蘿卜硫素的研究進展

中國營養(yǎng)健康 2024-03-14 發(fā)布于江蘇

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摘要：蘿卜硫素是一種異硫氰酸鹽，普遍存在于十字花科植物中，是目前發(fā)現(xiàn)的抗癌效果最好、效力最強的一種硫代葡萄糖單體，作為藥品或功能食品的有效成分，具有較高的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。除此之外，它在人體中還表現(xiàn)出明顯的抗氧化、抗菌和抗炎等功效，所以成為了一個新的健康熱點，引起了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。在本文中簡述了蘿卜硫素的生物合成、功能活性以及對蘿卜硫素常用的提取工藝、分離純化方法。

關(guān)鍵詞：蘿卜硫素；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、蘿卜硫素的概述

蘿卜硫素（sulforaphane，SFN）是一種異硫氰酸酯類化合物，又稱萊菔硫烷，廣泛存在于十字花科蔬菜中，如花椰菜、白菜、甘藍、卷心菜等^[1]。其分子式為C₆H₁₁S₂NO，相對分子質(zhì)量為117.3，分子模型如圖1所示^[2]。在常溫條件下呈液態(tài)，一般為黃色或無色，極易溶于有機溶劑，在高溫和堿性條件下易被分解。蘿卜硫素具有抗氧化、抑菌、抗炎癥和抗衰老等作用，也是目前蔬菜中抗癌效果最好、效力最強的天然活性物質(zhì)，它對乳腺癌、肝癌、結(jié)腸癌等有很好的抑制^[3]。

二、蘿卜硫素的合成

蘿卜硫素制備方法主要有化學合成法^[4]、酶法^[5-6]以及半合成法^[7]?；瘜W合成法和半合成法均需使用大量有機溶劑，不利于蘿卜硫素的實際應(yīng)用，因此，目前多數(shù)研究仍采用酶法獲取蘿卜硫素。

酶法是以十字花科蔬菜及種子中的蘿卜硫苷為原料，通過酶解蘿卜硫苷最終得到蘿卜硫素。蘿卜硫苷的生物合成及代謝如圖2所示^[8]。甲硫氨酸是蘿卜硫苷合成的起點，然后在基因Elong的作用下鏈繼續(xù)延伸，由CYP79F1、CYP83A1和UGT74B1基因負責脫硫-芥子油苷的形成，ST5b接著催化形成前體糖芥子素。FMOGS-OX1則與硫氧化有關(guān)，可以將糖芥子素進一步轉(zhuǎn)化為蘿卜硫苷。蘿卜硫苷位于液泡中，而內(nèi)源芥子酶則位于細胞內(nèi)特定的蛋白體中，兩者存在天然的物理隔離。當植物組織遭到破壞時，硫代葡萄糖苷與內(nèi)源芥子酶接觸后發(fā)生水解反應(yīng)，失去一個葡萄糖基團，生成不穩(wěn)定的中間體，在中性條件下，發(fā)生分子重排生成蘿卜硫素。

三、蘿卜硫素的功能

蘿卜硫素對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、幽門螺桿菌等具有重要抑制作用^[9]。吳華彰等人將蘿卜硫素作用于大腸桿菌，發(fā)現(xiàn)細胞通透性變差、核酸和蛋白的含量也下降，進而導致細胞物質(zhì)和能量代謝受阻，這可能是其主要抑菌機制^[10]。胃幽門螺旋桿菌感染表現(xiàn)為高脲酶活性，產(chǎn)生氨，中和胃酸，從而引發(fā)炎癥。FAHEY等將純化的幽門螺桿菌脲酶經(jīng)過蘿卜硫素處理后，其在280~340nm處的紫外吸收會發(fā)生變化，且隨處理時間的延長，蘿卜硫素的ITC基團和脲酶的半胱氨酸硫醇之間形成二硫代氨基甲酸酯，使脲酶活性喪失，進而減輕胃幽門螺桿菌感染的程度^[11]。

多項研究表明，蘿卜硫素具有抗癌能力。據(jù)Huang等的研究，蘿卜硫素通過針對miR200c/ZEB1軸逆轉(zhuǎn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化抑制膀胱癌細胞的侵襲能力[12]。該研究還發(fā)現(xiàn)，蘿卜硫素能夠阻斷肝癌細胞中的MAKP7信號通路，導致肝癌HepG2細胞的G2/M阻滯，降低細胞的生存能力，并以劑量依賴的方式抑制肝癌細胞的遷移和侵襲[13]。另外，Kuroiwa等人的研究表明，蘿卜硫素可以保護DNA，通過多種機制抵消致癌化學物質(zhì)對基因的毒害作用，從而降低致突變化合物對DNA的損傷[14]。朱濤等人的研究還發(fā)現(xiàn)，蘿卜硫素通過活化Traf6/TAK1的信號傳導途徑，打破Bcl-2/Bax蛋白的平衡，激活凋亡信號，促使胃癌細胞發(fā)生凋亡[15]。此外，蘿卜硫素還能誘導癌細胞進行自我吞噬，通過細胞自噬的方式抑制癌細胞的生長。這一過程與自噬體微管結(jié)合蛋白1輕鏈3的上調(diào)加工有關(guān)[16]。最后，周妍等人的研究發(fā)現(xiàn)，蘿卜硫素及其代謝物可能屬于微管抑制劑類藥物，通過影響微管結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)微管動力學平衡，并抑制線粒體功能，從而抑制腫瘤細胞的生長并引發(fā)凋亡[17]。

此外，蘿卜硫素被證實可以在動物多個器官和組織部位產(chǎn)生抗氧化效果。蘿卜硫素具有較高的抗氧化活性和抑制超氧陰離子能力，但對超氧陰離子的直接清除率并不高，說明蘿卜硫素并不是一種直接的抗氧化劑，而是通過激活核轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子2/抗氧化反應(yīng)元件(Nrf2/ARE)信號通路，刺激機體提高谷胱甘肽的生成，間接起到抗氧化作用^[18]。

四、蘿卜硫素的提取與純化

對于蘿卜硫素的提取，大多研究者選擇以西蘭花種子為原料，故以下以種子為例簡述提取過程。一般包括脫脂、酶解、提取三步。

第一步脫脂，因為西蘭花種子含有大量的油脂，會阻礙芥子酶與蘿卜硫苷的接觸，因此在酶解前要對種子進行脫脂處理^[19]。正己烷、石油醚等有機溶劑常用來脫脂。黃憶真利用超臨界CO₂萃取法進行脫脂過程，與傳統(tǒng)的石油醚脫脂相對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用石油醚脫脂時，提取液較為渾濁，而超臨界脫脂法的出油率更高，蘿卜硫素得率也更高^[20]。

第二步酶解，對于蘿卜硫素獲取是最為重要的一步，如果不經(jīng)酶解，蘿卜硫素的含量幾乎為0。在一些研究中發(fā)現(xiàn)，蘿卜硫素生成的最適pH為5.0~8.0，酶解時間為8~12h。吳華彰等^[21]采用正交試驗對西蘭花種子中蘿卜硫素提取條件進行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在pH為5.0的0.1 mol/L醋酸-醋酸鈉蘿卜汁緩沖液為酶解緩沖體系時蘿卜硫素提取率高，這是由于蘿卜中含有大量的硫代葡萄糖苷水解酶，在酶解緩沖液中添加蘿卜汁可促進酶解反應(yīng)的進行，同時該試驗還添加了Zn²⁺和V_C以激活硫代葡萄糖苷水解酶的活性，且V_C還有穩(wěn)定產(chǎn)物的作用，最終確定了Zn²⁺濃度0.1mol/L、V_C濃度0.5mg/mL為最佳條件，在此酶解條件下西蘭花種子中蘿卜硫素得率達到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，二氯甲烷作萃取劑時，蘿卜硫素的提取率最高，而且容易揮發(fā)，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)時容易除去。但是二氯甲烷毒性較大，當提取的蘿卜硫素用作食品或藥品時，應(yīng)采用乙酸乙酯作為萃取劑。近年來，超聲輔助萃取法在植物活性成分的提取中得到了廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的溶劑萃取法相比，超聲輔助萃取法具有溶劑用量較少，萃取時間較短等特點。

對于提取后蘿卜硫素的純化，目前已有多種方法，主要包括大孔樹脂吸附法、柱層析法、反相高效制備液相色譜法、高速逆流色譜法、半制備高效液相色譜法等。

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圖文：范周鵬

編輯：孟晨曦