萝卜硫素对心血管疾病的影响研究进展

赵鸣鸾综述 吴晓羽审校

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，提取自西兰花属植物的生物活性物质, 是迄今发现的抗氧化能力较强的物质之一，具有诱导细胞凋亡、调节炎性介质等生物学效应。SFN已被研究用于多种疾病, 包括呼吸系统、消化系统、心血管系统和肿瘤等。就SFN的作用机制以及其对心血管疾病的影响进行如下综述。

1 萝卜硫素(SFN)简介

心血管疾病(CVD)是一类涉及心脏或血管的疾病，例如缺血性心脏病、高血压性心脏病和外周动脉疾病。一般来说，CVD与高血压、动脉粥样硬化、肥胖或糖尿病有关[1]。虽然目前对动脉粥样硬化和心血管疾病的病理学和治疗的理解有了很大进步，治疗方法不断发展，但仍面临复杂和多维的全球性难题[2]。氧化应激在心脏病的病理生理学中起主要作用[3]。活性氧(ROS)引起的高水平氧化应激被认为是导致心脏收缩和内皮功能障碍、心肌细胞凋亡和坏死以及细胞外基质重塑的原因[4]。因此，目前的研究重点是特异性针对内源性抗氧化防御的保健功能性食品与药物。流行病学研究表明十字花科蔬菜摄入量与CVD风险降低相关，十字花科植物含有异硫氰酸酯(ITC)，它可以产生氧化还原调节的心脏保护蛋白、硫氧还蛋白(Trx)，对心脏有益[5]，萝卜硫素(SFN)是迄今为止研究最广、最具特征的ITC 。

2 SFN作用机制

SFN为萝卜硫苷(GRN)的水解产物，是一种天然的异硫氰酸酯化合物，存在于十字花科蔬菜中，如西兰花、卷心菜和花椰菜，是一种抗氧化剂，已被证明可刺激细胞内抗氧化剂和Ⅱ期解毒酶的产生[6]。SFN已被证明在预防心血管系统、肾脏、大脑的慢性疾病以及癌症进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)]上的活性硫醇基团，从而调节其活性。大量体外和体内研究表明，SFN调节多种氧化还原敏感转录因子。萝卜硫素对人体的保护作用主要是通过诱导Nrf2抗氧化防御途径、抑制促炎性NF-κB信号传导、对PPARγ信号和能量代谢的影响来实现的。

2.1 SFN激活Nrf2抗氧化防御途径 Nrf2是一种碱性亮氨酸拉链转录因子，通过诱导100多种细胞保护蛋白(包括抗氧化剂和Ⅱ期解毒酶)防御氧化应激和亲电性毒物。在氧化或亲电应激条件下，包括在生理浓度SFN的刺激下，Nrf2途径被激活。Nrf2的激活包括抑制Nrf2的降解，允许Nrf2转移到细胞核，并与小肌筋膜纤维肉瘤(sMaf)蛋白异二聚体化。Nrf2/sMaf复合物结合靶基因启动子区内顺式作用的抗氧化/亲电反应元件(ARE/EpRE)，诱导转录[11-13]。抑制Nrf2降解的一个关键机制是通过Keap1的亲电修饰。在正常环境下，Nrf2被Keap1锚定在细胞质中。Keap1是一种富含巯基的蛋白，能使Nrf2泛素化而被蛋白酶降解，从而抑制Nrf2信号。而萝卜硫素与Keap1的相互作用扰乱了这种功能，使Nrf2在细胞核积累并激活转录程序。由Nrf2激活转录的这些抗氧化基因，能够编码酶以及其他类型的蛋白质来平衡细胞氧化还原环境、中和电信号和氧化物的刺激、改变细胞代谢等。

2.2 SFN抑制NF-κB的活化 NF-κB是属于Rel家族的重要诱导性转录因子。NF-κB信号通路普遍存在于真核细胞内，参与多种基因的转录调控，它与炎性级联反应以及细胞凋亡等密切相关。正常情况下，NF-κB与它的抑制性蛋白IκB (inhibitors of κB)结合在细胞质中，以非活性的异寡聚体的形式存在。这种结合形式，掩盖了核因子中的核定位序列，使NF-κB 不会向细胞核位移。NF-κB的激活可以由氧化剂和其他刺激物启动，包括细胞因子、有丝分裂原、病毒产物、紫外线和物理应激，此时刺激信号会经过细胞膜上的受体转入到细胞质，从而激活IκB 激酶复合物(IκB kinase complex，IKK)，使IκB 磷酸化，进而降解[14-15]。实验表明，萝卜硫素可通过许多机制来调控NF-κB通路，包括调控炎性细胞因子表达、阻止IκB的磷酸化及降解和降低NF-κB DNA结合活性。有证据表明，NF-κB是动脉粥样硬化、应激、心脏病和糖尿病肾病等疾病的一种中枢介质[16-18]，为靶向治疗的合适候选物。

2.3 SFN调节PPARγ信号传导 过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ)是脂肪生成和脂肪组织发育的关键调控因子，在糖脂代谢、炎性反应和免疫反应等多种生物学过程中也发挥重要作用。PPARγ是人、小鼠、鸡等动物脂肪生成的关键转录调控因子，能够直接调控脂肪细胞分化和脂类代谢相关基因的表达。在脂肪组织中，PPARγ的主要功能是通过诱导脂肪生成基因(如脂肪细胞结合蛋白ap2)来诱导脂肪细胞分化，但PPARγ对成熟脂肪细胞功能也很重要[19-21]。过表达PPARγ 基因可使非脂肪源性的胚胎成纤维细胞和成肌细胞转分化为脂肪细胞。萝卜硫素能抑制PPARγ的表达，调节能量代谢，与Nrf2及NF-κb的抗氧化和抗炎作用协同作用，共同改善心血管疾病及其并发症。

3 SFN介导高血压防护

高血压的患病率随着年龄的增长而显著增加。它是导致心血管疾病的主要原因之一，预防高血压可能在防止CVD方面起着至关重要的作用。一氧化氮生成减少和/或活性氧(主要是超氧化物)生成增加引起的氧化应激可促进内皮功能障碍。因此，氧化应激增加可能是高血压发病率增加的一个原因[22]。研究显示证明含有高Grn(Grn+)的花椰菜芽的饮食可以降低雄性卒中易感的自发性高血压大鼠(SHR)的氧化应激和相关问题[23]。作为Grn关键代谢产物之一，SFN也被发现可以改善血压。关于SFN介导的高血压保护机制，有证据表明SFN诱导的Ⅱ期酶的上调减少了血管平滑肌细胞(VSMC)的氧化应激。研究证明，SFN显著增加GSH含量，降低氧化GSH水平，减少蛋白质亚硝基化，增加GR和GPX活性;这些变化与改善主动脉内皮依赖性舒张和显著降低血压相关[24]。

4 SFN介导动脉粥样硬化保护

动脉粥样硬化存在于一系列的心血管疾病中，包括心肌梗死、脑卒中和外周动脉疾病，这些仍然是全球发病率和病死率的主要原因[25-26]。人们普遍认为剪切应力在早期动脉粥样硬化的发展中起着关键作用[27]。动脉粥样硬化病变优先位于局部血流受到干扰的动脉分支和弯曲的外壁；稳定的层流血流(s-flow)和持续的高剪应力可调节内皮细胞(EC)中保护动脉粥样硬化的基因和蛋白质的表达[28]。研究证明Krüppel样因子2 (KLF2)是一种在EC中由层流血流特异性诱导的转录因子。Nrf2被鉴定为一种剪切诱导的转录因子，负责抗氧化基因的表达。这2种转录因子均在体内血管系统的层流区被诱导。KLF2增加了Nrf2的核定位，这2个因素的联合作用构成了层流诱导内皮基因表达的70%左右[28]。

动脉粥样硬化还与动脉壁的长期炎性疾病有关。细胞间黏附分子-1(ICAM-1)和血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)的表达增加与VSMC的增殖增加相关，导致新内膜或动脉粥样硬化病变形成增加。Kim等[29]研究了SFN对培养的小鼠VSMC中VCAM-1表达的影响。用SFN(1～5 μg/ml)预处理2 h可抑制VCAM-1的TNF-α诱导蛋白表达。SFN还抑制TNF- α诱导的细胞内ROS的产生。这些体内和体外动物研究表明，SFN具有抑制动脉粥样硬化病变内炎性反应的作用。

除了这些炎性反应机制外，内皮脂肪酶(EL)也参与动脉粥样硬化。EL是三酰甘油脂酶家族的成员，它降低了高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)的水平。氧化的低密度脂蛋白(oxLDL)通过多种机制促进动脉粥样硬化形成。Huang等[30]报告了用SFN(0～10 μmol/L)治疗逆转了oxLDL诱导的ROS产生。这些结果表明SFN改变了炎性反应、EL活性和oxLDL水平，这些都在动脉粥样硬化中起重要作用。

肥胖与代谢紊乱有关，代谢紊乱是动脉粥样硬化和CVD的另一个危险因素。Choi等[31]研究了在C57BL/6N小鼠中，SFN是否能预防高脂饮食(HFD)诱导的肥胖。予小鼠喂食正常饮食(ND)、HFD和HFD加0.1%SFN，持续6周。HFD-SFN喂养的小鼠的食物效率比和体质量低于HFD小鼠。SFN可减轻HFD引起的内脏脂肪增多、脂肪细胞肥大和肝脏脂肪堆积。HFD-SFN小鼠的血清总胆固醇、瘦素和肝脏三酰甘油水平低于HFD小鼠。这些结果表明，SFN可能通过抑制脂肪生成从而诱导抗肥胖作用。

血小板聚集在动脉血栓形成中起重要作用，导致动脉粥样硬化和CVD。Chuang等[32]证明在流动条件下，SFN可抑制人血小板聚集并减少血栓形成。Oh等还发现SFN剂量依赖性地抑制血小板聚集。血小板活化剂的比较显示，SFN对胶原蛋白的抑制作用最大，这显著降低了胶原诱导的糖蛋白Ⅱb/Ⅲa活化和体外血栓素A2的形成。SFN还能减少胶原蛋白和肾上腺素诱导的肺栓塞，但不影响体内凝血酶原时间; 这表明，SFN可能是一个潜在的抗血栓性药物[33-34]。

上述动物和人体研究表明，SFN药物激活Nrf2可减少动脉粥样硬化斑点的EC活化，调节VSMC的迁移和增殖，降低炎性因子的表达，预防HFD诱导的肥胖，并具有抗血栓形成作用。表明SFN可能为预防动脉粥样硬化提供一种潜在的治疗剂，从而降低心血管疾病的风险。

5 SFN防止心脏缺血—再灌注(I/R)损伤

已经证明，I/R损伤在心血管疾病的病理过程中至关重要，如脑卒中和心肌梗死。Mukherjee等[5]用西兰花口服灌胃给大鼠喂食。30 d后，处死大鼠，离体灌注心脏缺血30 min，然后再灌注2 h。西兰花治疗提供了显著的心脏保护，如改善缺血后心室功能、减小心肌梗死面积、减少心肌细胞凋亡以及显著降低细胞色素C释放和酶原3活性。这些保护作用与Nrf2的活性增强有关。同样，随后的研究表明，SFN可以预防心脏I/R损伤。SFN治疗可减弱I/R诱导的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和血红素氧合酶-1(HO-1)水平的降低[35]。SFN对I/R损伤的保护作用可能部分通过Nrf2-Keap1-ARE抗氧化途径介导。

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类型之一。有研究对FVB小鼠经多次腹腔注射低剂量链脲佐菌素(STZ)诱导1型糖尿病。高血糖和年龄相匹配的对照组小鼠每天接受或不接受0.5 mg / kg SFN，5天/周，持续3个月，然后在糖尿病诱导后保持6个月。在糖尿病造模后3个月和6个月时，SFN可显著预防糖尿病引起的心脏功能障碍，也可预防糖尿病引起的心脏肥大和纤维化。SFN几乎完全可以预防糖尿病引起的心脏氧化损伤和炎性反应。SFN上调Nrf2表达和转录活性，阻止扩张型心肌病(DCM)的发生[36]。Zhang等[37]研究了SFN对2型糖尿病诱导的心脏脂质积累以及随后的DCM的影响。SFN治疗显著减轻心脏重塑和功能障碍，抑制心脏脂质积聚，并改善心脏炎性反应，氧化应激和纤维化。

7 结论与展望

氧化应激在心脏病的病理生理学中起主要作用。在十字花科蔬菜中发现的SFN是一种间接抗氧化剂，可以激活Nrf2及其下游靶基因、抑制NF-κB、PPARγ信号通路以及调节能量代谢以诱导抗氧化作用。动物实验和人类研究已经确定了大量SFN介导的对各种心血管疾病的保护，包括高血压、动脉粥样硬化、I/R损伤、糖尿病心肌病等。SFN有助于预防心血管疾病，为今后心血管系统疾病的治疗与预防提供了新思路。