蘿卜硫素對心血管疾病的影響研究進展

趙鳴鸞綜述 吳曉羽審校

蘿卜硫素 (1-異硫氰酸-4-甲磺酰基丁烷, sulforaphane, SFN) , 又稱“萊菔子素”, 是一種天然的有機硫抗氧化劑，提取自西蘭花屬植物的生物活性物質(zhì), 是迄今發(fā)現(xiàn)的抗氧化能力較強的物質(zhì)之一，具有誘導細胞凋亡、調(diào)節(jié)炎性介質(zhì)等生物學效應。SFN已被研究用于多種疾病, 包括呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和腫瘤等。就SFN的作用機制以及其對心血管疾病的影響進行如下綜述。

1 蘿卜硫素(SFN)簡介

心血管疾病(CVD)是一類涉及心臟或血管的疾病，例如缺血性心臟病、高血壓性心臟病和外周動脈疾病。一般來說，CVD與高血壓、動脈粥樣硬化、肥胖或糖尿病有關(guān)[1]。雖然目前對動脈粥樣硬化和心血管疾病的病理學和治療的理解有了很大進步，治療方法不斷發(fā)展，但仍面臨復雜和多維的全球性難題[2]。氧化應激在心臟病的病理生理學中起主要作用[3]?；钚匝?ROS)引起的高水平氧化應激被認為是導致心臟收縮和內(nèi)皮功能障礙、心肌細胞凋亡和壞死以及細胞外基質(zhì)重塑的原因[4]。因此，目前的研究重點是特異性針對內(nèi)源性抗氧化防御的保健功能性食品與藥物。流行病學研究表明十字花科蔬菜攝入量與CVD風險降低相關(guān)，十字花科植物含有異硫氰酸酯(ITC)，它可以產(chǎn)生氧化還原調(diào)節(jié)的心臟保護蛋白、硫氧還蛋白(Trx)，對心臟有益[5]，蘿卜硫素(SFN)是迄今為止研究最廣、最具特征的ITC 。

2 SFN作用機制

SFN為蘿卜硫苷(GRN)的水解產(chǎn)物，是一種天然的異硫氰酸酯化合物，存在于十字花科蔬菜中，如西蘭花、卷心菜和花椰菜，是一種抗氧化劑，已被證明可刺激細胞內(nèi)抗氧化劑和Ⅱ期解毒酶的產(chǎn)生[6]。SFN已被證明在預防心血管系統(tǒng)、腎臟、大腦的慢性疾病以及癌癥進展中具有抗氧化作用[7-10]。SFN氧化靶蛋白或小分子[如谷胱甘肽(GSH)]上的活性硫醇基團，從而調(diào)節(jié)其活性。大量體外和體內(nèi)研究表明，SFN調(diào)節(jié)多種氧化還原敏感轉(zhuǎn)錄因子。蘿卜硫素對人體的保護作用主要是通過誘導Nrf2抗氧化防御途徑、抑制促炎性NF-κB信號傳導、對PPARγ信號和能量代謝的影響來實現(xiàn)的。

2.1 SFN激活Nrf2抗氧化防御途徑 Nrf2是一種堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子，通過誘導100多種細胞保護蛋白(包括抗氧化劑和Ⅱ期解毒酶)防御氧化應激和親電性毒物。在氧化或親電應激條件下，包括在生理濃度SFN的刺激下，Nrf2途徑被激活。Nrf2的激活包括抑制Nrf2的降解，允許Nrf2轉(zhuǎn)移到細胞核，并與小肌筋膜纖維肉瘤(sMaf)蛋白異二聚體化。Nrf2/sMaf復合物結(jié)合靶基因啟動子區(qū)內(nèi)順式作用的抗氧化/親電反應元件(ARE/EpRE)，誘導轉(zhuǎn)錄[11-13]。抑制Nrf2降解的一個關(guān)鍵機制是通過Keap1的親電修飾。在正常環(huán)境下，Nrf2被Keap1錨定在細胞質(zhì)中。Keap1是一種富含巰基的蛋白，能使Nrf2泛素化而被蛋白酶降解，從而抑制Nrf2信號。而蘿卜硫素與Keap1的相互作用擾亂了這種功能，使Nrf2在細胞核積累并激活轉(zhuǎn)錄程序。由Nrf2激活轉(zhuǎn)錄的這些抗氧化基因，能夠編碼酶以及其他類型的蛋白質(zhì)來平衡細胞氧化還原環(huán)境、中和電信號和氧化物的刺激、改變細胞代謝等。

2.2 SFN抑制NF-κB的活化 NF-κB是屬于Rel家族的重要誘導性轉(zhuǎn)錄因子。NF-κB信號通路普遍存在于真核細胞內(nèi)，參與多種基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，它與炎性級聯(lián)反應以及細胞凋亡等密切相關(guān)。正常情況下，NF-κB與它的抑制性蛋白IκB (inhibitors of κB)結(jié)合在細胞質(zhì)中，以非活性的異寡聚體的形式存在。這種結(jié)合形式，掩蓋了核因子中的核定位序列，使NF-κB 不會向細胞核位移。NF-κB的激活可以由氧化劑和其他刺激物啟動，包括細胞因子、有絲分裂原、病毒產(chǎn)物、紫外線和物理應激，此時刺激信號會經(jīng)過細胞膜上的受體轉(zhuǎn)入到細胞質(zhì)，從而激活I(lǐng)κB 激酶復合物(IκB kinase complex，IKK)，使IκB 磷酸化，進而降解[14-15]。實驗表明，蘿卜硫素可通過許多機制來調(diào)控NF-κB通路，包括調(diào)控炎性細胞因子表達、阻止IκB的磷酸化及降解和降低NF-κB DNA結(jié)合活性。有證據(jù)表明，NF-κB是動脈粥樣硬化、應激、心臟病和糖尿病腎病等疾病的一種中樞介質(zhì)[16-18]，為靶向治療的合適候選物。

2.3 SFN調(diào)節(jié)PPARγ信號傳導 過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ)是脂肪生成和脂肪組織發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)控因子，在糖脂代謝、炎性反應和免疫反應等多種生物學過程中也發(fā)揮重要作用。PPARγ是人、小鼠、雞等動物脂肪生成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，能夠直接調(diào)控脂肪細胞分化和脂類代謝相關(guān)基因的表達。在脂肪組織中，PPARγ的主要功能是通過誘導脂肪生成基因(如脂肪細胞結(jié)合蛋白ap2)來誘導脂肪細胞分化，但PPARγ對成熟脂肪細胞功能也很重要[19-21]。過表達PPARγ 基因可使非脂肪源性的胚胎成纖維細胞和成肌細胞轉(zhuǎn)分化為脂肪細胞。蘿卜硫素能抑制PPARγ的表達，調(diào)節(jié)能量代謝，與Nrf2及NF-κb的抗氧化和抗炎作用協(xié)同作用，共同改善心血管疾病及其并發(fā)癥。

3 SFN介導高血壓防護

高血壓的患病率隨著年齡的增長而顯著增加。它是導致心血管疾病的主要原因之一，預防高血壓可能在防止CVD方面起著至關(guān)重要的作用。一氧化氮生成減少和/或活性氧(主要是超氧化物)生成增加引起的氧化應激可促進內(nèi)皮功能障礙。因此，氧化應激增加可能是高血壓發(fā)病率增加的一個原因[22]。研究顯示證明含有高Grn(Grn+)的花椰菜芽的飲食可以降低雄性卒中易感的自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)的氧化應激和相關(guān)問題[23]。作為Grn關(guān)鍵代謝產(chǎn)物之一，SFN也被發(fā)現(xiàn)可以改善血壓。關(guān)于SFN介導的高血壓保護機制，有證據(jù)表明SFN誘導的Ⅱ期酶的上調(diào)減少了血管平滑肌細胞(VSMC)的氧化應激。研究證明，SFN顯著增加GSH含量，降低氧化GSH水平，減少蛋白質(zhì)亞硝基化，增加GR和GPX活性;這些變化與改善主動脈內(nèi)皮依賴性舒張和顯著降低血壓相關(guān)[24]。

4 SFN介導動脈粥樣硬化保護

動脈粥樣硬化存在于一系列的心血管疾病中，包括心肌梗死、腦卒中和外周動脈疾病，這些仍然是全球發(fā)病率和病死率的主要原因[25-26]。人們普遍認為剪切應力在早期動脈粥樣硬化的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用[27]。動脈粥樣硬化病變優(yōu)先位于局部血流受到干擾的動脈分支和彎曲的外壁；穩(wěn)定的層流血流(s-flow)和持續(xù)的高剪應力可調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞(EC)中保護動脈粥樣硬化的基因和蛋白質(zhì)的表達[28]。研究證明Krüppel樣因子2 (KLF2)是一種在EC中由層流血流特異性誘導的轉(zhuǎn)錄因子。Nrf2被鑒定為一種剪切誘導的轉(zhuǎn)錄因子，負責抗氧化基因的表達。這2種轉(zhuǎn)錄因子均在體內(nèi)血管系統(tǒng)的層流區(qū)被誘導。KLF2增加了Nrf2的核定位，這2個因素的聯(lián)合作用構(gòu)成了層流誘導內(nèi)皮基因表達的70%左右[28]。

動脈粥樣硬化還與動脈壁的長期炎性疾病有關(guān)。細胞間黏附分子-1(ICAM-1)和血管細胞黏附分子-1(VCAM-1)的表達增加與VSMC的增殖增加相關(guān)，導致新內(nèi)膜或動脈粥樣硬化病變形成增加。Kim等[29]研究了SFN對培養(yǎng)的小鼠VSMC中VCAM-1表達的影響。用SFN(1～5 μg/ml)預處理2 h可抑制VCAM-1的TNF-α誘導蛋白表達。SFN還抑制TNF- α誘導的細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生。這些體內(nèi)和體外動物研究表明，SFN具有抑制動脈粥樣硬化病變內(nèi)炎性反應的作用。

除了這些炎性反應機制外，內(nèi)皮脂肪酶(EL)也參與動脈粥樣硬化。EL是三酰甘油脂酶家族的成員，它降低了高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)的水平。氧化的低密度脂蛋白(oxLDL)通過多種機制促進動脈粥樣硬化形成。Huang等[30]報告了用SFN(0～10 μmol/L)治療逆轉(zhuǎn)了oxLDL誘導的ROS產(chǎn)生。這些結(jié)果表明SFN改變了炎性反應、EL活性和oxLDL水平，這些都在動脈粥樣硬化中起重要作用。

肥胖與代謝紊亂有關(guān)，代謝紊亂是動脈粥樣硬化和CVD的另一個危險因素。Choi等[31]研究了在C57BL/6N小鼠中，SFN是否能預防高脂飲食(HFD)誘導的肥胖。予小鼠喂食正常飲食(ND)、HFD和HFD加0.1%SFN，持續(xù)6周。HFD-SFN喂養(yǎng)的小鼠的食物效率比和體質(zhì)量低于HFD小鼠。SFN可減輕HFD引起的內(nèi)臟脂肪增多、脂肪細胞肥大和肝臟脂肪堆積。HFD-SFN小鼠的血清總膽固醇、瘦素和肝臟三酰甘油水平低于HFD小鼠。這些結(jié)果表明，SFN可能通過抑制脂肪生成從而誘導抗肥胖作用。

血小板聚集在動脈血栓形成中起重要作用，導致動脈粥樣硬化和CVD。Chuang等[32]證明在流動條件下，SFN可抑制人血小板聚集并減少血栓形成。Oh等還發(fā)現(xiàn)SFN劑量依賴性地抑制血小板聚集。血小板活化劑的比較顯示，SFN對膠原蛋白的抑制作用最大，這顯著降低了膠原誘導的糖蛋白Ⅱb/Ⅲa活化和體外血栓素A2的形成。SFN還能減少膠原蛋白和腎上腺素誘導的肺栓塞，但不影響體內(nèi)凝血酶原時間; 這表明，SFN可能是一個潛在的抗血栓性藥物[33-34]。

上述動物和人體研究表明，SFN藥物激活Nrf2可減少動脈粥樣硬化斑點的EC活化，調(diào)節(jié)VSMC的遷移和增殖，降低炎性因子的表達，預防HFD誘導的肥胖，并具有抗血栓形成作用。表明SFN可能為預防動脈粥樣硬化提供一種潛在的治療劑，從而降低心血管疾病的風險。

5 SFN防止心臟缺血—再灌注(I/R)損傷

已經(jīng)證明，I/R損傷在心血管疾病的病理過程中至關(guān)重要，如腦卒中和心肌梗死。Mukherjee等[5]用西蘭花口服灌胃給大鼠喂食。30 d后，處死大鼠，離體灌注心臟缺血30 min，然后再灌注2 h。西蘭花治療提供了顯著的心臟保護，如改善缺血后心室功能、減小心肌梗死面積、減少心肌細胞凋亡以及顯著降低細胞色素C釋放和酶原3活性。這些保護作用與Nrf2的活性增強有關(guān)。同樣，隨后的研究表明，SFN可以預防心臟I/R損傷。SFN治療可減弱I/R誘導的超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和血紅素氧合酶-1(HO-1)水平的降低[35]。SFN對I/R損傷的保護作用可能部分通過Nrf2-Keap1-ARE抗氧化途徑介導。

6 SFN防止糖尿病心肌病

糖尿病心肌病是心血管疾病的主要類型之一。有研究對FVB小鼠經(jīng)多次腹腔注射低劑量鏈脲佐菌素(STZ)誘導1型糖尿病。高血糖和年齡相匹配的對照組小鼠每天接受或不接受0.5 mg / kg SFN，5天/周，持續(xù)3個月，然后在糖尿病誘導后保持6個月。在糖尿病造模后3個月和6個月時，SFN可顯著預防糖尿病引起的心臟功能障礙，也可預防糖尿病引起的心臟肥大和纖維化。SFN幾乎完全可以預防糖尿病引起的心臟氧化損傷和炎性反應。SFN上調(diào)Nrf2表達和轉(zhuǎn)錄活性，阻止擴張型心肌病(DCM)的發(fā)生[36]。Zhang等[37]研究了SFN對2型糖尿病誘導的心臟脂質(zhì)積累以及隨后的DCM的影響。SFN治療顯著減輕心臟重塑和功能障礙，抑制心臟脂質(zhì)積聚，并改善心臟炎性反應，氧化應激和纖維化。

7 結(jié)論與展望

氧化應激在心臟病的病理生理學中起主要作用。在十字花科蔬菜中發(fā)現(xiàn)的SFN是一種間接抗氧化劑，可以激活Nrf2及其下游靶基因、抑制NF-κB、PPARγ信號通路以及調(diào)節(jié)能量代謝以誘導抗氧化作用。動物實驗和人類研究已經(jīng)確定了大量SFN介導的對各種心血管疾病的保護，包括高血壓、動脈粥樣硬化、I/R損傷、糖尿病心肌病等。SFN有助于預防心血管疾病，為今后心血管系統(tǒng)疾病的治療與預防提供了新思路。