莱菔硫烷对代谢性疾病的药理作用机制研究进展

　　代谢性疾病是一类与遗传、环境、生活方式、运动等因素有关的疾病，其病因复杂、发病缓慢且难以治愈，包括2型糖尿病、代谢相关脂肪性肝病、肥胖症、胰岛素抵抗、高血脂和痛风等1。近年来，随着人们生活水平的提高，代谢性疾病的患病率不断增加。据世界卫生组织（WHO）统计，全球约有3。47亿人患糖尿病2；约25的人口患有代谢相关脂肪性肝病3。代谢性疾病与日常饮食密切相关，寻找食源性植物化学成分作为候选药物，已经成为预防和治疗代谢性疾病的优选策略。
　　莱菔硫烷（sulforaphane）又称萝卜硫素4，分子式C6H11S2NO，相对分子质量177。35，是一类异硫氰酸盐（isothiocyanates，ITC），主要存在于十字花科植物中6，在西兰花、卷心菜等蔬菜中含量较高，在西兰花嫩芽中含量最高。莱菔硫烷由其前体物硫代葡萄糖苷（glucosinolates，GS）在黑芥子酶的作用下转化而来7，其中的NCS基团容易发生极化，获得正电荷，因而容易与氨基、羟基和羧酸等亲核试剂发生反应，是其发挥多种生物活性的关键结构8。
　　莱菔硫烷在抗癌、抗氧化、抗炎和抗肿瘤等方面具有显著作用912，并有抗病毒作用，可作为预防或治疗冠状病毒感染的潜在药物1314。越来越多的研究证实莱菔硫烷对代谢紊乱有很好的调控作用1517。本文总结了莱菔硫烷在糖尿病及其并发症、肥胖、代谢相关脂肪性肝病和痛风方面的研究进展，以期为相关疾病的预防和治疗及新药研发提供依据。1糖尿病及其并发症
　　糖尿病是以高血糖为特征的糖代谢紊乱性疾病，可分为1型糖尿病（T1DM）、2型糖尿病（T2DM）、妊娠糖尿病和其他类型糖尿病，以T2DM最为常见18。糖尿病的特征是高血糖和氧化应激增加，这两种改变也是主要的糖尿病并发症的原因。莱菔硫烷对糖尿病及其并发症均有调节作用。1。1糖尿病
　　GuerinideSouza等19选择雄性Wistar大鼠，注射链脲佐菌素（STZ）建立糖尿病大鼠模型，莱菔硫烷组ig给予莱菔硫烷0。1、0。25、0。5mgkg1共3d，与模型组比较，莱菔硫烷组大鼠的血清三酰甘油（TG）、尿素、肌酐和血糖水平显著降低。有研究选择雄性Wistar大鼠，注射STZ建立糖尿病大鼠模型，研究组给予莱菔硫烷0。5mgkg1治疗21d，结果胰岛素反应性明显高于未接受该化合物的模型组动物，莱菔硫烷改善了糖尿病某些症状，胰岛素反应性明显提高20。以上研究表明莱菔硫烷在糖尿病治疗方面发挥积极作用。1。2糖尿病并发症
　　糖尿病容易引发多种并发症，如心血管疾病、视网膜病、肾病和周围神经病等。1。2。1糖尿病肾病
　　糖尿病肾病表现为尿蛋白水平升高、肾小球高滤过，最终导致肾功能障碍21。Cui等22选择低剂量STZ诱导小鼠的T1DM，每天sc莱菔硫烷0。5mgkg1，持续3个月，结果莱菔硫烷增加了肾脏核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）的表达和转录，抑制肾小球基底膜增厚、系膜细胞增殖、系膜基质增多和肾小管上皮损伤，减少转化生长因子（TGF1）和结缔组织生长因子（CTGF）两种促纤维化肾脏蛋白的生成。研究表明，以3个月为时间节点，莱菔硫烷通过增加肾脏Nrf2表达，可以对糖尿病所致肾脏炎症和纤维化起到预防作用。1。2。2糖尿病心肌病
　　糖尿病心肌病的典型病理改变包括过度的细胞外纤维化、炎症反应和氧化损伤。Sun等23选择AMP依赖的蛋白激酶2（AMPK2）基因整体敲除的雄性小鼠（AMPK2KO）及其C57BL6的野生型（WT）小鼠，高脂饮食（HFD）饲喂3个月后注射STZ建立T2DM模型。T2DM组sc莱菔硫烷0。5mgkg1，每周5d，共3个月。分别以3个月和6个月作为时间节点，在处死前后进行超声检查心功能。
　　莱菔硫烷处理后抑制心肌肥厚，心肌细胞肥大标志物心房钠尿肽（ANP）表达减少，纤维化标志物纤维蛋白连接素（FN）和型胶原蛋白1链（COL1A1）的蛋白水平表达减少，阻止Nrf2下游抗氧化剂血红素加氧酶1（HO1）和过氧化氢酶（CAT）的mRNA和蛋白水平下调。在AMPK2KO小鼠中，莱菔硫烷无法改善心功能障碍（包括心肌肥厚、纤维化和氧化应激），脂质聚集程度无变化，HO1和CAT蛋白水平有明显的下降。
　　莱菔硫烷诱导的Nrf2介导的抗氧化效应的激活依赖AMPK途径，在缺乏AMPK2的情况下，莱菔硫烷无法改善T2DM所致的心肌损伤，莱菔硫烷可通过上调腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）的表达，对T2DM所致心肌病发挥预防作用。1。2。3糖尿病视网膜病变
　　糖尿病视网膜病变可观察到视网膜基底膜增厚、视网膜血管高通透性和微动脉瘤的形成等特征性变化。晚期糖基化终产物（AGEs）不仅抑制DNA合成，而且与AGE受体（RAGE）相互作用引起视网膜周细胞凋亡。单核细胞趋化蛋白1（MCP1）介导白细胞向炎性病变的募集。莱菔硫烷显著抑制AGE诱导的视网膜周细胞DNA合成减少，呈剂量相关地抑制周细胞内活性氧（ROS）生成，使周细胞RAGE蛋白表达降低，抑制周细胞MCP1mRNA水平的上调。莱菔硫烷可以抑制阻断AGE诱导的视网膜周细胞DNA合成、细胞凋亡和炎症反应，莱菔硫烷抑制AGERAGE轴可能是治疗糖尿病视网膜病变的新靶点24。
　　莱菔硫烷激活抗氧化Nrf2途径并抑制NOD样受体蛋白3（NLRP3）炎性体的形成，可减轻高糖诱导的视网膜炎症和氧化应激。Li等25选择STZ致糖尿病的雄性大鼠模型，实验组动物给予莱菔硫烷0。5、1。0mgkg1d1，持续12周，结果表明莱菔硫烷显著减少糖尿病大鼠视网膜中促炎细胞因子的产生，包括肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素6（IL6）和白细胞介素1（IL1），并增强了抗氧化酶谷胱甘肽（GSH）、超氧化物歧化酶（SOD）和CAT的活性。此外，莱菔硫烷增强了Nrf2的核积累，并增加了HO1和醌氧化还原酶1（NQO1）在受损视网膜中的表达。1。2。4糖尿病性生殖系统病变
　　糖尿病引起的睾丸细胞凋亡主要是由于氧化应激增加所致。Jiang等26选择低剂量多次STZ诱导T1DM小鼠模型，莱菔硫烷治疗组给予莱菔硫烷0。5mgkg1，每周5d，持续3个月。模型小鼠的睾丸细胞凋亡，炎症和氧化应激增加；经过莱菔硫烷治疗可显著改善以上情况，使线粒体相关细胞死亡通路中B淋巴细胞瘤基因2相关X蛋白（Bax）和B淋巴细胞瘤2基因（Bcl2）的表达减少，抑制了睾丸细胞凋亡。Wang等27选择C57BL6J雄性小鼠，HFD饲喂3个月，腹腔注射STZ建立T2DM，莱菔硫烷组sc莱菔硫烷0。5mgkg1，共4个月。糖尿病模型小鼠明显增加睾丸氧化损伤和炎症，线粒体诱导凋亡，包括BaxBcl2表达和半胱氨酸蛋白酶8（caspase8）活化增加，莱菔硫烷治疗可逆转以上病理改变。2代谢相关脂肪性肝病
　　非酒精性脂肪性肝病（AFLD）是以肝细胞脂肪变性、坏死、炎性细胞浸润和脂肪积贮等为特征的临床病理综合征28。2020年4月，国际专家组建议更名为代谢相关脂肪性肝病（MAFLD）29作为更合适的疾病名称，提出MAFLD的诊断标准，论证了MAFLD的高度异质性。MAFLD是指以代谢异常为主要致病因素的脂肪性肝病，目前发病率居高不下。有研究表明莱菔硫烷可通过抗氧化应激、抑制炎症细胞因子释放、抑制肝细胞凋亡等机制，对肝损伤发挥较好的防治作用30。
　　线粒体涉及各种生理过程，包括活性氧（ROS）的产生、脂质代谢、细胞凋亡、产热和胰岛素分泌等31，线粒体在细胞能量代谢中十分重要，线粒体功能障碍不仅会促进脂肪堆积，还会导致ROS的产生和脂质过氧化，从而导致肝细胞发生氧化应激，ROS过量会攻击线粒体的内外膜，使线粒体膜电位降低。莱菔硫烷可以通过改善线粒体功能障碍、控制能量平衡和代谢，调节MAFLD。Lei等32选择雄性Wister大鼠饲喂HFD10周建立MAFLD模型，实验组动物ig给予莱菔硫烷20mgkg1，每周3次，连续10周，结果莱菔硫烷抑制了总胆固醇（TC）、TG、低密度脂蛋白（LDL）的升高，与模型组比较，脂肪滴（LD）含量显著降低。
　　采用游离脂肪酸（FFA）250molL1诱导人胚胎HHL5肝细胞建立脂质蓄积模型，用莱菔硫烷1、5、10molL1处理24、48h，结果表明莱菔硫烷显著降低TG水平，脂肪分化相关蛋白（ADRP）负责LD的运输和形成，莱菔硫烷10molL1作用48h后，ADRP蛋白表达大幅下降，LD数量减少、面积减小，降低幅度随莱菔硫烷浓度增加而增大，透射电镜观察发现莱菔硫烷明显减轻线粒体损伤，线粒体膜电位上调，ATP产生增加。
　　NLRP3炎性小体是天然免疫的重要组成部分，既参与机体免疫反应，又参与疾病发生30。口服莱菔硫烷抑制可NLRP3炎症小体活化，对MAFLD有缓解作用。Yang等34选择C57BL6雄性小鼠饲喂HFD9周，同时ig莱菔硫烷30mgkg1d1，结果表明莱菔硫烷抑制NLRP3炎性体成分，包括NLRP3、接头蛋白凋亡相关点状样蛋白（ASC）和效应器蛋白半胱氨酸蛋白酶1前体（procaspase1），降低了caspase1mRNA水平，抑制caspase1酶活性，抑制IL1蛋白水平的增加。体外实验选择小鼠原代肝细胞，用莱菔硫烷0、1、5、10、20molL1处理后，AMPATP值以及磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶（pAMPK）的表达提高，表明莱菔硫烷可以修复线粒体功能，激活AMPK，减轻氧化应激水平。3肥胖
　　肥胖是体内脂肪积聚过多，当人体进食热量多于消耗热量时，多余热量以脂肪形式储存于体内，其量超过正常生理需要量，且达一定值变为肥胖症。近年来，肥胖患病率不断提高，临床上多用氯卡色林、芬特明托吡酯缓释胶囊、安非他酮纳曲酮缓释片以及利拉鲁肽注射剂等35治疗。
　　肥胖通常伴随着氧化应激标志物升高和低度全身炎症（SI），部分是由过量的FFA和葡萄糖引起的。FFA作用于Toll样受体4（TLR4）以启动趋化性促炎信号的表达，包括TNF和IL6。TNF增加胰岛素受体底物1（IRS1）磷酸化。IL6可以抑制骨骼肌中葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）和IRS1的表达，导致进一步的胰岛素抵抗。胰岛素抵抗降低了葡萄糖摄取并增加了脂肪细胞中的FFA消耗，导致线粒体中的氧化增加，过量的ROS生成，从而导致促炎分子的进一步激活。因此，增加线粒体生物合成和氧化酶的干预可能会减少ROS的产生并减轻伴随肥胖的炎症和胰岛素抵抗。3。1减少脂质生成，减轻瘦素抵抗
　　脂肪生成与胰岛素信号通路和过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）调节通路有关，胰岛素受体（IR）催化能力取决于IR表达水平和IRS1酪氨酸磷酸化。IR信号传导会导致丝氨酸苏氨酸蛋白激酶B（AktPKB）激活，随后激活CCAAT增强子结合蛋白（CEBP）过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）通路。激活PPAR是脂肪细胞分化的主要调节因子，而CEBP与PPAR一起诱导脂肪细胞分化。莱菔硫烷降低3T3L1细胞的TG水平，减少脂肪细胞数量，使CEBP和PPAR表达降低，减少脂质生成，达到控制肥胖36。
　　Tian等37给C57BL6J小鼠饲喂HFD诱导肥胖，莱菔硫烷组每天给予10mgkg1莱菔硫烷，阳性对照组每天给予300mgkg1二甲双胍，2组均治疗8周。结果莱菔硫烷可减轻成纤维细胞生长因子21（FGF21）抗性，对cJunN末端激酶（JNK）失活和阻断胰岛素信号通路起抑制作用，进而调节葡萄糖和脂质代谢，控制肥胖。
　　瘦素可以抑制食物摄入，增加能量消耗，莱菔硫烷可以增强瘦素敏感性，对肥胖起缓解作用。akr等38选择野生型C57BL6小鼠，饲喂HFD1620周诱导肥胖，然后ip莱菔硫烷5mgkg1共2周，莱菔硫烷治疗后小鼠出现体质量减轻和摄食减少的现象，与外源性瘦素共同给药时会引起厌食反应，瘦素缺陷小鼠和瘦素受体突变小鼠对莱菔硫烷的减肥作用表现出抗性，小鼠肝脏和白色脂肪组织中脂肪酸合成基因的表达减少。因此认为莱菔硫烷可以减轻瘦素抵抗，抑制脂肪酸形成，减少ROS积累，减轻炎症。3。2诱导白色脂肪褐变
　　哺乳动物中有2种主要的脂肪组织：白色脂肪组织（WAT）和棕色脂肪组织（BAT）39。WAT由皮下和内脏脂肪组成，专门储存能量，并通过分泌各种脂肪因子直接调节新陈代谢40。BAT高表达解偶联蛋白1（UCP1），并含有相当数量的线粒体41。BAT和WAT容易相互转化，WAT转化为BAT的过程被称为褐变，该过程可能会对细胞生物能量和代谢动态平衡做出积极贡献42。
　　莱菔硫烷可以抑制脂肪细胞分化过程中核心成脂基因（PPAR、Fas、Cebp和Scd1）的表达，增强褐变基因（Chop、Temem26、Ucp1、Pgc1、Prdm16）表达，减少脂质积累，通过诱导WAT的褐变来预防HFD诱导的肥胖43。Williams等44发现莱菔硫烷可减少脂肪组织巨噬细胞（ATM）中细胞因子产生和炎性体基因表达，减少单核细胞中的TNF和IL1，莱菔硫烷可以调节免疫细胞中的炎症反应，并可能降低肥胖症中的SI程度。4痛风
　　在过去20年，痛风年发病率大幅增加，全球患者人数持续上升45。痛风特征是关节或皮下组织中单钠尿酸盐（MSU）晶体沉积，引起急性炎症发作或慢性关节炎46。MSU晶体诱导的急性痛风发作的特征是白细胞介素1（IL1）驱动的急性炎症、发热和关节中中性粒细胞聚集和激活引起的剧烈疼痛47。现已证实，MSU晶体引起的炎性痛风发作是通过激活髓系细胞中的NOD样受体家族，即NLRP3炎性小体，导致生物活性IL1和白细胞介素18（IL18）的释放48。因此，NLRP3炎症小体和IL1被认为是痛风炎症治疗中的关键。
　　NLRP3炎症体由NLRP3、ASC和procaspase1组成，MSU导致procaspase1激活，产生活性caspase1。激活的caspase1将原IL1裂解为其成熟和活跃的形式IL1，并分泌到细胞外基质中49。研究表明，莱菔硫烷可阻断肝细胞中NLRP3炎症体的激活50，通过阻断caspase1的激活和IL1的分泌，对急性痛风炎症起缓解作用。Yang等51选择C57BL6小鼠，ig莱菔硫烷1、5、10、30mgkg1，1h后右足垫注射MSU。结果显示ig莱菔硫烷30mgkg1可减少由MSU晶体引起的足部厚度增加，阻止了MSU晶体诱导的中性粒细胞向足部组织的募集，阻断caspase1的激活和IL1的分泌。研究表明，莱菔硫烷可抑制MSU晶体诱导的痛风炎症，其机制与下调NLRP3炎症小体的表达有关。5结语
　　莱菔硫烷作为一种天然的植物化学成分，在抗癌、抗氧化、抗炎和抗肿瘤等方面具有显著活性。糖尿病及其并发症主要表现为高血糖和氧化应激增加；MAFLD发病机制复杂，包括脂代谢紊乱、氧化应激和炎症等；肥胖通常伴随氧化应激和全身低度炎症的发生；痛风发作的特征是IL1驱动的急性炎症以及剧烈疼痛。其中MAFLD的主要致病因素包括肥胖、胰岛素抵抗、T2DM以及多种引起代谢异常的因素。对于代谢性疾病，莱菔硫烷主要发挥抗炎、抗氧化作用，其作用机制包括减少脂肪积累、改善线粒体功能障碍、调节氧化平衡以及减少炎症因子表达。
　　Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Keap1）核因子E2相关因子2（Nrf2）抗氧化反应元件（ARE）信号通路，即Keap1Nrf2ARE信号通路，是机体重要的抗氧化应激通路。Nrf2是重要的抗氧化信号调节剂，可作为细胞防御氧化应激的细胞毒性作用的主要防御手段。莱菔硫烷是有效的天然Nrf2诱导剂，当线粒体中ROS生成或脂质过氧化时，Keap1会感知细胞氧化应激并释放Nrf2，Nrf2变为游离状态，使NQO1、GST、SOD、CAT等抗氧化剂产生。莱菔硫烷可以通过促进Nrf2转录、增强Nrf2和Keap1解离来调节氧化平衡，减轻氧化应激损伤。莱菔硫烷可通过Keap1Nrf2ARE信号通路发挥抗炎、抗氧化作用，相关药理机制研究较为完善，今后可以从这个通路入手，探究更多的作用靶点以揭示其对代谢性疾病的作用机制。
　　当前，代谢性疾病的病因复杂、发病缓慢且难以治愈，严重危害人类健康。莱菔硫烷作为天然来源的植物化学成分，生物活性好，且作用显著，市场需求日益增加，具有一定的开发潜力。通过大量实验研究，目前对于一些代谢性疾病动物模型的造模方法明确，成功率高，得到的实验结果较为准确，为深入研究药理机制奠定了一定基础。且对于莱菔硫烷的给药剂量也较为明确，为临床用药提供了理论支持。尽管目前已经有一定的研究基础，但主要是通过动物实验和细胞实验进行研究，缺乏人体的研究资料。因此，应通过血清药理学、人体内的药动学、设计严谨的临床研究等对莱菔硫烷调节代谢性疾病的作用靶点及疗效进行深入探讨，为明确其在代谢性疾病防治中的临床应用价值提供科学依据。
　　利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突
　　参考文献（略）
　　来源：马欣雨，赵佳鹤，赵弋赜，祝文婕，张雪纯，李宝龙莱菔硫烷对代谢性疾病的药理作用机制研究进展〔J〕。药物评价研究，2022，45（9）：18871893。