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低成本化学预防:通过富含萝卜硫素的食物靶向Nrf2

发表于:2018-12-14   作者:福山驱动翻译   来源:原文作者Li Yang, Dushani L.   点击量:

 
 
导语:
因为具有高效、安全、耐受性好、可行性高以及低成本等特点,具有生物活性植物化合物的食物在癌症的化学预防战略部署中得到越来越高的关注。西兰花特别是西兰花芽苗中因富含具有生物活性的萝卜硫苷(萝卜硫素的生物前体),已被多种试验证明是一种很有希望的化学预防药物,它不仅可以预防多种癌症,例如乳腺癌,前列腺癌,结肠癌,皮肤癌,肺癌,胃癌和食管癌;在心血管疾病,神经退行性疾病以及糖尿病等疾病的预防中也呈现明显效果。萝卜硫素是Nrf2信号通路最强效的诱导剂之一,它能通过激活Nrf2信号通路来保护生物机体免受氧化应激、有毒环境暴露、氧化应激等刺激信号的伤害,从而达到疾病预防的功效。
 
肿瘤学研讨会:低成本化学预防—通过富含萝卜硫素的食物靶向Nrf2
老龄化,人口增长以及不良生活方式,例如吸烟、饮食肥胖食物和久坐等生活习惯都在慢慢增加全球癌症的发病人数。根据2014年世纪肿瘤报告提供的数据,在2012年由癌症致死的人数有820万,而这一数字预计在2030年会超过1400万。其实大部分的癌症是可以进行有效预防的,例如通过控制吸烟、推广体育运动、接种疫苗等途径。食物或是食物提取物也被证明是一种有效抑制癌症的方法,而且比提取植物化合物和药物更节约成本,但是从经济的现实考虑世界上大部分的患癌风险高的人群并不能消费得起这些伴随精准医疗发现并合成的分子靶向药物。但是,这些人却可以吃到并承担得起当地富含植物活性化合物的食物。
 

数十种非营养型植物化合物被证明是实验中致癌物的抑制剂,而且有相关的综述可查阅。这些非营养型植物化合物多数来源于食物,例如蔬菜、水果、药草、辣椒和茶叶。有充足的证据表明食用这些食物本身可能是最有效减低患癌风险的途径;因为食用全食物的同时会输送多种具有生物活性的植物化合物,这些活性植物成分会在肿瘤形成的不同过程起到促进或抑制的作用。这类食物就像是一种复方药,所以食用这类食物也相当于是在运用组合医疗。
 

正是因为具有高效、安全、耐受性好、可行性高以及低成本等特点,含具有生物活性植物化合物的食物在癌症的化学预防战略部署中得到越来越高的关注。萝卜硫苷是一种天然的植物活性成分,主要产生于十字花科类的蔬菜中,例如西兰花。萝卜硫苷被发现是一种很有希望的化学预防药物,因为它不仅可以预防多种癌症,例如乳腺癌,前列腺癌,结肠癌,皮肤癌,肺癌,胃癌和食管癌;在心血管疾病,神经退化性疾病以及糖尿病等疾病的预防中也呈现明显效果。使用萝卜硫素、或者其生物前体萝卜硫苷、或者是富含萝卜硫苷的西兰花芽苗进行的临床前预防实验和临床实验已经充分验证了其预防功能。而且相关的药物动力学和药效学研究也已经完成。
 

细胞中有一些信号通路是用来保护细胞和组织免被癌化、变异和其它一些毒性刺激伤害的。萝卜硫素可以影响细胞中的多种目的靶标蛋白。Nrf2-Keap1通路就是萝卜硫素影响的一条关键信号通路,萝卜硫素通过调控该信号通路进而在动物模型中起到广泛的药效功能。
 
 

摘要:因为具有高效、安全、耐受性好、可行性高以及低成本等特点,富含生物活性植物化合物的食物在癌症的化学预防策略中越来越被关注。萝卜硫苷是一种天然的植物活性成分,主要产生于十字花科类的蔬菜中,例如西兰花。萝卜硫苷是一种很有希望的化学预防药物,因为它不仅可以预防多种癌症,例如乳腺癌,前列腺癌,结肠癌,皮肤癌,肺癌,胃癌和食管癌;也能预防心血管疾病,神经退化性疾病以及糖尿病等疾病。由于实验的需要,临床前预防功能的实验证明主要是用萝卜硫素,而在临床实验中主要使用的是西兰花芽苗,因为其中富含萝卜硫素或是其生物合成前体的萝卜硫苷。大量与萝卜硫苷化合物或者是富含萝卜硫素的食物相关的药物动力学和药效学研究已经完成。萝卜硫素可以影响细胞中的多种目的靶标蛋白。Nrf2-Keap1通路就是萝卜硫素影响的一条关键信号通路,萝卜硫素通过调控该信号通路进而在动物模型中起到广泛的药效功能。本篇综述总结了目前有关萝卜硫素的临床前研究成果并指出了通过富含萝卜硫素或萝卜硫苷的食物进行临床化学预防的进展和挑战。
 

1.引言
老龄化,人口增长以及不良生活方式,例如吸烟、饮食肥胖食物和久坐等生活习惯都在慢慢增加全球癌症的发病人数。根据2014年世纪肿瘤报告提供的数据,在2012年由癌症致死的人数有820万,而这一数字预计在2030年会超过1400万。超过2/3的癌症患者发生在发展中国家以及新近的发达国家。一大部分的癌症在现有对癌症的认知上是可以进行预防的,例如通过控制吸烟、接种疫苗、早期诊断及治疗。推广体育运动和健康饮食也可以控制癌症的发生。食物或是食物提取物也被证明是一种有效抑制癌症的方法,而且比提取植物化合物和药物更节约成本,虽然后两者也被证明是有效的癌症预防手段。改善饮食习惯以及推广运动是当下能够在发展中国家广泛推进的癌症预防手段。可是,只要能发现有效、安全、耐药性好、可行性高而且成本低的新节俭预防方法,节俭预防医学也会日益重要。在寻找更好更精确的癌症标志物和相对应的分子靶向药物方面,化学预防科学在美国和欧洲主要跟随精准医学的步伐在发展,但是从经济的现实考虑世界上大部分的患癌风险高的人群并不能消费得起这些新一代合成的分子靶向药物。但是,这些人却可以吃到并承担得起当地富含植物活性化合物的食物。因此,对这种具有化学预防功能的植物化合物的青睐会促进地方的保护功能食物进而可能在文化理念上的指导和改善饮食习惯。
 

已发现数十种非营养素素植物化合物可在实验实验中抑制癌症发生 。这些非营养素植物化合物多数来源于食物,例如蔬菜、水果、药草、辣椒和茶叶。有充足的证据提示食用这些食物本身可能有效减低患癌风险;因为食用全食物的同时会输送多种具有生物活性的植物化合物,这些活性植物成分会对肿瘤形成的不同过程起到促进或抑制的作用。这类食物就像是一种复方药,所以食用这类食物也相当于是在运用组合医疗。通过食物本身在食用的过程中输送这些有活性的植物化学成分本身是最节省成本的方式,只是这样会阻碍我们搞清楚食物中起保护作用的植物化合物及其作用机制。一些受关注的分子信号通路会被用来鉴别生物活性分子,筛选具有保护功能的食物,用于监测质量,以及做为确认药效的标志物。Nrf2细胞信号通路正是其中一条广受关注的通路并被广泛用来测试各种化学预防药剂。
 

2. 萝卜硫素的调控靶标:Nrf2信号通路
细胞中有一些信号通路是用来保护细胞和组织免被癌化,变异和其它一些毒性刺激伤害的。Nrf2是一个转录因子,属于碱性亮氨酸拉链结构CNC转录因子家族,被认为是应对外界刺激信号的一个重要调控因子。在正常环境下,Nrf2被Keap1锚定在细胞质中,进而被泛素化然后被蛋白酶体降解。在亲电信号、氧化和炎症环境下,Nrf2在胞质的降解过程被破坏,从而进入细胞核并通过抗氧化响应元件(ARE)序列来激活这些基因的表达,进而平衡细胞内氧化还原环境、中和亲电信号和活性氧的刺激,改变细胞代谢,增强对影响细胞命运的损伤蛋白质以及核苷酸的识别、修复和清除。几十年的相关研究证明了Nrf2信号通路能够被低浓度含巯基活性分子的一类化合物激活 。有趣的是,这一类化合物通常能够从自然环境或是食物中获得。通过从化学分子库或是自然产物中筛选Nrf2信号通路的诱导剂已经找到一些可用于化学预防的药剂。这些化学分子或是天然产物的药效也会随着Nrf2基因的突变或缺失而失去功效。萝卜硫素就是一个能够激活Nrf2而起到细胞保护作用的化合物。
 

萝卜硫素是自然界中最强效的Nrf2信号通路诱导剂之一,在纳摩尔级别就展现出了明显的诱导效用。这种强诱导能力部分原因是由于萝卜硫素能够与细胞中的谷胱甘肽可逆结合从而在细胞内聚集。Keap1是一种富含半胱氨酸的蛋白,它能够感应抗癌化合物从而调节Nrf2信号通路的活性。通过质谱分析被萝卜硫素处理过的Keap1重组蛋白的加合物,Hong等人发现萝卜硫素能够改变Keap1的蛋白结构。Hu等人进一步的研究发现,萝卜硫素改变的主要是Keap1在151位的半胱氨酸 。这与体内实验中得到的观察结果一致。通过图1,我们看到萝卜硫素的出现改变了151位半胱氨酸从而影响了Keap1与Cul3泛素连接酶的结合,进而使Nrf2逃脱泛素化降解。因此,Nrf2能够进入细胞核从而转录激活下游基因,例如NADPH:醌氧化还原酶1(NQO1)。当把Keap1 第151位的半胱氨酸突变成丝氨酸的时候,萝卜硫素引起的Nrf2核积累和下游基因的激活就消除了。
 
 
 
图1. Keap1-Nrf2相互作用模式图。Keap1通过铰链区(ETGE)和锁存域(DLG)结合到Nrf2,随后,Nrf2被泛素连接酶Cul3识别并被泛素化而最终被降解。在有萝卜硫素的情况下,萝卜硫素会随氨甲酰化反应结合到Keap1第151位的半胱氨酸上,从而破坏了Gul3与Keap1的结合,因此也消除了Nrf2的泛素化过程。之后新转录翻译成的Nrf2会转移到细胞核内去激活它的下游靶基因。Nrf2的下游基因包括多种形式的谷胱甘肽巯基转移酶(GSTs),这些酶可以把谷胱甘肽结合到吸收到体内的空气污染物(例如丙烯醛、苯和丁烯醛等)上,从而使这些污染物能最终以硫醇尿酸形式随尿液排出。
 

3. 萝卜硫素的分子靶标:不仅仅是Nrf2
大量的证据表明萝卜硫素是一种非常有效的化学预防药剂,它不仅能够预防多种癌症的发生,还能抑制多种其它疾病,例如心血管疾病、神经退行性疾病、自闭症和糖尿病。在细胞或是动物模型中,萝卜硫素都有很多分子靶标。除了能够激活Nrf2-Keap1信号通路,萝卜硫素还能改变细胞异质代谢中细胞色素P450代谢酶。有报道表明萝卜硫素在HepG2和MCF-7细胞中能够抑制多环芳香烃诱导激活的细胞色素P450酶CYP1A1和CYP1A2的活性;在MCF-10A细胞中抑制CYP1B1的活性;在大鼠肝细胞中抑制CYP2B1/2的活性。然而在MCF-10A细胞中上调CYP1A2的活性。萝卜硫素调节P450代谢相关酶类活性的内在分子机制还不是很清楚,但是很可能与Nrf2和芳香烃受体信号通路关联 。萝卜硫素在高浓度的时候还能够促进各种癌细胞的凋亡,包括乳腺癌、结肠癌HT29、前列腺癌以及肺癌。还有报道指出萝卜硫素在MCF-7细胞中能够抑制有丝分裂和细胞微管蛋白的聚合反应。萝卜硫素还能诱导晚期前列腺肿瘤干细胞的清除。通过促进间充质干细胞的自我更新和脂肪细胞的分化,萝卜硫素能抑制乳腺癌细胞的迁移和成瘤能力。此外,萝卜硫素还能够抑制乳腺癌肿瘤干细胞的生长。萝卜硫素通过Nrf2-Keap1通路还能抑制雌激素-DNA加合物的形成。别的信号通路对萝卜硫素发挥功能也很重要,例如最近报道的萝卜硫素在肿瘤坏死因子处理过的血管平滑肌细胞中抑制血管粘附分子1的表达,就通过影响丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和NF-kB信号通路实现的。
 

表观遗传学的调控是一种不通过基因序列的变化而达到稳定改变基因表达水平的方法。最近,具有生物活性的植物成分在基因表观遗传学中的作用得到越来越多的关注。
 

据Kong研究组最近的报道,在小鼠皮肤表皮细胞系JB6中,萝卜硫素降低了Nrf2基因启动子序列区域中前15个CpG的甲基化水平从而上调了Nrf2基因的表达。该实验组成员还发现萝卜硫素能降低DNA甲基转移酶(DNMTs)以及组蛋白脱乙酰基酶(HDAC1/2/3/4)的蛋白表达水平。这些发现表明萝卜硫素在肿瘤发生的过程中可以调控表观遗传的变化而控制Nrf2基因的表达水平 。萝卜硫素在前列腺癌细胞系LnCaP中可以抑制DNA甲基转移酶的表达,同时降低细胞c-Myc基因启动子区域和多个Sp1结合位点区域的甲基化水平从而抑制周期蛋白-D2的转录表达。在乳腺癌细胞系MCF-7和MDA-MB-231中萝卜硫素也能抑制端粒酶反转录酶(hTERT)、端粒酶催化调控单元和DNA甲基转移酶的表达。在这项研究中,萝卜硫素下调DNA甲基转移酶的表达而直接导致了端粒酶反转录酶基因第一个外显子区域中特异位点的CpG的去甲基化水平,因此更利于CTCF的结合进而抑制DNA甲基转移酶的表达。
 

研究发现萝卜硫素在BPH-1,LnCaP,前列腺表皮细胞系PC-3,结肠癌细胞系HCT116 和人胚肾细胞系293中能抑制组蛋白脱乙酰基酶(HDAC)的活性。而且萝卜硫素不仅能够在细胞实验中抑制HDAC的活性,在动物模型上也能达到抑制的效果。借助野生鼠和Apcmin鼠,Myzak等人发现萝卜硫素抑制组蛋白脱乙酰基酶,从而导致了P21和bax基因启动子区域的组蛋白的乙酰化水平的上升。而在癌变的正常细胞和腺癌细胞中,基因表达由于正常抑制调控的打乱会引发细胞周期抑制和细胞凋亡,从而抑制胃肠道中息肉的形成。通过PC-3肿瘤移植鼠,Myzak等人进一步发现萝卜硫素通过移植HDAC的活性从而抑制了前列腺癌PC-3抑制肿瘤的生长。同样,在以人为对象的实验中,实验对象食用68克西兰花芽3到6小时之后能显著地抑制外周血单核细胞中HDAC的活性。
 

4.十字花科植物与萝卜硫素的联系
基于流行病学的研究发现食用十字花科蔬菜与多种肿瘤的低发病率相关。Talalay和同事们对该类蔬菜和其它类型的蔬菜中的具有活性的提取物做了筛选。这次,他们并没有发现能够影响Nrf2活性的化合物,但是发现一些能调控与Nrf2同样具抗氧化作用的基因,例如谷胱甘肽-S-转移酶、UDP-葡糖醛酸基转移酶、还原型辅酶/醌氧化还原酶(NQO1)。此外除了抗氧化类植物化合物,他们还从蔬菜中筛选到异硫氰酸酯?一种活体内抗致癌剂分子。在Hepa 1c7c细胞中以NQO1作为筛选标志物,西兰花提取物的不同分馏组分用高压液相色谱法(HPLC)进行分析并通过NQO1筛选,从活跃组分中分离得到的微黄色液体能够激活NQO1,经验证是萝卜硫素。萝卜硫素 (1-异硫氰酸-4-甲磺酰基丁烷)的分子式为CH3-SO-(CH2)4-N=C=S,包含一个N=C=S基团,属于异硫氰酸酯家族中的一员。萝卜硫素在十字花科蔬菜如西兰花、布鲁塞尔圆白菜、花椰菜和甘蓝菜中以硫代葡萄糖苷(萝卜硫苷,图2)-一种更稳定的前体形式存在。萝卜硫苷能够被黑芥子酶转化成萝卜硫素。黑芥子酶是一种β-葡萄糖硫苷酶,能在破碎的蔬菜或是肠道细菌中发现。在植物中,萝卜硫苷在空间分布上与黑芥子酶存在区别,黑芥子酶主要存在于生成葡萄糖异硫氰酸酯植物各组织的异化细胞(黑芥子酶细胞)中。在咀嚼和切碎过程中,就像对抗病菌和昆虫入侵一样,植物激活自己的防护机制从而从细胞或细胞器中释放萝卜硫苷和黑芥子酶。萝卜硫苷接触到黑芥子酶会被迅速水解释放出葡萄糖基,而剩下的不稳定的糖苷配基会重新组合成稳定的代谢产物?萝卜硫素(图2)。在不同的温度、酸碱度或亚铁离子环境中,萝卜硫苷与黑芥子酶的反应产物会有变化。在碱性或中性环境下,硫代葡萄糖苷水解后的主要代谢产物就是异硫氰酸酯类化合物,例如萝卜硫素。相反,在酸性环境或是亚铁离子存在的情况下,经过上皮硫特异蛋白酶的分解,葡萄糖异硫酸盐类物质的最后产物主要是不具生物活性的腈类物质。
 
 
 
图2. 西兰花中的萝卜硫苷被植物黑芥子酶或者,如果植物芥子酶被食物烹饪过程中被破坏的话,被人体肠道细菌分泌的β-葡糖硫苷酶转化成萝卜硫素。萝卜硫素可以很快被人体吸收,然后被谷胱甘肽巯基转移酶(GSTs)结合上谷胱甘肽,之后会被γ-谷氨酰转肽酶(GTP)、半胱氨酰甘氨酸酶(GCase)、 N-乙酰转移酶(NAT)代谢降解。谷胱甘肽结合物会随全身循环系统转移,在此过程中硫醇尿酸及其前体会随尿液排出。谷胱甘肽结合物也会发生分离并生成异硫氰酸酯和萝卜硫素。萝卜硫素的出现在尿液中的降解产物主要是硫醇尿酸和半胱氨酸结合物。
 

萝卜硫苷虽然在十字花科整个植物中都有,但是在繁殖器官中含量最丰富,例如种子、花序、果实、以及幼叶、根、成熟叶,这些都是包括萝卜硫苷-黑芥子酶系统在内的植物防护系统重点保护的器官。由于可行性高、安全、有效的优点,把富含萝卜硫苷的西兰花芽苗提取物用作新的化学预防药剂吸引越来越多的关注。然而,为了保证实验结果的重复性,在动物模型上研究萝卜硫苷的机理和效用上还是主要使用的分离的萝卜硫素。
 

有充足的证据表达萝卜硫素能被快速吸收,口服萝卜硫素也能迅速达到发挥生物活性需要的浓度,并能够被输送到各个器官中被吸收、代谢以及随尿液分泌排出,分泌主要以硫醚氨酸-N-乙酰半胱氨酸(NAC)复合物的形式(图2)。给F344大鼠口服50 μM的萝卜硫素,血清中萝卜硫素浓度在4小时达到峰值,2.2小时后会减少一半,24小时后就基本检测不到萝卜硫素的存在了。在Sprague-Dawley大鼠中,按照 50 mg/kg腹腔注射萝卜硫素,24小时后60%的萝卜硫素会出现在尿液中以N-乙酰半胱氨酸(NAC)复合物的形式排出。给小鼠口服萝卜硫素后,萝卜硫素能在小鼠各组织中都能检测到,其中胃里的含量最高,其次是膀胱;在结肠、前列腺和几个别的器官中含量较低。但是,在别的动物模型中,小鼠口服萝卜硫素后2小时和6小时,体内萝卜硫素发现最多是在小肠,前列腺,肾和肺组织里;萝卜硫素的代谢物能在所有组织中发现。
 

5. 萝卜硫素的临床前研究
表1中总结了萝卜硫素可以作为多种癌症发生过程的抑制剂,不管是在化学试剂诱导的肿瘤模型,基因修饰的肿瘤小鼠模型还是在肿瘤移植模型中。萝卜硫素最明显的效用发生在肿瘤初发时期;在关于萝卜硫素在肿瘤成形后的效用同样有报道。最早关于萝卜硫苷肿瘤化学预防功效的实验是在Sprague-Dawley大鼠上用DMBA诱导的肿瘤模型中。在DMBA诱导肿瘤的过程中,对大鼠喂食萝卜硫素(75 umol或150 umol连续5天),然后发现喂食萝卜硫素的大鼠在肿瘤发生率、肿瘤数量及肿瘤重量上都比对照组来的明显降低或减少。同样的大鼠模型随后还被用来测试3天西兰花芽苗提取物的肿瘤预防功效,因为西兰花芽苗中含有丰富的萝卜硫素前体萝卜硫苷。与喂食萝卜硫素的实验结果一致,西兰花芽苗提取物也能明显地降低DMBA诱导肿瘤的发病率和数量。随后在Sprague-Dawley大鼠中进行的药物代谢动力学发现萝卜硫素在乳腺上皮细胞中能诱导NQO1的转录水平、蛋白表达水平以及其活性,这与Nrf2的抗氧化保护机理是一样的。
 

在哺乳动物模型中进行的实验给萝卜硫素在肿瘤发生不同时期的保护功能以及Nrf2在该保护功能中的作用提供了最直接的证据。在SKH-1无毛小鼠中,通过局部给药的方式,含1 umol萝卜硫素的西兰花芽苗提取物能显著抑制紫外线诱发肿瘤的概率。无论是肿瘤发生率还是肿瘤数量上跟对照组相比,芽苗提取物处理后的小鼠都有50%的降低。另外在SKH-1小鼠中,萝卜硫素还有效抑制了紫外线诱发的鳞状细胞癌的数量和肿瘤负荷。越来越多的证据表明萝卜硫素对皮肤癌的抑制效果不仅体现的初发时期而且还能在肿瘤成形后减慢肿瘤生长速度。在经典的双时期皮肤癌模型中,皮肤癌先被DMBA诱导形成,之后用12-O-十四烷酰佛波醋酸酯-13 (TPA)重复处理促进肿瘤生长,随后干预实验发现萝卜硫素在TPA促进肿瘤生长的阶段中仍能有效抑制肿瘤发生率和数量,而在DMBA诱发肿瘤时期却没有明显抑制效果。但是,Xu等人发现先用萝卜硫素处理小鼠后再用DMBA诱导和TPA处理的小鼠,在肿瘤的发生率和数量上跟对照组有显著的抑制效果 。更有趣的是,如果在该实验中用萝卜硫素处理Nrf2敲除后的小鼠,萝卜硫素的肿瘤预防作用就没有了。这个实验说明了Keap1-Nrf2信号通路在萝卜硫素对皮肤癌肿瘤预防的功能中起重要作用。之前还有实验证明萝卜硫素能预防苯并a芘诱导的前胃肿瘤的数量,但是对Nrf2敲除的小鼠却没有改作用。
 

萝卜硫素还能抑制各种移植瘤的生长。萝卜硫素显著地抑制了人源前列腺癌细胞PC-3移植瘤在小鼠体内的生长。通过腹腔注射萝卜硫素同样也能显著抑制LM8骨肉瘤细胞在Balb/C裸鼠体内的生长。皮下注射萝卜硫素还能显著抑制在Ncr-nu/nu裸鼠中肺癌A549移植瘤的肿瘤重量和体积。萝卜硫素还可以抑制黑色素瘤B16在C57B1/6体内移植瘤的体积。
 
表1. 动物模型中萝卜硫素的化学预防活性
 
 
6. 萝卜硫素的临床研究
Talalay和同事们对人们食用西兰花芽苗萝卜硫素富集(SFR)或萝卜硫苷富集(GRR)水提取物做了大量的药效学和安全性研究。为了保证实验结果的一致性和可重复性,实验中使用的西兰花芽苗提取物都使用一样的营养配方和种子来源。首先,这些实验先确保了富含萝卜硫素或萝卜硫苷水提取物的安全性。最大剂量的确定是根据提取物口味、胃肠刺激以及肠胃胀气这些因素。其次,他们指出了一系列不同剂量萝卜硫素富集提取物(SFR)饮品在体内吸收和消除的线性关系。第三,在萝卜硫素富集(SFR)或萝卜硫苷富集(GRR)水提取物实验中,萝卜硫素的生物有效性比萝卜硫苷好很多。因此,很多已经结束的或是正在进行中的临床试验都是从西兰花芽苗中制备来的,ClinicalTrial.gov上面列有相关的综述。表2和下文总结了其中一部分试验的关键问题和主要发现。
 

在一项乳腺癌干预实验中,给8位在进行乳房整形手术的乳腺癌妇女患者口服含有200umol萝卜硫素的西兰花芽苗提取物。该实验目的是研究萝卜硫素是否以及在多大程度上能够保护乳腺组织中还没发生癌变但是有可能变异的细胞。实验中用检测异硫氰酸来代替测量萝卜硫素,结果发现尿液中异硫氰酸含量比对照组高出40倍,在血清中异硫氰酸含量高出90倍。在乳腺组织中检测到2 umol/L的异硫氰酸。同时考虑到之前有报道在乳腺上皮细胞微球体培养过程中加萝卜硫素处理可以激活Nrf2的下游基因,而且能够消除雌激素和DNA结合形成的加合物,因此在以后设计临床试验去研究西兰花芽苗提取物对乳腺癌风险的保护作用是合理的。
 

别的实验研究了萝卜硫素以西兰花芽苗提取物的形式能否调控代谢以及消除环境中致癌物。中国启东是乙型肝炎病毒和黄曲霉毒素泛滥的区域,因此此地也成为肝细胞癌的高发地区,在这一地区做了一些萝卜硫素相关的研究。2003年,从3天大西兰花芽苗制备来的水饮品,其中含有一定量的萝卜硫素前体萝卜硫苷,该饮品被用来测试萝卜硫素消除黄曲霉毒素的功能。启东地区黄曲霉毒素的泛滥主要源于人们饮食的主要成分中有真菌污染。在该项实验中,200个健康成人每晚饮用西兰花芽苗饮品连续2周,其中含有400 umol或是<3 umol的萝卜硫苷,尿液中由肝细胞DNA加合物经脱嘌呤过程后形成的黄曲霉毒素-N7-鸟嘌呤脱嘌呤在饮用不同西兰花芽苗饮品的人群中并没有呈现出显著差别。然而,在尿液中检测到的萝卜硫苷代谢产物却显示出了萝卜硫苷在不同人之间生物有效性有明显差异。这个结果说明了不同人对萝卜硫素或是萝卜硫苷的水解代谢速率是有个体差异的。由于这个差异,在总的萝卜硫素代谢产物分泌量与尿液中黄曲霉毒素-N7-鸟嘌呤之间呈现出明显的负相关。该项研究发现了可在黄曲霉毒素暴露高风险人群中使用的一种便宜、容易施行、基于食物的潜在二级预防方案。在这项试验之后的干预年代里,推行从黄曲霉毒素污染食物转移到无污染的食物的一级预防手段显著降低了该地区的肝癌年龄标准化发生率。
 

在中国该地区出现的另一个问题是户外空气污染。对人们尿液中空气污染物多环芳香烃及菲的代谢产物菲四醇含量检测发现,2003年启东地区的尿液样本中菲四醇含量是美国明尼阿波里斯市圣保罗地区人的4-5倍。作为黄曲霉毒素的生物标志物,在菲四醇和萝卜硫素代谢产物间也存在一个明显的负相关。
 

在设计临床干预试验时会面临的挑战主要包括:确定合适的剂量、配方的组成以及给预防药剂的进度表。在2009年的一项临床试验中,50个健康受试者饮用两种西兰花芽苗制备的饮品:一种是富含萝卜硫素的饮品(SFR),另一种是富含萝卜硫苷的饮品(GRR)。萝卜硫素的生物有效性和耐受性在受试人群中进行了比较。经过5天的磨合期,7天的一种饮品的干预期,5天的清洗期,然后是7天另一种饮品的干预期,最后测试的结果显示饮用富含萝卜硫素饮品(SFR)后的受试者尿液中分泌的萝卜硫素及其代谢物比饮用富含萝卜硫苷饮品(GRR)高,前者的含量是70%而后者只有5%,但是在体内清除的速度则是前者比后者慢。尿液中的菲四醇含量在这些2009启东受试人群中仍然较高。这些受试者的尿液中分泌的硫醇尿酸-空气污染物丙烯醛、巴豆醛、氧化乙烯以及苯的代谢标志物含量在干预前后也经过液相串联质谱进行过检测。在饮用萝卜硫素饮品、萝卜硫苷饮品或者两种饮品都使用过的受试者的尿液中,谷胱甘肽结合后的丙烯醛、巴豆醛和苯分泌量有20%-50%的显著增加。但是在萝卜硫素和萝卜硫苷饮品饮用人群之间对污染物生物标志物的影响却没有明显差别。
 

在最近完成一项12周有安慰剂对照组的随机临床试验中,来自启东的291个参与者饮用含有40 umol萝卜硫素和600 umol萝卜硫苷的西兰花芽苗饮品,空气污染物苯和丙烯醛代谢产物硫醇尿酸含量被用作检查健康风险的生物标志物。结果发现饮用西兰花芽苗饮品能增强对空气污染物的解毒能力。其中,有谷胱甘肽-苯复合物的和谷胱甘肽-丙烯醛复合物的分泌量在西兰花芽苗饮品的干预人群明显高于安慰剂对照组人群,其含量分别为61%和23%。而且在整个干预过程中空气污染物代谢产物硫醇尿酸的分泌都是持续高效快速的。经SFR和GRR混合后西兰花芽苗提取物中的萝卜硫素在受试者中呈现出稳定的生物有效性。受试者饮用芽苗混合提取物24小时后的尿液中有平均50-60 umol的萝卜硫素代谢产物,尿液中主要的代谢产物还有萝卜硫素-N-乙酰半胱氨酸(80% - 81%),萝卜硫素-半胱氨酸(12% - 14%)以及萝卜硫素自由基(5% - 7%)。另外,还有不到1%的谷胱甘肽结合后代谢产物。总体来看,这项研究提供了最有力的证据证明西兰花芽苗饮品能够加速环境中致癌物和有毒物质在体内的清除。实验也暗示了Nrf2信号通路在西兰花芽苗保护功能中的作用,但是没有直接的证明,因为实验中只是提到了GST亚基及NRF2启动子区域多态性对西兰花芽苗对苯的解毒功能有影响。
 
表2. 使用富含萝卜硫素(SFR)或萝卜硫苷(GRR)的西兰花芽苗制备剂进行的Ⅰ期和Ⅱ期临床肿瘤预防试验
 
 
 
7.结论
使用完整食物或是单个提取物进行的干预实验给降低全球日益增加的肿瘤负担提供了另一种解决途径,相比于提取分离的植物化合物和药物。富含萝卜硫素或萝卜硫苷的西兰花芽苗提取物提供了另一种降低全球肿瘤负担的方案。这项临床试验使用环境中致癌物黄曲霉毒素和空气污染物的标志物作为检测萝卜硫素的保护功效,也给以后的类似研究提供了参考。最近进行的一项有安慰剂对照双盲随机试验中,干预对象在18周内连续每日口服萝卜硫素,结果显示泛自闭障碍标志物会受到干预,这表明了萝卜硫素的保护功能还可以从癌症延伸到别的疾病上。结合到别的临床试验结果,很多美国FDA批准的针对Nrf2的药,例如针对多发性硬化症的二甲基延胡索酸,针对慢性肾脏病的甲基巴多索隆,这些药适用的病症或是高危人群同样可以考虑适用萝卜硫素进行预防。当然,进一步研究出更合适的组方,找到稳定生物有效性的方法,寻找更多更有效表明药效的标志物,同时还要保持最低的成本,将会是未来基于食物方法进行化学预防需要进步和改善的地方。
 

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