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萝卜硫素的研究进展

花匠小妙招
2024-11-18 00:05

摘要：萝卜硫素是一种异硫氰酸盐，普遍存在于十字花科植物中，是目前发现的抗癌效果最好、效力最强的一种硫代葡萄糖单体，作为药品或功能食品的有效成分，具有较高的研究价值和广阔的应用前景。除此之外，它在人体中还表现出明显的抗氧化、抗菌和抗炎等功效，所以成为了一个新的健康热点，引起了国内外学者的广泛关注。在本文中简述了萝卜硫素的生物合成、功能活性以及对萝卜硫素常用的提取工艺、分离纯化方法。

关键词：萝卜硫素；生物活性；提取

Abstract:Sulforaphane is a kind of isothiocyanate, which is commonly found in cruciferous plants. It is a kind of glucosinolate monomer with the best anticancer effect and the strongest effect. As an effective component of drugs or functional foods, sulforaphane has high research value and broad application prospects. In addition, it also shows obvious antioxidant, antibacterial and anti-inflammatory effects in the human body, so it has become a new health hotspot and has attracted wide attention from scholars at home and abroad. In this paper, the biosynthesis, functional activity of sulforaphane and the commonly used extraction process, separation and purification methods of sulforaphane were briefly described.

Keywords:Sulforaphane ; Biological activity ; Extraction

一、萝卜硫素的概述

萝卜硫素（sulforaphane，SFN）是一种异硫氰酸酯类化合物，又称莱菔硫烷，广泛存在于十字花科蔬菜中，如花椰菜、白菜、甘蓝、卷心菜等[1]。其分子式为C6H11S2NO，相对分子质量为117.3，分子模型如图1所示[2]。在常温条件下呈液态，一般为黄色或无色，极易溶于有机溶剂，在高温和碱性条件下易被分解。萝卜硫素具有抗氧化、抑菌、抗炎症和抗衰老等作用，也是目前蔬菜中抗癌效果最好、效力最强的天然活性物质，它对乳腺癌、肝癌、结肠癌等有很好的抑制[3]。

二、萝卜硫素的合成

萝卜硫素制备方法主要有化学合成法[4]、酶法[5-6]以及半合成法[7]。化学合成法和半合成法均需使用大量有机溶剂，不利于萝卜硫素的实际应用，因此，目前多数研究仍采用酶法获取萝卜硫素。酶法是以十字花科蔬菜及种子中的萝卜硫苷为原料，通过酶解萝卜硫苷最终得到萝卜硫素。萝卜硫苷的生物合成及代谢如图2所示[8]。甲硫氨酸是萝卜硫苷合成的起点，然后在基因Elong的作用下链继续延伸，由CYP79F1、CYP83A1和UGT74B1基因负责脱硫-芥子油苷的形成，ST5b接着催化形成前体糖芥子素。FMOGS-OX1则与硫氧化有关，可以将糖芥子素进一步转化为萝卜硫苷。萝卜硫苷位于液泡中，而内源芥子酶则位于细胞内特定的蛋白体中，两者存在天然的物理隔离。当植物组织遭到破坏时，硫代葡萄糖苷与内源芥子酶接触后发生水解反应，失去一个葡萄糖基团，生成不稳定的中间体，在中性条件下，发生分子重排生成萝卜硫素。

三、萝卜硫素的功能

萝卜硫素对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、幽门螺杆菌等具有重要抑制作用[9]。吴华彰等人将萝卜硫素作用于大肠杆菌，发现细胞通透性变差、核酸和蛋白的含量也下降，进而导致细胞物质和能量代谢受阻，这可能是其主要抑菌机制[10]。胃幽门螺旋杆菌感染表现为高脲酶活性，产生氨，中和胃酸，从而引发炎症。FAHEY等将纯化的幽门螺杆菌脲酶经过萝卜硫素处理后，其在280~340nm处的紫外吸收会发生变化，且随处理时间的延长，萝卜硫素的ITC基团和脲酶的半胱氨酸硫醇之间形成二硫代氨基甲酸酯，使脲酶活性丧失，进而减轻胃幽门螺杆菌感染的程度[11]。多项研究表明，萝卜硫素具有抗癌能力。据Huang等的研究，萝卜硫素通过针对miR200c/ZEB1轴逆转上皮间质转化抑制膀胱癌细胞的侵袭能力[12]。该研究还发现，萝卜硫素能够阻断肝癌细胞中的MAKP7信号通路，导致肝癌HepG2细胞的G2/M阻滞，降低细胞的生存能力，并以剂量依赖的方式抑制肝癌细胞的迁移和侵袭[13]。另外，Kuroiwa等人的研究表明，萝卜硫素可以保护DNA，通过多种机制抵消致癌化学物质对基因的毒害作用，从而降低致突变化合物对DNA的损伤[14]。朱涛等人的研究还发现，萝卜硫素通过活化Traf6/TAK1的信号传导途径，打破Bcl-2/Bax蛋白的平衡，激活凋亡信号，促使胃癌细胞发生凋亡[15]。此外，萝卜硫素还能诱导癌细胞进行自我吞噬，通过细胞自噬的方式抑制癌细胞的生长。这一过程与自噬体微管结合蛋白1轻链3的上调加工有关[16]。最后，周妍等人的研究发现，萝卜硫素及其代谢物可能属于微管抑制剂类药物，通过影响微管结构、调节微管动力学平衡，并抑制线粒体功能，从而抑制肿瘤细胞的生长并引发凋亡[17]。此外，萝卜硫素被证实可以在动物多个器官和组织部位产生抗氧化效果。萝卜硫素具有较高的抗氧化活性和抑制超氧阴离子能力，但对超氧阴离子的直接清除率并不高，说明萝卜硫素并不是一种直接的抗氧化剂，而是通过激活核转录相关因子2/抗氧化反应元件(Nrf2/ARE)信号通路，刺激机体提高谷胱甘肽的生成，间接起到抗氧化作用[18]。

四、萝卜硫素的提取与纯化

对于萝卜硫素的提取，大多研究者选择以西兰花种子为原料，故以下以种子为例简述提取过程。一般包括脱脂、酶解、提取三步。第一步脱脂，因为西兰花种子含有大量的油脂，会阻碍芥子酶与萝卜硫苷的接触，因此在酶解前要对种子进行脱脂处理[19]。正己烷、石油醚等有机溶剂常用来脱脂。黄忆真利用超临界CO2萃取法进行脱脂过程，与传统的石油醚脱脂相对比，结果发现采用石油醚脱脂时，提取液较为浑浊，而超临界脱脂法的出油率更高，萝卜硫素得率也更高[20]。第二步酶解，对于萝卜硫素获取是最为重要的一步，如果不经酶解，萝卜硫素的含量几乎为0。在一些研究中发现，萝卜硫素生成的最适pH为5.0~8.0，酶解时间为8~12h。吴华彰等[21]采用正交试验对西兰花种子中萝卜硫素提取条件进行了优化，发现在pH为5.0的0.1 mol/L醋酸-醋酸钠萝卜汁缓冲液为酶解缓冲体系时萝卜硫素提取率高，这是由于萝卜中含有大量的硫代葡萄糖苷水解酶，在酶解缓冲液中添加萝卜汁可促进酶解反应的进行，同时该试验还添加了Zn2+和VC以激活硫代葡萄糖苷水解酶的活性，且VC还有稳定产物的作用，最终确定了Zn2+浓度0.1mol/L、VC浓度0.5mg/mL为最佳条件，在此酶解条件下西兰花种子中萝卜硫素得率达到17.066 mg/g。第三步提取，一般用丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷等[22]。研究表明，二氯甲烷作萃取剂时，萝卜硫素的提取率最高，而且容易挥发，在旋转蒸发时容易除去。但是二氯甲烷毒性较大，当提取的萝卜硫素用作食品或药品时，应采用乙酸乙酯作为萃取剂。近年来，超声辅助萃取法在植物活性成分的提取中得到了广泛的应用。与传统的溶剂萃取法相比，超声辅助萃取法具有溶剂用量较少，萃取时间较短等特点。对于提取后萝卜硫素的纯化，目前已有多种方法，主要包括大孔树脂吸附法、柱层析法、反相高效制备液相色谱法、高速逆流色谱法、半制备高效液相色谱法等。

参考文献

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图文：范周鹏

编辑：孟晨曦