趙鳴鸞綜述 吳曉羽審校

蘿卜硫素 (1-異硫氰酸-4-甲磺?；⊥? sulforaphane, SFN) , 又稱“萊菔子素”, 是一種天然的有機(jī)硫抗氧化劑，提取自西蘭花屬植物的生物活性物質(zhì), 是迄今發(fā)現(xiàn)的抗氧化能力較強(qiáng)的物質(zhì)之一，具有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)炎性介質(zhì)等生物學(xué)效應(yīng)。SFN已被研究用于多種疾病, 包括呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和腫瘤等。就SFN的作用機(jī)制以及其對(duì)心血管疾病的影響進(jìn)行如下綜述。

1 蘿卜硫素(SFN)簡(jiǎn)介

心血管疾病(CVD)是一類涉及心臟或血管的疾病，例如缺血性心臟病、高血壓性心臟病和外周動(dòng)脈疾病。一般來說，CVD與高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、肥胖或糖尿病有關(guān)[1]。雖然目前對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化和心血管疾病的病理學(xué)和治療的理解有了很大進(jìn)步，治療方法不斷發(fā)展，但仍面臨復(fù)雜和多維的全球性難題[2]。氧化應(yīng)激在心臟病的病理生理學(xué)中起主要作用[3]?；钚匝?ROS)引起的高水平氧化應(yīng)激被認(rèn)為是導(dǎo)致心臟收縮和內(nèi)皮功能障礙、心肌細(xì)胞凋亡和壞死以及細(xì)胞外基質(zhì)重塑的原因[4]。因此，目前的研究重點(diǎn)是特異性針對(duì)內(nèi)源性抗氧化防御的保健功能性食品與藥物。流行病學(xué)研究表明十字花科蔬菜攝入量與CVD風(fēng)險(xiǎn)降低相關(guān)，十字花科植物含有異硫氰酸酯(ITC)，它可以產(chǎn)生氧化還原調(diào)節(jié)的心臟保護(hù)蛋白、硫氧還蛋白(Trx)，對(duì)心臟有益[5]，蘿卜硫素(SFN)是迄今為止研究最廣、最具特征的ITC 。

2 SFN作用機(jī)制

SFN為蘿卜硫苷(GRN)的水解產(chǎn)物，是一種天然的異硫氰酸酯化合物，存在于十字花科蔬菜中，如西蘭花、卷心菜和花椰菜，是一種抗氧化劑，已被證明可刺激細(xì)胞內(nèi)抗氧化劑和Ⅱ期解毒酶的產(chǎn)生[6]。SFN已被證明在預(yù)防心血管系統(tǒng)、腎臟、大腦的慢性疾病以及癌癥進(jìn)展中具有抗氧化作用[7-10]。SFN氧化靶蛋白或小分子[如谷胱甘肽(GSH)]上的活性硫醇基團(tuán)，從而調(diào)節(jié)其活性。大量體外和體內(nèi)研究表明，SFN調(diào)節(jié)多種氧化還原敏感轉(zhuǎn)錄因子。蘿卜硫素對(duì)人體的保護(hù)作用主要是通過誘導(dǎo)Nrf2抗氧化防御途徑、抑制促炎性NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)、對(duì)PPARγ信號(hào)和能量代謝的影響來實(shí)現(xiàn)的。

2.1 SFN激活Nrf2抗氧化防御途徑 Nrf2是一種堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子，通過誘導(dǎo)100多種細(xì)胞保護(hù)蛋白(包括抗氧化劑和Ⅱ期解毒酶)防御氧化應(yīng)激和親電性毒物。在氧化或親電應(yīng)激條件下，包括在生理濃度SFN的刺激下，Nrf2途徑被激活。Nrf2的激活包括抑制Nrf2的降解，允許Nrf2轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，并與小肌筋膜纖維肉瘤(sMaf)蛋白異二聚體化。Nrf2/sMaf復(fù)合物結(jié)合靶基因啟動(dòng)子區(qū)內(nèi)順式作用的抗氧化/親電反應(yīng)元件(ARE/EpRE)，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄[11-13]。抑制Nrf2降解的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制是通過Keap1的親電修飾。在正常環(huán)境下，Nrf2被Keap1錨定在細(xì)胞質(zhì)中。Keap1是一種富含巰基的蛋白，能使Nrf2泛素化而被蛋白酶降解，從而抑制Nrf2信號(hào)。而蘿卜硫素與Keap1的相互作用擾亂了這種功能，使Nrf2在細(xì)胞核積累并激活轉(zhuǎn)錄程序。由Nrf2激活轉(zhuǎn)錄的這些抗氧化基因，能夠編碼酶以及其他類型的蛋白質(zhì)來平衡細(xì)胞氧化還原環(huán)境、中和電信號(hào)和氧化物的刺激、改變細(xì)胞代謝等。

2.2 SFN抑制NF-κB的活化 NF-κB是屬于Rel家族的重要誘導(dǎo)性轉(zhuǎn)錄因子。NF-κB信號(hào)通路普遍存在于真核細(xì)胞內(nèi)，參與多種基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，它與炎性級(jí)聯(lián)反應(yīng)以及細(xì)胞凋亡等密切相關(guān)。正常情況下，NF-κB與它的抑制性蛋白IκB (inhibitors of κB)結(jié)合在細(xì)胞質(zhì)中，以非活性的異寡聚體的形式存在。這種結(jié)合形式，掩蓋了核因子中的核定位序列，使NF-κB 不會(huì)向細(xì)胞核位移。NF-κB的激活可以由氧化劑和其他刺激物啟動(dòng)，包括細(xì)胞因子、有絲分裂原、病毒產(chǎn)物、紫外線和物理應(yīng)激，此時(shí)刺激信號(hào)會(huì)經(jīng)過細(xì)胞膜上的受體轉(zhuǎn)入到細(xì)胞質(zhì)，從而激活I(lǐng)κB 激酶復(fù)合物(IκB kinase complex，IKK)，使IκB 磷酸化，進(jìn)而降解[14-15]。實(shí)驗(yàn)表明，蘿卜硫素可通過許多機(jī)制來調(diào)控NF-κB通路，包括調(diào)控炎性細(xì)胞因子表達(dá)、阻止IκB的磷酸化及降解和降低NF-κB DNA結(jié)合活性。有證據(jù)表明，NF-κB是動(dòng)脈粥樣硬化、應(yīng)激、心臟病和糖尿病腎病等疾病的一種中樞介質(zhì)[16-18]，為靶向治療的合適候選物。

2.3 SFN調(diào)節(jié)PPARγ信號(hào)傳導(dǎo) 過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ)是脂肪生成和脂肪組織發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)控因子，在糖脂代謝、炎性反應(yīng)和免疫反應(yīng)等多種生物學(xué)過程中也發(fā)揮重要作用。PPARγ是人、小鼠、雞等動(dòng)物脂肪生成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，能夠直接調(diào)控脂肪細(xì)胞分化和脂類代謝相關(guān)基因的表達(dá)。在脂肪組織中，PPARγ的主要功能是通過誘導(dǎo)脂肪生成基因(如脂肪細(xì)胞結(jié)合蛋白ap2)來誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞分化，但PPARγ對(duì)成熟脂肪細(xì)胞功能也很重要[19-21]。過表達(dá)PPARγ 基因可使非脂肪源性的胚胎成纖維細(xì)胞和成肌細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為脂肪細(xì)胞。蘿卜硫素能抑制PPARγ的表達(dá)，調(diào)節(jié)能量代謝，與Nrf2及NF-κb的抗氧化和抗炎作用協(xié)同作用，共同改善心血管疾病及其并發(fā)癥。

3 SFN介導(dǎo)高血壓防護(hù)

高血壓的患病率隨著年齡的增長(zhǎng)而顯著增加。它是導(dǎo)致心血管疾病的主要原因之一，預(yù)防高血壓可能在防止CVD方面起著至關(guān)重要的作用。一氧化氮生成減少和/或活性氧(主要是超氧化物)生成增加引起的氧化應(yīng)激可促進(jìn)內(nèi)皮功能障礙。因此，氧化應(yīng)激增加可能是高血壓發(fā)病率增加的一個(gè)原因[22]。研究顯示證明含有高Grn(Grn+)的花椰菜芽的飲食可以降低雄性卒中易感的自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)的氧化應(yīng)激和相關(guān)問題[23]。作為Grn關(guān)鍵代謝產(chǎn)物之一，SFN也被發(fā)現(xiàn)可以改善血壓。關(guān)于SFN介導(dǎo)的高血壓保護(hù)機(jī)制，有證據(jù)表明SFN誘導(dǎo)的Ⅱ期酶的上調(diào)減少了血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)的氧化應(yīng)激。研究證明，SFN顯著增加GSH含量，降低氧化GSH水平，減少蛋白質(zhì)亞硝基化，增加GR和GPX活性;這些變化與改善主動(dòng)脈內(nèi)皮依賴性舒張和顯著降低血壓相關(guān)[24]。

4 SFN介導(dǎo)動(dòng)脈粥樣硬化保護(hù)

動(dòng)脈粥樣硬化存在于一系列的心血管疾病中，包括心肌梗死、腦卒中和外周動(dòng)脈疾病，這些仍然是全球發(fā)病率和病死率的主要原因[25-26]。人們普遍認(rèn)為剪切應(yīng)力在早期動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用[27]。動(dòng)脈粥樣硬化病變優(yōu)先位于局部血流受到干擾的動(dòng)脈分支和彎曲的外壁；穩(wěn)定的層流血流(s-flow)和持續(xù)的高剪應(yīng)力可調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞(EC)中保護(hù)動(dòng)脈粥樣硬化的基因和蛋白質(zhì)的表達(dá)[28]。研究證明Krüppel樣因子2 (KLF2)是一種在EC中由層流血流特異性誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子。Nrf2被鑒定為一種剪切誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子，負(fù)責(zé)抗氧化基因的表達(dá)。這2種轉(zhuǎn)錄因子均在體內(nèi)血管系統(tǒng)的層流區(qū)被誘導(dǎo)。KLF2增加了Nrf2的核定位，這2個(gè)因素的聯(lián)合作用構(gòu)成了層流誘導(dǎo)內(nèi)皮基因表達(dá)的70%左右[28]。

動(dòng)脈粥樣硬化還與動(dòng)脈壁的長(zhǎng)期炎性疾病有關(guān)。細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)和血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)的表達(dá)增加與VSMC的增殖增加相關(guān)，導(dǎo)致新內(nèi)膜或動(dòng)脈粥樣硬化病變形成增加。Kim等[29]研究了SFN對(duì)培養(yǎng)的小鼠VSMC中VCAM-1表達(dá)的影響。用SFN(1～5 μg/ml)預(yù)處理2 h可抑制VCAM-1的TNF-α誘導(dǎo)蛋白表達(dá)。SFN還抑制TNF- α誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生。這些體內(nèi)和體外動(dòng)物研究表明，SFN具有抑制動(dòng)脈粥樣硬化病變內(nèi)炎性反應(yīng)的作用。

除了這些炎性反應(yīng)機(jī)制外，內(nèi)皮脂肪酶(EL)也參與動(dòng)脈粥樣硬化。EL是三酰甘油脂酶家族的成員，它降低了高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)的水平。氧化的低密度脂蛋白(oxLDL)通過多種機(jī)制促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成。Huang等[30]報(bào)告了用SFN(0～10 μmol/L)治療逆轉(zhuǎn)了oxLDL誘導(dǎo)的ROS產(chǎn)生。這些結(jié)果表明SFN改變了炎性反應(yīng)、EL活性和oxLDL水平，這些都在動(dòng)脈粥樣硬化中起重要作用。

肥胖與代謝紊亂有關(guān)，代謝紊亂是動(dòng)脈粥樣硬化和CVD的另一個(gè)危險(xiǎn)因素。Choi等[31]研究了在C57BL/6N小鼠中，SFN是否能預(yù)防高脂飲食(HFD)誘導(dǎo)的肥胖。予小鼠喂食正常飲食(ND)、HFD和HFD加0.1%SFN，持續(xù)6周。HFD-SFN喂養(yǎng)的小鼠的食物效率比和體質(zhì)量低于HFD小鼠。SFN可減輕HFD引起的內(nèi)臟脂肪增多、脂肪細(xì)胞肥大和肝臟脂肪堆積。HFD-SFN小鼠的血清總膽固醇、瘦素和肝臟三酰甘油水平低于HFD小鼠。這些結(jié)果表明，SFN可能通過抑制脂肪生成從而誘導(dǎo)抗肥胖作用。

血小板聚集在動(dòng)脈血栓形成中起重要作用，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化和CVD。Chuang等[32]證明在流動(dòng)條件下，SFN可抑制人血小板聚集并減少血栓形成。Oh等還發(fā)現(xiàn)SFN劑量依賴性地抑制血小板聚集。血小板活化劑的比較顯示，SFN對(duì)膠原蛋白的抑制作用最大，這顯著降低了膠原誘導(dǎo)的糖蛋白Ⅱb/Ⅲa活化和體外血栓素A2的形成。SFN還能減少膠原蛋白和腎上腺素誘導(dǎo)的肺栓塞，但不影響體內(nèi)凝血酶原時(shí)間; 這表明，SFN可能是一個(gè)潛在的抗血栓性藥物[33-34]。

上述動(dòng)物和人體研究表明，SFN藥物激活Nrf2可減少動(dòng)脈粥樣硬化斑點(diǎn)的EC活化，調(diào)節(jié)VSMC的遷移和增殖，降低炎性因子的表達(dá)，預(yù)防HFD誘導(dǎo)的肥胖，并具有抗血栓形成作用。表明SFN可能為預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化提供一種潛在的治療劑，從而降低心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

5 SFN防止心臟缺血—再灌注(I/R)損傷

已經(jīng)證明，I/R損傷在心血管疾病的病理過程中至關(guān)重要，如腦卒中和心肌梗死。Mukherjee等[5]用西蘭花口服灌胃給大鼠喂食。30 d后，處死大鼠，離體灌注心臟缺血30 min，然后再灌注2 h。西蘭花治療提供了顯著的心臟保護(hù)，如改善缺血后心室功能、減小心肌梗死面積、減少心肌細(xì)胞凋亡以及顯著降低細(xì)胞色素C釋放和酶原3活性。這些保護(hù)作用與Nrf2的活性增強(qiáng)有關(guān)。同樣，隨后的研究表明，SFN可以預(yù)防心臟I/R損傷。SFN治療可減弱I/R誘導(dǎo)的超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和血紅素氧合酶-1(HO-1)水平的降低[35]。SFN對(duì)I/R損傷的保護(hù)作用可能部分通過Nrf2-Keap1-ARE抗氧化途徑介導(dǎo)。

6 SFN防止糖尿病心肌病

糖尿病心肌病是心血管疾病的主要類型之一。有研究對(duì)FVB小鼠經(jīng)多次腹腔注射低劑量鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)1型糖尿病。高血糖和年齡相匹配的對(duì)照組小鼠每天接受或不接受0.5 mg / kg SFN，5天/周，持續(xù)3個(gè)月，然后在糖尿病誘導(dǎo)后保持6個(gè)月。在糖尿病造模后3個(gè)月和6個(gè)月時(shí)，SFN可顯著預(yù)防糖尿病引起的心臟功能障礙，也可預(yù)防糖尿病引起的心臟肥大和纖維化。SFN幾乎完全可以預(yù)防糖尿病引起的心臟氧化損傷和炎性反應(yīng)。SFN上調(diào)Nrf2表達(dá)和轉(zhuǎn)錄活性，阻止擴(kuò)張型心肌病(DCM)的發(fā)生[36]。Zhang等[37]研究了SFN對(duì)2型糖尿病誘導(dǎo)的心臟脂質(zhì)積累以及隨后的DCM的影響。SFN治療顯著減輕心臟重塑和功能障礙，抑制心臟脂質(zhì)積聚，并改善心臟炎性反應(yīng)，氧化應(yīng)激和纖維化。

7 結(jié)論與展望

氧化應(yīng)激在心臟病的病理生理學(xué)中起主要作用。在十字花科蔬菜中發(fā)現(xiàn)的SFN是一種間接抗氧化劑，可以激活Nrf2及其下游靶基因、抑制NF-κB、PPARγ信號(hào)通路以及調(diào)節(jié)能量代謝以誘導(dǎo)抗氧化作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人類研究已經(jīng)確定了大量SFN介導(dǎo)的對(duì)各種心血管疾病的保護(hù)，包括高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、I/R損傷、糖尿病心肌病等。SFN有助于預(yù)防心血管疾病，為今后心血管系統(tǒng)疾病的治療與預(yù)防提供了新思路。