萊菔硫烷對糖尿病及脂肪肝病的調控作用研究進展

孫 瑤，張英春，田思聰，李寶龍，單毓娟

（1.哈爾濱工業(yè)大學化工與化學學院食品科學與工程系，黑龍江 哈爾濱150001；2.黑龍江中醫(yī)藥大學藥物安全性評價中心，黑龍江 哈爾濱150040）

萊菔硫烷（sulforaphane，SFN）是一種異硫氰酸鹽類植物化學物，以前體物硫代葡萄糖苷的形式富含于西蘭花、卷心菜和甘藍等十字花科蔬菜中，在西蘭花中含量最高［1］。前期研究表明，SFN 在抗癌、抗氧化和抗炎等方面具有顯著的調控作用。近年國內外研究提示，SFN對糖脂代謝相關性疾病也有一定改善作用。糖尿病是一種以高血糖為特征的糖代謝紊亂性疾病，可分為1型糖尿?。╰ype 1 diabetes mellitus，T1DM）、T2DM、妊娠糖尿病和其他類型糖尿病，以T2DM 最為普遍。2011 年，世界糖尿性病患者多達3.66 億人，預計到2030 年將達到5.56億。糖尿病伴隨多種并發(fā)癥，如糖尿病性腎病（diabetic nephropathy，DN）和心腦血管疾病等，致死率高［2］。脂肪肝病是目前世界上最常見的脂代謝疾病，發(fā)病人群趨于低齡化，致病機制復雜，可引發(fā)肥胖和T2DM。全球因長期飲酒造成酒精性脂肪肝病，最終導致因肝損傷死亡的人數(shù)高達3.8%，因非酒精性脂肪肝導致的肝硬變及肝癌的患病率是20%～30%，在我國，其發(fā)病率位于慢性肝病的第二位，僅次于病毒性肝炎［3］。糖尿病和脂肪肝病嚴重威脅人類健康，甚至危及生命。本文對近年來SFN與糖尿病及脂肪肝病研究的國內外文獻進行梳理，旨在挖掘和拓寬食源性生物活性成分的新功能和應用，并為糖尿病和脂肪肝病的防治提供新思路。

1 萊菔硫烷與糖尿病流行病學研究

SFN 對糖脂代謝疾病的營養(yǎng)流行病學研究資料有限，且集中于糖尿病及肥胖。在一項基于前瞻性隊列研究的薈萃分析（meta-analysis）中［4］，從306 723 名人群隊列中篩選出16 544 例T2DM 患者進行隨訪，時間4.6～24年不等。同比于柑橘類水果，十字花科蔬菜的攝入量與T2DM 的病情呈負相關，提示具有預防作用〔最高與最低分析：總相對危險度（summary relative risks，SRR）=0.84，95%，CI：0.73～0.96〕，且差異顯著，而柑橘類水果對T2DM無明顯的治療效果。2007年，日本公共衛(wèi)生中心在一個前瞻性隊列研究中納入21 269 名日本男性和27 168名日本女性，納入人群均無T2DM或其他嚴重疾病史。隨訪5 年后，共有896 名隨訪者被診斷為T2DM。分析報告顯示［5］，同時攝入蔬菜和水果或只攝入水果與T2DM 相關風險無關。然而，蔬菜（僅限男性），綠葉蔬菜（男性和女性）和十字花科蔬菜（僅限男性）攝入使T2DM相關風險降低約為20%，但并無統(tǒng)計學意義。肥胖或吸煙男性的T2DM風險降低程度略高于非肥胖或非吸煙男性。

一項隨機雙盲臨床干預試驗發(fā)現(xiàn)［6］，富含SFN的西蘭花芽粉（broccoli sprouts powder，BSP）可以改善T2DM患者的胰島素抵抗（insulin resistance，IR）。81例T2DM患者被隨機分配接受BSP 10 g·d-1（n=27）、5 g·d-1（n=29）和安慰劑（n=25），持續(xù)4周。結果發(fā)現(xiàn)，高劑量BSP（10 g·d-1）可降低血清胰島素和穩(wěn)態(tài)模型評價IR指數(shù)（homeostasis model assessment-insulin resistance index，HOMA-IR）（P=0.05），可見SFN對人體糖代謝異常有著積極調節(jié)作用。在一項有63 例T2DM 患者參與的隨機對照試驗（randomized controlled trial，RCT）中，攝入BSP 5～10 g·d-14周后，患者血漿胰島素及HOMAIR 指數(shù)均下降。另一項RCT 試驗中，97 例T2DM患者攝入BSP（約150 μmol 的SFN）12 周后，糖耐量和糖化血紅蛋白改善明顯；在肥胖個體中，糖化血紅蛋白的改善尤為明顯，提示SFN可能具有抑制糖原異生的功能。但受試者的體質量、BMI值、肝脂肪指數(shù)、血漿膽固醇（cholesterol，CHO）和甘油三酯（triglycerides，TG）水平并未下降［7］。一項針對“10年心血管疾病發(fā)病風險在10%～30%”老年人群的干預結果顯示，服用高濃度的SFN 前體物-硫代葡萄糖苷（glucoraphanin，GRP，21.6 μmol·g-1），能降低血漿低密度脂蛋白膽固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）水平，而攝入標準含量GRP（6.9 μmol·g-1）對LDL-C 無降低作用［8］。上述研究總體提示，十字花科蔬菜（富含SFN）對糖尿病及脂代謝紊亂患者具有正向調節(jié)作用（表1）。

2 萊菔硫烷對糖尿病并發(fā)癥的調節(jié)機制

SFN 對糖尿病及其主要并發(fā)癥如DN 、糖尿病性心臟病和動脈纖維化均有改善作用；其主要作用機制包括對NF-κB 途徑的調控以及對線粒體的保護作用，通過減輕氧化應激以及影響相關因子的調控來實現(xiàn)。在CHO 誘導的胰腺β 細胞線粒體損傷過程中，SFN 可以增強ATP 的生成和利用，并且可以保護電子傳遞鏈［9］。同時，SFN還減弱了CHO誘導的NF-κB 活化，調節(jié)炎癥反應。此外，SFN 還可抑制去乙?；福╯irtuin 1，SIRT1）表達，并大大增加小鼠胰島β 細胞株Min6 細胞中過氧化物酶體增殖物激活受體γ 共激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1，PGC-1α）的表達［10］。SFN增加核因子E2相關因子2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2）途徑下游抗氧化酶的表達，抑制CHO 誘導的脂質過氧化，其抗氧化和抗炎特性，以及對線粒體生物學功能的保護和改善作用，均有助于緩解過量脂類堆積所致的胰腺β細胞功能損傷，并最終控制高血糖［11］。

SFN 在糖尿病引發(fā)的心臟病中起著重要的保護作用。SFN 可減弱T2DM 小鼠心肌氧化應激誘導的對肝激酶B1（liver kinase B1，LKB1）/腺嘌呤核糖核苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信號通路的抑制，從而阻止了T2DM誘導的脂毒性心肌病。高脂飼料和鏈脲佐菌素誘導小鼠T2DM 模型中，SFN 治療能顯著減輕T2DM 誘導的心臟重塑和功能障礙［12］。SFN 通過下調糖尿病誘導的纖溶酶原激活劑抑制劑1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）（心肌炎癥反應）、結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）、轉化生長因子β1（transforming growth factor beta1，TGF-β1）蛋白（纖維化）、神經營養(yǎng)因子3（neurotrophins-3，NT-3）和4-羥基壬烯醛（4-hydroxynonenal，4-HNE）（氧化應激）等因子的表達，明顯抑制了心臟的炎癥氧化應激和纖維化。SFN 通過上調Nrf2 及其下游基因的表達，減少毒性加合物生成，最終逆轉糖尿病誘導的LKB1/AMPK 信號通路。此外，SFN 可上調Nrf2及其下游抗氧化基因轉錄表達，預防糖尿病引起的主動脈損傷［13］。Miao 等［14］采用多種低劑量鏈脲佐菌素誘導FVB 小鼠T1MD，SFN 治療3 個月后，糖尿病引起的主動脈纖維化、炎癥和氧化損傷都明顯減輕，其保護作用誘導轉錄因子Nrf2及其下游抗氧化基因表達。成纖維細胞生長因子21（fibroblast growth factor 21，F(xiàn)GF21）是葡萄糖和脂質代謝中的重要調節(jié)劑，給FGF21基因敲除（FGF21 knockout，F(xiàn)GF21KO）小鼠注射鏈脲佐菌素后可誘發(fā)T1MD，小鼠早期表現(xiàn)為主動脈管壁增厚，膠原蛋白積聚和纖維化。與野生型（wild type，WT）糖尿病小鼠相比，F(xiàn)GF21缺失可能通過主動脈炎癥和氧化應激的惡化加重主動脈重塑和細胞死亡，F(xiàn)GF21 可逆轉FGF21KO 糖尿病小鼠的病理學變化［15］。同時，大量的西蘭花芽提取物（broccoli sprout extract，BSE）與SFN效果一致，均可通過增加Nrf2核積累及其下游基因顯著上調Nrf2轉錄活性，預防糖尿病性心肌病。分別給予WT 小鼠空白載體（0.01 mL·g-1），BSE 低劑量（估計SFN 可用量為0.5 mg·kg-1），BSE 高劑量（估計SFN 可用量為1.0 mg·kg-1）和SFN（0.5 mg·kg-1），每隔1 天給藥1 次，持續(xù)3 個月。通過超聲心動圖、組織病理學檢查、Western 印跡和實時PCR 檢測表明，高劑量的BSE 和SFN（0.5 mg·kg-1）可顯著抑制糖尿病引起的心臟肥大、纖維化、炎癥和氧化損傷等［16］。

表1 十字花科蔬菜（萊菔硫烷）與糖尿病關聯(lián)性人群研究資料

在DN 中，SFN 通過調節(jié)氧化應激和糖原合酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3 beta，GSK3β）的表達，從而改善DN，并對DN 有良好的治療效果。SFN 可明顯抑制DN 大鼠尿白蛋白的增加，抑制腎基質擴張及TGF-β1表達。同時，Nrf2信號通路被激活，8-氧代-脫氧鳥苷水平在SFN治療后的DN大鼠中明顯降低，GSK-3β/酪氨酸蛋白激酶（tyrosineprotein kinase，F(xiàn)yn）軸活性顯著降低。此外，SFN還具有抗纖維化作用，與增強抑制性Ser9-磷酸化GSK3β和Fyn/Nrf2核輸出或輸入平行，將大鼠系膜細胞（rat mesangial cells，RMC）暴露于高葡萄糖環(huán)境中后，SFN 通過抑制GSK3β 的表達，保護細胞免受高糖損傷。綜上，SFN通過GSK3β/Fyn/Nrf2信號轉導途徑改善大鼠DN［17］。

3 萊菔硫烷對脂肪肝病的調節(jié)機制

飲酒所導致的酒精性脂肪肝病也是酒精肝、肝硬變、肝纖維化甚至肝癌的早期表現(xiàn)，嚴重時可危及生命［18］。目前研究表明，SFN對酒精性脂肪肝以及非酒精性脂肪肝均有改善作用。其機制包括激活Nrf2從而減少氧化應激、增加某些蛋白表達以及抑制脂質積累，促進白色脂肪棕色化（browning）。SFN能有效改善酒精引起的急性脂肪性肝損傷，主要表現(xiàn)為肝組織勻漿中TG 和CHO 水平下降。在體外培養(yǎng)的HepG2 E47 肝細胞中，SFN 抑制了酒精誘發(fā)的脂質積累，該作用與Nrf2 依賴的細胞色素酶P450 2E1（cytochrome P450 2E1，CYP2E1）活性增加有關［19］。同樣，SFN 對急性酒精性肝損傷的C57BL/6 小鼠有著較好的保護作用，SFN通過調節(jié)小鼠血清中相關代謝酶，從而降低肝氧化損傷［20］。此外，SFN對肝纖維化有著很好的預防和保護作用。在四氯化氮誘導的化學性肝損傷小鼠模型中，SFN可通過增強過氧化物酶體增殖劑激活受體γ（peroxisome proliferators-activated receptors γ，PPARγ）表達以及Nrf2依賴的抗氧化作用緩解肝纖維化進程［21］。

本課題組［22］利用高脂飲食（豬油20%）喂養(yǎng)大鼠10 周，同時利用混合的飽和脂肪酸誘導人肝HHL-5 細胞5 d，成功建立了異常脂代謝模型。通過對PGC-1α 途徑和線粒體膜電位等的分析，發(fā)現(xiàn)SFN可通過促進線粒體生物合成，激活線粒體Nrf2來增強異常蓄積于機體內的脂類的利用。此外，還發(fā)現(xiàn)SFN通過轉錄激活脂類降解途徑，上調脂肪甘油三酯酶和激素敏感脂肪酶的表達，從而促進脂類降解，減少脂肪堆積。SFN可通過增強解偶聯(lián)蛋白1的表達，上調Nrf2/SIRT1/PPAR1α 信號，增加脂肪的利用率和葡萄糖攝取，促進脂肪分解和脂肪酸氧化以對抗肥胖以及肥胖相關的脂代謝紊亂。SFN可增加3T3-L1 脂肪細胞線粒體含量和呼吸鏈酶的活性，使脂肪細胞發(fā)生褐變［23］。

4 結語

綜上所述，SFN對糖尿病及脂肪肝有著很好的預防和治療效果，同時對其并發(fā)癥也有著很好的改善作用。目前，SFN的相關研究主要集中于其對癌癥的抑制作用，其對糖尿病和脂肪肝病的改善作用及其調控機制則存在大量空白，有待于研究和闡明。SFN作為一種天然的食源性植物化學物，其作用仍有待開發(fā)和利用。