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萝卜硫素与其他营养基因组Nrf2激活剂:临床医生的期望能与现实相符吗?

发表于:2019-02-14   作者:福山生物   来源:福山生物   点击量:

摘要人们认识到食物来源的非营养素分子可以通过调节基因表达来影响细胞内的分子机制,这一认识促使了营养基因组学和营养遗传学领域的出现。本综述的目的是描述转录因子Nrf2(核因子红细胞2相关因子2)的营养基因组激活因子的特性,比较萝卜硫素和其他植物化学物质的潜力,以证明其作为补充药物的临床疗效。来源于西兰花的萝卜硫素作为一种具有这种能力的植物化学物质,口服剂量能够对与化学预防相关的基因进行有利的修饰。与广泛使用的植物化学补充剂如姜黄素、水飞蓟素和白藜芦醇相比,萝卜硫素能更有效地激活Nrf2、诱导细胞保护基因的表达。由于其亲脂性和低分子量的特性,萝卜硫素的生物利用度明显高于可激活Nrf2的多酚类膳食补充剂。Nrf2激活可诱导细胞保护基因,如在氧化还原和解毒等细胞防御机制中起关键作用的基因。其高生物利用度和显著的Nrf2诱导剂能力都有助于萝卜硫素作为膳食补充剂的治疗潜力。

1.引言
虽然20世纪初营养科学解决了与微量营养素缺乏状态有关的问题[1],后期则更多关注宏量营养素过量的问题,但21世纪的第一个十年已经见证了旧范式的挑战和新理论的提出。人们认识到食物来源的非营养素分子可以调节细胞内的分子机制,因此出现了营养基因组学和营养遗传学,这些学科是由营养、生物化学、分子生物学和基因组学等学科交叉发展而来的。据估计食品中存在超过5000种不同的植物化学物质[2],我们目前仅对其中少数几种有比较好的认识。

在这一背景下,鉴定识别具有显著营养基因组潜力的生物分子便成了一项任务。越来越多的研究强调了这样一种来自十字花科蔬菜科特别是来自甘蓝的生物分子,萝卜硫素,一种异硫氰酸酯(ITC)[3]。虽然植物王国是成千上万种植物化学物质的来源,但关于食物来源的植物化学物质如何维持人类健康,特别是那些与细胞防御机制有关的机制,我们知之甚少。随着营养基因组学的发展,以及我们对植物化学物和与内源性细胞保护机制之间许多相互作用的理解不断加深,植物性食物对人类健康的重要性变得越来越清晰。

批判性审查揭示了一些补充剂配方的众多缺陷,使人怀疑它们的潜在功效[4]。使用植物化学物质作为干预试剂的临床试验少有发表,并且也只有少数能够经得起推敲。然而,即使一种化合物的有效性已经得到证实,通常商业产品中的剂量也会比临床试验的有效剂量或过去传统的种植的农作物低许多倍。就像是对粗心的消费者或不知情的临床医生的陷阱一般,支持的评论可能仅是对体外和动物研究的引用,给读者一个错误的印象,即该产品作为人体补充剂可能有效。

由于许多消费者似乎已经接受了膳食补充剂在个人健康管理中的作用,因此有必要审查植物源补充剂是否有助于改善各种疾病的生化和生理危险因素的证据。本综述的目的是描述Nrf2营养基因组激活剂的性质,重点关注萝卜硫素和其他基因表达激活物的潜力,以证明其作为补充剂具有临床疗效。

2. 超越营养缺乏和过剩
2.1 营养遗传学和营养基因组学
营养遗传学和营养基因组学作为相互联系的科学,为临床医生提供了一个更有针对性的机会来个性化患者的治疗方案,揭示那些可能损害个人生化功能的遗传多态性[5]。即使无法获得复杂的基因组图谱,临床医生也知道,强有力的食物源生物分子可以与细胞内信号通路相互作用,这为临床管理和疾病预防过程提供了另一个维度。

通过信号通路,食物来源的分子与复杂的细胞内控制系统不断对话,这一认识揭示了食物的作用远远超过微营养素和宏量营养素[6]。 在这个模型中显而易见的是,没有复合营养素补充剂可以替代均衡饮食中丰富的多样化植物化学物质。并且,绿茶、葡萄籽、红酒、姜黄素、石榴和橄榄中常见的多酚类植物化学物质的健康益处不太可能是由于这些分子在大量体外研究中直接发挥的抗氧化作用[7,8]。多酚是典型的大分子,它们的吸收性和生物利用度都很差,因此细胞内的微摩尔级浓度不可能达到清除自由基所必需的浓度[9]。多酚也可以作为抗氧化剂或前氧化剂,这取决于实验条件[10]。此外,新的研究结果表明多酚和其他植物化学物质可能存在毒物兴奋效应,剂量反应的特征是低剂量刺激反应和高剂量抑制[11]。

在一种生物活性特异性方法中,最近一项植物化学物质与心血管疾病的综合综述集中于四种常见补充化合物在临床前和临床中发挥的有益作用[12]。该综述认为,在这一领域几乎没有决定性的试验,在一些研究中使用的确切剂量也尚不清楚。然而,作者证实了其他人的研究,少数植物化学物质需要非常高的剂量才会发挥保护作用,而其他化合物则是在摄入最低剂量的时候最有效。

与维生素“抗氧化剂”一样,摄入多酚类补充剂在人体细胞中起到“抗氧化剂”的作用的说法也受到了质疑[7]。新出现的证据表明,多酚或其代谢产物并不是作为直接的“抗氧化剂”本身发挥全身细胞内作用,而是作为信号通路的调节剂。

2.2 十字花类蔬菜具有营养基因组潜力
十字花科蔬菜(十字花科植物)的分类主要包括十字花科(Brassicaceae),主要包括甘蓝属,如西兰花、卷心菜、花椰菜、布鲁塞尔芽菜和羽衣甘蓝,还包括各种类型萝卜的萝卜属。虽然这些蔬菜是微量营养素的良好来源,但它们对人类健康的价值至少部分是由于它们富含植物化学物质,尤其是硫代葡萄糖酸盐[13],其酶解产物可改变基因表达[14]。尽管像西兰花这样的蔬菜并不是流行的饮食选择[15],十字花科植物独特的促进健康的价值却一直备受重视[16]。最近的一项综述[17]研究了十字花科植物对总死亡率和心血管死亡率的影响,几项前瞻性研究显示总死亡率和心血管死亡率与总蔬菜摄入没有关联,但确实与十字花科蔬菜消费量存在显著负相关。总而言之,一般的绿叶蔬菜尤其是十字花科蔬菜的潜在益处并不局限于它们对癌症及心血管疾病的影响。在一项针对老年妇女的认知能力下降,为期27年的前瞻性队列研究中(n=15080)发现,在5组中,摄入十字花科蔬菜量最高组比最低组下降得更慢,且剂量响应明显呈线性[18]。在绿叶蔬菜摄入量最高的五分之一人群中,认知能力下降也较慢。当排除心血管疾病和糖尿病患者的数据时,这种关联并没有改变。

大多数关于十字花科植物的研究都集中在西兰花、甘蓝(包括蔬菜及球芽甘蓝)上,它们是作为具有营养潜力的生物活性化合物的来源。在过去的20年里,人们对西兰花在人体健康中的作用越来越感兴趣,因为有证据表明,蔬菜中对身体健康益处大部分源自诱导解毒酶[19,20]。在分离出椰菜来源的萝卜硫素后,Zhang的研究小组发现萝卜硫素是一种主要且高效的II相酶诱导剂。这组诱导酶包括NAD(P)H:NQO1(醌还原酶)和谷胱甘肽s -转移酶(GSTs),这两种酶都是类固醇和无处不在的环境毒素苯并(a)芘解毒时所必需的[21-23]。Zhang等人认为萝卜硫素诱导解毒酶对西兰花的抗癌作用有重要作用。萝卜硫素可显著调控靶向酶的方式表明了营养基因组学效应,尽管当时还不知道解释这种基因表达的确切机制,要阐明萝卜硫素的作用机理还需要两年的时间[24]。

3. 影响信号通路
3.1. Nrf2作为细胞防御的“主调节器”
尽管萝卜硫素在许多哺乳动物的生化信号通路中起作用,但当以实际口服剂量给药时,它对氧化还原敏感转录因子Nrf2(核因子红细胞2相关因子2)的影响似乎是其具有临床潜力的主要原因[25]。关于Nrf2的研究于1994年首次出现在科学文献中,之后在医学文献数据库发表论文,则有超过5500篇相关文献。在接下来的20年里,Nrf2已经成为细胞主要防御机制的关键调制器,可对抗许多有害的环境毒物和致癌物质[26]。大量的研究集中在Nrf2防止有毒代谢物在癌症发生发展的作用,有其是诱导II相解毒酶—NAD(P)H:醌还原酶(NQO1)[27]。

对Nrf2作为一种细胞质“开关”激活一系列具有细胞保护基因的机制的阐明,预示着营养科学的一个新范式。Nrf2的鉴定提供了第一个真正的线索,具有生物活性的饮食来源的化合物如萝卜硫素具有影响很多功能特异性基因的潜力[28]。

Nrf2被各种描述为细胞防御机制的激活剂[29]、主要的氧化还原开关[30]以及健康的守护者和长寿的看门人[31]。Nrf2是哺乳动物防御系统对抗各种应激源的调控因子,它是我们之前对氧化应激的理解和细胞应对氧化应激的内源性机制之间的接口。显而易见的是,虽然通过“抗氧化”维生素的补充来对抗氧化应激的尝试一直令人失望[32],但许多植物化学物质具有激活Nrf2的能力,诱导一些基因共同调控细胞的内源性防御系统,从而保护细胞[34]。这一发现机具临床意义,因为在一些氧化应激相关的疾病中,与直接通过抗氧化剂补充剂给药相比,激活Nrf2可能对发挥细胞防御作用更有效[35]。

3.2萝卜硫素,Nrf2靶基因的诱导剂
值得注意也令人惊讶的是,虽然萝卜硫素具有显著的细胞保护潜力,但它并不具有直接的抗氧化作用;相反,它是弱的促氧化剂[36]。作为进一步支持氧化还原信号在细胞防御机制中的关键作用的证据,在前列腺癌细胞系中,萝卜硫素诱导NQO1和细胞周期阻滞的作用被证明可完全被谷胱甘肽(GSH)前体n -乙酰半胱氨酸预处理消除[37,38]。这一发现对定期摄入易于获得的n -乙酰半胱氨酸补充剂有一定意义。

萝卜硫素 [1-异硫氰酸根-(4R)-(甲基亚砜)丁烷:CH3S(O (CH2)4-N=C=S]是一种小型(MW = 177.29)脂肪族亲脂性有机硫分子,不存在于十字花科或其他植物中(补充数据,如图1所示,见xx页,http://dx.doi.org/10.1155/2016/7857186)。相反,芸苔属植物含有一种不具有生物活性的前体化合物——萝卜硫苷(GRN),它与一种分隔的酶——黑芥子酶( MYR)一起被包含在一个植物细胞液泡中[39]。当植物细胞破裂,GRN和MYR接触,酶促产生萝卜硫素[40] (补充数据,如图2所示,见xx页)。与稳定的GRN前体相比,萝卜硫素配基相对不稳定[41];这对西兰花和其他十字花科蔬菜的烹饪应用有一定的启示。西兰花并不是唯一一种能产生萝卜硫素的十字花科植物,但其产量最高,其GRN含量约为总硫代葡萄糖苷的75%[42]。值得注意的是,含有硫代葡萄糖酸盐的植物中,前体和酶的含量各不相同[43]。因此,萝卜硫素和其他异硫氰酸酯的产量差异很大。

切割、咀嚼或以其他方式破坏花椰菜植物细胞结构后,开始合成萝卜硫素,与其稳定的GRN前体相比,萝卜硫素在合成后不久就会开始降解[44]。为了让消费者充分利用西兰花和其他十字花科植物对细胞的保护作用,必须采取措施保护以保证被释放的萝卜硫素的完整性。

萝卜硫素属于9种已鉴定的Nrf2激活物中的一种[45]。结构不同,所有诱导剂的唯一共同特性是它们与巯基(-SH)反应的能力。因此,Nrf2与硫化学密切相关,如果膳食蛋白足够,均衡的饮食应该可提供足够的硫。然而,也有人担心,许多人的硫摄入量可能是不足的[46],一些研究人员认为,无论是否存在炎性刺激,硫氨基酸的缺乏会更易影响GSH而不是蛋白质的合成[47]。虽然素食饮食可能提供大量的植物化学物质[48],但需要警觉的是硫是否足够,因为含硫氨基酸在植物蛋白中含量最少,一般情况下,素食者消费硫约为混合均衡饮食的一半[46]。

3.3西兰花芽苗与西兰花蔬菜
许多临床相关的芸苔属植物研究都与西兰花芽苗而不是与成熟的蔬菜相关[49],约翰霍普金斯大学的一个研究小组从上世纪90年代初就开始在这个领域进行早期的研究。研究小组发现,特定培育的十字花科品种的3天龄芽苗中GRN浓度是相应成熟植株浓度的10-100倍[49]。他们专注于鉴定具有癌症化学预防作用的植物,他们发现这些芽苗可有效降低二甲基苯并蒽处理的大鼠乳腺肿瘤的发生率、多样性及发展速度。西兰花芽苗富含甲基亚砜基丁基硫代葡萄糖苷(占总含量的75%),成熟植株中的吲哚类硫代葡萄糖苷含量虽少,但却是潜在的肿瘤促进因子[50]。后续研究发现,少量的西兰花芽苗和大量的西兰花蔬菜一样可以有效地预防癌症。

3.4Nrf2激活剂如何影响基因表达
虽然Nrf2通路的复杂性还没有被完全阐明,但是主要的部分如图1所示[51]。一般情况下, Nrf2通过它的抑制蛋白Keap1(Kelch-like eq -associated protein 1)与Nrf2 Neh2结构域结合锚定于细胞质中。Keap-1是一种富含半胱氨酸的蛋白质,同时也是细胞质氧化还原状态变化的传感器。当Keap-1内的半胱氨酸硫醇检测到合适的信号时,其结合和保留转录因子Nrf2在细胞质中的能力就丧失了。Keap-1通常对亲电或氧化应激信号作出反应[51]。

因此,Nrf2逃脱Keap1介导的抑制作用,在核内蓄积,激活位于Nrf2下游基因的启动子区域的短核苷酸碱基序列;这个序列通常被称为抗氧化反应元件(ARE)或亲电反应元件(EpRE ) ,尽管这些术语都可通用,但后者被认为是一个更正确的描述[52]。活化的Nrf2与ARE结合时,Nrf2与其他碱性亮氨酸拉链(bZIP)蛋白(如Maf G))形成异二聚体,形成一个与AREs结合的转活化复合物[53]。

当亲电或氧化应激对细胞产生危害时,Keap-1可感知到细胞质氧化还原状态的失衡。从Keap-1释放后,Nrf2水平在细胞核中迅速升高,上调了一组对细胞有保护作用的基因,每个基因至少包含一个ARE。 Nrf2可诱导GSH限速酶及γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的合成,从而提升组织谷胱甘肽水平[54]。

为了使Nrf2-Keap-1通路在细胞凋亡中发挥关键作用,其活性必须保证可与不断变化的细胞环境同步调控。在没有细胞压力时,Nrf2通过泛素-蛋白酶体通路不断降解[55]。半衰期约为20分钟[56],Nrf2维持在低细胞水平[57]。当处于应激状态下,可通过直接修饰半胱氨酸硫醇残基使Keap1失活,然后释放Nrf2,以解除压力型氧化应激反应[58]。

考虑到乙酰氨基酚的肝毒性作用,Nrf2机制的临床意义是显而易见的。乙酰氨基酚是一种可引起严重药物性肝损伤的药物。过量使用这种镇痛/解热药物会迅速耗尽细胞内的谷胱甘肽储备。然而,细胞可激活一种适应性反应,即Keap-1感知乙酰氨基酚代谢物n -乙酰对苯醌亚胺(NAPQI),随后释放Nrf2[60]。GSH与其他Nrf2靶基因一起快速合成。考虑到多种Nrf2靶基因蛋白合成的转译时间可能需要数小时,这种机制可能不足以在急性护理条件下提高谷胱甘肽水平。一项探讨蛛网膜下腔出血对神经元细胞保护血红素加氧酶-1(HO-1)基因表达影响的研究表明,12小时Nrf2水平可提高约4倍,HO-1水平可提高不止3倍,24小时Nrf2及HO-1水平均可达到峰值,均高于 4.5倍。

3.5. II相酶及其解毒机制
细胞用于解毒潜在有害化合物(通常是致癌物质[62,63])的机制可能涉及与细胞色素P450家族单胺氧化酶相关的I相组件和II相组件,由I相产生的中间体化合物以允许排泄的方式代谢。可激活第一阶段和第二阶段的酶的化合物被称为双功能诱导剂;然而,如果它只激活II相酶,它就是一个单功能诱导物[64]。第二阶段的酶是由Nrf2诱导的,因此是这个讨论的一部分。为了安全有效的解毒,毒素最好经历一个相对缓慢的第一阶段反应,然后是更快速的第二阶段;这往往会阻止I相代谢物的积累,因为I相代谢物比其前体毒性更大[65]。

因此,对于理想的细胞解毒环境,II相反应的速率应能防止I相中间产物的积累。脂肪萝卜硫素是一种单功能诱导剂,而成熟西兰花中的吲哚类ITCs是从硫代葡萄糖酸盐和芸苔葡糖硫苷中衍生出来的双功能诱导剂[49]。具有临床意义的是,II相酶的半衰期相对较长,因此这些蛋白的上调表达可以持续数天。在一项使用成人视网膜色素上皮细胞(ARPE-19)的研究中,NAD(P)H:醌还原酶可保持活性超过5天[66]。

4. Nrf2靶基因的诱导剂
Nrf2可以被多种诱导物激活,但不是所有的诱导物都是口服获得的。例如,运动过程中释放的活性氧或吸入环境化学物质所产生的促氧化剂信号能够激活细胞内源性防御系统,前提是暴露量足够少,不会击溃细胞的防御。

4.1饮食来源的Nrf2诱导剂
虽然许多植物化学物质的发现与其Nrf2诱导能力相关,但解释其诱导的相关机制研究还是有限的。一篇阐释化学预防中植物化学物质分子机制的综述文章表明,仅对三种化学物质,萝卜硫素、鼠尾草酚和槲皮素进行了机制方面的研究,并且只研究了萝卜硫素在多种机制中的作用[69]。鉴于有大量萝卜硫素的相关文献,我们在此后考虑把这部分内容作为临床意义的补充。同时用数据说话,将萝卜硫素与热门及广泛应用的植物化学补充剂的潜力进行一个比较。

4.2萝卜硫素:体外实验
萝卜硫素是一种有效的Nrf2诱导物,可诱导细胞防御[70]。这种被萝卜硫素激活的效应在细胞培养中迅速产生,在人体支气管上皮BEAS-2B细胞中,30分钟内就会发生[71]。Hu等人通过微阵列分析研究萝卜硫素在野生型小鼠肝脏中的作用,发现暴露3小时后,1725个基因表达量增加,12小时后,3396个基因被改变[33]。通过比较不同时间点的表达模式,他们还发现,单次服用萝卜硫素12小时后,大于2倍的折射率变化最大。已鉴定的Nrf2靶基因大致可分为抗氧化剂(酶和非酶)、药物代谢酶、药物外排泵、热休克蛋白、NADPH再生酶、生长因子和生长因子受体、重金属绑定蛋白以及各种核受体包括PPAR-γ以及Nrf2本身一系列细胞保护蛋白的编码[33]。

维生素D对人体细胞的保护作用已被广泛认识[72];维生素D受体(VDR)对萝卜硫素诱导的Nrf2靶基因可能具有重要的营养意义[73];反过来,维生素D可增加Nrf2的表达[74]。为了进一步说明其多样性,Nrf2目标基因还包括编码β-防御素-2(HBD-2)、与先天免疫相关的抗菌肽,该抗菌肽可保护肠道黏膜免受细菌侵害。萝卜硫素还可诱导HBD-2[73],一个人类Caco-2细胞培养研究表明当萝卜硫素的浓度>5µM,培养24小时后,HBD-2浓度可达1.6倍,48小时后可达2倍。这些结果可能与肠道上皮细胞的紊乱有关,但5µM细胞内浓度可能要高于通过饮食或口服萝卜硫素补充剂可获得的实际剂量浓度。

Nrf2靶基因的下游酶产物高效、多能。它们包括构成谷胱甘肽和硫氧还蛋白系统的物质,这是体内主要的细胞还原系统[75]。有几个原因可以解释它们的效率和多功能性[76]:(1)它们不像直接作用的抗氧化剂如抗坏血酸盐和生育酚一样,按照化学计量消费;(2)它们的作用时间长,半衰期以天为单位,所以它们的诱导不一定是连续的;(3)它们通过内源性产生的直接作用的抗氧化剂,如辅酶Q10和生育酚(特别是通过NQO1,因为辅酶Q10和生育酚都是醌)使细胞恢复到还原状态。Nrf2靶基因的主要产物及其在细胞保护中的作用见补充资料表1。

5醌氧化还原酶(NQO1),一种评估诱导物能力的工具
NQO1最初被认为是一种与解毒途径相关的Nrf2激活的II相酶,现在被认为具有更广泛的功能[77]。NQO1被描述为一种“最典型的细胞保护酶”,其编码方式被认为是“同类中最一致和最坚固的可诱导基因之一”。随着年龄的增长,NQO1活性会下降,而Nrf2诱导活性升高被描述为随着年龄的增长,维持细胞防御的一种途径。此外,动物研究显示Nrf2活性在青年和老年时期都会显著下降[78-80]。NQO1基因缺陷的人更容易受到暴露于苯的致癌影响[81]。NQO1在肺组织及一般的上皮细胞和内皮细胞中都非常活跃[82],这表明NQO1可防御通过气道、肠道和血流吸收的化合物。NQO1活性作为植物化学物质是抗癌活性的一种生物标志物,也可作为一种快速筛选方法[45,83]。有研究[20]使用I相功能有缺陷的细胞,提供了选择性区分单功能诱导物以提高II相酶的方法[84]。

5.1. CD值,一种比较指标
“CD值”描述了在小鼠肝癌细胞中加倍NQO1活性所需的浓度[85]。CD值在比较一种可吸收的生物活性化合物在体内的营养基因组效应上也很有用。CD值也被用于根据相对“抗癌潜力”对芸苔属植物进行分类[19,83]。当用于比较几个十字花科植物的Nrf2诱导剂效应时[86],卷心菜、甘蓝和芜菁的ITCs的NQO1诱导剂能力低于来源于西兰花的萝卜硫素。萝卜硫素NQO1的诱导剂活性约为33000单位/ g西兰花鲜重,卷心菜∼11000单位,羽衣甘蓝∼10000单位,萝卜∼2000单位。这就可以部分解释为何西兰花比其他芸苔属植物更广泛地被研究。

5.2 CD值的临床意义
从研究中比较知名的植物化学物质的CD值数据来看,萝卜硫素最高效,浓度低至0.2µm就可加倍NQO1的活性[19,85]。其他植物化学物质的CD值也有相关记录[87-90],较低的微摩尔浓度代表具有较高诱导活性的植物化学物质(如图2所示)。

普通口服补剂中使用的植物化学物质的CD值分别为:萝卜硫素(0.2µM)、穿心莲内酯(1.43)、槲皮素(2.50)、β-胡萝卜素(7.2µM)、叶黄素(µM)、白藜芦醇(21µM),成熟西兰花中的吲哚-3-甲醇(50µM)、叶绿素(250µM)、α-隐黄质(1.8 mM)、玉米黄质(2.2 mM)[83,87-89,90]。各实验室早先的研究表明各类植物化学物质的CD值分别为姜黄素(2.7µM)、水飞蓟素(3.6µM)、它莫西芬(5.9µM)、染料木黄酮(16.2µM)、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)(>50µM)、抗坏血酸(>50µM)。这些植物化学物质的NQO1诱导剂活性比较:萝卜硫素> 穿心莲内酯 >槲皮素>姜黄素>水飞蓟素>三苯氧胺>β-胡萝卜素>染料木黄酮>叶黄素>白藜芦醇> I-3-C >叶绿素>α-隐黄质 >玉米黄质。

值得注意的是,萝卜硫素的CD值比姜黄素高13.5倍,比水飞蓟素高18倍,比白藜芦醇高105。所有的这些植物化学物质,因其宣称的促进健康的特性而被广泛推广。对相关的口服补品以其主要成分的CD值进行评估,可能是有用的。因为在互联网上搜索很容易发现许多自由选择和临床推荐的补品声称具有“增强解毒”和“延长寿命”的功效,尽管支持证据并不明显。许多叶绿素和维生素C的补充剂都以“排毒”为主要宣传,然而这两种成分的NQO1诱导剂能力都相对较低。

5.3吲哚类硫代葡萄糖苷作用的比较
吲哚-3-甲醇(I-3-C)需要>50μM才能使NQO1活性加倍,这是在成熟的西兰花蔬菜中发现的ITC(芽苗中含量很少)[83]。在体内,I-3-C必须在胃的酸性环境中二聚化成3,3'-二吲哚甲烷(DIM)才能活化[92]。这有一定的临床意义,因为I-3-C和DIM的合成分子都可作为补充剂使用。虽然其诱导能力显著低于萝卜硫素[91],值得一提的是,DIM也是解毒途径的双功能诱导剂,因此限制了其细胞保护潜力。对西兰花芽的早期研究表明,在人体中使用吲哚类硫代葡萄糖苷(如I-3-C)作为化学保护剂可能存在局限性[49]。它们不仅是II相酶的弱诱导剂,而且作为双功能诱导剂,它们同时激活I相酶。它们也可能具有雌激素受体结合活性,增加其作为肿瘤促进剂的潜力[49]。

有趣的是,DIM偶尔会被推荐用于临床治疗雌激素代谢失调,其理论是DIM会抑制CYP1B。抑制CYP1B1可将雌激素代谢转化为4-羟色胺酮,这是一种可导致癌变的代谢物[93]。对此,也有不同的数据;2007年的一项细胞培养研究使用微阵列分析和实时定量聚合酶链反应分析了同时使用雌二醇和DIM治疗的MCF7乳腺癌细胞的基因表达[94]。CYP1B1上调,倍数变化为3.93±0.25。这些发现表明DIM可能并不能阻止雌激素产生4-羟基代谢产物。这些相互矛盾的数据表明,在使用临床相关剂量的现成补充剂时,需要进行临床试验来确定这种干预措施在体内的效果。

一项阐释萝卜硫素和I-3-C在前列腺细胞系研究中效力差异的研究发现,这两种化合物都以剂量依赖性的方式抑制前列腺癌细胞的增殖,但萝卜硫素的抑制浓度仅为I-3-C的10%[95]。I-3-C补充剂的补充可能还存在安全问题,因此需要谨慎使用,I-3-C补充剂的数量是食用西兰花蔬菜所能达到的数量的很多倍。在给大鼠最后一次致癌物一周后,给大鼠喂食I-3-C,发现喂食I-3-C会导致乳腺肿瘤形成的潜伏期延迟,但它并没有改变存活者的肿瘤发生率或多样性[96]。任何表明这种化合物具有预防作用的研究都必须考虑到它可能会促进肝癌和结肠癌的风险[96]。

5.4其他激活Nrf2的方式
虽然我们的重点是比较植物化学物质的诱导能力,但人体细胞中的Nrf2是由一系列应激源激活的,而这些应激源并非都是化学物质。Nrf2激活剂的多样性在以下三个例子中得到了强调。我们使用了几个具有多效性Nrf2诱导作用的药物例子。此外,我们还说明,当药物Nrf2激活发生在超生理学水平时,其结果可能是出乎意料的,这表明,饮食来源的Nrf2激活剂的诱导剂能力明显降低,可能是一种毒物兴奋效应[97]。

5.4.1机械效应
在动脉受到高剪切力的区域,血液流动的机械效应可以防止炎症和动脉粥样硬化。相比之下,低剪切区域易受影响,这一效应被证明是由于Nrf2可减少动脉粥样硬化易感部位内皮细胞的活化[98]。

5.4.2医疗用药
三苯氧胺是一种NQO1诱导剂,通常用于乳腺癌治疗后的妇女,但其CD值比萝卜硫素低30倍[99]。Nrf2诱导物活性除了主要作为选择性雌激素受体调节剂(SERM)的作用外,可能在该药物的治疗概况中也发挥了一定作用[99]。这些比较数据在考虑具有细胞保护潜力的药物或补充剂的潜在价值时可能具有临床意义。许多其他药物也可激活Nrf2。常见处方药他汀类药物和ACE抑制剂的氧化还原调节活性就可能是Nrf2诱导物的能力[100]。同样,曾经作为类风湿性关节炎治疗主要药物的金盐也是Nrf2诱导物[101]。吲哚美辛目前很少用于减轻炎症性关节疾病的症状也具有Nrf2诱导特性,说明非甾体抗炎药(NSAIDs)除了具有抗炎作用外,还具有其他特性[102]。

一种相对较新的药物甲基巴多索隆(BARD)被证明可以提高慢性肾病(一种以明显的氧化应激为特征的疾病)的肾小球滤过率(eGFR)[103-105]。BARD是齐墩果酸的合成类似物,齐墩果酸是一种三萜化合物,在可食用植物中广泛存在[106],Nrf2诱导使其具有更广泛的细胞保护特性[107]。第3阶段BEACON试验在2012年10月停止,原因是BARD arm 的2185名参与者中有57人死亡[105]。说到比较BARD和SFN的诱导剂活性,2005年的一项研究比较了一系列三萜类化合物,发现BARD作为NQO1诱导剂的效力是SFN的230倍[109]。在BEACON试验中,人工合成的三萜类似物的副作用可能是双功能剂量反应的上端的毒物效应。相比之下,食物所提供剂量的植物化学物质通常无毒[97]。

5.4.3运动
运动与葡萄糖及氧气通过线粒体的流量增加有关,是一个增加活性氧如超氧化物水平的过程。运动诱导的ROS形成在激活转录因子和辅激活因子中具有重要作用[110]。Ristow等人证明,每天分别服用1000mg和400IU的维生素C和E补充剂,可以几乎完全消除与运动相关的基因表达的典型变化。

一项突出了23项研究的综述表明抗氧化补充剂会干扰运动训练所导致的适应性[111]。这得到了新兴观点的支持[112],即由于Nrf2是由一个温和的促氧化剂信号激活的,高剂量的抗氧化补充剂可能会钝化激活内源性防御所需的信号[113,114]。Ristow关于抗氧化补充疗法阻止了锻炼的许多有益效果的论断得到了相关证据的支持。

5.5. NQO1的其他作用可能受萝卜硫素的影响
NQO1具有广泛的底物特异性,远远超出了其作为II相诱导剂的已知作用;在本节中所描述的其他作用可能有助于它的细胞保护能力。其作用包括:(1)使细胞免受苯系醌类化合物的损伤,如致癌物质,苯并(a)芘,常见于石化废气和烧烤肉类中[115];(2)NQO1可将儿茶酚雌激素醌降解为儿茶酚雌激素,这一过程与雌激素代谢升高降低乳腺癌风险有关[116];(3)NQO1可以清除超氧化物,尽管其清除程度低于超氧化物歧化酶(SOD)[117];(4)NQO1可稳定肿瘤抑制基因p53[77];(5)NQO1可恢复氧化的辅酶Q10(泛素)和生育酚的还原形式[77]。

NQO1存在几种基因多态性,与致癌风险相关。C609T基因变异是少数常见的单核苷酸多态性之一,几乎完全消除了酶的活性;因此,NQO1细胞防御中的多重作用引起了广泛的研究关注[118]。

5.6其他机制:动物研究
尽管已经发表的大量萝卜硫素研究都与Nrf2诱导剂的潜力有关,但一些研究指出了其他机制。最近的一项研究以西兰花芽汁为干预材料,对易中风的自发性高血压大鼠进行干预,以探讨可能对肾脏造成的有害影响[119]。4周后,这些动物在很大程度上免受了肾脏损害。从机制上看,该效应与全身性血压无关,但与AMPK/SIRT1/PGC1a/PPARa/UCP2轴平行刺激有关。目前还没有该剂量对人体是否也有类似的效果的相关研究。

6.生物利用度的问题
6.1. 热门植物化学补充剂的效果比较
除了Nrf2诱导的巨大差异,临床疗效的第二个障碍是生物有效性。当生物利用度较低时,细胞培养研究可能会高估摄入该化合物所能达到的细胞内浓度,因此很难达到体外实验所显示的预期临床疗效[120,121]。就植物化学物的潜在临床疗效而论,外源化合物或其代谢产物必须具有以生物学活性的形式到达靶器官、靶细胞,并达到有效的剂量、浓度。口服多酚类的生物利用度一般<10%,范围在2 - 20%之间不等[122],许多也仅有1%左右;并且烹饪和加工会显著降低多酚含量[123]。相比之下,一项动物药动学研究表明,萝卜硫素绝对生物利用度为82%,可迅速被吸收[124]。

许多含植物化学物质的补充剂含有多酚类化合物,如姜黄素(姜黄)、儿茶素(绿茶)、白藜芦醇(葡萄)、鞣花酸(浆果和石榴)、羟基酪醇和橄榄苦苷(橄榄)。大部分关于这些补充剂补充的研究都是体外或动物实验,临床试验则很有限。这些植物化学物质往往宣称具有“抗氧化”的功效,但实际到达循环或靶细胞的多酚含量很少,还不足以改变氧化还原状态[7,125];基因表达分析有助于量化可能的系统性反应。临床前细胞培养或动物研究可能都会用剂量很高的经过分离纯化的多酚。鉴于我们每天从食物中摄入的混合多酚仅约为1g/day,且其生物利用度低,因此这种高剂量在临床上应用甚少[126]。

姜黄素、白藜芦醇和水飞蓟宾是广泛使用的多酚补充剂,但其临床前研究并不能轻易地推断出临床的应用情况。图3比较了其他几种多酚与萝卜硫素的生物利用度(本地姜黄素在1%左右[127],白藜芦醇< 1%[128],水飞蓟宾的约为0.73%[129])。在不同情况下,相对生物利用度是指口服剂量的AUC与静脉注射剂量的AUC相比,得出的相对百分数,其中F是生物利用度[90],体外发现所需的细胞内高多酚浓度在口服剂量中难以实现。

 

 
 
有证据表明,某些多酚的活性可能存在于代谢产物中[130],因此细胞内吸收的少量多酚可作为信号分子,需要与其他生物分子协同作用[131]。因此,很可能仅在消化道中而非全身都可直接发挥抗氧化作用 [10,132]。
洋葱、西洋菜、茶和其他植物都含有槲皮素,也是一种很受欢迎的口服补充剂,通常作为“抗氧化剂”或“抗炎”剂来推广宣传。一些研究表明槲皮素可能具有抗癌潜力[133],但另一些研究描述了其存在的潜在风险[134],因为在一些情况下,尤其是在GSH耗尽的细胞环境中,槲皮素可能有促氧化作用[135]。

槲皮素可通过儿茶酚- O -甲基转移酶(COMT)对儿茶酚代谢产生抑制作用[136]。这可能对雌激素相关疾病有影响,其中代谢不当的雌激素可形成DNA加合物[93]。口服槲皮素是否对人体有害尚不清楚,但这个问题 “令人担忧”,因为现成的槲皮素补充剂所含的量是西方饮食中可获得的量的100倍[137]。

6.2姜黄素
姜黄素被认为在体外具有抗炎性是其具有抑制转录因子NF-ƘB的作用[138]。在一项人体肌腱炎症的研究中,需要5-20μM,高浓度姜黄素来抑制IL-1β诱导的炎症[139]。然而,人体即使摄入极高剂量姜黄素(高达8g)产生的细胞内峰值水平也仅为0.5-2.0μM,显然没有达到相同要求的浓度;通常建议的补充剂量高达180毫克,但在血浆中却检测不到[140,141]。实验室研究结果表明姜黄素具有令人印象深刻和多样化的细胞保护作用,但人体的实际摄入剂量并不能达到这种效果[142]。

相比之下,有证据表明在胃肠道组织中有一种作用,即姜黄素在单个肠细胞膜上进行转运 [143,144]。结肠直肠癌患者每天服用高达3.6克姜黄素的剂量[145],作为DNA损伤标志物的M1G在结肠直肠组织中减少了38%,表明每天3.6克的剂量在结肠细胞中可达到药理学上有效的水平但在肠道外的分布则可忽略不计,证实其全身生物利用度差。

当考虑CD值和生物利用度时,生物利用度约为1%的食物中的姜黄素似乎比萝卜硫素的临床相关性更低,萝卜硫素显示出高诱导活性和高生物利用度。即使姜黄素是更有效的形式,生物利用度提高了约7倍,其生物利用度仍相对较低[146]。为研究生理上可达到的姜黄素剂量,Lao等人以500至12,000mg的姜黄素粉末作为干预物质,在服用8,000毫克的74名参与者中均没有检测到姜黄素;仅在剂量> 8,000 mg时检测到ng / mL范围内的低血清水平,若剂量低于4,000 mg,则几乎检测不到[147]。同样,在接受3.6 g / d,治疗1周的患者中正常肝脏或结直肠肝转移中均未检测到姜黄素[145]。豪威尔斯等人总结:在体外研究中,姜黄素在高浓度—10μmol/ L或更低浓度都可能具有人类生理相关性,但其作为化学预防剂的作用可能主要在胃肠道内[141]。

6.3白藜芦醇
对小鼠和低等生物进行研究,表明它是长寿的原因后,白藜芦醇在国际上获得了广泛赞誉[148]。只有从出生时开始注射白藜芦醇的小鼠才能活得更久;但那些从中年开始注射的小鼠则不存在长寿效应[149]。这是因为生存基因的表达增强,其中一些基因也在限制热量摄入时表达[150]。

这种长寿效应从未在人类身上进行过测试,因此目前尚不清楚是否有合适的剂量,甚至不知道是否有长寿益处[151,152]。虽然白藜芦醇的吸收良好,但其生物利用度低;在人类口服25g白藜芦醇受试者中的血浆中发现,至少70%是白藜芦醇代谢物,随后大部分在尿液中排泄出去[128]。像姜黄素一样,白藜芦醇很容易被肠细胞/结肠细胞吸收[153],提示了对肠组织的潜在益处。每天给予超重或非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的肥胖男性3000毫克白藜芦醇,8周后发现,与安慰剂相比,白藜芦醇并未显着改善NAFLD的任何特征[154]。

对3650篇关于白藜芦醇文献进行分析,发现并没有足够的证据表明白藜芦醇的推荐量会多于人体每天从饮食中获得的白藜芦醇的量(成人,4mg/d)[155]。

6.4水飞蓟素
水飞蓟素是水飞蓟(Silybum marianum)中的主要黄酮类化合物,在肝脏疾病中具有悠久的传统使用历史[156]。声称能够靶向人体肝脏解毒机制的水飞蓟素补充剂很容易获得。水飞蓟宾是该复合物中最具生物活性的,不溶于水,不溶于油脂,在大鼠中的生物利用度低,仅为0.73%[129]。它的CD值排在姜黄素之下,在萝卜硫素之后排名第三。 在优化II相解毒是理想结果的情况下,考虑CD值和生物有效性方面可能会有价值。这些证据让人对许多此类市场上可获得的植物化学物质补充剂中一般的剂量下可能的功效深表怀疑。然而,已发表的试验表明水飞蓟素在人体中具有保护肝脏的特性,这表明可能存在其他作用机制 [156,157]。

6.5萝卜硫素
萝卜硫素的亲脂性和低分子量容易被动扩散到细胞中[124]。它在摄入后1小时就可被迅速吸收,在血浆中达到峰值[158]。可以预见,大鼠中剂量依赖性的药代动力学表明生物利用度随着剂量的增加而降低[124]。要摄入剂量约为0.5mg、1.0mg和5.0mg/kg纯的萝卜硫素对仅通过摄入芸苔属蔬菜而非纯度萝卜硫素的人来说相对较高。人类通过饮食不太可能摄取如此大量的SFN(萝卜硫素)。通过计算,产生1%SFN芥子酶的活性全西兰花芽苗补充剂可以产生10mg SFN/g粉末,相当于约12克新鲜西兰花芽苗(干燥粉末保持约8%水分)。在动物剂量范围的最高剂量,给70公斤的人服用5.0毫克/公斤萝卜硫素,相当于动物摄入的最高剂量即350毫克新鲜芽苗或人类对新鲜芽苗合理摄入量的35倍。显然,人体通过摄入西兰花芽苗来补充萝卜硫素是行不通的。

6.6. 人体摄入量的考量
一些人体研究证明通过摄入补充剂可达到足够的量,同时也具有实操性。Ye等人表明,单次口服200μmol的萝卜硫素后,15分钟内可检测到血浆和红细胞中的萝卜硫素及其代谢产物,1小时后所有试验组均达到峰值,~2.00μM,其在体内的消除速率过程是一级动力学过程,均值半衰期为1.77±0.13小时[159]。为研究其对全身组织的影响,Cornblatt等的结果表明,在给予8名女性口服200μmol萝卜硫素后1小时,在切除的左右乳房组织中均检测到代谢物,浓度分别为1.45±1.12和2.00±1.95 pmol / mg。这项原理验证研究观察到在同一组织中NQO1酶活性显著升高[158]。在另一个实例中,剂量递增安慰剂对照研究调查了人类气道粘膜中II相解毒酶的基因表达,结果显示200g西兰花芽苗匀浆后产生了102μmol萝卜硫素,使NQO1 mRNA表达增加了近200%[160]。

因为口服剂量似乎就可增加NQO1,我们考虑摄入富含萝卜硫素的西兰花芽苗粉后,其血浆浓度是否会达到约2.00μM。通过计算,1克1%粉末会产生56.4μmol萝卜硫素。Ye等人研究表明单次摄入200μmol萝卜硫素,1小时后的血浆峰浓度约为2.0μM。正如Ye等人[159]的研究结果表明,200μmol口服剂量可使血浆浓度达到约2.0μM,Riedl等人[160]表明102μmol的NQO1 mRNA表达增加了约200%;摄入富含萝卜硫素的西兰花芽粉可达到上述数量级。通过理论和计算得到,个体消耗约2g、4g 1%的萝卜硫素的西兰花芽苗粉末即可分别实现Riedl等人用200g西兰花匀浆、单一摄入200μmol萝卜硫素所达到的效果。

7影响萝卜硫素产量的因素
7.1黑芥子酶(MYR)的作用
作为芸苔属衍生的前体化合物的硫代葡萄糖苷在MYR的作用下即可转化为其生物活性形式,因为GRN不具有生物活性。为研究摄入的西兰花中植物化学物质的代谢途径,Shapiro等人表明MYR失活可导致西兰花中ITC转化率降低10-20%。当结肠微生物群缩减且没有MYR,则ITC(异硫氰酸酯)的转化率可忽略不计。可以推断,MYR对于萝卜硫素合成是必需的,并且结肠微生物菌群也具有类似MYR的活性。

结肠微生物群似乎能够限制MYR活性,转化为生物活性ITC的剂量从剂量的1%到40%不等[161]。据报道,人类微生物菌群中的几个属如双歧杆菌、乳酸杆菌和拟杆菌都具有类似MYR的活性[162],但菌群的可变性很大;菌群降解硫代葡萄糖苷的能力并不可靠。因为这个因素具有不可预测性,所以使用无活性MYR西兰花芽苗提取物的大型临床试验无法达到统计学意义[163]。许多可用的西兰花芽补充剂是MYR灭活的提取物,声称它们的临床益处可由结肠微生物群将萝卜硫苷转化为萝卜硫素。无论是消费者还是临床医生都没有办法知道个体是否携带MYR活性微生物群落。

7.2腈类化合物因子
在十字花科植物中,西兰花含有大量的上皮硫特异蛋白(epithiospecifier protein,ESP),一种非催化的MYR活性抑制剂[164]。ESP可促进萝卜硫苷水解代谢为不具有生活活性的简单腈类—萝卜硫素腈。在某些条件下,会更有利于腈类化合物的生成,水解产物中腈类化合物可高达75%。结肠微生物菌群也会促进腈的形成,从而进一步限制了MYR失活补充剂的潜力[165]。ESP失活可显着提高萝卜硫素产量,说明西兰花和西兰花芽苗产品不能仅根据其GRN含量进行有意义的评估。当没有考虑腈类的存在与否时,使用新鲜或粉状西兰花芽苗的临床试验可能会产生相互矛盾的结果。ESP的存在意味着测定萝卜硫素产量是至关重要的,以便用于评估西兰花芽苗粉末作为补充剂的实际功效;仅测量GRN和MYR的量就会忽略ESP对酶活性的影响。

8. 临床意义
8.1. 十字花科蔬菜的摄入
生的西兰花中存在未量化的ESP在临床中存在一定的影响;作为沙拉蔬菜,生西兰花可能不是获得萝卜硫素所带来的益处的有效手段。同样,烹饪已被证明,短短3分钟的蒸汽中即可影响酶活性[166]。五分钟的微波烹饪可导致西兰花中的硫代葡萄糖苷损失74%,高压蒸煮和沸腾分别导致33%和55%的损失[83]。即使消费者和临床医生意识到十字花科蔬菜在饮食中的重要性,也可能没有意识到在运输和零售环境中暴露在空气中存储3天即可损失55%的硫代葡萄糖苷,在22℃的塑料袋中存放超过7天可能会导致类似的损失[83]。

同样重要的是,用于蔬菜生产的西兰花栽培品种不是基于其萝卜硫素产量来选择的。在食品法允许十字花科蔬菜有适当的健康声明之前,种植者没有动力去选择高产量萝卜硫素的品种。简而言之,临床医生和消费者都没有足够的信息去做出适当的选择。

8.2. 来自十字花科蔬菜的补充剂
类似地,通常我们不知道作为补充剂的西兰花发芽粉的生产者是否已使ESP失活。如果两种补充剂均富含GRN但是其中一种已使ESP失活,这两种西兰花芽苗粉末的萝卜硫素产量就可能会有显著的差异。理想地,产生萝卜硫素的补充剂将基于各种决定因素来表征:存在可量化的GRN、具有活性的MYR以及失活的ESP。

这些问题反映在最近的一项研究中,该研究比较了含有30mg“萝卜硫素硫代葡萄糖苷”的市售补充剂与含有相同量GRN的新鲜芽苗 [167]。该研究表明,与西兰花芽苗相比,摄入缺乏MYR的西兰花补充剂可使受试者中生物活性ITC代谢物的血浆浓度降低7倍。Clarke等人的结论是,这些研究结果对那些服用此类推荐剂量的无活性MYR西兰花补充剂的人有意义,他们以为自己正在获得相同剂量的ITCs。这一点很重要,因为尽管现有的西兰花芽补充剂中确实存在MYR,但主要是MYR失活的“提取物”。

还有一个更有说服力的理由是,尽管GRN是西兰花和西兰花芽苗中主要的硫代葡萄糖酸盐,但它并不是唯一的;4-甲硫基异丁基异硫氰酸酯(erucin)和3-甲磺酰基丙基异硫代氰酸酯(iberin)占西兰花中硫代葡萄糖甙含量的25%。最近发现4-甲硫基异丁基异硫氰酸酯和萝卜硫素是可以相互转化的,所以临床效果可能是由于所有硫代葡萄糖酸盐水解产物的共同作用[167]。

9. 标准化
为了解决与确定产生萝卜硫素补充剂的临床潜力相关的困难,因为命名上的差异增加了这个困难。最近出现在科学文献中的术语“萝卜硫素 硫代葡萄糖苷”与市售的从西兰花种子或芽苗中失活的MYR提取物紧密联系并被指代[167,168]。“萝卜硫素 硫代葡萄糖苷”本仅是描述“萝卜硫苷”的量,这种命名法可能错误地导致临床医生和消费者相信该物质在食用时会释放萝卜硫素。

9.1商业分析方案
描述萝卜硫素补充剂的各种方法通常用于生产中。为了评估和比较用作补充剂或用于临床试验的不同西兰花芽苗粉末,分析方法必须标准化。从西兰花芽苗中提取萝卜硫素有常见的几种方法,但由于没有统一市售产品的检测方法,因此无法仅根据标签上的数值将两种产品进行比较。

9.2萝卜硫素的转化量
萝卜硫素的转化量是通过测量GRN的量,无论是否存在有活性的MYR,均假设可100%转化为萝卜硫素,从而得出计算值。基于相对分子量,将测得的GRN量乘以0.406即得到萝卜硫素的转化量。目前并没有是否存在MYR或ESP的规定。如果ESP尚未完全失活,那么计算出来的萝卜硫素转化量就会高于实际产生的萝卜硫素的含量。那些声称萝卜硫素转化量且ESP尚未完全失活的西兰花芽苗粉末成分或补充剂仅可产生少量的萝卜硫素。

9.3加入外源性MYR后的萝卜硫素产量
通过添加足够的外源MYR以确保GRN完全转化为萝卜硫素,该方法克服了原材料可能仅含有GRN且可能完全或部分MYR失活的困难。 测定结果可能没有把添加外源MYR列入说明书,因此读者可能错误地断定该物质在摄取时就可产生萝卜硫素。

9.4. 内源性MYR产生的萝卜硫素产量
该方法更加类似于摄取补充剂后的体内情况,因为转化为萝卜硫素完全取决于加工后保留的ESP和MYR的量。与其他方法相比,这种方法可产生较低的萝卜硫素,但这可能是最可靠最接近萝卜硫素在人体生理学中的代谢途径的方法。

不同方法测定的相同补充物可能会产生完全不同的结果,更重要的是,只有存在有活性的MYR的补充剂才会在人体中发挥作用。评估萝卜硫素在细胞培养中的诱导能力的方法可以更可靠地评估或比较补充剂的临床潜力。PCR阵列和通路分析研究提供了基因表达数据,这是建立补充剂临床效果的另一个更接近的途径[169]。

10.结论
不断发展的营养基因组学在许多方面都证明了植物性食物对人类健康有重要作用,不仅仅是作为营养来源,更是一个巨大的植物化学物质库,这些植物化学物质能够与细胞内生物分子相互作用,影响基因表达。在食物中的数千种植物化学物质中,萝卜硫素具有成为理想的细胞保护性生物分子的性质,可作为整体食物补充剂以实际剂量递送。很多企业尝试着生产释放萝卜硫素的补充剂,但大部分都只有少量或没有生物活性,通常是种子或芽苗提取物。理想的萝卜硫素释放补充剂是除了水分,保留了整个西兰花芽的成分,进而保留了它的葡萄糖苷前体及黑芥子酶。与广泛用于膳食补充剂的其他植物化学物质相比,萝卜硫素比其他多酚类物质如姜黄素、白藜芦醇和水飞蓟素具有更高的生物利用度。它还能够更好地诱导NQO1的表达,这是一种在许多外源性毒素、氧化营养素和内源性代谢物的代谢中必不可少的II相解毒酶。这些比较性究研究质疑了许多畅销性补充剂的临床疗效。这种补充剂的所谓益处似乎需要比合理摄入量更高的细胞内浓度。

最初尝试的生产高效药物Nrf2诱导剂到目前为止还没有成功。考虑到与饮食有关的疾病普遍存在以及许多消费者已经接受了补充剂在个人健康管理中的作用,再经过适当验证,萝卜硫素释放补充剂可提供另一种支持人类健康的方法。还需要证明这类补充剂有足够的营养潜力,可以改变疾病的关键生化和生理危险因素。

 
 
 
图1:Nrf2激活后,与基因启动子区域的抗氧化反应元件(ARE)结合,从而增加基因表达的机制。
增加启动子区具有抗氧化反应元件的基因表达的机制。Keap-1含有27个提供巯基(-SH)的半胱氨酸残基,巯基可作为包括氧化应激在内的ARE诱导剂的传感器[69]。细胞核内小Maf蛋白对NFRF2的功能至关重要[170]。图改编自Kensler等人[51]
 
 

图2:常见植物化学物质作为补充剂和常用处方药的CD值。CD值是指使Ⅱ相解毒酶、醌还原酶的活性加倍的化合物所需浓度[83,87-89,91]
 
  
图3:常用植物化学物质补充剂生物利用度的比较[90, 124, 127–129, 153]
 

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