带你了解潜力新神药——萝卜硫素

萝卜硫素(1-异硫氰酸-4-甲磺酰基丁烷)(Sulforaphane)，又称“莱菔硫烷” ，是一种异硫氰酸盐，由硫代葡萄糖苷经植物体内黑芥子酶(myrosinase enzyme)水解所得，它是生物活性的、亲电化合物，可以共价地修饰蛋白以及其它生物分子。

在1900年早期，源自卷心菜家族十字花科的西兰花最初生长在加利福尼亚州，是美国最受欢迎的蔬菜之一。从二战到现在，美国是世界上西兰花的出口国。人们普遍认为西兰花是一种健康的食物，富含维生素C，K，A，可溶性纤维和其它多种营养物。有趣的是，人们在西兰花芽菜中发现了它有效的抗癌活性，流行性病相关实验结果表明它能够解毒人体中的致癌物质减少癌症的发生。比如，西兰花芽菜的提取物能够保护实验者避免由于紫外照射而发生皮肤癌。后来大量的研究结果表明，西兰花芽菜中高含量的生物活性物质异硫氰酸盐也就是萝卜硫素具有很强大的生物功能：很可能防止前列腺癌；在老鼠试验中发现冻干的西兰花溶液提取物含有的异硫氰酸盐能够抑制膀胱癌；抗氧化活性和降低胆固醇及抗肥胖功能。

虽然朋友圈中广泛存在着“西兰花抗癌”的文章，那么萝卜硫素抗癌的机制到底是怎么样的呢？哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究发展中心研究人员经过对西兰花中萝卜硫素(因为萝卜花产量低)的抗癌机理研究发现，萝卜硫素对肺癌、食管癌、前胃癌作用明显，其作用机制是诱导PhaseⅡ(致癌因子解毒)酶类的产生，进一步作用于机体自身的抗癌系统，对代谢实现调控。研究发现，萝卜硫素抗癌作用发挥主要通过阻断致癌物产生致癌效应所需的代谢途径，阻止致癌物或其代谢物进入靶细胞，同时起到清除致癌物的作用；抑制癌细胞的分裂与生长，阻断循环途径；促进其他可杀死癌细胞的蛋白质分泌，阻断致癌物诱导癌症的作用。此外，萝卜硫素可能对致癌物发挥作用的启动产生作用，在癌症形成初期使基因发生突变，另外还有一些抑制酶具有双重阻癌或抑癌功能，对有毒物进行降解，从而起到抗癌效果。同时萝卜硫素还可抑制PhaseⅡ酶产生，如降低P450酶的水平或抑制其催化活性，从而影响活性致癌终产物的形成。通过摧毁致癌因子的活性中心或将它们与内源配基结合起来的方法，加速将其排出体外，从而起到抗癌作用。

最近几篇萝卜硫素相关的科学文章为我们进一步揭了开它的神秘面纱。

萝卜硫素的小分子3D图像和化学结构式

Cancer Letters

萝卜硫素联合紫杉醇抑癌

密西根大学的Zhang tao教授最近在Cancer Letters上发表了一篇文章，揭示了萝卜硫素与紫杉醇的联合抑癌机制。紫杉烷类如紫杉醇或者多硒紫杉醇都是治疗乳腺癌很常用的化疗药物。但是这些化疗药物的问题在于，它们在有效的杀伤分化的癌症细胞的同时，一个副作用是会导致分化的癌症干细胞(phenotypic CSCs)的增加，从而缩短治疗的间隔并导致病情恶化。萝卜硫素是目前已知的具有很强抗癌活性的一个天然产物，它的前体芥子油苷是十字花科植物特有的一类非常重要的次生代谢产物。在此前的研究中发现萝卜硫素能够很好的杀伤癌症干细胞。因此在这个研究中，作者希望能够通过将紫杉烷类化疗药物和萝卜硫素联用来更为有效的治疗癌症。作者首先在乳腺癌细胞系中验证了萝卜硫素确实可以很有效的抑制由紫杉烷类药物引起的NF-kB介导的IL6、IL8表达上升(这被认为是促进Cancer stem cell分化的原因)。而后作者分别在乳腺癌细胞系和小鼠模型中证明了将这两种天然产物联合使用在长时间内可以更好的抑制癌细胞的生长。其中一个非常明显的表型是联合使用比单独使用多硒紫杉醇二级肿瘤的形成概率有了非常显著的降低。

Chemical Communication

寻找萝卜硫素在癌症细胞中的新靶点

萝卜硫素这个异硫氰酸酯小分子会阻止或抑制很多癌症的发展，它能够共价地修饰蛋白以及其它生物分子，普遍认为它作为药理试剂可能会影响很多靶点以及信号通路。但是，它的作用靶点和潜在的分子机制还不是很清楚。作者旨在应用基于定量的竞争化学蛋白质组的方法在两种乳腺癌细胞系中寻找萝卜硫素的作用靶点，鉴定这些靶点与萝卜硫素的相对的亲和性。

作者基于已报道文献中合成应用的炔基标记的萝卜硫素探针，设计合成了一种新的探针。这个探针的优点在于极大的降低了亲电性弹头周围的位阻，而且亲脂性和萝卜硫素很接近，在一定程度上会降低非特异性的结合。接下来，作者用这两种探针以分别处理MCF7和MDA-MB-231这两种乳腺癌细胞，试图通过竞争实验来验证这两种探针的生物活性。最后作者在MCF7和MDA-MB-231这两种乳腺癌细胞分别鉴定到了129和121个高置信度的靶点，其中有56个是保守靶点。通过分析数据发现了同时存在于两个乳腺癌细胞系中的一些重要的调节细胞增殖和凋亡的蛋白靶点，比如NF-kb、STAT3、STK等。本文通过化学蛋白质组学的方法鉴定到的这些靶点能够帮助人们更好的理解萝卜硫素的作用机制。

Science Translational Medicine

萝卜硫素与二型糖尿病

瑞典的隆德大学的Anders H. Rosengren教授在本文找到了萝卜硫素和二型糖尿病的关联，萝卜硫素对糖尿病有着非常好的疗效。作者通过本组此前建立的研究疾病特征和药物特征关系的方法，发现了与二型糖尿病密切相关的基因对。在这个方法下，萝卜硫素的药物特征是最显著的，也就是说这种药物是对疾病特征的影响是最显著的。因此作者分别在细胞、小鼠和病人层面对它的治疗二型糖尿病的效果进行了探索。最终，作者发现萝卜硫素能够减少老鼠肝细胞的葡萄糖的生成，并能增强老鼠对高脂或高糖饮食的葡萄糖耐受性。97名二型糖尿病志愿者中，3名未使用二甲双胍，其他的都服用二甲双胍。此外，志愿者在三个月内每天服用高浓度萝卜硫素或安慰剂。最终，3名受测者能在没有二甲双胍的情况下也能控制血糖水平。而相对安慰剂组，对照组即使在服用二甲双胍的情况下依然有很好的血糖降低作用。萝卜硫素可能在未来除了癌症之外，还将作为二型糖尿病的潜力药物。

Theriogenology

萝卜硫素与抗氧化机制和细胞凋亡

萝卜硫素在特定的浓度下通过激活Nrf2信号通路能够引发一连串抗氧化酶的产生，这很可能会中和由ROS引发的氧化压力。这篇文章主要探究了在卵巢颗粒细胞中萝卜硫素引起抗氧化和细胞凋亡作用的潜在浓度。

牛的卵巢颗粒细胞是从排卵前的囊状卵泡中获得，用不同的浓度的萝卜硫素(0-80 μM)培养，基于表性的评估筛选到了三个浓度做进一步的研究：2μM(低)，10μM(中)和20μM(高)。实验结果显示当萝卜硫素的浓度大于15μM时，会有很高的细胞毒性作用，细胞活性会大大降低。NRF2的表达在萝卜硫素培养过的卵巢颗粒细胞中会提高3-8倍，但是在相同的处理条件下Kelch Like ECH Associated Protein 1 (KEAP1)的表达会下调或者和对照组接近。萝卜硫素培养的细胞与对照组相比，NRF2激活的下游基因(PRDX1，CAT，TXN1和SOD1)也会高表达2-5倍 。除此之外，在20μM SFN培养的细胞中，ROS聚集的水平更高进而引起脂肪滴高水平的聚集。和对照组相比，2和10μM萝卜硫素培养的细胞线粒体活性基本没有改变，当把浓度提高到20μM是，线粒体的活性会大大降低。研究结果表明10μM萝卜硫素能够在不引起细胞凋亡的情况下激活Nrf2信号通路，有利于促进phase II抗氧化酶的产生。但是，高浓度的萝卜硫素(20μM)会引起过多的ROS，导致线粒体功能障碍，引发细胞压力最终引发细胞凋亡。

这篇文章强有力地证明了在卵巢颗粒细胞中，萝卜硫素浓度依赖性的抗氧化和细胞凋亡作用。

PLoS one

潜在应用：与化疗结合提高抗癌疗效

萝卜硫素在各种细胞系中的抗癌作用引起了广泛的关注，之前有报道它在头部肿瘤和颈癌中有抗恶性肿瘤增殖和辐射增敏的性质，但是在胰腺癌中结合萝卜硫素和辐射后的所发挥的作用还不清楚。

在已经建立好的四种胰腺癌细胞系中，用萝卜硫素和辐射处理过后，作者通过流式细胞仪和蛋白免疫印迹研究了克隆的存活，细胞溶解后细胞周期的分布和比较了DNA的损伤。萝卜硫素和辐射在克隆检测试验中都显示出了很强的依赖剂量的存活率降低、诱发了G2/M细胞周期停滞和预示着DNA损伤的γH2AX蛋白表达量的上升，这个结果在结合两种处理中更加明显，而且细胞周期的扰动和DNA损伤相比单一处理持续的时间要更长。并且，萝卜硫素会引起DNA修复蛋白Ku70、Ku80和XRCC4的减少。文章证明结合萝卜硫素和辐射在引起DNA损伤和抑制生长方面相比单一处理效果更明显。萝卜流苏在提高化疗的疗效方面很有潜力。

文献引用：

1.Burnett JP, et al. Sulforaphane enhances the anticancer activity of taxanes against triple negative breast cancer by killing cancer stem cells. CancerLett. 2017 394:52-64.

2.James A. Clulow, et al.  ‘Competition-based,quantitative chemical proteomics in breast cancer cells identifies new target profiles for sulforaphane’. : Chem. Commun.,2017, 53, 5182

3.Annika S. Axelsson, et al. ‘Sulforaphane reduces hepatic glucose production and improves glucose control in patients with type 2 diabetes’. Sci Transl Med.2017

4.Sohel MMH1. Konca Y,et al. ‘mTORC1 activates SREBP-2 by suppressing cholesterol trafficking to lysosomes in mammalian cells’. Theriogenology. 2017, 15,17-26

5.Patrick Naumann, Jakob Liermann，et al. ‘Sulforaphane enhances irradiation effects in terms of perturbed cell cycle progression and increased DNA damagein pancreatic cancer cells’. PLoS one. 2017, 12, 1-13

6.JOON-KWANMOON, et al.‘Analysis and Anti-Helicobacter Activity of Sulforaphane and Related Compounds Present in Broccoli (Brassica oleracea L.) Sprouts’. J.Agric. Food Chem. 2010, 58, 6672–6677