蘿卜硫素衍生物的合成及其抗癌活性研究

1、蘿卜硫素衍生物的合成及其抗癌活性研究制藥132 王翠翠 13435212摘要： 蘿卜硫素(Sulforaphane)又稱萊菔硫烷，是一種異硫氰酸鹽，是迄今為止蔬菜中發(fā) 現(xiàn)的抗癌活性最強、效果最好的物質(zhì)。通過抑制I型酶誘導(dǎo)II型解毒酶起到抗癌作用。蘿卜硫素只是眾多具有抗癌活的異硫氰酸酯衍生物中的一種,因此,關(guān)于異硫氰酸酯衍生物的合成及抗癌活性研究引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注。關(guān)鍵字：蘿卜硫素 合成 抗癌活性人們一直認(rèn)為多食蔬菜、水果可以阻止或減緩疾病的發(fā)生（包括癌癥）。近幾年來，國內(nèi)外學(xué)者研究：發(fā)現(xiàn)蔬菜中存在的一些化合物具有抗癌活性。尤其是富含胡蘿卜素的蔬菜如：胡蘿卜、西蘭花 、椰菜及菠菜等1-3 。19

2、92年塔拉雷最先宣布從花椰菜中提取出來一種誘發(fā)phase酵素的超強物質(zhì)，叫做蘿卜硫素，研究表明能夠減低對老鼠胸部腫瘤的形成，阻止致癌物質(zhì)的活動4。英國科學(xué)家1997年初的一次抗癌蔬菜研究結(jié)果表明，西蘭花和布魯塞爾芽菜中含有十分豐富的葡萄糖異硫氰酸鹽類的輔助化合物 ，從葡萄糖異硫氰酸鹽中分解出了蘿卜硫素。美國約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的 Brassiea Chemoopmteetion實驗室發(fā)現(xiàn)西蘭花含有大量的異硫氰酸鹽，并且這種異硫氰酸鹽可激活人體自身的抗癌物質(zhì)“PhaseTwoEnzymes”5。這種酶能中和可疑致癌物質(zhì),防止致癌物質(zhì)破壞健康細(xì)胞內(nèi)的遺傳因子4。日本的農(nóng)業(yè)研究院亦表示異硫氰酸鹽能

3、阻止黑色素癌細(xì)胞的生長。其中，蘿卜硫素是活力最強的一類異硫氰酸鹽，它的抗癌作用已在大鼠的乳腺癌中得到充分證明6 。蘿卜硫素是葡萄糖萊菔子苷經(jīng)黑芥子硫酸苷酶酶解或酸水解產(chǎn)生的異硫氰酸鹽衍生物，相對分子質(zhì)量為177.29，分子式 C6H11S2NO。1、 合成制備近年來，癌癥的發(fā)病率有逐漸上升的趨勢。蘿卜硫素衍生物是迄今為止很有效的抗癌成分，因此具有很高的研究價值和廣泛的市場前景。現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝主要有化學(xué)法和酶法。 1.1 天然植物中提取 是從葡萄糖萊菔子苷水解混合物中分離，大都采用溶劑萃取法，然后用高效液相色譜、氣相色譜與質(zhì)譜、反向高效液相色譜等分析方法結(jié)合對之進(jìn)行純度鑒定。DavideBert

4、eli等就是采用這種方法得到蘿卜硫素，其過程為:青花椰菜的葡萄糖萊菔子苷 有機溶劑萃取 粗制蘿卜硫素 固體萃取 精制蘿卜硫素產(chǎn)量較高，但步驟繁瑣，耗資大，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。對這種狀況，Nathan等提出了利用色譜從西蘭花脫脂種子中同時分離純化蘿卜硫素和蘿卜硫素腈的方法。其過程如下這個產(chǎn)量是比較高的，故對于實現(xiàn)蘿卜硫素的工業(yè)化生產(chǎn)意義重大。干種子 已烷脫脂，干燥 脫脂種子 酶解 水解物 亞甲基氧化物萃取 蘿卜硫素干燥后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%丙酮腈溶解 且用過量已烷洗滌 移入制備型HPLC 純化的蘿卜硫素與蘿卜硫素腈1.2 化學(xué)法合成用立體化學(xué)中手性合成的方法合成，途徑如圖2所示。但是此種方法是從立體化學(xué)

5、的角度來合成生產(chǎn)蘿卜硫素，過程簡單卻難以控制反應(yīng)條件，故實際中一般很少用，難以工業(yè)化。1. 3 酶法生成 現(xiàn)有研究都是從十字花科蔬菜中提取蘿卜硫素前體，經(jīng)水解獲得蘿卜硫素，如圖3所示。其中，水解條件對于葡萄糖異硫氰酸鹽的水解至關(guān)重要，因為就蘿卜硫素的前體葡萄糖萊菔子苷來說，其水解產(chǎn)物有4種，最常見的是蘿卜硫素與蘿卜硫素腈，pH、溫度 、水化程度、金屬離子(Fe2+ 、Fe3+ )、硫醇等對于兩者的比例有很大影響。 1.4 化學(xué)法與酶法結(jié)合合成 十字花科蔬菜中，甘藍(lán)種子中所含葡萄糖菜菔子苷較多，約占 12，其他類型的葡萄糖異硫氰酸鹽，約占甘藍(lán)中葡萄糖異硫氰酸鹽總量的4050。雖然可以用 HPLC

6、從葡萄糖異硫氰酸鹽混合物中分離出葡萄糖萊菔子苷8，但是工業(yè)化仍待商榷。鑒于這些原因，Iori和 Bemardi等設(shè)計了從葡萄糖甘油三芥酸酯(從芝麻菜種子中得到，其中葡萄糖甘油三芥酸酯約占3)出發(fā)制備蘿卜硫素的途徑見圖4。在這種方法中，從葡萄糖甘油三芥酸酯到葡萄糖萊菔子苷是選擇氧化法反應(yīng)，反應(yīng)效率高，可望實現(xiàn)蘿卜硫素的工業(yè)化。2 、蘿卜硫素的抗癌作用 十字花科蔬菜中的抗癌成分異硫氰酸鹽對嚙齒類動物肝癌、乳腺癌、肺癌、食管癌、胃癌有明顯的阻斷作用，尤其對肺癌 、食管癌、前胃癌作用明顯，實驗證明它們可以誘導(dǎo) Phase II(致癌因子解毒)酶類的產(chǎn)生，從而起到抗癌作用8-10 。這些酶類(例如，谷胱

7、甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶、醌還原酶、環(huán)氧化物酶)可以通過摧毀致癌因子的活性中心或?qū)⑺鼈兣c內(nèi)源配基結(jié)合起來的方法，加速將其排出體外。資料證明，蘿卜硫素是通過對致癌物的代謝調(diào)控機制起作用15。美國翰斯霍普金斯大學(xué)的研究人員利用轉(zhuǎn)基因鼠試驗證明：許多動物體內(nèi)普遍存在一種系統(tǒng)，用來抵抗食品和環(huán)境中有毒化學(xué)物質(zhì)的致癌作用。這種作用的發(fā)揮，依賴于PhaseII酶數(shù)量的顯著增加。此酶可消除有害化學(xué)物質(zhì)，抑制其損傷 DNA，從而達(dá)到抗癌癥效果。而蘿卜硫素是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最強烈的PhaseII酶誘導(dǎo)劑11，其作用過程 1)PhaseII酶基因的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生對人體有益的 PhaseII酶12，如 GST、NAD(PH)

8、-醌還原酶，這些酶可以解除親電子致癌物質(zhì)的毒性作用，干擾其對DNA的結(jié)合及破壞，減少N7-甲基鳥嘌呤、O6-甲基鳥嘌呤等加成物的形成13；同時抑制 Phase I酶產(chǎn)生，如降低P450酶的水平或抑制其催化活性，從而影響活性致癌終產(chǎn)物的形成。 2)PhaseII酶作用于機體自身的抗癌系統(tǒng)14。通過此系統(tǒng)，可阻斷致癌物產(chǎn)生致癌效應(yīng)所需的代謝途徑，阻止致癌物或其代謝物進(jìn)入靶細(xì)胞，同時起到清除致癌物作用；抑制癌細(xì)胞的分裂與生長，阻斷循環(huán)途徑；促進(jìn)其他可殺死癌細(xì)胞的蛋白質(zhì)分泌，阻斷致癌物誘導(dǎo)癌癥的作用15。蘿卜硫素可能對致癌物發(fā)揮作用的啟動產(chǎn)生作用，在癌癥形成初期使基因發(fā)生突變，另外還有一些抑制酶具有雙

9、重阻癌或抑癌功能，對有毒物進(jìn)行降解，從而起到抗癌效果。腫瘤細(xì)胞實驗表明，以蘿卜硫素為干預(yù)藥物，中、高濃度的蘿卜硫素不但抑制了A549肺癌細(xì)胞、SGC-7901胃癌細(xì)胞和PANC-1胰腺癌細(xì)胞三種腫瘤細(xì)胞的生長、侵襲，也改變了細(xì)胞的周期，并誘導(dǎo)了DNA的斷裂，誘導(dǎo)三種腫瘤細(xì)胞逐步凋亡。異硫氰酸酯衍生物蘿卜硫素具有很強的抗癌活性；是一種 PhaseII酶誘導(dǎo)劑，可在降低Phase I酶的水平或抑制其催化活性的情況下，提高Phase酶的相對含量。它不僅存在于西蘭花中，而且還存于其他的十字花科蔬菜中，原料易得，因此，從中提取或用化學(xué)法合成蘿卜硫素，研制和生產(chǎn)保健食品具有深遠(yuǎn)意義。國外已從上世紀(jì)中葉就開

10、始研究蘿卜硫素的生產(chǎn)方法及其生理活性，而我國對此的相關(guān)研究及報道甚少，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程剛剛起步，所以我們加強對于這種天然的、具有很強防治癌癥效果的物質(zhì)的研究，為今后進(jìn)一步開發(fā)抗癌新藥提供科學(xué)依據(jù)，符合國際上對藥物綠色、環(huán)保、無毒的要求，從而也為更好地開發(fā)利用綠色蔬菜提供科學(xué)的理論依據(jù)，使產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有章可循。參考文獻(xiàn)：1 ASHIMA K，KANT PHD，ARTHUR SCHATZKIN，et a1。Aprospective study of diet quality and mortality in womenJ。Journal of American Medical Academy，2000

11、，283：2109-2115。2CHERYL L，PERRY PHD，MAUREEN T。et al。How well do their dietary paterns meet the healthy people 2010 objectivesJ。Archives of Pediatrics & Adolescent Medicine，2002，156：431437。3 SMITHWARNER SA，SPIEGELMAN D，YAUN SS，et01。Intake offruits and vegetables nda risk ofbreastcancer：a pooled na

12、laysisofcohortstudiesJ。JAMA，2001，285：769776。4FOWKE J H，LONGCOPE C，HEBERT J R。Brassica vegetableconsmnption shifts estrogen metabolism in healthy postmenopausal womenJ。CancerEpidemiolBionuu'kersPrev，2OOO，9：773779。5 COVER C M，HSIEH S J，TRAN S H，et al 。Indole-3-carbiml inhibits the expression of cy

13、clin-dependent kinase6 and induces a G1 cell cycle arrest of human breast cancer cells independent of estrogen receptor signalingJ.J Biol Chem,1998 ,273:3838-3847.6 李志邈，曹家樹 。蔬菜的抗癌特性 J。北方園藝，200l，4：46。7何洪巨，陳 杭，SCHN1TZLER W H。蕓薹屬蔬菜中硫代葡萄 糖苷鑒定與含量分析J。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2OO2，35(2)：192197。8GRAHAM PB，YONGPINGB，GARYW。Sul

14、foraphaneanditsdu tahioneconjugatebutnotsulforaphanenitrile induce UDP一 u curonsyltransferase(UGT1A1)and glutathionetransferase(GSA1) inculturedcelsJ。Carcinogenesis，20O2，23(8)：13991404。9SRINIBAS D，AMRISH K T，HAPdlT K。Cancermodulation by u cosinolates：areviewJ。CurrentScience，2OOO，79(12)：16651671。10陳

15、謙，張小智。食道癌的化學(xué)預(yù)防J。腫瘤防治研究，2O03，30(2)：165169。11ZHANG Y，KENSLER T W ，CHO C G，et al 。Anticarcinogenic activities of sulforaphane and structurally related synthetic norbomyl isothiocyanatesJProcNatlAcadSciUSA，1994，91(8)：31473150。12DINKOVA KOS3"OVA A T，HOLTZCLAW W D，COLE R N， eto1。Direct evidence that

16、Sulfhydryl groups of Keapl are the sensors regulating induction of phase 2 enzymes that protect against carcinogens and oxidantsj。Proc Natl Acad Sci USA，2002，99(18)：1190811913。13 HECHT SS。InhibitionofcarcinogenesisbyisothiocyanatesJ。DrugMetab Rev， 2OOO，32(34)：395413。14 ZHU M，ZHANG Y，COOPER S，et01 。Phase I1enzyme ind ucer，sulfomphane，inhibits UVB - induced AP - l activation in humankeratinocytes by