蘿卜硫素的生物學(xué)效應(yīng)及其在女性生殖系統(tǒng)中的研究進(jìn)展

吳昊，盧曉聲，呂杰強(qiáng)

蘿卜硫素（1-異硫氰酸-4-甲磺?；⊥?，sulforaphane，SFN），又稱“萊菔子素”，是一種天然的有機(jī)硫抗氧化劑，由硫代葡萄糖苷（glucosinlates，Glu）經(jīng)植物體內(nèi)黑芥子酶（myrosinase）水解所得。其化學(xué)成分為異硫代氰酸鹽衍生物，常溫下呈黃色或者無色液體，不溶于水，但是極易溶解于甲醇、二氯甲烷、乙腈等有機(jī)溶劑，在高溫和堿性條件下易分解，相對分子質(zhì)量為177.3，分子式為C6H11S2NO。

SFN廣泛存在于西蘭花和其他十字花科蔬菜中，是目前蔬菜中所發(fā)現(xiàn)的抗癌效果最好的植物活性物質(zhì)之一[1]。此前流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常食用十字花科蔬菜的人群患癌風(fēng)險顯著降低，包括乳腺癌、肺癌、前列腺癌以及腸癌等[2]。已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)SFN能維持細(xì)胞氧化還原的平衡[3]，并已應(yīng)用于腎臟、心血管以及肺等疾病的研究中[4-6]。此外，SFN還被發(fā)現(xiàn)能抑制多種機(jī)體炎癥反應(yīng)[7]。由于SFN在抗氧化、抗炎及抗癌中的優(yōu)異表現(xiàn)，近年來，SFN逐漸受到婦產(chǎn)科專家的重視。就蘿卜硫素的生物學(xué)效應(yīng)以及其在女性生殖系統(tǒng)中的研究進(jìn)展進(jìn)行如下綜述。

1 SFN的生物學(xué)效應(yīng)

1.1 SFN的抗氧化效應(yīng)活性氧簇（ROS）及由此產(chǎn)生的氧化應(yīng)激是多種炎癥疾病的重要效應(yīng)因子。在生理條件下，超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）、醌氧化還原酶1（NQO-1）、血紅素加氧酶1（HO-1）等抗氧化酶能夠保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激[8]。核因子E2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid-derived factor 2-related factor 2，Nrf2）是細(xì)胞自身抗氧化的關(guān)鍵因子。在正常的穩(wěn)態(tài)環(huán)境下，Nrf2與細(xì)胞質(zhì)中的Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）結(jié)合，通過蛋白酶體途徑持續(xù)降解。在氧化應(yīng)激的環(huán)境中，Nrf2轉(zhuǎn)移入細(xì)胞核內(nèi)，與抗氧化反應(yīng)元件（antioxidant responsive element，ARE）結(jié)合，調(diào)節(jié)下游多種抗氧化和解毒基因的表達(dá)，形成Keap1/Nrf2/ARE信號通路[9]。Keap1/Nrf2/ARE通路是機(jī)體應(yīng)對氧化應(yīng)激的核心通路，該通路調(diào)節(jié)許多抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄，包括維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的基因和解毒基因，該通路能在致癌物質(zhì)和毒素造成損害之前將其處理和消除。

SFN最早被發(fā)現(xiàn)能夠刺激細(xì)胞產(chǎn)生抗氧化酶并誘導(dǎo)Ⅱ期解毒酶，從而保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷并調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡[10]。已有學(xué)者證實，在實驗?zāi)Ｐ椭蠸FN具有的抗毒性和抗氧化特性很可能涉及Nrf2基因的激活[11]。SFN通過在Cys151處的硫代氨基甲?；T導(dǎo)Nrf2信號傳導(dǎo)途徑Nrf2-Keap1結(jié)合體分離以及抑制Nrf2泛素化，隨后易位到細(xì)胞核并促進(jìn)Ⅱ期抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄[12]，進(jìn)而誘導(dǎo)抗氧化劑和解毒基因的表達(dá)，如谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶（GST）、HO-1、NADPH、NQO-1和UDP-葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶[13]。以上研究認(rèn)為，SFN是一種有效的Nrf2激活劑，能通過激活Nrf2-ARE途徑誘導(dǎo)NQO-1、HO-1和GST的轉(zhuǎn)錄從而上調(diào)谷胱甘肽（GSH）水平，促進(jìn)內(nèi)源性抗氧化劑的表達(dá)來調(diào)節(jié)過度的氧化應(yīng)激。還有研究發(fā)現(xiàn)，SFN可以誘導(dǎo)存活信號蛋白如B細(xì)胞淋巴瘤2（Bcl2）并下調(diào)其死亡信號通路蛋白的表達(dá)[14]，從而起到抑制細(xì)胞凋亡作用。

1.2 SFN的抗炎效應(yīng)此前絕大多數(shù)學(xué)者將SFN的抗炎效應(yīng)歸因于Nrf2轉(zhuǎn)錄因子和ARE抗氧化劑途徑的活化[12]。2016年Greaney等[15]發(fā)現(xiàn)SFN能不依賴Nrf2而直接抑制NLRP1b、NLRP3、NAIP/NLRC4和AIM2等炎性小體。這種抑制發(fā)生在促纖維化啟動和感應(yīng)的下游，并導(dǎo)致抑制半胱氨酸蛋白酶1激活、白細(xì)胞介素1b（IL-1b）加工和分泌以及巨噬細(xì)胞炎癥壞死。目前已有其他研究表明SFN可以與其他細(xì)胞靶點直接反應(yīng)，如Toll樣受體4（TLR4）和微管蛋白[16-17]。且近年來有學(xué)者認(rèn)為，SFN在抗氧化之外的其他功能，如誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡、抑制血管生成、抑制組蛋白脫乙酰酶和細(xì)胞色素P450等，也可能有助于保護(hù)細(xì)胞、減少細(xì)胞癌變的風(fēng)險[7]。

1.3 SFN的抗腫瘤效應(yīng)近年來，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)十字花科植物能顯著減少癌癥的發(fā)病率，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，其中發(fā)揮主要生物學(xué)功能的成份即為SFN。致癌物質(zhì)的代謝活化和失活由Ⅰ期和Ⅱ期酶催化。SFN能通過Nrf2通路誘導(dǎo)Ⅱ期解毒酶并抑制參與致癌物激活的Ⅰ期相關(guān)酶[18]。SFN還可以通過其他機(jī)制誘導(dǎo)癌細(xì)胞的細(xì)胞周期停滯和凋亡，抑制微管蛋白聚合，并抑制組蛋白脫乙酰酶活性[7]。之前已有多名學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，SFN能通過干擾多種致癌分子機(jī)制抑制不同類型腫瘤細(xì)胞的增殖[19-20]?？芍琒FN能通過多種通路途徑起到抗腫瘤效應(yīng)，這為我們進(jìn)一步尋找抗腫瘤藥物的靶點提供了新的目標(biāo)。

2 SFN在女性生殖系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于SFN顯著的抗氧化、抗炎和抗腫瘤效應(yīng)，越來越多的學(xué)者著手開發(fā)其應(yīng)用領(lǐng)域。早在2005年，就有研究發(fā)現(xiàn)SFN可以抑制卵巢癌增殖[21]。近年來，逐步在各個女性生殖系統(tǒng)疾病中開展了SFN的研究與應(yīng)用。

2.1 在卵巢早衰中的應(yīng)用氧化與抗氧化的失衡使卵巢顆粒細(xì)胞逐漸凋亡是造成卵巢衰老的重要原因之一[22]。已有研究表明，Nrf2通路能減少卵巢上皮細(xì)胞以及卵泡細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷[23]。而SFN作為一種天然的抗氧化劑，能通過Nrf2通路調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激反應(yīng)，已被應(yīng)用于多種疾病研究。Sohel等[24]發(fā)現(xiàn)在低劑量（10 μmol/L）SFN實驗組中，牛顆粒細(xì)胞的抗氧化反應(yīng)被明顯激活，Nrf2通路及其下游抗氧化酶的轉(zhuǎn)錄水平顯著提高，證實SFN可在牛顆粒細(xì)胞中發(fā)揮抗氧化功能；而在高劑量（20 μmol/L）SFN實驗組中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)ROS水平明顯增高，線粒體活性顯著降低，SFN表現(xiàn)出顯著的細(xì)胞毒性。該研究表明在低濃度SFN下Nrf2途徑不起誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用，并促進(jìn)牛顆粒細(xì)胞產(chǎn)生Ⅱ期抗氧化酶；在高濃度時，SFN可引起線粒體功能障礙、誘導(dǎo)細(xì)胞應(yīng)激并最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，這與其可能產(chǎn)生過量的ROS有關(guān)。進(jìn)一步提示SFN對牛顆粒細(xì)胞存在濃度依賴性抗氧化和細(xì)胞凋亡效應(yīng)。而Sohel等[25]通過微量過氧化氫（H2O2）誘導(dǎo)體外顆粒細(xì)胞氧化應(yīng)激，用不同濃度的SFN激活Nrf2通路來對抗氧化應(yīng)激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，10～15 μmol/L SFN時NRF2通路表達(dá)水平最高。這為研究SFN適宜的給藥劑量以及血藥濃度提供了新的思路，并進(jìn)一步探究了SFN影響卵巢細(xì)胞應(yīng)激的機(jī)制。

2.2 在卵巢癌中的應(yīng)用化療對卵巢癌的預(yù)后起到重要的作用，臨床上常聯(lián)合應(yīng)用化療藥物，如順鉑、紫杉醇等。2013年Chen等[26]將SFN運(yùn)用于順鉑敏感（A2780）和順鉑耐藥（A2780/CP20）卵巢癌細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)SFN可以降低2種卵巢癌細(xì)胞的細(xì)胞活力并增強(qiáng)順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和G2/M期阻滯，從而提高順鉑的療效。而Hunakova等[27]在順鉑敏感（A2780）和順鉑耐藥（SKOV3）2種卵巢癌細(xì)胞系培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，SFN能通過激活Nrf2途徑，誘導(dǎo)增強(qiáng)順鉑對A2780細(xì)胞系的DNA損傷，反而保護(hù)SKOV3細(xì)胞系免受順鉑的攻擊。提示SFN的雙重作用現(xiàn)象可能與SKOV3基因組的不穩(wěn)定性有關(guān)，從而推測不同癌基因組的轉(zhuǎn)錄表達(dá)可能影響SFN的抗腫瘤效應(yīng)，甚至起到相反的作用。此前已有學(xué)者著手研究卵巢癌在缺氧狀態(tài)下對不同藥物的抗性以及預(yù)后表現(xiàn)[28]。Pastorek 等[29]也發(fā)現(xiàn)，在缺氧（2%O2）環(huán)境中，5 μmol/L SFN就能通過抑制卵巢癌細(xì)胞低氧誘導(dǎo)因子（HIF）相關(guān)途徑和激活蛋白1（AP-1）介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活而顯著增強(qiáng)缺氧對腫瘤細(xì)胞的生長抑制。但是Chen等[26]在常氧條件下使用濃度為5 μmol/L SFN，對癌細(xì)胞活性的影響不大。同時在缺氧環(huán)境下，SFN還可通過抑制CAⅨ表達(dá)和pH調(diào)節(jié)來降低A2780卵巢癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力。故而可以推測，低氧環(huán)境能誘導(dǎo)SFN的抗腫瘤效應(yīng)，且可能與相關(guān)基因的表達(dá)轉(zhuǎn)錄以及細(xì)胞內(nèi)環(huán)境改變有關(guān)。這些研究加深了我們針對不同類別以及部位卵巢癌細(xì)胞協(xié)同用藥的認(rèn)識，為臨床上對患者進(jìn)行個體化用藥提供了新的設(shè)想。

2.3 在宮頸癌的應(yīng)用宮頸癌的治療也常聯(lián)合應(yīng)用化療藥物。此前，Hussain等[30]在HeLa細(xì)胞系（人宮頸癌細(xì)胞系）實驗中已發(fā)現(xiàn)SFN與吉西他濱可以協(xié)同作用抑制HeLa細(xì)胞生長。此外，Sharma等[31]發(fā)現(xiàn)，SFN單獨作用于HeLa細(xì)胞具有劑量依賴性選擇性細(xì)胞毒性。涉及凋亡和炎癥的基因表達(dá)分析提示用 SFN 處理后，Bcl-2、環(huán)氧化酶 2（COX-2）和 IL-1β顯著下調(diào)，推測SFN可能通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和抗炎特性發(fā)揮其抗癌活性。楊曉明等[32]也發(fā)現(xiàn)SFN抑制HeLa細(xì)胞生長的同時c-Myc蛋白的表達(dá)明顯下降，推測SFN抑制HeLa細(xì)胞增殖的機(jī)制可能與c-Myc表達(dá)降低有關(guān)。此外，Cheng等[33]研究發(fā)現(xiàn)SFN可以通過下調(diào)各種宮頸癌細(xì)胞系（Cx、CxWJ和HeLa）細(xì)胞周期蛋白B1基因表達(dá)，解離細(xì)胞周期蛋白B1/CDC2復(fù)合體以及上調(diào)GADD45β蛋白來阻滯G2/M期細(xì)胞生長，從而延長有絲分裂、抑制宮頸癌細(xì)胞增殖。還有研究發(fā)現(xiàn)SFN可以顯著降低佛波酯（PMA）誘導(dǎo)的人宮頸癌細(xì)胞遷移率和侵襲率，推測SFN可能通過抑制核因子κB（NF-κB）的表達(dá)介導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶9的表達(dá)來影響宮頸癌細(xì)胞的遷移和侵襲。故而可知，SFN能通過各種途徑包括且不限于Nrf2途徑來抑制宮頸癌細(xì)胞的增殖以及轉(zhuǎn)移，為研究SFN對腫瘤細(xì)胞可能存在的其他作用途徑以及通路打下基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

近年來，西蘭花中SFN的療效引起了越來越多學(xué)者的關(guān)注。此前已有很多學(xué)者證實，Keap1/Nrf2/ARE通路是其發(fā)生生物學(xué)效應(yīng)的主要途徑。女性生殖系統(tǒng)中卵巢是一個對氧化應(yīng)激高度敏感的器官，氧化應(yīng)激反應(yīng)是卵巢癌、卵巢早衰的重要誘因之一。因此，目前SFN在女性生殖系統(tǒng)中的研究主要集中于卵巢組織。目前研究表明，SFN可以通過激活Keap1/Nrf2/ARE途徑上調(diào)GSH水平，促進(jìn)內(nèi)源性抗氧化劑的表達(dá)，降低ROS而起到保護(hù)細(xì)胞的作用。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)：SFN除了常見的抗氧化功能，也可通過抑制血管生成、微管蛋白聚合和組蛋白脫乙酰酶活性等途徑對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生影響，提示了SFN作為抑制腫瘤細(xì)胞生長、提高腫瘤細(xì)胞對放化療敏感性的輔助用藥的可能性。

目前，有關(guān)SFN在女性生殖系統(tǒng)的研究尚存在一些局限性。一是，迄今為止，所有已發(fā)表的研究均為體外實驗，尚無研究測定人體中的有效濃度，也無相應(yīng)的藥代動力學(xué)參數(shù)。二是，絕大多數(shù)研究是在常氧條件下進(jìn)行的，只有少數(shù)研究，如Pastorek等[29]在2015年報道了SFN在低氧腫瘤細(xì)胞中抑制腫瘤細(xì)胞生長、減弱其遷移和侵襲的功能。但由于大部分實體瘤都含有低氧區(qū)，且低氧會影響腫瘤細(xì)胞的行為，降低腫瘤細(xì)胞對化療的反應(yīng)性，因此SFN在低氧環(huán)境下對腫瘤細(xì)胞生物學(xué)行為的影響仍是一個亟待研究的方向。

在適當(dāng)濃度下，SFN通過激活Nrf2通路延緩卵巢早衰、改善卵巢癌以及宮頸癌的預(yù)后，也可以通過與TLR4和微管蛋白等靶點直接反應(yīng)，抑制組蛋白脫乙酰酶活性，降低細(xì)胞癌變風(fēng)險，具有很高的臨床應(yīng)用前景。