蘿卜硫素在消化系統(tǒng)腫瘤治療中的機(jī)制研究進(jìn)展

安嘉琪 謝慶芝

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院兒童消化與腎病科，濱州 256600

癌癥作為世界范圍內(nèi)的公共衛(wèi)生問題，是每年造成數(shù)百萬人死亡的主要原因，其特征包括抵抗細(xì)胞死亡、維持增殖信號(hào)、激活侵襲和轉(zhuǎn)移、誘導(dǎo)血管生成、逃避生長(zhǎng)抑制、實(shí)現(xiàn)復(fù)制永生、重新編程細(xì)胞代謝和避免免疫破壞的后天能力［1］。消化系統(tǒng)腫瘤占全球癌癥發(fā)病率的26%，占所有癌癥病死率的35%，在中國(guó)呈現(xiàn)發(fā)病率、病死率雙高的特征，是腫瘤防控的重點(diǎn)［2-3］。傳統(tǒng)的癌癥治療方法具有局限性，天然存在的植物化學(xué)物質(zhì)已經(jīng)成為近十年來國(guó)內(nèi)外研究癌癥預(yù)防和治療的主要目標(biāo)。蘿卜硫素是一種主要存在于十字花科蔬菜中的天然異硫氰酸鹽，可通過抑制癌癥的特征來發(fā)揮預(yù)防和治療癌癥的作用［4］。本文通過描述蘿卜硫素對(duì)消化系統(tǒng)腫瘤的相關(guān)治療機(jī)制，旨在為消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)病機(jī)制和治療策略的研究提供有利的依據(jù)。

蘿卜硫素通過調(diào)節(jié)微RNA（microRNA，miRNA）治療消化系統(tǒng)腫瘤

miRNA是一類小型的非編碼RNA，可以作為癌基因或腫瘤抑制因子發(fā)揮作用，它的異常表達(dá)在細(xì)胞死亡、增殖、侵襲、遷移、腫瘤的發(fā)展和預(yù)后中起著至關(guān)重要的作用。

1.蘿卜硫素可通過調(diào)節(jié)miRNA參與癌癥細(xì)胞的凋亡與自噬治療癌癥

蘿卜硫素可通過下調(diào)miR-21來下調(diào)人類端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶的表達(dá)，從而引發(fā)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡來治療癌癥［5］；也可通過激活miR-4521/PIK3R3通路來抑制胃癌惡性進(jìn)展過程中的細(xì)胞自噬，從而治療胃癌，而miR-4521的低表達(dá)和PIK3R3的增加可減弱蘿卜硫素對(duì)胃癌的治療作用［6］。

2.蘿卜硫素可通過調(diào)節(jié)miRNA參與癌癥細(xì)胞的增殖治療癌癥

過度表達(dá)的miR-9可以抑制胃癌細(xì)胞增殖，低表達(dá)的miR-9可通過抑制尾側(cè)同源盒轉(zhuǎn)錄因子2（caudal type homeobox 2，CDX2）表達(dá)促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖。過度表達(dá)的尾側(cè)同源盒轉(zhuǎn)錄因子1（caudal type homeobox 1，CDX1）可以通過誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯和凋亡抑制胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)。在不同胃癌細(xì)胞株（AGS和MKN45）中，不同蘿卜硫素濃度治療效果不同。低濃度的蘿卜硫素增加了AGS細(xì)胞中CDX1、CDX2、miR-9和miR-326的表達(dá)，高濃度的蘿卜硫素減少了AGS細(xì)胞中CDX1、CDX2、miR-9和miR-326的表達(dá)；而在MKN45細(xì)胞中，蘿卜硫素濃度增加導(dǎo)致CDX1、CDX2、miR-9和miR-326的表達(dá)增加。即蘿卜硫素可通過改變CDX1、CDX2、miR-9和miR-326的表達(dá)，在特定劑量下影響胃癌細(xì)胞并抑制其增殖來治療胃癌［7］。

3.蘿卜硫素可通過調(diào)節(jié)miRNA參與癌癥細(xì)胞的轉(zhuǎn)移與侵襲來治療癌癥

蘿卜硫素可通過促進(jìn)miR-29a-3p成熟來減少與耐藥性、血管生成和細(xì)胞外基質(zhì)相關(guān)基因（如COL3A1和COL5A1）的表達(dá)，從而破壞細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使Wnt/β-catenin通路失活，抑制胃癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移來治療胃癌［8］；也可通過誘導(dǎo)miR-365a-3p的過度表達(dá)來抑制NF-κB家族成員c-Rel，從而抑制NF-κB活性，抵消胰腺癌細(xì)胞侵襲性，抑制癌癥進(jìn)展來治療癌癥［9］。

蘿卜硫素可通過改變調(diào)節(jié)分子和miRNA的表達(dá)、下調(diào)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）磷酸化來提高樹突狀細(xì)胞（dendritic cells，DCs）激活T淋巴細(xì)胞（T-lymphocytes）誘導(dǎo)抗腫瘤免疫反應(yīng)的能力。蘿卜硫素對(duì)miR-155-5p和miR-194-5p表達(dá)的不同調(diào)控是影響DCs激活能力的一個(gè)原因，可分別通過上調(diào)miR-194-5p、下調(diào)DCs中STAT3的磷酸化、JAK/STAT3的抑制導(dǎo)致抑制性B7-H1分子表達(dá)降低和下調(diào)miR-155-5p來提高DCs的激活功能，從而激活T細(xì)胞誘導(dǎo)提高抗胰腺癌免疫反應(yīng)治療癌癥［10］。

蘿卜硫素在胰腺癌細(xì)胞中誘導(dǎo)miR-135b-5p的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)腫瘤抑制因子Ras蛋白激活類似物2（Ras protein activator like 2，Rasal2）的表達(dá)，從而抑制腫瘤生長(zhǎng)達(dá)到治療癌癥的目的［11］。同樣在胰腺癌中，縫隙連接蛋白43（connexin 43，Cx43）的表達(dá)缺失破壞了間隙連接細(xì)胞間通信，影響了化療藥物吉西他濱的耐藥性和癌癥干細(xì)胞（cancer stem cells，CSCs）特性。蘿卜硫素通過抑制miR-30a-3p的表達(dá)來增加Cx43表達(dá)，誘導(dǎo)間隙連接細(xì)胞間通信和吉西他濱的旁觀者效應(yīng)，從而減輕吉西他濱的耐藥性，增強(qiáng)化療敏感性來治療癌癥［12］。

蘿卜硫素通過調(diào)節(jié)促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）途徑治療消化系統(tǒng)腫瘤

MAPK途徑包括3種通路：細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）、c-junN-末端激酶（c-JunN-terminal kinase，JNK）和p38，這些通路可被細(xì)胞氧化應(yīng)激快速激活，參與細(xì)胞增殖、遷移、分化、生長(zhǎng)停滯和凋亡等多種細(xì)胞生物學(xué)功能［13］。蘿卜硫素通過誘導(dǎo)雙特異性磷酸酶4（dual specificity phosphatase4，DUSP4）基因過表達(dá)來抑制肝癌細(xì)胞中過多的抗凋亡MAPK基因，從而觸發(fā)肝癌細(xì)胞凋亡來治療癌癥，其中抗凋亡MAPK基因包括MAP2K6、MAP3K8、MAP3K12和MAPK4［14］。蘿卜硫素可通過誘導(dǎo)ERK磷酸化影響Keap1-核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）-ARE信號(hào)通路，增加了結(jié)直腸癌細(xì)胞中Nrf2的mRNA表達(dá)和核易位，上調(diào)了與致癌物代謝有關(guān)的UDP-葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶1A基因的表達(dá)，增強(qiáng)了結(jié)直腸癌細(xì)胞中致癌物的代謝，抑制了結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖來治療癌癥［15］；也可分別通過激活ERK和p38通路來上調(diào)細(xì)胞周期蛋白（cyclin）D1和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21CIP1的表達(dá)，激活JNK通路來下調(diào)cyclin D1和p21CIP1的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞周期G1期阻滯，從而抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖來治療癌癥［16］。與癌癥轉(zhuǎn)移有關(guān)的尼古丁通過刺激ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞中基質(zhì)金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP-9）的異常表達(dá)來增加癌細(xì)胞侵襲性。蘿卜硫素通過抑制活性氧（reactive oxygen species，ROS）介導(dǎo)的MAPK（ERK1/2，p38MAPK）/AP-1和NF-κB信號(hào)軸，抑制尼古丁誘導(dǎo)的MMP-9異常表達(dá)，進(jìn)而抑制胃癌細(xì)胞的侵襲來治療癌癥［17］。

蘿卜硫素通過調(diào)節(jié)p53治療消化系統(tǒng)腫瘤

p53基因是一種抑癌基因，可保護(hù)基因組免受氧化損傷，也可轉(zhuǎn)錄激活促凋亡因子Bax和Bak，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡［18］。細(xì)胞周期蛋白依賴激酶（cyclin dependent kinase，CDK）2可調(diào)節(jié)細(xì)胞周期在G1/S期的進(jìn)程，p53通過激活p21、抑制CDK2阻斷正常的細(xì)胞周期進(jìn)程。蘿卜硫素可以通過p53依賴的線粒體途徑來增強(qiáng)Bax的表達(dá)，誘導(dǎo)B細(xì)胞淋巴瘤-2家族蛋白（B-cell lymphoma-2 family proteins，Bcl-2）成員之間的失衡，從而激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（cysteine-aspartic acid protease-3，Caspase-3）誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞凋亡來治療癌癥；也可以通過誘導(dǎo)p53的表達(dá)來激活p21-CDK2軸，從而引發(fā)胃癌細(xì)胞周期S期阻滯，抑制細(xì)胞增殖來治療癌癥［19］。

CSCs在癌癥的起始、侵襲、轉(zhuǎn)移和耐藥性中起到關(guān)鍵作用。p63蛋白是p53家族的重要轉(zhuǎn)錄因子，其亞型TAp63α的過度表達(dá)增強(qiáng)了CSCs標(biāo)志物的表達(dá)。在轉(zhuǎn)錄水平上，蘿卜硫素可通過TAp63α/Lgr5/β-catenin軸抑制結(jié)直腸癌CSCs的特性來治療結(jié)直腸癌，而TAp63α的過度表達(dá)也可減弱蘿卜硫素對(duì)結(jié)直腸癌CSCs的抑制作用來阻礙治療［20］。

蘿卜硫素通過調(diào)節(jié)Caspase家族治療消化系統(tǒng)腫瘤

Caspase家族通過誘導(dǎo)各種凋亡在細(xì)胞死亡的執(zhí)行階段發(fā)揮關(guān)鍵作用，其加工和激活可以由Bcl-2等分子以及凋亡抑制蛋白（inhibitor of apoptosis protein，IAP）成員調(diào)節(jié)，Bcl-2家族成員之間的失衡可以激活Caspase家族，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［21］。蘿卜硫素誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡是通過Caspase依賴的途徑［22］。蘿卜硫素可以通過誘導(dǎo)IAP家族的選擇性抑制、Bcl-2家族的調(diào)控和Caspase-3的激活介導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡［21］，可以通過增強(qiáng)Bcl-2家族成員之間的失衡激活Caspase-3誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞凋亡［19］，也可以通過激活Caspase-9通路抑制食管鱗狀細(xì)胞癌（esophageal squamous cancer，ESCC）細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡治療癌癥［23-24］。

蘿卜硫素通過調(diào)節(jié)Sonic Hedgehog通路治療消化系統(tǒng)腫瘤

Sonic Hedgehog（Shh）信號(hào)通路由Hh配體Shh、受體Patched（Ptch）、跨膜蛋白Smoothed（Smo）和Gli轉(zhuǎn)錄因子家族組成，在胃癌CSCs的維持中起著關(guān)鍵作用［25］。

蘿卜硫素可通過抑制Shh通路的Smo、Gli1和Gli2的mRNA和蛋白表達(dá)水平來分別抑制Gli的下游靶標(biāo)：維持胰腺癌CSCs多能性的轉(zhuǎn)錄因子Nanog、Oct-4和誘導(dǎo)胰腺癌CSCs上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）所需的轉(zhuǎn)錄因子ZEB1的表達(dá)，從而阻斷了Sonic Hedgehog-GLI信號(hào)通路，抑制了胰腺癌CSCs的自我更新能力來治療癌癥［26］；也可通過抑制Shh通路的激活，降低Smo、Gli1、Gli2和Hh配體Shh的水平，從而抑制胃癌CSCs活性來治療癌癥，而Shh通路的過度激活可反向抑制蘿卜硫素對(duì)胃癌的治療［27］。

蘿卜硫素治療消化系統(tǒng)腫瘤的其他方式

蘿卜硫素在胰腺癌細(xì)胞中誘導(dǎo)熱休克蛋白90（heat shock protein 90，Hsp90）的特定氨基酸殘基相互作用，阻斷了Hsp90-p50cdc37復(fù)合物的相互作用，從而抑制Hsp90伴侶蛋白功能，促進(jìn)Hsp90客戶蛋白的蛋白酶體降解，導(dǎo)致胰腺癌細(xì)胞凋亡來治療癌癥［28］。蘿卜硫素通過破壞谷胱甘肽和氧化谷胱甘肽之間的平衡，促進(jìn)ESCC細(xì)胞中ROS的產(chǎn)生，導(dǎo)致持續(xù)的DNA損傷，引發(fā)了細(xì)胞周期永久阻滯；同時(shí)ROS通過調(diào)節(jié)mTOR/TFE3軸，解除了自噬調(diào)節(jié)，促進(jìn)溶酶體異常生物發(fā)生，其中抑制的自噬通量促進(jìn)外泌體的產(chǎn)生，導(dǎo)致外泌體介導(dǎo)的旁分泌衰老，最終抑制ESCC細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖來治療癌癥［29］。

腺苷酸激活蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）在細(xì)胞周期阻滯和促凋亡途徑的誘導(dǎo)中發(fā)揮著重要作用，也伴隨著細(xì)胞內(nèi)ROS的生成增加。當(dāng)胃癌細(xì)胞中蘿卜硫素激活的ROS產(chǎn)生被阻斷時(shí)，AMPK的激活也被阻斷，Cyclin B1和p21的表達(dá)以及組蛋白H3的磷酸化同時(shí)受到抑制，即蘿卜硫素可通過激活ROS/AMPK通路上調(diào)Cyclin B1和p21的表達(dá)以及組蛋白H3的磷酸化，引發(fā)了胃癌細(xì)胞的有絲分裂阻滯和凋亡來治療癌癥［30］。

含有SET和MYND結(jié)構(gòu)域的蛋白3（SET and MYND domain-containing protein 3，SMYD3）是一種重要的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶，與癌細(xì)胞的增殖和遷移密切相關(guān)，它在胃癌組織中的mRNA和蛋白表達(dá)顯著高于鄰近的非腫瘤組織。蘿卜硫素通過在胃癌中轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)抑制SMYD3的過度表達(dá)治療胃癌，而SMYD3的過度表達(dá)也可以反向抑制蘿卜硫素的抗增殖和促凋亡作用來阻礙癌癥治療［31］。

Cyclin A、Cyclin B、CDK1、Cdc 25C的改變可導(dǎo)致細(xì)胞周期G2/M期阻滯［18］。在結(jié)腸癌細(xì)胞中，蘿卜硫素可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白：增加CDK1、CDK2、chk I、WEE1和Cyclin B，降低Cdc 25C、p53、p-p53、chk Ⅱ和Cyclin A，誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞G2/M期阻滯抑制腫瘤生長(zhǎng)，使細(xì)胞凋亡來治療癌癥［22］。G2/M細(xì)胞周期阻滯與由p21、CDK1和Cyclin B1控制的DNA損傷檢查點(diǎn)有關(guān)。Cyclin B1-CDK1復(fù)合物負(fù)責(zé)細(xì)胞周期從G2到有絲分裂的進(jìn)程，有絲分裂阻滯和p21過度表達(dá)提示細(xì)胞存在DNA損傷反應(yīng)。在肝癌細(xì)胞中，蘿卜硫素可通過誘導(dǎo)p21的過度表達(dá)導(dǎo)致G2/M細(xì)胞周期阻滯，也可通過維持Cyclin B1-CDK1的活性誘導(dǎo)細(xì)胞有絲分裂阻滯，從而導(dǎo)致DNA損傷來治療癌癥［14］。

組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylase，HDAC）5在肝癌中高表達(dá)，而HDAC5缺失與DNA損傷和激活的DNA損傷檢查點(diǎn)有關(guān)，HDAC11控制炎癥信號(hào)的表達(dá)。蘿卜硫素通過在肝癌細(xì)胞中抑制HDAC5和HDAC11的表達(dá)治療肝癌［14］。E2F轉(zhuǎn)錄因子3（E2F transcription factor 3，E2F3）活性的喪失影響DNA修復(fù)并延遲有絲分裂進(jìn)展，轉(zhuǎn)錄因子THAP1通過與E2F啟動(dòng)子相互作用來調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)展，胞質(zhì)聚腺苷酸化物結(jié)合蛋白2［cytoplasmic poly （A）denylation element binding protein，CPEB2］在細(xì)胞周期進(jìn)展過程中起著重要作用。蘿卜硫素可使肝癌細(xì)胞中的E2F3和THAP1基序高甲基化、CPEB2低甲基化，從而阻滯細(xì)胞有絲分裂來治療癌癥［14］。EMT被認(rèn)為是腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移的前提條件，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（transforming growth factor β，TGF-β）誘導(dǎo)表現(xiàn)出EMT的肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲與ROS有關(guān)。蘿卜硫素通過ROS依賴途徑抑制肝癌細(xì)胞中TGF-β導(dǎo)致波形蛋白（Vimentin）的表達(dá)下調(diào)、上皮細(xì)胞鈣黏蛋白（E-cadherin）的表達(dá)上調(diào)，從而抑制細(xì)胞EMT，抑制肝癌細(xì)胞遷移和侵襲［32］。蘿卜硫素通過抑制長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNA）H19在胰腺導(dǎo)管腺癌中的過表達(dá)，降低了H19的靶點(diǎn)和主要靶基因APOBEC3G的表達(dá)，降低了細(xì)胞活力、遷移、侵襲和腫瘤異種移植物的生長(zhǎng)，從而抑制癌癥的進(jìn)展［33］。

肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移依賴于由內(nèi)皮細(xì)胞調(diào)節(jié)的血管生成，HCC細(xì)胞通過細(xì)胞間相互作用刺激內(nèi)皮細(xì)胞遷移和管腔的形成。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是HCC中的關(guān)鍵血管生成信號(hào)和血管生成刺激因子，其表達(dá)由轉(zhuǎn)錄激活因子STAT3和缺氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）控制。蘿卜硫素通過抑制HCC細(xì)胞中STAT3/HIF-1α/VEGF信號(hào)傳導(dǎo)，不僅影響抑制內(nèi)皮細(xì)胞的活力和遷移，還影響HCC細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞之間的相互作用，抑制HCC細(xì)胞誘導(dǎo)的血管生成，產(chǎn)生抗腫瘤作用［34］。

小 結(jié)

蘿卜硫素可以通過阻礙細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、減弱細(xì)胞侵襲能力、抑制CSCs自我更新、增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)等機(jī)制治療消化系統(tǒng)腫瘤，具有化學(xué)預(yù)防和化學(xué)治療癌癥的潛力。目前，關(guān)于蘿卜硫素治療消化系統(tǒng)腫瘤的試驗(yàn)數(shù)據(jù)大部分來自國(guó)外，且大部分試驗(yàn)都存在樣本量小、受試對(duì)象相對(duì)局限、治療機(jī)制研究不夠深入等問題，需要進(jìn)一步研究。

作者貢獻(xiàn)聲明安嘉琪：采集、分析/解釋數(shù)據(jù)，起草文章；謝慶芝：對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱，指導(dǎo)