王會敏 徐克

2015年我國癌癥新發(fā)病例數(shù)及死亡人數(shù)分別為429.2萬例和281.4萬例，世界衛(wèi)生組織（World Health Organization, WHO）曾發(fā)布報告稱，中國大陸的癌癥發(fā)病率已經(jīng)處于世界首位[1]。因此，癌癥的預(yù)防與治療刻不容緩。流行病學(xué)研究表明增加蔬菜的攝入能夠降低部分癌癥發(fā)生的風(fēng)險[2,3]。十字花科蔬菜中含有豐富的硫代葡萄糖苷（glucosinolate），硫代葡萄糖苷含有共同的化學(xué)結(jié)構(gòu)R-C(=N-O-SO3-)-S-glucose。目前已知超過120種硫代葡萄糖苷是穩(wěn)定并且水溶性的，這也為后續(xù)的研究提供了一定的基礎(chǔ)[4]。十字花科蔬菜經(jīng)咀嚼或組織破壞后釋放黑芥子酶（myrosinase），黑芥子酶水解硫代葡萄糖苷形成異硫氰酸酯R-N=C=S。根據(jù)R側(cè)鏈的不同異硫氰酸酯分為三種不同的類型：芳香族、脂肪族以及吲哚族[5]。目前用于研究的異硫氰酸酯主要有蘿卜硫素（sulforaphane, SFN），異硫氰酸苯乙酯（phenethyl isothiocyanate, PEITC），異硫氰酸芐酯（benzyl isothiocyanate, BITC）和異硫氰酸丙烯酯（allyl isothiocyanate, AITC）。其中PEITC是目前唯一到臨床試驗階段的異硫氰酸酯[6]。大量研究表明異硫氰酸酯能夠很好地預(yù)防腫瘤的發(fā)生，并且在體內(nèi)、體外很多研究中異硫氰酸酯都表現(xiàn)了很好的抗腫瘤特性。所以，本文主要針對以上幾種異硫氰酸酯在腫瘤的預(yù)防以及抗腫瘤方面的研究新進展進行綜述，并進一步探討異硫氰酸酯的抗腫瘤作用。

1 異硫氰酸酯對腫瘤的預(yù)防作用

大量研究[7-10]發(fā)現(xiàn)攝入十字花科蔬菜能夠有效地預(yù)防胰腺癌、卵巢癌、結(jié)腸癌、前列腺癌等癌癥的發(fā)病風(fēng)險。在致癌因素的刺激下，異硫氰酸酯能夠抑制I相酶（phase I enzymes）如細(xì)胞色素P450（cytochrome P450）的活性，阻止致癌物前體的激活[11]。另外，異硫氰酸酯能夠激活I(lǐng)I相酶（phase II enzymes），使得I相反應(yīng)產(chǎn)物與葡萄糖醛酸（glucuronic acid）以及谷胱甘肽（glutathione, GSH）結(jié)合，促使致癌物盡快排出體外[12]。

Wu等[13]研究發(fā)現(xiàn)，攝入十字花科蔬菜使得非吸煙女性肺癌的發(fā)病風(fēng)險降低41%，并且改變肺癌患者預(yù)后。Yuan等[14]研究發(fā)現(xiàn)，PEITC能夠抑制煙草特定致癌物4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone（NNK）的活化代謝。Crampsie等[15]研究發(fā)現(xiàn) PEITC作用于小鼠肺腺癌模型后，肝臟和肺組織的P450活性降低，葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性也明顯升高。并且PEITC還能夠抑制煙草致癌物NNK導(dǎo)致的DNA甲基化，是很好的腫瘤預(yù)防物質(zhì)。

2 異硫氰酸酯的抗腫瘤作用

2.1 抑制腫瘤細(xì)胞增殖

2.1.1 誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生 活性氧簇（reactive oxygen species,ROS）是機體氧化代謝過程中產(chǎn)生的高活性含氧自由基或過氧化物，過多的ROS能夠直接或間接地?fù)p傷細(xì)胞內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等大分子物質(zhì)的生理功能。ROS與細(xì)胞的生長分化以及炎癥反應(yīng)等相關(guān)，是很多疾病發(fā)生的誘因[16]。Wu等[17]研究發(fā)現(xiàn)ITCs能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生ROS，并且PEITC和BITC還能夠降低GSH的水平（GSH是細(xì)胞內(nèi)重要的抗氧化劑），進一步增加了ROS的累積；加入抗氧化劑后ROS的產(chǎn)生得到抑制。Yeh等[18]研究發(fā)現(xiàn)ROS累積能夠?qū)е翫NA損傷，并激活p53以及其下游p21和Bax基因，抑制腫瘤細(xì)胞增殖。Chou等[19]研究發(fā)現(xiàn)PEITC通過誘導(dǎo)腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞產(chǎn)生ROS，激活caspase凋亡途徑，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。核轉(zhuǎn)錄因子Nrf2（NF-E2-related factor 2）在抗氧化反應(yīng)中起到重要作用，其受胞漿蛋白Keap1的負(fù)調(diào)控，當(dāng)發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)時，細(xì)胞內(nèi)的Nrf2與Keap1解離，并與Maf結(jié)合形成異二聚體，進一步激活抗氧化反應(yīng)元件（antioxidant response element,AREs）介導(dǎo)的下游基因的表達[20]。Hu等[21]研究發(fā)現(xiàn)PEITC能夠通過調(diào)控Nrf2誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，抑制腫瘤細(xì)胞增殖。另外，Gao等[22]研究發(fā)現(xiàn)PEITC還能夠抑制乳腺癌細(xì)胞線粒體呼吸鏈復(fù)合物III的活性，降低耗氧率，誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生，并進一步激活JNK信號通路，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。Wu等[17]研究結(jié)果顯示在非小細(xì)胞肺癌（nonsmall cell lung cancer, NSCLC）中，ITCs能夠通過誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生調(diào)控轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的表達，抑制高轉(zhuǎn)移肺癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移。

2.1.2 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞周期阻滯 腫瘤細(xì)胞長期處于快速的增殖階段，即S期+G2期，當(dāng)增殖階段腫瘤細(xì)胞的比例越高時腫瘤細(xì)胞增殖越快。大量研究表明ITCs能夠通過誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯來抑制腫瘤細(xì)胞增殖[23,24]。Chen等[25]研究發(fā)現(xiàn)PEITC能夠誘導(dǎo)口腔癌細(xì)胞G0期/G1期細(xì)胞周期阻滯，并通過線粒體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Chou等[19]研究發(fā)現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞經(jīng)PEITC作用后G1期比例顯著增加，并且細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變，細(xì)胞存活率降低，且呈時間和劑量依賴性。Wu等[23]研究發(fā)現(xiàn)在骨原性肉瘤中，異硫氰酸酯劑量不同誘導(dǎo)發(fā)生的細(xì)胞周期阻滯不同，5 μM BITC能夠誘導(dǎo)G2期/M期阻滯，10 μM BITC能夠誘G0期/G1期阻滯；PEITC分別為5 μM和7.5 μM時能夠誘導(dǎo)G2期/M期阻滯，而10 μM PEITC能夠誘導(dǎo)S期細(xì)胞周期阻滯。Yan等[26]研究也發(fā)現(xiàn)BITC和PEITC能夠通過調(diào)節(jié)cyclin B1蛋白的表達誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞G2期/M期細(xì)胞周期阻滯。

2.1.3 抑制腫瘤血管新生 腫瘤的生長離不開血管新生，如果沒有新生的血管來提供足夠的營養(yǎng)，腫瘤生長將被抑制。Xiao等[27]研究發(fā)現(xiàn)PEITC能夠通過抑制Akt信號通路的激活來抑制毛細(xì)血管樣網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生成，并且抑制間接體內(nèi)實驗中新生血管的生成。另外，AITC和PEITC能夠通過下調(diào)一氧化氮（nitric oxide, NO）和腫瘤壞死因子α（tumour necrosis factor-α, TNF-α）來抑制血管生成[28]。Gupta等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在缺氧環(huán)境中PEITC能夠抑制神經(jīng)腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞內(nèi)缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia inducible factor-1α, HIF-1α）和血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）的表達，并且激活ERK和Akt信號通路，從而抑制腫瘤血管的生成。另外，在前列腺癌細(xì)胞、膠質(zhì)瘤細(xì)胞、結(jié)腸癌細(xì)胞、肝癌細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞中PEITC均可以抑制HIF-1α的累積，抑制VEGF、表皮生長因子（epidermal growth factor, EGF）以及粒細(xì)胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF）的分泌，下調(diào)VEGF-R2蛋白的表達，進一步抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。

2.2 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是指細(xì)胞的程序性死亡，是細(xì)胞的基本生物學(xué)現(xiàn)象。細(xì)胞的主要凋亡途徑有兩條：一是線粒體凋亡途徑。當(dāng)細(xì)胞受到凋亡因子刺激時，Bcl-2蛋白家族Bak、Bax激活并結(jié)合到線粒體外膜，使得線粒體外膜透化，細(xì)胞色素C由線粒體釋放到胞質(zhì)，引起線粒體膜電位發(fā)生改變，并激活caspase凋亡途徑。Lee等[30]研究發(fā)現(xiàn)PEITC能夠下調(diào)Bcl-2和XIAP抗凋亡蛋白，上調(diào)p53表達，使得Bax由胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體，促進粒體細(xì)胞色素C和凋亡誘導(dǎo)因子的釋放，激活caspase凋亡途徑，促進PARP裂解，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。二是死亡受體凋亡途徑。死亡受體屬于腫瘤壞死因子受體超家族，當(dāng)死亡受體與相應(yīng)的配體結(jié)合后，其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，經(jīng)過一系列的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，激活下游caspase信號途徑，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體 （tumor necrosis factor-related apoptosis-induced ligand, TRAIL）在抗腫瘤中起重要作用。Lee等[31]研究發(fā)現(xiàn)PEITC與TRAIL共同作用后，能夠敏化對TRAIL耐受的惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞，誘導(dǎo)ROS累積，激活死亡受體5（death receptor 5, DR5），從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。體內(nèi)研究結(jié)果也表明，PEITC與TRAIL共同作用比單獨作用能夠更好地抑制腫瘤的生長。

另外，研究[32]發(fā)現(xiàn)ITCs還能通過其他的信號途徑來誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡。在肺癌細(xì)胞中，BITC通過抑制Akt/MAPK信號通路激活，誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞凋亡。PEITC還可以通過p38MAPK/JNK途徑增加DNA損傷結(jié)合蛋白2（DNA damage binding protein 2, DDB2）的表達，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡，抑制腫瘤細(xì)胞增殖[33]。Xiao等[34]研究發(fā)現(xiàn)PEITC可以通過誘導(dǎo)DNA損傷，線粒體功能紊亂，導(dǎo)致前列腺癌細(xì)胞凋亡。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的重要細(xì)胞器，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定是其發(fā)揮功能的重要條件。近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在細(xì)胞凋亡中起到重要作用。Zhang等[35]研究發(fā)現(xiàn)BITC能夠誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。

2.3 抑制腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移 腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移是癌癥患者死亡的主要原因。正常細(xì)胞通過細(xì)胞之間的黏附分子（cell adhesion molecule, CAM），如上皮鈣粘素（E-cadherin）緊密的黏著在一起。而腫瘤細(xì)胞之間E-cadherin減少，使得腫瘤細(xì)胞之間的黏附力減弱，易于分離。游離腫瘤細(xì)胞與基底膜附著，溶解細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix, ECM），突破基底膜，從而發(fā)生局部侵襲。Ho等[36]研究發(fā)現(xiàn)BITC可以抑制基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMP）-2 的mRNA轉(zhuǎn)錄水平，還能夠降低MMP-2、MMP-7、MMP-9 和uPA（uPA在基底膜的分解中起到重要的作用）等侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白的表達，進一步激活ERK、PKCs/MAPK和PI3K/Akt/NF-κB等信號通路來抑制胃癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移。Gong等[37]研究發(fā)現(xiàn)PEITC能夠抑制STAT3的激活，進而抑制前列腺癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移。另外，本課題組前期研究也發(fā)現(xiàn)BITC和PEITC能夠通過激活MAPK信號通路誘導(dǎo)高轉(zhuǎn)移性NSCLC細(xì)胞凋亡，進而抑制肺癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移[26]。

2.4 誘導(dǎo)細(xì)胞自噬 自噬（autophagy）是存在于真核細(xì)胞中的高度保守的生命過程，其在細(xì)胞應(yīng)對多種生長壓力和環(huán)境刺激時，對維持生命體的正常發(fā)育等過程均起到關(guān)鍵作用[38]。早在1993年日本科學(xué)家[39]就發(fā)現(xiàn)酵母在營養(yǎng)缺乏的時候會出現(xiàn)自噬，并發(fā)現(xiàn)第一個自噬基因Atg1，之后對自噬做出了進一步的研究。自噬在維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)中起到重要作用，然而過多的細(xì)胞自噬可以誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。由此可見，自噬是一把雙刃劍，它既可以促進腫瘤細(xì)胞凋亡，又可以對腫瘤細(xì)胞起到保護作用[40]。Lin等[41]研究發(fā)現(xiàn)BITC作用于前列腺癌細(xì)胞后，能夠抑制自噬負(fù)性調(diào)節(jié)因子mTOR的表達，激活細(xì)胞自噬，且當(dāng)自噬被抑制后BITC能夠進一步促進細(xì)胞的凋亡，表明由BITC誘導(dǎo)發(fā)生的自噬在腫瘤細(xì)胞中起到保護的作用。本課題組前期研究也發(fā)現(xiàn)BITC作用于肺癌細(xì)胞后，能夠通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)保護性自噬的發(fā)生[35]。然而Bommareddy等[42]研究發(fā)現(xiàn)PEITC通過調(diào)控自噬基因Atg5，激活A(yù)kt-mTOR信號通路，誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞發(fā)生自噬，進一步抑制腫瘤細(xì)胞增殖。FoxO是Forkhead轉(zhuǎn)錄因子家族最重要的家族成員，作為PI3K/Akt信號通路的直接下游分子，F(xiàn)oxO1能轉(zhuǎn)錄及傳導(dǎo)多種生長及細(xì)胞因子信號，參與細(xì)胞的生長發(fā)育、新陳代謝，并且與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著密切關(guān)系。Xiao等[43]研究發(fā)現(xiàn)BITC作用后使得FoxO1乙酰化增加，促使mTOR與其亞基的解離，誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞發(fā)生自噬，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮抗腫瘤活性?？傊?，異硫氰酸酯能夠通過誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，促進或者抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，這也為腫瘤的治療提供了一個新的理念和思路[44]。

3 其他

異硫氰酸酯還用于與化療藥物聯(lián)合使用的研究[45]。有研究[46]發(fā)現(xiàn)AITC與放射治療藥物聯(lián)合使用后，能夠增加NSCLC細(xì)胞對放射治療的敏感性。Gupta等[47]研究發(fā)現(xiàn)PEITC能夠特異性誘導(dǎo)HER2陽性的乳腺癌細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤在體內(nèi)的生長；PEITC與乳腺癌常規(guī)治療藥物阿霉素聯(lián)合使用后，使得阿霉素藥物劑量降低，同時對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用增強。

MicroRNAs是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類內(nèi)源性的具有調(diào)控功能的非編碼RNA。最近研究發(fā)現(xiàn)，microRNA的表達與多種癌癥相關(guān)。Zhang等[48]研究發(fā)現(xiàn)PEITC作用于前列腺癌細(xì)胞后，能夠通過調(diào)節(jié)microRNA-194的表達，下調(diào)MMP-2和MMP-9蛋白表達，抑制前列腺癌細(xì)胞的侵襲。Basu等[49]研究發(fā)現(xiàn)BITC可能通過作用于microRNA-221和microRNA-375靶點，抑制胰腺癌細(xì)胞的惡性增生。Izzotti等[50]研究發(fā)現(xiàn)，在香煙環(huán)境中，PEITC能夠保護肺microRNAs不受香煙環(huán)境調(diào)控，從而預(yù)防肺癌的發(fā)生。Wagner等[51]研究發(fā)現(xiàn)，AITC能夠顯著降低microRNA-155的水平，同時增加Nrf2的mRNA和蛋白水平，發(fā)揮抗炎作用。另外，Slaby等[52]研究發(fā)現(xiàn)識別microRNAs結(jié)合位點可能與ITCs預(yù)防結(jié)腸癌的發(fā)生相關(guān)。

4 結(jié)語

綜上所述，異硫氰酸酯作為一個廣泛存在于十字花科蔬菜中的天然的小分子，能夠預(yù)防多種腫瘤的發(fā)生。同時異硫氰酸酯對正常的細(xì)胞并沒有毒性，這也增加了臨床應(yīng)用的可能性。大量研究發(fā)現(xiàn)異硫氰酸酯能夠通過調(diào)節(jié)不同的蛋白、不同的信號通路來抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲轉(zhuǎn)移，很好的發(fā)揮抗腫瘤作用，這也為腫瘤的個性化治療提供依據(jù)。雖然PEITC已經(jīng)到了臨床試驗階段，但是異硫氰酸酯距離臨床應(yīng)用階段還有很長的路要走，還需大量的臨床試驗，異硫氰酸酯的抗腫瘤作用機制也需要更加深入的研究。