萝卜硫素衍生物的合成及其抗癌活性研究

萝卜硫素衍生物的合成及其抗癌活性研究制药132王翠翠13435212摘要：萝卜硫素(Sulforaphane)又称莱菔硫烷，是一种异硫氰酸盐，是迄今为止蔬菜中发现的抗癌活性最强、效果最好的物质。通过抑制I型酶诱导II型解毒酶起到抗癌作用。萝卜硫素只是众多具有抗癌活的异硫氰酸酯衍生物中的一种,因此,关于异硫氰酸酯衍生物的合成及抗癌活性研究引起国内外广泛关注。关键字：萝卜硫素合成抗癌活性人们一直认为多食蔬菜、水果可以阻止或减缓疾病的发生（包括癌症）。近几年来，国内外学者研究：发现蔬菜中存在的一些化合物具有抗癌活性。尤其是富含胡萝卜素的蔬菜如：胡萝卜、西兰花、椰菜及菠菜等[1-3]。1992年塔拉雷最先宣布从花椰菜中提取出来一种诱发phase酵素的超强物质，叫做萝卜硫素，研究表明能够减低对老鼠胸部肿瘤的形成，阻止致癌物质的活动[4]。英国科学家1997年初的一次抗癌蔬菜研究结果表明，西兰花和布鲁塞尔芽菜中含有十分丰富的葡萄糖异硫氰酸盐类的辅助化合物，从葡萄糖异硫氰酸盐中分解出了萝卜硫素。美国约翰霍普金斯大学医学院的BrassieaChemoopmteetion实验室发现西兰花含有大量的异硫氰酸盐，并且这种异硫氰酸盐可激活人体自身的抗癌物质“PhaseTwoEnzymes”[5]。这种酶能中和可疑致癌物质,防止致癌物质破坏健康细胞内的遗传因子[4]。日本的农业研究院亦表示异硫氰酸盐能阻止黑色素癌细胞的生长。其中，萝卜硫素是活力最强的一类异硫氰酸盐，它的抗癌作用已在大鼠的乳腺癌中得到充分证明[6]。萝卜硫素是葡萄糖莱菔子苷经黑芥子硫酸苷酶酶解或酸水解产生的异硫氰酸盐衍生物，相对分子质量为177.29，分子式C6H11S2NO。1、合成制备近年来，癌症的发病率有逐渐上升的趋势。萝卜硫素衍生物是迄今为止很有效的抗癌成分，因此具有很高的研究价值和广泛的市场前景。现有的生产工艺主要有化学法和酶法。1.1天然植物中提取是从葡萄糖莱菔子苷水解混合物中分离，大都采用溶剂萃取法，然后用高效液相色谱、气相色谱与质谱、反向高效液相色谱等分析方法结合对之进行纯度鉴定。DavideBerteli等就是采用这种方法得到萝卜硫素，其过程为:青花椰菜的葡萄糖莱菔子苷有机溶剂萃取粗制萝卜硫素固体萃取精制萝卜硫素产量较高，但步骤繁琐，耗资大，不适合大规模生产。对这种状况，Nathan等提出了利用色谱从西兰花脱脂种子中同时分离纯化萝卜硫素和萝卜硫素腈的方法。其过程如下这个产量是比较高的，故对于实现萝卜硫素的工业化生产意义重大。干种子已烷脱脂，干燥脱脂种子酶解水解物亚甲基氧化物萃取萝卜硫素干燥后用质量分数5%丙酮腈溶解且用过量已烷洗涤移入制备型HPLC纯化的萝卜硫素与萝卜硫素腈1.2化学法合成用立体化学中手性合成的方法合成，途径如图2所示。但是此种方法是从立体化学的角度来合成生产萝卜硫素，过程简单却难以控制反应条件，故实际中一般很少用，难以工业化。1.3酶法生成现有研究都是从十字花科蔬菜中提取萝卜硫素前体，经水解获得萝卜硫素，如图3所示。其中，水解条件对于葡萄糖异硫氰酸盐的水解至关重要，因为就萝卜硫素的前体——葡萄糖莱菔子苷来说，其水解产物有4种，最常见的是萝卜硫素与萝卜硫素腈，pH、温度、水化程度、金属离子(Fe2+、Fe3+)、硫醇等对于两者的比例有很大影响。1.4化学法与酶法结合合成十字花科蔬菜中，甘蓝种子中所含葡萄糖菜菔子苷较多，约占1％～2％，其他类型的葡萄糖异硫氰酸盐，约占甘蓝中葡萄糖异硫氰酸盐总量的40％～50％。虽然可以用HPLC从葡萄糖异硫氰酸盐混合物中分离出葡萄糖莱菔子苷[8]，但是工业化仍待商榷。鉴于这些原因，Iori和Bemardi等设计了从葡萄糖甘油三芥酸酯(从芝麻菜种子中得到，其中葡萄糖甘油三芥酸酯约占3％)出发制备萝卜硫素的途径见图4。在这种方法中，从葡萄糖甘油三芥酸酯到葡萄糖莱菔子苷是选择氧化法反应，反应效率高，可望实现萝卜硫素的工业化。2、萝卜硫素的抗癌作用十字花科蔬菜中的抗癌成分异硫氰酸盐对啮齿类动物肝癌、乳腺癌、肺癌、食管癌、胃癌有明显的阻断作用，尤其对肺癌、食管癌、前胃癌作用明显，实验证明它们可以诱导PhaseII(致癌因子解毒)酶类的产生，从而起到抗癌作用[8-10]。这些酶类(例如，谷胱甘肽-S-转移酶、醌还原酶、环氧化物酶)可以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。资料证明，萝卜硫素是通过对致癌物的代谢调控机制起作用[15]。美国翰斯霍普金斯大学的研究人员利用转基因鼠试验证明：许多动物体内普遍存在一种系统，用来抵抗食品和环境中有毒化学物质的致癌作用。这种作用的发挥，依赖于PhaseII酶数量的显著增加。此酶可消除有害化学物质，抑制其损伤DNA，从而达到抗癌症效果。而萝卜硫素是迄今为止发现的最强烈的PhaseII酶诱导剂[11]，其作用过程1)PhaseII酶基因的转录。转录产生对人体有益的PhaseII酶[12]，如GST、NAD(PH)-醌还原酶，这些酶可以解除亲电子致癌物质的毒性作用，干扰其对DNA的结合及破坏，减少N7-甲基鸟嘌呤、O6-甲基鸟嘌呤等加成物的形成[13]；同时抑制PhaseI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。2)PhaseII酶作用于机体自身的抗癌系统[14]。通过此系统，可①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[15]。②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。肿瘤细胞实验表明，以萝卜硫素为干预药物，中、高浓度的萝卜硫素不但抑制了A549肺癌细胞、SGC-7901胃癌细胞和PANC-1胰腺癌细胞三种肿瘤细胞的生长、侵袭，也改变了细胞的周期，并诱导了DNA的断裂，诱导三种肿瘤细胞逐步凋亡。异硫氰酸酯衍生物萝卜硫素具有很强的抗癌活性；是一种PhaseII酶诱导剂，可在降低PhaseI酶的水平或抑制其催化活性的情况下，提高PhaseⅡ酶的相对含量。它不仅存在于西兰花中，而且还存于其他的十字花科蔬菜中，原料易得，因此，从中提取或用化学法合成萝卜硫素，研制和生产保健食品具有深远意义。国外已从上世纪中叶就开始研究萝卜硫素的生产方法及其生理活性，而我国对此的相关研究及报道甚少，产业化生产进程刚刚起步，所以我们加强对于这种天然的、具有很强防治癌症效果的物质的研究，为今后进一步开发抗癌新药提供科学依据，符合国际上对药物绿色、环保、无毒的要求，从而也为更好地开发利用绿色蔬菜提供科学的理论依据，使产业化发展有章可循。参考文献：[1]ASHIMAK，KANTPHD，ARTHURSCHATZKIN，eta1。Aprospectivestudyofdietqualityandmortalityinwomen[J]。JournalofAmericanMedicalAcademy，2000，283：2109-2115。[2]CHERYLL，PERRYPHD，MAUREENT。etal。Howwelldotheirdietarypaternsmeetthehealthypeople2010objectives[J]。ArchivesofPediatrics&AdolescentMedicine，2002，156：431—437。[3]SMITH—WARNERSA，SPIEGELMAND，YAUNSS，et01。Intakeoffruitsandvegetablesndariskofbreastcancer：apoolednalaysisofcohortstudies[J]。JAMA，2001，285：769—776。[4]FOWKEJH，LONGCOPEC，HEBERTJR。Brassicavegetableconsmnptionshiftsestrogenmetabolisminhealthypostmenopausalwomen[J]。CancerEpidemiolBionuu'kersPrev，2OOO，9：773—779。[5]COVERCM，HSIEHSJ，TRANSH，etal。Indole-3-carbimlinhibitstheexpressionofcyclin-dependentkinase—6andinducesaG1cellcyclearrestofhumanbreastcancercellsindependentofestrogenreceptorsignaling[J].JBiolChem,1998,273:3838-3847.[6]李志邈，曹家树。蔬菜的抗癌特性[J]。北方园艺，200l，4：4—6。[7]何洪巨，陈杭，SCHN1TZLERWH。芸薹属蔬菜中硫代葡萄糖苷鉴定与含量分析[J]。中国农业科学，2OO2，35(2)：192—197。[8]GRAHAMPB，YONGPINGB，GARYW。Sulforaphaneanditsdu—tahioneconjugatebutnotsulforaphanenitrileinduceUDP一u—curonsyltransferase(UGT1A1)andglutathionetransferase(GS~A1)inculturedcels[J]。Carcinogenesis，20O2，23(8)：1399—1404。[9]SRINIBASD，AMRISHKT，HAPdlTK。Cancermodulationbyu—cosinolates：areview[J]。CurrentScience，2OOO，79(12)：1665—1671。[10]陈谦，张小智。食道癌的化学预防[J]。肿瘤防治研究，2O03，30(2)：165—169。[11]ZHANGY，KENSLERTW，CHOCG，etal。Anticarcinogenicactivitiesofsulforaphaneandstructurallyrelatedsyntheticnorbomylisothiocyanates[J]ProcNatlAcadSciUSA，1994，91(8)：3147—3150。[12]DINKOVA—KOS3OVAAT，HOLTZCLAWWD，COLERN，eto1。DirectevidencethatSulfhydrylgroupsofKeaplarethesensorsregulatinginductionofphase2enzymesthatprotectagainstcarcinogensandoxidants[j]。ProcNatlAcadSciUSA，2002，99(18)：11908—11913。[13]HECHTSS。Inhibitionofcarcinogenesisbyisothiocyanates[J]。DrugMetabRev，2OOO，32(3—4)：395—413。[14]ZHUM，ZHANGY，COOPERS，et01。PhaseI1enzymeinducer，sulfomphane，inhibitsUVB-inducedAP-lactivationinhumankeratinocytesbyanovelmechanism[J]。MolCarcinog，20O4，41(3)：179—186。[15]MIS1EWICZI，SKUP1NSKAK，KASPRZYCKA—GUITMANTSulforaphaneand2—-oxohexylisothiocyanateinducecellgrowtharrestandapoptosisinL-1210leukemiaandME-l8melanonmcells[J]。OncolRep。20O3，10(6)：2045—2050。