萝卜硫素的生物学效应及其在女性生殖系统中的研究进展

吴昊，卢晓声，吕杰强

萝卜硫素（1-异硫氰酸-4-甲磺酰基丁烷，sulforaphane，SFN），又称“莱菔子素”，是一种天然的有机硫抗氧化剂，由硫代葡萄糖苷（glucosinlates，Glu）经植物体内黑芥子酶（myrosinase）水解所得。其化学成分为异硫代氰酸盐衍生物，常温下呈黄色或者无色液体，不溶于水，但是极易溶解于甲醇、二氯甲烷、乙腈等有机溶剂，在高温和碱性条件下易分解，相对分子质量为177.3，分子式为C6H11S2NO。

SFN广泛存在于西兰花和其他十字花科蔬菜中，是目前蔬菜中所发现的抗癌效果最好的植物活性物质之一[1]。此前流行病学调查发现，经常食用十字花科蔬菜的人群患癌风险显著降低，包括乳腺癌、肺癌、前列腺癌以及肠癌等[2]。已有学者发现SFN能维持细胞氧化还原的平衡[3]，并已应用于肾脏、心血管以及肺等疾病的研究中[4-6]。此外，SFN还被发现能抑制多种机体炎症反应[7]。由于SFN在抗氧化、抗炎及抗癌中的优异表现，近年来，SFN逐渐受到妇产科专家的重视。就萝卜硫素的生物学效应以及其在女性生殖系统中的研究进展进行如下综述。

1 SFN的生物学效应

1.1 SFN的抗氧化效应活性氧簇（ROS）及由此产生的氧化应激是多种炎症疾病的重要效应因子。在生理条件下，超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）、醌氧化还原酶1（NQO-1）、血红素加氧酶1（HO-1）等抗氧化酶能够保护细胞免受氧化应激[8]。核因子E2相关因子2（nuclear factor erythroid-derived factor 2-related factor 2，Nrf2）是细胞自身抗氧化的关键因子。在正常的稳态环境下，Nrf2与细胞质中的Kelch样ECH相关蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）结合，通过蛋白酶体途径持续降解。在氧化应激的环境中，Nrf2转移入细胞核内，与抗氧化反应元件（antioxidant responsive element，ARE）结合，调节下游多种抗氧化和解毒基因的表达，形成Keap1/Nrf2/ARE信号通路[9]。Keap1/Nrf2/ARE通路是机体应对氧化应激的核心通路，该通路调节许多抗氧化基因的转录，包括维持细胞稳态的基因和解毒基因，该通路能在致癌物质和毒素造成损害之前将其处理和消除。

SFN最早被发现能够刺激细胞产生抗氧化酶并诱导Ⅱ期解毒酶，从而保护细胞免受氧化损伤并调节细胞凋亡[10]。已有学者证实，在实验模型中SFN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通过在Cys151处的硫代氨基甲酰化诱导Nrf2信号传导途径Nrf2-Keap1结合体分离以及抑制Nrf2泛素化，随后易位到细胞核并促进Ⅱ期抗氧化基因的转录[12]，进而诱导抗氧化剂和解毒基因的表达，如谷胱甘肽巯基转移酶（GST）、HO-1、NADPH、NQO-1和UDP-葡萄糖醛酸转移酶[13]。以上研究认为，SFN是一种有效的Nrf2激活剂，能通过激活Nrf2-ARE途径诱导NQO-1、HO-1和GST的转录从而上调谷胱甘肽（GSH）水平，促进内源性抗氧化剂的表达来调节过度的氧化应激。还有研究发现，SFN可以诱导存活信号蛋白如B细胞淋巴瘤2（Bcl2）并下调其死亡信号通路蛋白的表达[14]，从而起到抑制细胞凋亡作用。

1.2 SFN的抗炎效应此前绝大多数学者将SFN的抗炎效应归因于Nrf2转录因子和ARE抗氧化剂途径的活化[12]。2016年Greaney等[15]发现SFN能不依赖Nrf2而直接抑制NLRP1b、NLRP3、NAIP/NLRC4和AIM2等炎性小体。这种抑制发生在促纤维化启动和感应的下游，并导致抑制半胱氨酸蛋白酶1激活、白细胞介素1b（IL-1b）加工和分泌以及巨噬细胞炎症坏死。目前已有其他研究表明SFN可以与其他细胞靶点直接反应，如Toll样受体4（TLR4）和微管蛋白[16-17]。且近年来有学者认为，SFN在抗氧化之外的其他功能，如诱导细胞周期停滞和细胞凋亡、抑制血管生成、抑制组蛋白脱乙酰酶和细胞色素P450等，也可能有助于保护细胞、减少细胞癌变的风险[7]。

1.3 SFN的抗肿瘤效应近年来，有学者发现十字花科植物能显著减少癌症的发病率，进一步研究发现，其中发挥主要生物学功能的成份即为SFN。致癌物质的代谢活化和失活由Ⅰ期和Ⅱ期酶催化。SFN能通过Nrf2通路诱导Ⅱ期解毒酶并抑制参与致癌物激活的Ⅰ期相关酶[18]。SFN还可以通过其他机制诱导癌细胞的细胞周期停滞和凋亡，抑制微管蛋白聚合，并抑制组蛋白脱乙酰酶活性[7]。之前已有多名学者通过研究发现，SFN能通过干扰多种致癌分子机制抑制不同类型肿瘤细胞的增殖[19-20]。可知，SFN能通过多种通路途径起到抗肿瘤效应，这为我们进一步寻找抗肿瘤药物的靶点提供了新的目标。

2 SFN在女性生殖系统中的应用

由于SFN显著的抗氧化、抗炎和抗肿瘤效应，越来越多的学者着手开发其应用领域。早在2005年，就有研究发现SFN可以抑制卵巢癌增殖[21]。近年来，逐步在各个女性生殖系统疾病中开展了SFN的研究与应用。

2.1 在卵巢早衰中的应用氧化与抗氧化的失衡使卵巢颗粒细胞逐渐凋亡是造成卵巢衰老的重要原因之一[22]。已有研究表明，Nrf2通路能减少卵巢上皮细胞以及卵泡细胞氧化应激损伤[23]。而SFN作为一种天然的抗氧化剂，能通过Nrf2通路调节氧化应激反应，已被应用于多种疾病研究。Sohel等[24]发现在低剂量（10 μmol/L）SFN实验组中，牛颗粒细胞的抗氧化反应被明显激活，Nrf2通路及其下游抗氧化酶的转录水平显著提高，证实SFN可在牛颗粒细胞中发挥抗氧化功能；而在高剂量（20 μmol/L）SFN实验组中发现细胞内ROS水平明显增高，线粒体活性显著降低，SFN表现出显著的细胞毒性。该研究表明在低浓度SFN下Nrf2途径不起诱导细胞凋亡的作用，并促进牛颗粒细胞产生Ⅱ期抗氧化酶；在高浓度时，SFN可引起线粒体功能障碍、诱导细胞应激并最终导致细胞凋亡，这与其可能产生过量的ROS有关。进一步提示SFN对牛颗粒细胞存在浓度依赖性抗氧化和细胞凋亡效应。而Sohel等[25]通过微量过氧化氢（H2O2）诱导体外颗粒细胞氧化应激，用不同浓度的SFN激活Nrf2通路来对抗氧化应激，结果发现，10～15 μmol/L SFN时NRF2通路表达水平最高。这为研究SFN适宜的给药剂量以及血药浓度提供了新的思路，并进一步探究了SFN影响卵巢细胞应激的机制。

2.2 在卵巢癌中的应用化疗对卵巢癌的预后起到重要的作用，临床上常联合应用化疗药物，如顺铂、紫杉醇等。2013年Chen等[26]将SFN运用于顺铂敏感（A2780）和顺铂耐药（A2780/CP20）卵巢癌细胞中，发现SFN可以降低2种卵巢癌细胞的细胞活力并增强顺铂诱导的细胞凋亡和G2/M期阻滞，从而提高顺铂的疗效。而Hunakova等[27]在顺铂敏感（A2780）和顺铂耐药（SKOV3）2种卵巢癌细胞系培养中发现，SFN能通过激活Nrf2途径，诱导增强顺铂对A2780细胞系的DNA损伤，反而保护SKOV3细胞系免受顺铂的攻击。提示SFN的双重作用现象可能与SKOV3基因组的不稳定性有关，从而推测不同癌基因组的转录表达可能影响SFN的抗肿瘤效应，甚至起到相反的作用。此前已有学者着手研究卵巢癌在缺氧状态下对不同药物的抗性以及预后表现[28]。Pastorek 等[29]也发现，在缺氧（2%O2）环境中，5 μmol/L SFN就能通过抑制卵巢癌细胞低氧诱导因子（HIF）相关途径和激活蛋白1（AP-1）介导的转录激活而显著增强缺氧对肿瘤细胞的生长抑制。但是Chen等[26]在常氧条件下使用浓度为5 μmol/L SFN，对癌细胞活性的影响不大。同时在缺氧环境下，SFN还可通过抑制CAⅨ表达和pH调节来降低A2780卵巢癌细胞的迁移和侵袭能力。故而可以推测，低氧环境能诱导SFN的抗肿瘤效应，且可能与相关基因的表达转录以及细胞内环境改变有关。这些研究加深了我们针对不同类别以及部位卵巢癌细胞协同用药的认识，为临床上对患者进行个体化用药提供了新的设想。

2.3 在宫颈癌的应用宫颈癌的治疗也常联合应用化疗药物。此前，Hussain等[30]在HeLa细胞系（人宫颈癌细胞系）实验中已发现SFN与吉西他滨可以协同作用抑制HeLa细胞生长。此外，Sharma等[31]发现，SFN单独作用于HeLa细胞具有剂量依赖性选择性细胞毒性。涉及凋亡和炎症的基因表达分析提示用 SFN 处理后，Bcl-2、环氧化酶 2（COX-2）和 IL-1β显著下调，推测SFN可能通过诱导细胞凋亡和抗炎特性发挥其抗癌活性。杨晓明等[32]也发现SFN抑制HeLa细胞生长的同时c-Myc蛋白的表达明显下降，推测SFN抑制HeLa细胞增殖的机制可能与c-Myc表达降低有关。此外，Cheng等[33]研究发现SFN可以通过下调各种宫颈癌细胞系（Cx、CxWJ和HeLa）细胞周期蛋白B1基因表达，解离细胞周期蛋白B1/CDC2复合体以及上调GADD45β蛋白来阻滞G2/M期细胞生长，从而延长有丝分裂、抑制宫颈癌细胞增殖。还有研究发现SFN可以显著降低佛波酯（PMA）诱导的人宫颈癌细胞迁移率和侵袭率，推测SFN可能通过抑制核因子κB（NF-κB）的表达介导基质金属蛋白酶9的表达来影响宫颈癌细胞的迁移和侵袭。故而可知，SFN能通过各种途径包括且不限于Nrf2途径来抑制宫颈癌细胞的增殖以及转移，为研究SFN对肿瘤细胞可能存在的其他作用途径以及通路打下基础。

3 结语

近年来，西兰花中SFN的疗效引起了越来越多学者的关注。此前已有很多学者证实，Keap1/Nrf2/ARE通路是其发生生物学效应的主要途径。女性生殖系统中卵巢是一个对氧化应激高度敏感的器官，氧化应激反应是卵巢癌、卵巢早衰的重要诱因之一。因此，目前SFN在女性生殖系统中的研究主要集中于卵巢组织。目前研究表明，SFN可以通过激活Keap1/Nrf2/ARE途径上调GSH水平，促进内源性抗氧化剂的表达，降低ROS而起到保护细胞的作用。也有学者发现：SFN除了常见的抗氧化功能，也可通过抑制血管生成、微管蛋白聚合和组蛋白脱乙酰酶活性等途径对肿瘤细胞产生影响，提示了SFN作为抑制肿瘤细胞生长、提高肿瘤细胞对放化疗敏感性的辅助用药的可能性。

目前，有关SFN在女性生殖系统的研究尚存在一些局限性。一是，迄今为止，所有已发表的研究均为体外实验，尚无研究测定人体中的有效浓度，也无相应的药代动力学参数。二是，绝大多数研究是在常氧条件下进行的，只有少数研究，如Pastorek等[29]在2015年报道了SFN在低氧肿瘤细胞中抑制肿瘤细胞生长、减弱其迁移和侵袭的功能。但由于大部分实体瘤都含有低氧区，且低氧会影响肿瘤细胞的行为，降低肿瘤细胞对化疗的反应性，因此SFN在低氧环境下对肿瘤细胞生物学行为的影响仍是一个亟待研究的方向。

在适当浓度下，SFN通过激活Nrf2通路延缓卵巢早衰、改善卵巢癌以及宫颈癌的预后，也可以通过与TLR4和微管蛋白等靶点直接反应，抑制组蛋白脱乙酰酶活性，降低细胞癌变风险，具有很高的临床应用前景。