莱菔硫烷通过Nrf

十字花科植物（如西兰花、洋白菜、花茎橄榄等）含有的丰富硫代葡萄糖甙（glucosinolates，GS），被咀嚼时，经黑芥子硫酸苷酶（myrosinase）水解后产生异硫氰酸盐（isothiocyanates，ITCs），莱菔硫烷（Sulforaphane，SFN）是其水解后的主要存在形式，也是生物活性最高的代谢产物之一。越来越多的研究已经证实，莱菔硫烷具有很强的化学防癌和抗癌活性，对多种癌症具有较好的防治效果。莱菔硫烷在 1992 年首次被发现有巨大的防癌功能后，已经引起越来越多的关注，其防癌与抗癌涉及多种机制。

莱菔硫烷的作用机制

1．抑制Ⅰ相酶和诱导Ⅱ相酶活性

细胞色素 P450（cytochrome P-450，CYPs）是一种重要的Ⅰ相酶，能启动致癌物质的致癌作用并最终导致肿瘤的发生与发展。莱菔硫烷能够调节 CYPs 基因的功能与表达，在小鼠干细胞中，莱菔硫烷通过共价修饰抑制 CYPs-1A1 和 CYPs-281/2 活性，并且具有剂量依赖性，同时下调 CYP-3A4 的 mRNA 水平，从而降低 CYP-3A4 的活性，但莱菔硫烷对 CYP1A2 没有明显作用。在体外实验研究中，莱菔硫烷可能通过抑制Ⅰ相酶活性阻止 2- 氨基 -1- 甲基 -6- 苯基咪唑吡啶（PhIP）与 DNA 的链接，从而阻断致癌物质引起的 DNA 损伤对机体的损伤作用，其中是否还涉及到其他的作用机制有待于进一步深入研究。

醌氧化还原酶（NQO1）、谷胱甘肽硫转移酶（GST）、UDP- 葡萄糖醛酸转移酶（UGT）等Ⅱ相酶在机体内均具有很好的解毒作用。有研究发现，莱菔硫烷能够诱导以上几种Ⅱ相酶的活性，加速致癌物质的代谢与转化，从而解毒以保护机体免受致癌物质的攻击。最近的研究也表明，莱菔硫烷抑制Ⅱ相酶主要通过以下两种途径：破坏转录因子 Nrf-2（NF-E2-related factor-2）和锚着于肌动蛋白的细胞质蛋白 Keapl（Kelch-like ECH-associated protein-1）之问的相互作用（Nrf-2-Keap1 复合体）；抑制 MAPK 的活性。抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE）是位于Ⅱ相代谢酶基因的上游启动子区域的一段序列，其只对一些具有抗氧化能力的外来物反应，且具有较强的专一性，莱菔硫烷直接作用于 Keap1 上的巯基而破坏 Nrf-2-Keap1 复合体，或者激活 MAPK 信号通路使 Keap1 发生磷酸化，最终导致 Nrf-2 从复合体中被释放出来，Nrf-2 即可被激活而具有活性，然后发生核内转位，结合到 ARE 元件，参与转录激活Ⅱ相酶基因。

2．抗炎症抑制血管生成

炎症在血管发生的过程中扮演着至关重要的角色，也是肺癌发生、发展和转移的重要条件，抑制血管生成至今仍是临床上控制肿瘤发展的有效策略。血管内皮细胞对血管的发生起着重要作用，内皮细胞的迁移受其细胞外基质环境的影响。Ⅳ型胶原酶以及其他基质金属蛋白酶（MMP）的成员，尤其是 MMP-2 和丝氨酸蛋白酶家族（serine protease family）在血管的发生进程中作用甚大。血管内皮生长因子（VEGF）是血管发生最重要的始动因素，当 VEGF 与其结合后，引起信号转导的级联反应并且激活下游区的蛋白激酶途径，极大地促进了血管发生的进程。核因子 B（NF-κB）、促炎症介质、肿瘤坏死因子 -α（TNF-α）等均受血管内皮生长因子途径的调控。Bertl 等提出莱菔硫烷在肿瘤的化学预防以及治疗中具有抗血管生成活性，能够下调内皮细胞的激活、转移与增殖和血管形成的水平。

3．诱导细胞凋亡

诱导细胞凋亡是抑制肺肿瘤发展的重要机制，涉及到细胞形态学的变化、核染色质浓缩等过程，诱导肿瘤细胞的凋亡已经被认为是防治肿瘤的有效手段。莱菔硫烷诱导的细胞凋亡涉及到对预凋亡信号分子的激活和细胞外信号传导的抗凋亡分子的抑制。转化的人类 T 淋巴细胞中，莱菔硫烷能够显著下调细胞周期蛋白 D3，使细胞周期停滞于 G1 期。

4．在肺肿瘤防治中的作用

肺肿瘤在多因素作用下形成，经历多个阶段，涉及到遗传学和表观遗传学改变的病变过程，可认为是基因控制的细胞在增殖、分化以及凋亡过程中发生异常的结果。肿瘤的发展需要始动、发展和侵袭三个阶段。肺肿瘤的治疗除手术外还包括放疗、化疗、免疫疗法、激素疗法等，但其应用均因系统毒性、耐药性以及副作用受限制。

“化学预防（chemoprevention）”因其系统毒性低和副作用少的优点而引起人们越来越多的关注。化学预防的目标是阻止、延迟或逆转肿瘤对机体造成的损害。在多项小鼠模型中已经证实莱菔硫烷对肿瘤具有化学预防的性质。最新研究表明，莱菔硫烷抑制包括肺癌细胞在内的多种癌细胞的生长发育。有证据显示，莱菔硫烷能够诱导肺部肿瘤细胞凋亡和肿瘤细胞周期的停滞，从而抑制肺肿瘤细胞的增殖。菜菔硫烷能够选择性的诱导肿瘤细胞的凋亡而不会影响周边血液中正常淋巴细胞的生存，莱菔硫烷可能具有巨大的选择性抑制肿瘤细胞的性质。莱菔硫烷对多种肿瘤细胞均具有诱导癌细胞生长停滞和凋亡的作用。

肺癌放疗时合用莱菔硫烷，可以明显增加耐药肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。能够逆转肺肿瘤患者对化疗药的耐药性，为杀死耐药肿瘤细胞提供了可能性，为更好的克服肺肿瘤提供了新的希望。

莱菔硫烷也能够有效地减少顺铂（Cisplatin，CIS）造成的毒副作用。小鼠的实验研究中发现服用莱菔硫烷后使药物高浓度聚集在其中发挥了关键作用。莱菔硫烷与吉西他滨合用时，两者具有协同作用，明显减轻了吉西他滨对机体造成的毒副作用，具体机制尚需要进一步研究。

Nrf-2 信号通路的作用机制

Nrf-2 信号通路受到 Keap1 的负性调节。Keap1 在 Nrf-2 介导的抗氧化反应中起着“开关”的关键作用。

此外，Nrf-2 还具有多器官保护功能。Nrf-2 在肺脏的损伤与纤维化、呼吸系统的哮喘、神经系统的阿尔茨海默病和帕金森病、心脏血管疾病、狼疮样自 ，身免疫性肾炎以及黄斑变性等疾病均具有器官保护作用，其中转录因子 Nrf-2 的调控被认为是其最重要的防御机制之一。

莱菔硫烷通过 Nrf-2 信号通路对肺肿瘤的双面作用

如前所述，Nrf-2 已经被广泛的研究证实其在许多人类疾病中均具有保护机体的作用。但有研究发现，Nrf-2 介导的信号通路上调时对肺部肿瘤细胞具有保护作用，提高了肺部肿瘤细胞的耐药性，包括在顺铂、阿霉素和依托泊苷治疗肺肿瘤的实验过程中，Nrf-2 可以保护肺肿瘤细胞免受这些化疗药物的杀伤作用，并且当随着 Nrf-2 表达水平下调时，肺肿瘤细胞对化疗药物的敏感性随之提高，并且在消除 Nrf-2 的 siRNA 的小鼠肺癌细胞对顺铂的治疗更为敏感。

Nrf-2 不仅保护肺正常细胞转化为癌细胞，而且在有害环境中还促进肺癌细胞的生长，在其他脏器中也有类似发现，如在肝细胞癌的发展过程中，Nrf-2 和 GSTP1 的表达水平上调，因为 GSTP1 是肿瘤生长的标志，在正常组织中缺乏但在肿瘤组织中过表达，这也提示 Nrf-2 可能与癌症的发展有一定的关系。此后，越来越多的证据提示，Nrf-2 在肺肿瘤的发生和肺肿瘤耐药方面起积极作用。

总之，这一系列的研究表明 Keap1 功能的丧失可能会导致 Nrf-2 下游基因的激活，最终使 Nrf-2 活性表达时间的延长，从而为肺肿瘤的生长提供有利条件。这与之前的研究结果不一致甚至足截然相反的。

许多 Nrf-2 的下游基因已被观察到与依赖于其的化学耐药和促肿瘤生长作用相关联。其中，亚铁血红素氧化酶 -1（heme oxygenase-1，HMOX-1）最终产物具有抗氧化剂活性，能够保护细胞免受氧化应激的损害，因此，在细胞生存和抗炎症反应中起着重要作用。与 Nrf-2 类似，HMOX-1 的过表达会通过多种方式促进肿瘤细胞的生长与生存能力，比如刺激肿瘤细胞的快速生长、增加肿瘤细胞对应激和凋亡的耐受性、促进肿瘤新生血管的生成以及有助于肿瘤细胞的扩散等，在被病毒感染的黑素瘤细胞中，HMOX-1 的过表达所导致的细胞加速分裂与分化产生新生血管以及对 H2O2 引起的氧化应激的耐受等均支持了这一观点。在 A549 细胞系中，Nrf-2 和 HMOX-1 的过表达使 A549 相对于其他肺癌细胞对顺铂等传统疗法更容易产生耐受性，因为 siRNA 或锌原卟啉（一种药理学上的 HMOX-1 抑制剂）对 HMOX-1 的抑制作用会使得肿瘤细胞对顺铂的敏感性显著提高。除了 HMOX-1，其他 Nrf-2 的下游基因如 Prx1、GPx 和 TrxR 等也被观察到在肺肿瘤组织中的表达水平上调，这可能也与化学耐药具有一定的相关性。

结论

自 Nrf-2 信号通路发现以来，很多研究证实了其在肺肿瘤防治过程中的积极作用，大都集中在 Nrf-2 的诱导剂对肿瘤的化学预防上方面，但随着对其研究的不断深入，Nrf-2 的消极作用渐渐被人们重视，Nrf-2 的过表达不仅不会对肺肿瘤有防治作用，反而会促进肺肿瘤的发生与发展，增加肺肿瘤细胞的耐药性，这提示 Nrf-2 可能在肺肿瘤治疗过程中起双重作用。而莱菔硫烷的化学预防机制之一就是通过 Nrf-2 信号通路发挥作用，我们将在莱菔硫烷对 Nrf-2 通路调控的“度”方面进行深入研究，诱导其向着对机体有益的方向发展，同时我们也在寻找 Nrf-2 下游基因的阻断剂以求达到调控下游基因的表达，抑制肺肿瘤细胞的生长与分化，最终达到治疗肺癌的目的。

编辑： 雨声