芸薹属植物胃肠道生理活性研究进展

贺昱甦 彭 彤 郭亦然 张燕玲

(1 北京中医药大学中药学院，北京，100102； 2 四川大学生命科学学院，成都，610064)

综 述

芸薹属植物胃肠道生理活性研究进展

贺昱甦1彭 彤2郭亦然2张燕玲1

(1 北京中医药大学中药学院，北京，100102； 2 四川大学生命科学学院，成都，610064)

芸薹属植物是十字花科下的一个属。该属植物，如芜菁等，在蒙古族、维吾尔族、羌族中拥有较长的药食同源历史，经文献考证，其属植物多具有开胸顺气、健胃消食、解毒等作用，是一类具有重要研究价值的民族药。现代药理学研究表明，芸薹属植物含有大量活性成分，具有抗肿瘤、抗衰老、防辐射、调节免疫功能等多种生理活性。然而，关于该属植物的系统研究却进展缓慢，近几年更少有相关报道。现集中对关于胃肠道疾病方面的研究进行综述，包括抗胃肠道癌症、增强胃肠道免疫力、促进胃肠道动力等方面，并对研究前景作出展望。

芸薹属；胃肠道；生理活性；研究前景

芸薹属(Brassica)是十字花科下的一个属，我国古代将芸薹属植物统称为“葑”，至汉、晋代，“葑”与“菘”同义。“菘有数种，犹是一类”，《名医别录》载芜菁主通利肠胃、除胸中烦、解酒渴；《本草求真》载白菜专入肠胃、生则辛冷、熟则甘寒，……止烦除渴、消食下气解热[1]；《证类本草》载甘蓝利五脏六腑、利关节、通经络中结气，和盐食之，去心下结伏气[2]；《神农本草经》与《随息居饮食谱》均提到芸薹能清胃涤热、祛风、利口齿咽喉头目、益气、令人肥健嗜食[3-4]。故十字花科芸薹属植物在我国拥有悠久的历史，且虽功效不尽相同，却皆能通利胃肠、开胸顺气、解毒。

现代药理学认为[5]，该属植物中有机硫化合物产生的芥子油，能有效促进胃肠道排空、增强消化能力；大量纤维素可有效降低体内有毒物质含量，稀释致癌因子浓度，从而预防癌症，尤其是防治大肠癌的发生；丰富的微量元素，如锌、铜、锰等，对维持人体电解质平衡有显著效果，可减弱尿道石淋涩痛等证。

国内外很早就对芸薹属植物进行了研究报道，然而关于该属植物的系统研究却进展缓慢，近几年更少有相关文献。我们对目前所能搜集到的芸薹属植物生理活性方面的文献进行梳理，厘清其生理活性，从防治胃肠道疾病的角度对其生理活性展开综述，以期为该属植物的进一步研究提供借鉴。

1 生理活性研究现状

1.1 抗胃肠道癌症 据数据显示[6]，癌症在我国居民死因顺位中稳居第一，其中胃癌、食管癌、大肠癌等胃肠道癌症占全部癌症发病的45%以上，是威胁我国居民健康的主要恶性肿瘤。有报道称[7-8]通过改善生活方式、增加十字花科植物的摄入可以降低癌症发病率。而流行性病学确证，食用芸苔属植物芥菜、抱子甘蓝、花椰菜等能防治直肠癌、结肠癌等胃肠道癌症[9-13]。芸薹属植物抗癌作用与其含有的相关抗癌成分有着密切关系，其茎叶中主要的抗癌成分是类黄酮类化合物和有机硫化合物[14-15]。这些成分的存在使芸薹属植物能够从多个方面[7]有效抑制癌细胞，其具体防癌机制，整理如下。

1.1.1 影响药物代谢酶的活性 药物代谢酶可分为一相和二相两类。细胞色素P450(Cytochrome P450，CYPs)属于一相类，可激活苯并芘等多环芳烃化合物为亲电物质，该物质可致DNA突变，进而引起癌症[16]。有研究表明[17]，CYP1酶系广泛分布于肺、肾、胃肠道、肝等组织中，其活性的增强会使个体患胃癌、结肠癌、大肠癌等胃肠道癌症的概率显著增加。据报道[18]，芸薹属植物中的莱菔硫烷(Sulforaphane，SFN)可以抑制CYP1A系酶对有机物的活化。例如，莱菔硫烷能抑制小鼠肝细胞一相酶CYP1A1、CYP2E1的活性，降低N-二甲基亚硝胺的遗传毒性；有效抑制2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑[4，5-b]吡啶等杂环氨诱发的多种癌症[19]，减少人肝癌细胞Hep G2和人正常肝细胞中DNA-致癌剂加合物的含量[20]。故芸薹属植物能够抑制一相酶的活性，达到防治癌症的目的。外源毒物的代谢和转化主要涉及一相酶和二相酶。二相酶往往会激活不具活性的前致癌物，而二相酶可使致癌物失活，起到真正解毒作用。因此，诱导二相酶，保护机体免受毒性物质损害，已被认为是许多植物抗癌作用的重要机制。醌氧化还原酶(Quinone Oxidoreductase，NQO1)、谷胱甘肽硫转移酶(GlutathioneS-transferases，GSTs)、UDP-葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyltransferase，UGT)是二相类主要的药物代谢酶，催化致癌物质与葡萄糖醛酸结合形成无毒性代谢物质，从而起到脱毒防癌作用。长期食用大量芸薹属植物可以诱导二相酶。研究表明，小鼠每天摄入1 000 μmol/kg花茎甘蓝、西兰花的提取物，可以显著提高胃细胞、小肠上皮细胞NQO1、GST和UGT[21-22]的活性，每天摄入40 μmol/kg的提取物则对胃肠道各器官中GST和NQO1的活性均有诱导作用[23]；另外[24]，西兰花亦可使人肝细胞、膀胱细胞、前列腺细胞UGT1A1、GSTA1、NQO1等酶基因高表达，进而诱导其活性。Jed W.Fahey等[25]研究发现芸薹属植物中异硫氰酸酯类成分能有效抑制氧化偶氮甲烷诱发的ICR小鼠结肠细胞异常生长，具有抑制胃肠道肿瘤活性。综上，芸薹属植物抗癌作用的关键，即是通过提高药物代谢酶二相酶系统的活性，代谢并转化致癌物质，从而发挥自身作用的。

1.1.2 激活抗氧化基因活性 活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)指机体内由氧形成、含氧而且性质活泼的一些物质的总称。目前已知，活性氧会激活致癌基因、令抑癌基因失活，引起细胞癌变[26]。芸薹属植物中的莱菔硫烷是一种间接抗氧化物质，不同于直接抗氧化物质，它可以激活含有抗氧化反应元件(Antioxidant Response Element，ARE)的抗氧化酶，抗氧化酶能清除在细胞内生成的活性氧，构成生物体内的清除系统[27]，抑制癌症的发生。硫氧还蛋白还原酶-1(Thioredoxinreductase-1，TrxR-1)是一种主要存在于胃肠道的抗氧化酶，基因中含有ARE，其活性会因莱菔硫烷的作用而增加，在Hep G2细胞内清除ROS[28]。除此之外，胃肠道中还存在一种重要的含硒过氧化物分解酶-谷胱甘肽过氧化物酶，可以阻挡过氧化氢侵入机体，其基因中也含有ARE[29]。

1.1.3 活化核转录因子Nrf2 Nrf2(NF2E22related factor2，核转录因子)是CNC亮氨酸拉链转录激活因子家族的一员，是细胞抗氧化应激反应的重要组成部分。芸薹属植物防癌抗癌的重要机制之一是通过诱导Nrf2而促进抗氧化应激反应，激活二相酶和抗氧化相关基因。研究表明，正常状态下，Nrf2与Keap1(Kelch-like ECH-associated Protein 1，Kelch-like ECH结合蛋白1)结合，共同存在于胞浆中。芸薹属植物中有机硫化合物与Keap1上的特定半胱氨酸残基发生相互作用，使Keap1的空间结构发生改变，使之与Nrf2解离。解离后的Nrf2从胞浆中转移至核内[30]，与二相酶启动子区域的抗氧化反应元件ARE结合，并上调抗氧化酶相关基因的表达[31]，从而全面调动细胞免受ROS和有毒物质的损害，达到保护机体、抑制癌症的目的。Rajesh K.Thimmulappa等[32]用芸薹属植物分别喂食野生型纯合子Nrf2(+/+)型和基因敲除纯合子Nrf2(-/-)型小鼠，结果Nrf2(+/+)小鼠小肠和肝中NQO1和GST的活性显著提高，而Nrf2(-/-)小鼠则无明显变化，证明芸薹属植物通过活化核转录因子Nrf2，增加了细胞中二相解毒酶的含量。因此，食用芸薹属植物可以增强Nrf2的核定位，启动二相酶和抗氧化酶相关基因的表达。

1.1.4 细胞周期阻滞及细胞凋亡 细胞周期分为G1期和非G1期，细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖性激酶(Cyclin Dependent Kinases，CDKs)复合物cyclin-CDK能使与细胞周期调节相关的转录因子激活，从而引发癌症。目前，芸薹属植物对细胞周期的阻滞作用已被证实。有研究显示，芸薹属植物中木犀草素等黄酮类化合物[33-35]能有效降低胃癌BGC-823与HGC-27细胞的迁移能力，同时提高结直肠transgelin蛋白的表达、降低MPP9的表达，抑制SW480细胞的生长，对抗结直肠癌；黄酮醇类化合物能抑制胃癌细胞bcl-2、MGC-803、MGC-823、SGC-7901的细胞增生并诱导其凋亡，抑制结直肠癌COLO320DM细胞株[36-39]。Shen G等[40]研究证明莱菔硫烷通过上调p53下游蛋白p21CIP1可使人结肠癌HT-29阻滞于G1期。王敏等[41]用高低不同剂量的SFN影响结肠腺癌Caco-2细胞株的生长，结果高剂量的SFN对结肠腺癌Caco-2细胞株的生长增殖表现出细胞周期阻滞及细胞凋亡的作用，证明SFN以剂量依赖的方式影响Caco-2细胞周期。目前认为，芸薹属植物中有效成分导致细胞凋亡的主要机制，是通过上调凋亡相关促进基因表达，下调凋亡相关抑制基因表达来完成的。莱菔硫烷抗人胃癌SGC7901细胞实验研究表明[42]，其诱导凋亡机制是通过对bcl-2、bax两种蛋白的作用，激活半胧氨酸、天冬氨酸、蛋白酶，从而导致细胞凋亡。此外，邹翔等[43]研究发现食用西兰花等芸薹属植物，其所含异硫氰酸盐类成分能诱导如Hela细胞、Jurkat T细胞、胚胎肾293细胞和HTl080细胞等一些人类细胞系产生细胞凋亡。芸薹属植物中有效成分亦可以通过多种途径使癌细胞内产生大量活性氧，促进细胞凋亡[44]，抑制癌症的扩散。例如，KHOR T O等发现芸薹属植物中芥子油苷类成分可以抑制APCMin/+结直肠癌病变小鼠的肠息肉生长，其原理可能是激活癌细胞凋亡的死亡受体通路，进而活化Caspases-8，诱导肿瘤细胞的凋亡[45-46]。又如，Chio等[47]报道，芸薹属植物中有机硫类化合物可以下调IAP蛋白家族、激活bax基因和Apaf-1因子，进而降低PC23细胞中IAP家族蛋白和bax蛋白的含量，促进细胞凋亡。综上，在癌症的起始阶段，芸薹属植物有效成分可以抑制一相酶的活性、激活二相解毒酶和抗氧化酶的活性；在诱发和增生阶段，可以调节cyclin和CDK，阻滞细胞周期，并通过多种途径激活Caspases诱导的细胞凋亡[48]。

1.2 增强胃肠道免疫功能 经常食用新鲜的植食性蔬菜与水果能有效抗诱变，增强机体免疫力[49-50]。关于芸薹属植物能抗化学环境诱导，增强胃肠道免疫力，近些年均有报道。

1.2.1 抗辐射诱导 电离辐射诱发超氧阴离子自由基、羟自由基等活性氧的产生是辐射损伤细胞和组织的主要因素之一。钱晓薇等[51-53]用小鼠作动物整体试验，分别研究了芜菁块根、液汁对60Co-γ射线照射损伤的影响，通过对血象、白细胞分类计数、脾指数、胸腺指数和小鼠骨髓嗜多染红细胞的微核试验等药理学指标的测定，表明：1)摄入低剂量的芜菁即可以减少电离辐射对免疫器官的损害；2)芜菁可以保护电离辐射对造血系统的损害，尤其对血小板计数减少作用明显。相关报道表明[54-55]，油菜、青菜、包心菜、芥菜等芸薹属植物中大量包含的芥子碱是一种有效的抗辐射、抗氧胁迫的化合物。中科院上海生理生态研究所研究人员[56-57]进而从中研制SP88，其对经γ射线辐照的胸腺嘧啶具有很强的辐射防护效果，能防止γ射线照射DNA后引起的DNA碱基损伤和链断裂的形成，降低X射线照射小麦诱发的根尖细胞的染色体畸变率，并可将X射线诱导的果蝇伴性隐性致死突变的突变率恢复至正常水平，具有极强的抗辐射伤害的作用。

1.2.2 抗环磷酰胺诱导 王飞凤等[58]以清洁级ICR小鼠为实验动物，研究芜菁汁对环磷酰胺(Cyclophospamide，CP)引起遗传物质损伤的拮抗效应。采用小鼠骨髓嗜多染红细胞的微核试验、小鼠骨髓染色体畸变试验等方法，结果显示灌胃(ig)不同剂量芜菁汁均使各指标有所下降，说明芸薹属芜菁对环磷酰胺诱导的小鼠的损伤具有明显的拮抗作用。莫君琴等[59]通过测定谷胱甘肽-S-转移酶活性、还原型谷胱甘肽含量及细胞色素P450含量，证明甘蓝对CP诱发的小鼠骨髓多染红细胞微核细胞率有显著抑制作用，Wsitrar大鼠饮甘蓝汁10 d后，肝脏GST活性增加25.0%，GSH含量提高74.8%，细胞色素P450含量增加38.3%。同理，曾令福等[60]研究油菜对环磷酰胺诱发小鼠微核率的影响，发现其对环磷酰胺诱发小鼠微核率的抑制作用增加，抑制率均明显低于阳性组。除此之外，芸薹属植物普遍含有丰富的维生素C、胡萝卜素、叶绿素等抗诱变的活性物质[61-63]。大量试验研究证实，芸薹属植物中的叶绿素及其衍生物叶绿酸(Chlorophyllin，CHL)对多种诱变剂和致癌物都有较强的抗诱变作用[64]。有报道认为[65]CHL能与诱变剂或致癌物结合而降低自由基的胃肠道吸收率，并加速其排泄，从而降低致癌物在靶组织，尤其是胃肠道中的分布。同时，芸薹属蔬菜如甘蓝、花菜及其提取物中芸苔苷类成分及一些分解产物，如吲哚类、硫醚类等，可诱导机体二相解毒酶，提高组织对亲电物质的清除能力，阻止外源毒物致癌[66]。总之，芸薹属植物能有效抗化学环境诱导靶组织，尤其是胃肠道的细胞癌变几率，降低致癌物质在胃肠道的吸收，提高胃肠道免疫能力，其活性可能与某一成分如芥子碱、叶绿素、叶绿酸等有关，亦有可能是前述多种成分共同作用的结果。

1.3 促进胃肠道动力，改善胃肠道环境 芸薹属植物中含有丰富的膳食纤维[67]能够增强胃肠的蠕动，改善整个胃肠道环境。通过研究芸薹属植物的膳食纤维与高脂食物摄入的关系，Gunaranjan Paturi等[68]发现芸薹属植物膳食纤维对胃肠道消化高脂肪食物具有保护作用，能与胆酸盐、胆固醇及三酰甘油结合，促进其排出；在盲肠发酵产生短链脂肪酸，抑制胆固醇合成；增加结肠隐窝深度和杯状细胞的数量，维持结肠健康；改变酶活性，影响脂代谢等。因此，经常食用芸薹属植物能保持肠道内微生物和代谢产物的平衡，对人体肠道健康有着非常重要的作用。

2 研究现状存在的问题及展望

综上所述，芸薹属植物中含有多种对胃肠道生理功能具有重要意义的成分，其通过多种途径诱导机体对致癌物产生抗性，提高机体肠道免疫力，促进肠道排毒，维持胃肠道正常微生态系统。目前，在研究中还有许多工作需要深入开展：1)芸薹属植物中的生理活性成分之间的相互作用尚不清楚，同一类成分其作用机制还有待进一步研究证实。例如，植物中的类黄酮类物质与莱菔硫烷均能对bcl-2蛋白表达产生影响，均能促胃癌SGC-7901细胞的凋亡，在这一过程中彼此的相互作用关系尚无明确阐释；SFN对硫氧还蛋白还原酶的增强作用也未系统阐释。2)芸薹属植物中的生理活性成分进入细胞后，能同时影响多种有益酶类，这些酶的作用路径相互连接，而这种路径间的协调作用机制以及在整个生物网络中的作用还需深入研究。3)芸薹属植物能促进胃蠕动，除膳食纤维的作用外，也可能与多巴胺受体、5-HT4受体、胃动素受体等调节胃肠道动力的靶标有关，因此，需要对芸薹属植物促动力机制进行全面研究。

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(2014-06- 10收稿 责任编辑：张文婷)

A Review of the Bioavailability of Brassica Vegetables in Gastrointestinal Tract

He Yusu1,Peng Tong2,Guo Yiran2,Zhang Yanling1

(1SchoolofChineseMateriaMedica,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing110102,China;2CollegeofLifeSciencesSichuanUniversity,Chengdu610064,China)

Brassica is a genus of plants in the mustard family (Brassicaceae).The plants of the genus,such as Brassica rapa,has a long history of medicine-food homology in the Mongol nationality,Uyghur nationality and Qiang ethnic minority.The literature researches demonstrated that Brassica vegetables can be used to cure oppression in chest,qi stagnation,syndrome of incoordination between spleen and stomach,removing toxic substance,and so on.Brassica,a kind of ethnodrug,is of great reach value.Resent pharmacological studies indicate that Brassica has a large number of active ingredients.It has the effects of anti-tumor,anti-aging,radiation protection and regulating immune.There have been many domestic and overseas researches on the bioavailability of Brassica vegetables before several years.However,recently,there are few reports about this.The situation indicates that the study of Brassica vegetables makes slow progress.This paper focuses on the effects of Brassica in gastrointestinal tract,including resistance to gastrointestinal cancer,enhancing immunity to the gastrointestinal tract,promoting gastric dynamics,and so on.Finally,the future development of Brassica vegetables is prospected.

Brassica; Gastrointestinal tract; Bioavailability; The future development

高等学校重点实验室访问学者基金资助

贺昱甦(1988—)，男，硕士研究生，研究方向：中药化学，E-mail：heyusue@163.com
责任作者：张燕玲(1980—)，女，博士，副研究员，现主要从事中药信息学研究工作，E-mail：collean_zhang@163.com

R285;R333

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2015.01.035