萝卜硫素在消化系统肿瘤治疗中的机制研究进展

安嘉琪 谢庆芝

滨州医学院附属医院儿童消化与肾病科，滨州 256600

癌症作为世界范围内的公共卫生问题，是每年造成数百万人死亡的主要原因，其特征包括抵抗细胞死亡、维持增殖信号、激活侵袭和转移、诱导血管生成、逃避生长抑制、实现复制永生、重新编程细胞代谢和避免免疫破坏的后天能力［1］。消化系统肿瘤占全球癌症发病率的26%，占所有癌症病死率的35%，在中国呈现发病率、病死率双高的特征，是肿瘤防控的重点［2-3］。传统的癌症治疗方法具有局限性，天然存在的植物化学物质已经成为近十年来国内外研究癌症预防和治疗的主要目标。萝卜硫素是一种主要存在于十字花科蔬菜中的天然异硫氰酸盐，可通过抑制癌症的特征来发挥预防和治疗癌症的作用［4］。本文通过描述萝卜硫素对消化系统肿瘤的相关治疗机制，旨在为消化系统肿瘤的发病机制和治疗策略的研究提供有利的依据。

萝卜硫素通过调节微RNA（microRNA，miRNA）治疗消化系统肿瘤

miRNA是一类小型的非编码RNA，可以作为癌基因或肿瘤抑制因子发挥作用，它的异常表达在细胞死亡、增殖、侵袭、迁移、肿瘤的发展和预后中起着至关重要的作用。

1.萝卜硫素可通过调节miRNA参与癌症细胞的凋亡与自噬治疗癌症

萝卜硫素可通过下调miR-21来下调人类端粒酶逆转录酶的表达，从而引发结肠癌细胞凋亡来治疗癌症［5］；也可通过激活miR-4521/PIK3R3通路来抑制胃癌恶性进展过程中的细胞自噬，从而治疗胃癌，而miR-4521的低表达和PIK3R3的增加可减弱萝卜硫素对胃癌的治疗作用［6］。

2.萝卜硫素可通过调节miRNA参与癌症细胞的增殖治疗癌症

过度表达的miR-9可以抑制胃癌细胞增殖，低表达的miR-9可通过抑制尾侧同源盒转录因子2（caudal type homeobox 2，CDX2）表达促进胃癌细胞增殖。过度表达的尾侧同源盒转录因子1（caudal type homeobox 1，CDX1）可以通过诱导细胞周期停滞和凋亡抑制胃癌细胞生长。在不同胃癌细胞株（AGS和MKN45）中，不同萝卜硫素浓度治疗效果不同。低浓度的萝卜硫素增加了AGS细胞中CDX1、CDX2、miR-9和miR-326的表达，高浓度的萝卜硫素减少了AGS细胞中CDX1、CDX2、miR-9和miR-326的表达；而在MKN45细胞中，萝卜硫素浓度增加导致CDX1、CDX2、miR-9和miR-326的表达增加。即萝卜硫素可通过改变CDX1、CDX2、miR-9和miR-326的表达，在特定剂量下影响胃癌细胞并抑制其增殖来治疗胃癌［7］。

3.萝卜硫素可通过调节miRNA参与癌症细胞的转移与侵袭来治疗癌症

萝卜硫素可通过促进miR-29a-3p成熟来减少与耐药性、血管生成和细胞外基质相关基因（如COL3A1和COL5A1）的表达，从而破坏细胞外基质的结构，使Wnt/β-catenin通路失活，抑制胃癌细胞增殖和转移来治疗胃癌［8］；也可通过诱导miR-365a-3p的过度表达来抑制NF-κB家族成员c-Rel，从而抑制NF-κB活性，抵消胰腺癌细胞侵袭性，抑制癌症进展来治疗癌症［9］。

萝卜硫素可通过改变调节分子和miRNA的表达、下调信号转导和转录活化因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）磷酸化来提高树突状细胞（dendritic cells，DCs）激活T淋巴细胞（T-lymphocytes）诱导抗肿瘤免疫反应的能力。萝卜硫素对miR-155-5p和miR-194-5p表达的不同调控是影响DCs激活能力的一个原因，可分别通过上调miR-194-5p、下调DCs中STAT3的磷酸化、JAK/STAT3的抑制导致抑制性B7-H1分子表达降低和下调miR-155-5p来提高DCs的激活功能，从而激活T细胞诱导提高抗胰腺癌免疫反应治疗癌症［10］。

萝卜硫素在胰腺癌细胞中诱导miR-135b-5p的表达，进而诱导肿瘤抑制因子Ras蛋白激活类似物2（Ras protein activator like 2，Rasal2）的表达，从而抑制肿瘤生长达到治疗癌症的目的［11］。同样在胰腺癌中，缝隙连接蛋白43（connexin 43，Cx43）的表达缺失破坏了间隙连接细胞间通信，影响了化疗药物吉西他滨的耐药性和癌症干细胞（cancer stem cells，CSCs）特性。萝卜硫素通过抑制miR-30a-3p的表达来增加Cx43表达，诱导间隙连接细胞间通信和吉西他滨的旁观者效应，从而减轻吉西他滨的耐药性，增强化疗敏感性来治疗癌症［12］。

萝卜硫素通过调节促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）途径治疗消化系统肿瘤

MAPK途径包括3种通路：细胞外调节激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）、c-junN-末端激酶（c-JunN-terminal kinase，JNK）和p38，这些通路可被细胞氧化应激快速激活，参与细胞增殖、迁移、分化、生长停滞和凋亡等多种细胞生物学功能［13］。萝卜硫素通过诱导双特异性磷酸酶4（dual specificity phosphatase4，DUSP4）基因过表达来抑制肝癌细胞中过多的抗凋亡MAPK基因，从而触发肝癌细胞凋亡来治疗癌症，其中抗凋亡MAPK基因包括MAP2K6、MAP3K8、MAP3K12和MAPK4［14］。萝卜硫素可通过诱导ERK磷酸化影响Keap1-核转录因子E2相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）-ARE信号通路，增加了结直肠癌细胞中Nrf2的mRNA表达和核易位，上调了与致癌物代谢有关的UDP-葡萄糖醛酸转移酶1A基因的表达，增强了结直肠癌细胞中致癌物的代谢，抑制了结直肠癌细胞增殖来治疗癌症［15］；也可分别通过激活ERK和p38通路来上调细胞周期蛋白（cyclin）D1和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21CIP1的表达，激活JNK通路来下调cyclin D1和p21CIP1的表达，诱导细胞周期G1期阻滞，从而抑制结肠癌细胞的增殖来治疗癌症［16］。与癌症转移有关的尼古丁通过刺激ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化诱导胃癌细胞中基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP-9）的异常表达来增加癌细胞侵袭性。萝卜硫素通过抑制活性氧（reactive oxygen species，ROS）介导的MAPK（ERK1/2，p38MAPK）/AP-1和NF-κB信号轴，抑制尼古丁诱导的MMP-9异常表达，进而抑制胃癌细胞的侵袭来治疗癌症［17］。

萝卜硫素通过调节p53治疗消化系统肿瘤

p53基因是一种抑癌基因，可保护基因组免受氧化损伤，也可转录激活促凋亡因子Bax和Bak，诱导肿瘤细胞凋亡［18］。细胞周期蛋白依赖激酶（cyclin dependent kinase，CDK）2可调节细胞周期在G1/S期的进程，p53通过激活p21、抑制CDK2阻断正常的细胞周期进程。萝卜硫素可以通过p53依赖的线粒体途径来增强Bax的表达，诱导B细胞淋巴瘤-2家族蛋白（B-cell lymphoma-2 family proteins，Bcl-2）成员之间的失衡，从而激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（cysteine-aspartic acid protease-3，Caspase-3）诱导胃癌细胞凋亡来治疗癌症；也可以通过诱导p53的表达来激活p21-CDK2轴，从而引发胃癌细胞周期S期阻滞，抑制细胞增殖来治疗癌症［19］。

CSCs在癌症的起始、侵袭、转移和耐药性中起到关键作用。p63蛋白是p53家族的重要转录因子，其亚型TAp63α的过度表达增强了CSCs标志物的表达。在转录水平上，萝卜硫素可通过TAp63α/Lgr5/β-catenin轴抑制结直肠癌CSCs的特性来治疗结直肠癌，而TAp63α的过度表达也可减弱萝卜硫素对结直肠癌CSCs的抑制作用来阻碍治疗［20］。

萝卜硫素通过调节Caspase家族治疗消化系统肿瘤

Caspase家族通过诱导各种凋亡在细胞死亡的执行阶段发挥关键作用，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）成员调节，Bcl-2家族成员之间的失衡可以激活Caspase家族，诱导细胞凋亡［21］。萝卜硫素诱导结肠癌细胞凋亡是通过Caspase依赖的途径［22］。萝卜硫素可以通过诱导IAP家族的选择性抑制、Bcl-2家族的调控和Caspase-3的激活介导肝癌细胞凋亡［21］，可以通过增强Bcl-2家族成员之间的失衡激活Caspase-3诱导胃癌细胞凋亡［19］，也可以通过激活Caspase-9通路抑制食管鳞状细胞癌（esophageal squamous cancer，ESCC）细胞增殖并诱导细胞凋亡治疗癌症［23-24］。

萝卜硫素通过调节Sonic Hedgehog通路治疗消化系统肿瘤

Sonic Hedgehog（Shh）信号通路由Hh配体Shh、受体Patched（Ptch）、跨膜蛋白Smoothed（Smo）和Gli转录因子家族组成，在胃癌CSCs的维持中起着关键作用［25］。

萝卜硫素可通过抑制Shh通路的Smo、Gli1和Gli2的mRNA和蛋白表达水平来分别抑制Gli的下游靶标：维持胰腺癌CSCs多能性的转录因子Nanog、Oct-4和诱导胰腺癌CSCs上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）所需的转录因子ZEB1的表达，从而阻断了Sonic Hedgehog-GLI信号通路，抑制了胰腺癌CSCs的自我更新能力来治疗癌症［26］；也可通过抑制Shh通路的激活，降低Smo、Gli1、Gli2和Hh配体Shh的水平，从而抑制胃癌CSCs活性来治疗癌症，而Shh通路的过度激活可反向抑制萝卜硫素对胃癌的治疗［27］。

萝卜硫素治疗消化系统肿瘤的其他方式

萝卜硫素在胰腺癌细胞中诱导热休克蛋白90（heat shock protein 90，Hsp90）的特定氨基酸残基相互作用，阻断了Hsp90-p50cdc37复合物的相互作用，从而抑制Hsp90伴侣蛋白功能，促进Hsp90客户蛋白的蛋白酶体降解，导致胰腺癌细胞凋亡来治疗癌症［28］。萝卜硫素通过破坏谷胱甘肽和氧化谷胱甘肽之间的平衡，促进ESCC细胞中ROS的产生，导致持续的DNA损伤，引发了细胞周期永久阻滞；同时ROS通过调节mTOR/TFE3轴，解除了自噬调节，促进溶酶体异常生物发生，其中抑制的自噬通量促进外泌体的产生，导致外泌体介导的旁分泌衰老，最终抑制ESCC细胞的生长增殖来治疗癌症［29］。

腺苷酸激活蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）在细胞周期阻滞和促凋亡途径的诱导中发挥着重要作用，也伴随着细胞内ROS的生成增加。当胃癌细胞中萝卜硫素激活的ROS产生被阻断时，AMPK的激活也被阻断，Cyclin B1和p21的表达以及组蛋白H3的磷酸化同时受到抑制，即萝卜硫素可通过激活ROS/AMPK通路上调Cyclin B1和p21的表达以及组蛋白H3的磷酸化，引发了胃癌细胞的有丝分裂阻滞和凋亡来治疗癌症［30］。

含有SET和MYND结构域的蛋白3（SET and MYND domain-containing protein 3，SMYD3）是一种重要的组蛋白甲基转移酶，与癌细胞的增殖和迁移密切相关，它在胃癌组织中的mRNA和蛋白表达显著高于邻近的非肿瘤组织。萝卜硫素通过在胃癌中转录和转录后调节抑制SMYD3的过度表达治疗胃癌，而SMYD3的过度表达也可以反向抑制萝卜硫素的抗增殖和促凋亡作用来阻碍癌症治疗［31］。

Cyclin A、Cyclin B、CDK1、Cdc 25C的改变可导致细胞周期G2/M期阻滞［18］。在结肠癌细胞中，萝卜硫素可以通过调节细胞周期相关蛋白：增加CDK1、CDK2、chk I、WEE1和Cyclin B，降低Cdc 25C、p53、p-p53、chk Ⅱ和Cyclin A，诱导结肠癌细胞G2/M期阻滞抑制肿瘤生长，使细胞凋亡来治疗癌症［22］。G2/M细胞周期阻滞与由p21、CDK1和Cyclin B1控制的DNA损伤检查点有关。Cyclin B1-CDK1复合物负责细胞周期从G2到有丝分裂的进程，有丝分裂阻滞和p21过度表达提示细胞存在DNA损伤反应。在肝癌细胞中，萝卜硫素可通过诱导p21的过度表达导致G2/M细胞周期阻滞，也可通过维持Cyclin B1-CDK1的活性诱导细胞有丝分裂阻滞，从而导致DNA损伤来治疗癌症［14］。

组蛋白脱乙酰酶（histone deacetylase，HDAC）5在肝癌中高表达，而HDAC5缺失与DNA损伤和激活的DNA损伤检查点有关，HDAC11控制炎症信号的表达。萝卜硫素通过在肝癌细胞中抑制HDAC5和HDAC11的表达治疗肝癌［14］。E2F转录因子3（E2F transcription factor 3，E2F3）活性的丧失影响DNA修复并延迟有丝分裂进展，转录因子THAP1通过与E2F启动子相互作用来调节细胞周期进展，胞质聚腺苷酸化物结合蛋白2［cytoplasmic poly （A）denylation element binding protein，CPEB2］在细胞周期进展过程中起着重要作用。萝卜硫素可使肝癌细胞中的E2F3和THAP1基序高甲基化、CPEB2低甲基化，从而阻滞细胞有丝分裂来治疗癌症［14］。EMT被认为是肿瘤细胞侵袭转移的前提条件，转化生长因子β（transforming growth factor β，TGF-β）诱导表现出EMT的肝癌细胞的迁移和侵袭与ROS有关。萝卜硫素通过ROS依赖途径抑制肝癌细胞中TGF-β导致波形蛋白（Vimentin）的表达下调、上皮细胞钙黏蛋白（E-cadherin）的表达上调，从而抑制细胞EMT，抑制肝癌细胞迁移和侵袭［32］。萝卜硫素通过抑制长链非编码RNA（lncRNA）H19在胰腺导管腺癌中的过表达，降低了H19的靶点和主要靶基因APOBEC3G的表达，降低了细胞活力、迁移、侵袭和肿瘤异种移植物的生长，从而抑制癌症的进展［33］。

肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的生长和转移依赖于由内皮细胞调节的血管生成，HCC细胞通过细胞间相互作用刺激内皮细胞迁移和管腔的形成。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是HCC中的关键血管生成信号和血管生成刺激因子，其表达由转录激活因子STAT3和缺氧诱导因子1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）控制。萝卜硫素通过抑制HCC细胞中STAT3/HIF-1α/VEGF信号传导，不仅影响抑制内皮细胞的活力和迁移，还影响HCC细胞与内皮细胞之间的相互作用，抑制HCC细胞诱导的血管生成，产生抗肿瘤作用［34］。

小 结

萝卜硫素可以通过阻碍细胞增殖、诱导细胞凋亡、减弱细胞侵袭能力、抑制CSCs自我更新、增强抗肿瘤免疫反应等机制治疗消化系统肿瘤，具有化学预防和化学治疗癌症的潜力。目前，关于萝卜硫素治疗消化系统肿瘤的试验数据大部分来自国外，且大部分试验都存在样本量小、受试对象相对局限、治疗机制研究不够深入等问题，需要进一步研究。

作者贡献声明安嘉琪：采集、分析/解释数据，起草文章；谢庆芝：对文章的知识性内容作批评性审阅，指导