癌研究進展

ITCs不僅是一類重要的有機合成中間體，還是重要的含硫含氮香料化合物。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)十字花科中大量植物所含的 ITCs具有防癌、抑癌作用[29]，這種化合物被證明可以降低腫瘤發(fā)生的幾率[30,31]。目前，已有20多種天然或合成的ITCs被認為是共同的抗癌活性物質(zhì)，并且ITCs已被證明對多種實體腫瘤和血液腫瘤都存在抗癌作用[32,33]。BITC則是ITCs中的一種公認抑癌防癌效果較強的物質(zhì)。

有研究表明BITC，甚至是ITCs，對癌癥的抑制大多體現(xiàn)在其對蛋白質(zhì)的影響。有文獻顯示：減少致癌因子的產(chǎn)生有兩種機制，抑制phase Ⅰ酶的產(chǎn)生以及誘導(dǎo)活化phase Ⅱ酶[34]，這類結(jié)論的著手點是，腫瘤產(chǎn)生的源頭-致癌因子，這是一種通過由phase Ⅰ酶代謝所產(chǎn)生的氧化反應(yīng)被高度活化的中間產(chǎn)物與DNA形成的加和物；Phase Ⅱ酶則具有破壞致癌因子高度活化的中央結(jié)構(gòu)的能力，這種酶還可以使致癌因子轉(zhuǎn)變成極性大的易于排出體外的分子，它可以給活化的中間產(chǎn)物解毒[35～37]。另外有文獻指出BITC可通過多種信號傳導(dǎo)途徑參與抑制腫瘤細胞生長的過程，并可以使癌細胞周期阻滯于G2/M期[38,39]，它的藥理作用被推測可能是抑制代謝酶細胞色素氧化酶的活性[40]。此外，還有研究顯示BITC可以強烈激活胱冬肽酶[41]或者可以停滯腫瘤細胞的生長周期[42]，還可以對腫瘤細胞核轉(zhuǎn)錄因子活性起到抑制作用[43]；甚至可以對腫瘤細胞微管蛋白進行誘導(dǎo)而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，這些蛋白主要是細胞骨架必需的蛋白[44]，進而在一些人類細胞系中誘導(dǎo)腫瘤細胞程序化凋亡[45]。在日本進行的一項新研究顯示過剩堆積的大腸細胞內(nèi)異常蛋白質(zhì)會導(dǎo)致致癌因子的活躍進而導(dǎo)致了癌細胞的不斷增殖，而番木瓜籽中提取出的BITC對該類蛋白質(zhì)的抑制會降低癌癥的發(fā)病率。

對于抑癌部分的研究，探討B(tài)ITC對蛋白質(zhì)的影響的是大多數(shù)，還有一部分研究認為BITC的這種抑制效應(yīng)與其阻遏致癌因子的形成主要是通過抑制致癌原的羥化而發(fā)揮作用，它會抑制致癌原加和物形成過程中的關(guān)鍵步驟[46]。還有文獻顯示BITC可以通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的凋亡相關(guān)信號通路以及轉(zhuǎn)錄因子，它還會影響細胞氧化損傷來抑制腫瘤細胞的生長[47,48]。

對于BITC的抗癌研究的構(gòu)效關(guān)系，有文獻通過計算結(jié)構(gòu)信息含量指數(shù)(SIC)發(fā)現(xiàn)，具有 R-(CH2)n-NCS結(jié)構(gòu)的異硫氰酸酯類，隨著亞甲基的增加，抗癌活性逐漸降低[49]。

而且據(jù)國內(nèi)外學(xué)者研究報道，番木瓜籽中的BITC具有殺死癌細胞的作用，而且可以在不破壞體內(nèi)正常細胞的同時可以使癌細胞凋亡，對常見致死率極高的宮頸癌、肺癌、乳腺癌、消化道癌癥、肝癌及胰腺癌等都有一定的抑制作用[26]，像這種高效純天然，毒副作用低的物質(zhì)若能被用來開發(fā)成抗癌藥物，潛力巨大。但于此同時它的抗癌機理卻沒有徹底弄清，所以現(xiàn)階段對機理的研究應(yīng)該是重點。

3 BITC抑菌性能的研究進展

早期研究表明BITC對病原生物，例如細菌、真菌和寄生蟲等有抗性作用，并對該方面進行了大量研究[50,51]。結(jié)果表明，以番木瓜為首的十字花科植物中提取出來的BITC的抗性較強[28]。

有很多文獻對BITC的抑菌性做了定性分析。如Isshiki等[52]在1992年測定了BITC抑制霉菌、細菌和酵母菌的生長情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖然其對各種病原微生物的抑制效果有差異，但都受到了抑制；Ono等[53,54]在1998年研究了山葵中的BITC的抑菌效果，它對大腸桿菌（Escherichia coli）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和沙門氏菌（Salmonella）等細菌具有較強的抑菌效果；有學(xué)者[55]以微小枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌為模式菌株，以未添加BITC為對照組，通過測定微生物的生長曲線，發(fā)現(xiàn)控制BITC的加入量，在不致死細菌的濃度下，可以延長微生物的延滯期，并認為BITC對細菌生長有一定的抑制作用；還有學(xué)者[56]則對BITC對面包中黃曲霉、青霉屬以及內(nèi)孢毒素等抑制作用進行了研究，發(fā)現(xiàn)當BITC濃度為3.5 μg/mL時，該物質(zhì)對真菌也存在很強的抑制作用；還有團隊研究了BITC對冷藏牛肉中篩選出來的大腸桿菌的抑菌性能，并進一步探究了它的作用方式；在肉制品保藏實驗中，發(fā)現(xiàn)BITC可以延長肉品保鮮期，且效果顯著[57]等等。

番木瓜籽提取物BITC的抑菌活性雖已被證實，但其抑菌機理還有待進一步明確。主要觀點包括：BITC影響了致病菌的細胞壁的結(jié)構(gòu)和功能[58]；BITC對致病菌的影響體現(xiàn)在對其體內(nèi)蛋白表達上[59]；有些研究[60]認為BITC對致病菌的影響并不單單體現(xiàn)在某一個問題上，應(yīng)該是多種原因產(chǎn)生的復(fù)雜結(jié)果。另外對于BITC抑菌的構(gòu)效關(guān)系也有相關(guān)研究，這些[61,62]比較了不同十字花科植物中提出的ITCs的抑菌效果，得出了BITC在抑菌方面效果最好，并發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上無論是大小基團的添加或者消去都會導(dǎo)致抑菌活性的改變，例如一個亞基的存在、分子的大小以及烴鏈的長度等。通過研究者的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，BITC在抑菌性的構(gòu)效關(guān)系的加強和減弱和抗癌作用有著相似的原理。

大多數(shù)研究者在研究BITC時，把注意力放在對BITC抑菌性的定性上，但是對于BITC是如何抑菌的，抑菌的根本點是在對致病菌外環(huán)境的影響？是對致病菌結(jié)構(gòu)的影響？還是對致病菌代謝的影響？卻沒有一致明確的結(jié)論。BITC的抑菌性相較其防癌抑癌方面的研究破淺，但是投入研究的熱潮卻沒有停歇?！疤烊弧踩弊鳛楝F(xiàn)代科技爭相求取的關(guān)鍵所在，BITC作為由植物中提取的抑菌功能強大的一種天然物質(zhì)，具有深入探究的潛力。相較于抗生素，這類可以從食物中提取出來的物質(zhì)，如果可以達到抑菌甚至是殺菌效果，作為保鮮類、洗滌類和滅菌類等產(chǎn)品進行研究開發(fā)，不失為更佳選擇。

4 討論與展望

番木瓜產(chǎn)地廣闊，使得番木瓜籽易于采集，而且從中提取BITC時干擾物少，提取方法簡易純度高。BITC是番木瓜籽中含量較高的物質(zhì)，而番木瓜籽是不可食用的廢料，用起來既便利廉價，又可變廢為寶。BITC早已被證明不僅具有很強的抗癌抑癌功效，還具有很強的抑菌能力，但就開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品來說，抗癌方面雖有一定的機理探討，但結(jié)論不夠明確統(tǒng)一，此外，臨床實驗，藥理毒理，用量控制等方面的實驗也應(yīng)該進一步設(shè)計模型進行實驗探究；而抑菌方面的研究大多停留在定性，雖然開發(fā)BITC相關(guān)功能產(chǎn)品潛力大，但在理論上卻沒有相應(yīng)的結(jié)論支撐。因此，進一步推進對BITC相關(guān)功效的機理研究，為番木瓜籽的綜合開發(fā)利用奠定理論基礎(chǔ)是前提。

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