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蘿卜硫素與其他營養基因組Nrf2激活劑：臨床醫生的期望能與現實相符?
發表于：2019-03-04 作者：admin 來源：本站 點擊量：5510
摘要：人們認識到食物來源的非營養素分子可以通過調節基因表達來影響細胞內的分子機制，這一認識促使了營養基因組學和營養遺傳學領域的出現。本綜述的目的是描述轉錄因子Nrf2(核因子紅細胞2相關因子2)的營養基因組激活因子的特性，比較蘿卜硫素和其他植物化學物質的潛力，以證明其作為補充藥物的臨床療效。來源于西蘭花的蘿卜硫素作為一種具有這種能力的植物化學物質，口服劑量能夠對與化學預防相關的基因進行有利的修飾。與廣泛使用的植物化學補充劑如姜黃素、水飛薊素和白藜蘆醇相比，蘿卜硫素能更有效地激活Nrf2、誘導細胞保護基因的表達。由于其親脂性和低分子量的特性，蘿卜硫素的生物利用度明顯高于可激活Nrf2的多酚類膳食補充劑。Nrf2激活可誘導細胞保護基因，如在氧化還原和解毒等細胞防御機制中起關鍵作用的基因。其高生物利用度和顯著的Nrf2誘導劑能力都有助于蘿卜硫素作為膳食補充劑的治療潛力。
1.引言
雖然20世紀初營養科學解決了與微量營養素缺乏狀態有關的問題[1]，后期則更多關注宏量營養素過量的問題，但21世紀的第一個十年已經見證了舊范式的挑戰和新理論的提出。人們認識到食物來源的非營養素分子可以調節細胞內的分子機制，因此出現了營養基因組學和營養遺傳學，這些學科是由營養、生物化學、分子生物學和基因組學等學科交叉發展而來的。據估計食品中存在超過5000種不同的植物化學物質[2]，我們目前僅對其中少數幾種有比較好的認識。
在這一背景下，鑒定識別具有顯著營養基因組潛力的生物分子便成了一項任務。越來越多的研究強調了這樣一種來自十字花科蔬菜科特別是來自甘藍的生物分子，蘿卜硫素，一種異硫氰酸酯(ITC)[3]。雖然植物王國是成千上萬種植物化學物質的來源，但關于食物來源的植物化學物質如何維持人類健康，特別是那些與細胞防御機制有關的機制，我們知之甚少。隨著營養基因組學的發展，以及我們對植物化學物和與內源性細胞保護機制之間許多相互作用的理解不斷加深，植物性食物對人類健康的重要性變得越來越清晰。
批判性審查揭示了一些補充劑配方的眾多缺陷，使人懷疑它們的潛在功效[4]。使用植物化學物質作為干預試劑的臨床試驗少有發表，并且也只有少數能夠經得起推敲。然而，即使一種化合物的有效性已經得到證實，通常商業產品中的劑量也會比臨床試驗的有效劑量或過去傳統的種植的農作物低許多倍。就像是對粗心的消費者或不知情的臨床醫生的陷阱一般，支持的評論可能僅是對體外和動物研究的引用，給讀者一個錯誤的印象，即該產品作為人體補充劑可能有效。
由于許多消費者似乎已經接受了膳食補充劑在個人健康管理中的作用，因此有必要審查植物源補充劑是否有助于改善各種疾病的生化和生理危險因素的證據。本綜述的目的是描述Nrf2營養基因組激活劑的性質，重點關注蘿卜硫素和其他基因表達激活物的潛力，以證明其作為補充劑具有臨床療效。
2. 超越營養缺乏和過剩
2.1 營養遺傳學和營養基因組學
營養遺傳學和營養基因組學作為相互聯系的科學，為臨床醫生提供了一個更有針對性的機會來個性化患者的治療方案，揭示那些可能損害個人生化功能的遺傳多態性[5]。即使無法獲得復雜的基因組圖譜，臨床醫生也知道，強有力的食物源生物分子可以與細胞內信號通路相互作用，這為臨床管理和疾病預防過程提供了另一個維度。
通過信號通路，食物來源的分子與復雜的細胞內控制系統不斷對話，這一認識揭示了食物的作用遠遠超過微營養素和宏量營養素[6]。 在這個模型中顯而易見的是，沒有復合營養素補充劑可以替代均衡飲食中豐富的多樣化植物化學物質。并且，綠茶、葡萄籽、紅酒、姜黃素、石榴和橄欖中常見的多酚類植物化學物質的健康益處不太可能是由于這些分子在大量體外研究中直接發揮的抗氧化作用[7,8]。多酚是典型的大分子，它們的吸收性和生物利用度都很差，因此細胞內的微摩爾級濃度不可能達到清除自由基所必需的濃度[9]。多酚也可以作為抗氧化劑或前氧化劑，這取決于實驗條件[10]。此外，新的研究結果表明多酚和其他植物化學物質可能存在毒物興奮效應，劑量反應的特征是低劑量刺激反應和高劑量抑制[11]。
在一種生物活性特異性方法中，最近一項植物化學物質與心血管疾病的綜合綜述集中于四種常見補充化合物在臨床前和臨床中發揮的有益作用[12]。該綜述認為，在這一領域幾乎沒有決定性的試驗，在一些研究中使用的確切劑量也尚不清楚。然而，作者證實了其他人的研究，少數植物化學物質需要非常高的劑量才會發揮保護作用，而其他化合物則是在攝入最低劑量的時候最有效。
與維生素“抗氧化劑”一樣，攝入多酚類補充劑在人體細胞中起到“抗氧化劑”的作用的說法也受到了質疑[7]。新出現的證據表明，多酚或其代謝產物并不是作為直接的“抗氧化劑”本身發揮全身細胞內作用，而是作為信號通路的調節劑。
2.2 十字花類蔬菜具有營養基因組潛力
十字花科蔬菜（十字花科植物）的分類主要包括十字花科（Brassicaceae），主要包括甘藍屬，如西蘭花、卷心菜、花椰菜、布魯塞爾芽菜和羽衣甘藍，還包括各種類型蘿卜的蘿卜屬。雖然這些蔬菜是微量營養素的良好來源，但它們對人類健康的價值至少部分是由于它們富含植物化學物質，尤其是硫代葡萄糖酸鹽[13]，其酶解產物可改變基因表達[14]。盡管像西蘭花這樣的蔬菜并不是流行的飲食選擇[15]，十字花科植物獨特的促進健康的價值卻一直備受重視[16]。最近的一項綜述[17]研究了十字花科植物對總死亡率和心血管死亡率的影響，幾項前瞻性研究顯示總死亡率和心血管死亡率與總蔬菜攝入沒有關聯，但確實與十字花科蔬菜消費量存在顯著負相關?？偠灾?，一般的綠葉蔬菜尤其是十字花科蔬菜的潛在益處并不局限于它們對癌癥及心血管疾病的影響。在一項針對老年婦女的認知能力下降，為期27年的前瞻性隊列研究中（n=15080）發現，在5組中，攝入十字花科蔬菜量最高組比最低組下降得更慢，且劑量響應明顯呈線性[18]。在綠葉蔬菜攝入量最高的五分之一人群中，認知能力下降也較慢。當排除心血管疾病和糖尿病患者的數據時，這種關聯并沒有改變。
大多數關于十字花科植物的研究都集中在西蘭花、甘藍(包括蔬菜及球芽甘藍)上，它們是作為具有營養潛力的生物活性化合物的來源。在過去的20年里，人們對西蘭花在人體健康中的作用越來越感興趣，因為有證據表明，蔬菜中對身體健康益處大部分源自誘導解毒酶[19,20]。在分離出椰菜來源的蘿卜硫素后，Zhang的研究小組發現蘿卜硫素是一種主要且高效的II相酶誘導劑。這組誘導酶包括NAD(P)H:NQO1(醌還原酶)和谷胱甘肽s -轉移酶(GSTs)，這兩種酶都是類固醇和無處不在的環境毒素苯并(a)芘解毒時所必需的[21-23]。Zhang等人認為蘿卜硫素誘導解毒酶對西蘭花的抗癌作用有重要作用。蘿卜硫素可顯著調控靶向酶的方式表明了營養基因組學效應，盡管當時還不知道解釋這種基因表達的確切機制，要闡明蘿卜硫素的作用機理還需要兩年的時間[24]。
3. 影響信號通路
3.1. Nrf2作為細胞防御的“主調節器”
盡管蘿卜硫素在許多哺乳動物的生化信號通路中起作用，但當以實際口服劑量給藥時，它對氧化還原敏感轉錄因子Nrf2(核因子紅細胞2相關因子2)的影響似乎是其具有臨床潛力的主要原因[25]。關于Nrf2的研究于1994年首次出現在科學文獻中，之后在醫學文獻數據庫發表論文，則有超過5500篇相關文獻。在接下來的20年里，Nrf2已經成為細胞主要防御機制的關鍵調制器，可對抗許多有害的環境毒物和致癌物質[26]。大量的研究集中在Nrf2防止有毒代謝物在癌癥發生發展的作用，有其是誘導II相解毒酶—NAD(P)H:醌還原酶(NQO1)[27]。
對Nrf2作為一種細胞質“開關”激活一系列具有細胞保護基因的機制的闡明，預示著營養科學的一個新范式。Nrf2的鑒定提供了第一個真正的線索，具有生物活性的飲食來源的化合物如蘿卜硫素具有影響很多功能特異性基因的潛力[28]。
Nrf2被各種描述為細胞防御機制的激活劑[29]、主要的氧化還原開關[30]以及健康的守護者和長壽的看門人[31]。Nrf2是哺乳動物防御系統對抗各種應激源的調控因子，它是我們之前對氧化應激的理解和細胞應對氧化應激的內源性機制之間的接口。顯而易見的是，雖然通過“抗氧化”維生素的補充來對抗氧化應激的嘗試一直令人失望[32]，但許多植物化學物質具有激活Nrf2的能力，誘導一些基因共同調控細胞的內源性防御系統，從而保護細胞[34]。這一發現機具臨床意義，因為在一些氧化應激相關的疾病中，與直接通過抗氧化劑補充劑給藥相比，激活Nrf2可能對發揮細胞防御作用更有效[35]。
3.2. 蘿卜硫素，Nrf2靶基因的誘導劑
值得注意也令人驚訝的是，雖然蘿卜硫素具有顯著的細胞保護潛力，但它并不具有直接的抗氧化作用；相反，它是弱的促氧化劑[36]。作為進一步支持氧化還原信號在細胞防御機制中的關鍵作用的證據，在前列腺癌細胞系中，蘿卜硫素誘導NQO1和細胞周期阻滯的作用被證明可完全被谷胱甘肽(GSH)前體n -乙酰半胱氨酸預處理消除[37,38]。這一發現對定期攝入易于獲得的n -乙酰半胱氨酸補充劑有一定意義。
蘿卜硫素 [1-異硫氰酸根-(4R)-(甲基亞砜)丁烷:CH3S(O (CH2)4-N=C=S]是一種小型(MW = 177.29)脂肪族親脂性有機硫分子，不存在于十字花科或其他植物中(補充數據，如圖1所示，見xx頁，http://dx.doi.org/10.1155/2016/7857186)。相反，蕓苔屬植物含有一種不具有生物活性的前體化合物——蘿卜硫苷(GRN)，它與一種分隔的酶——黑芥子酶( MYR)一起被包含在一個植物細胞液泡中[39]。當植物細胞破裂，GRN和MYR接觸，酶促產生蘿卜硫素[40] (補充數據，如圖2所示，見xx頁)。與穩定的GRN前體相比，蘿卜硫素配基相對不穩定[41]；這對西蘭花和其他十字花科蔬菜的烹飪應用有一定的啟示。西蘭花并不是唯一一種能產生蘿卜硫素的十字花科植物，但其產量最高，其GRN含量約為總硫代葡萄糖苷的75%[42]。值得注意的是，含有硫代葡萄糖酸鹽的植物中，前體和酶的含量各不相同[43]。因此，蘿卜硫素和其他異硫氰酸酯的產量差異很大。
切割、咀嚼或以其他方式破壞花椰菜植物細胞結構后，開始合成蘿卜硫素，與其穩定的GRN前體相比，蘿卜硫素在合成后不久就會開始降解[44]。為了讓消費者充分利用西蘭花和其他十字花科植物對細胞的保護作用，必須采取措施保護以保證被釋放的蘿卜硫素的完整性。
蘿卜硫素屬于9種已鑒定的Nrf2激活物中的一種[45]。結構不同，所有誘導劑的唯一共同特性是它們與巰基(-SH)反應的能力。因此，Nrf2與硫化學密切相關，如果膳食蛋白足夠，均衡的飲食應該可提供足夠的硫。然而，也有人擔心，許多人的硫攝入量可能是不足的[46]，一些研究人員認為，無論是否存在炎性刺激，硫氨基酸的缺乏會更易影響GSH而不是蛋白質的合成[47]。雖然素食飲食可能提供大量的植物化學物質[48]，但需要警覺的是硫是否足夠，因為含硫氨基酸在植物蛋白中含量最少，一般情況下，素食者消費硫約為混合均衡飲食的一半[46]。
3.3. 西蘭花芽苗與西蘭花蔬菜
許多臨床相關的蕓苔屬植物研究都與西蘭花芽苗而不是與成熟的蔬菜相關[49]，約翰霍普金斯大學的一個研究小組從上世紀90年代初就開始在這個領域進行早期的研究。研究小組發現，特定培育的十字花科品種的3天齡芽苗中GRN濃度是相應成熟植株濃度的10-100倍[49]。他們專注于鑒定具有癌癥化學預防作用的植物，他們發現這些芽苗可有效降低二甲基苯并蒽處理的大鼠乳腺腫瘤的發生率、多樣性及發展速度。西蘭花芽苗富含甲基亞砜基丁基硫代葡萄糖苷(占總含量的75%)，成熟植株中的吲哚類硫代葡萄糖苷含量雖少，但卻是潛在的腫瘤促進因子[50]。后續研究發現，少量的西蘭花芽苗和大量的西蘭花蔬菜一樣可以有效地預防癌癥。
3.4. Nrf2激活劑如何影響基因表達
雖然Nrf2通路的復雜性還沒有被完全闡明，但是主要的部分如圖1所示[51]。一般情況下， Nrf2通過它的抑制蛋白Keap1(Kelch-like eq -associated protein 1)與Nrf2 Neh2結構域結合錨定于細胞質中。Keap-1是一種富含半胱氨酸的蛋白質，同時也是細胞質氧化還原狀態變化的傳感器。當Keap-1內的半胱氨酸硫醇檢測到合適的信號時，其結合和保留轉錄因子Nrf2在細胞質中的能力就喪失了。Keap-1通常對親電或氧化應激信號作出反應[51]。
因此，Nrf2逃脫Keap1介導的抑制作用，在核內蓄積，激活位于Nrf2下游基因的啟動子區域的短核苷酸堿基序列；這個序列通常被稱為抗氧化反應元件(ARE)或親電反應元件(EpRE ) ，盡管這些術語都可通用，但后者被認為是一個更正確的描述[52]?；罨腘rf2與ARE結合時，Nrf2與其他堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)蛋白(如Maf G))形成異二聚體，形成一個與AREs結合的轉活化復合物[53]。
當親電或氧化應激對細胞產生危害時，Keap-1可感知到細胞質氧化還原狀態的失衡。從Keap-1釋放后，Nrf2水平在細胞核中迅速升高，上調了一組對細胞有保護作用的基因，每個基因至少包含一個ARE。 Nrf2可誘導GSH限速酶及γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的合成，從而提升組織谷胱甘肽水平[54]。
為了使Nrf2-Keap-1通路在細胞凋亡中發揮關鍵作用，其活性必須保證可與不斷變化的細胞環境同步調控。在沒有細胞壓力時，Nrf2通過泛素-蛋白酶體通路不斷降解[55]。半衰期約為20分鐘[56]，Nrf2維持在低細胞水平[57]。當處于應激狀態下，可通過直接修飾半胱氨酸硫醇殘基使Keap1失活，然后釋放Nrf2，以解除壓力型氧化應激反應[58]。
考慮到乙酰氨基酚的肝毒性作用，Nrf2機制的臨床意義是顯而易見的。乙酰氨基酚是一種可引起嚴重藥物性肝損傷的藥物。過量使用這種鎮痛/解熱藥物會迅速耗盡細胞內的谷胱甘肽儲備。然而，細胞可激活一種適應性反應，即Keap-1感知乙酰氨基酚代謝物n -乙酰對苯醌亞胺(NAPQI)，隨后釋放Nrf2[60]。GSH與其他Nrf2靶基因一起快速合成?？紤]到多種Nrf2靶基因蛋白合成的轉譯時間可能需要數小時，這種機制可能不足以在急性護理條件下提高谷胱甘肽水平。一項探討蛛網膜下腔出血對神經元細胞保護血紅素加氧酶-1（HO-1）基因表達影響的研究表明，12小時Nrf2水平可提高約4倍，HO-1水平可提高不止3倍，24小時Nrf2及HO-1水平均可達到峰值，均高于 4.5倍。
3.5. II相酶及其解毒機制
細胞用于解毒潛在有害化合物（通常是致癌物質[62,63]）的機制可能涉及與細胞色素P450家族單胺氧化酶相關的I相組件和II相組件，由I相產生的中間體化合物以允許排泄的方式代謝?？杉せ畹谝浑A段和第二階段的酶的化合物被稱為雙功能誘導劑；然而，如果它只激活II相酶，它就是一個單功能誘導物[64]。第二階段的酶是由Nrf2誘導的，因此是這個討論的一部分。為了安全有效的解毒，毒素最好經歷一個相對緩慢的第一階段反應，然后是更快速的第二階段；這往往會阻止I相代謝物的積累，因為I相代謝物比其前體毒性更大[65]。
因此，對于理想的細胞解毒環境，II相反應的速率應能防止I相中間產物的積累。脂肪蘿卜硫素是一種單功能誘導劑，而成熟西蘭花中的吲哚類ITCs是從硫代葡萄糖酸鹽和蕓苔葡糖硫苷中衍生出來的雙功能誘導劑[49]。具有臨床意義的是，II相酶的半衰期相對較長，因此這些蛋白的上調表達可以持續數天。在一項使用成人視網膜色素上皮細胞(ARPE-19)的研究中，NAD(P)H:醌還原酶可保持活性超過5天[66]。
4. Nrf2靶基因的誘導劑
Nrf2可以被多種誘導物激活，但不是所有的誘導物都是口服獲得的。例如，運動過程中釋放的活性氧或吸入環境化學物質所產生的促氧化劑信號能夠激活細胞內源性防御系統，前提是暴露量足夠少，不會擊潰細胞的防御。
4.1. 飲食來源的Nrf2誘導劑
雖然許多植物化學物質的發現與其Nrf2誘導能力相關，但解釋其誘導的相關機制研究還是有限的。一篇闡釋化學預防中植物化學物質分子機制的綜述文章表明，僅對三種化學物質，蘿卜硫素、鼠尾草酚和槲皮素進行了機制方面的研究，并且只研究了蘿卜硫素在多種機制中的作用[69]。鑒于有大量蘿卜硫素的相關文獻，我們在此后考慮把這部分內容作為臨床意義的補充。同時用數據說話，將蘿卜硫素與熱門及廣泛應用的植物化學補充劑的潛力進行一個比較。
4.2. 蘿卜硫素：體外實驗
蘿卜硫素是一種有效的Nrf2誘導物，可誘導細胞防御[70]。這種被蘿卜硫素激活的效應在細胞培養中迅速產生，在人體支氣管上皮BEAS-2B細胞中，30分鐘內就會發生[71]。Hu等人通過微陣列分析研究蘿卜硫素在野生型小鼠肝臟中的作用，發現暴露3小時后，1725個基因表達量增加，12小時后，3396個基因被改變[33]。通過比較不同時間點的表達模式，他們還發現，單次服用蘿卜硫素12小時后，大于2倍的折射率變化最大。已鑒定的Nrf2靶基因大致可分為抗氧化劑(酶和非酶)、藥物代謝酶、藥物外排泵、熱休克蛋白、NADPH再生酶、生長因子和生長因子受體、重金屬綁定蛋白以及各種核受體包括PPAR-γ以及Nrf2本身一系列細胞保護蛋白的編碼[33]。
維生素D對人體細胞的保護作用已被廣泛認識[72]；維生素D受體(VDR)對蘿卜硫素誘導的Nrf2靶基因可能具有重要的營養意義[73]；反過來，維生素D可增加Nrf2的表達[74]。為了進一步說明其多樣性，Nrf2目標基因還包括編碼β-防御素-2(HBD-2)、與先天免疫相關的抗菌肽，該抗菌肽可保護腸道黏膜免受細菌侵害。蘿卜硫素還可誘導HBD-2[73]，一個人類Caco-2細胞培養研究表明當蘿卜硫素的濃度>5µM，培養24小時后，HBD-2濃度可達1.6倍，48小時后可達2倍。這些結果可能與腸道上皮細胞的紊亂有關，但5µM細胞內濃度可能要高于通過飲食或口服蘿卜硫素補充劑可獲得的實際劑量濃度。
Nrf2靶基因的下游酶產物高效、多能。它們包括構成谷胱甘肽和硫氧還蛋白系統的物質，這是體內主要的細胞還原系統[75]。有幾個原因可以解釋它們的效率和多功能性[76]：（1）它們不像直接作用的抗氧化劑如抗壞血酸鹽和生育酚一樣，按照化學計量消費；（2）它們的作用時間長，半衰期以天為單位，所以它們的誘導不一定是連續的；（3）它們通過內源性產生的直接作用的抗氧化劑，如輔酶Q10和生育酚（特別是通過NQO1，因為輔酶Q10和生育酚都是醌）使細胞恢復到還原狀態。Nrf2靶基因的主要產物及其在細胞保護中的作用見補充資料表1。
5. 醌氧化還原酶(NQO1)，一種評估誘導物能力的工具
NQO1最初被認為是一種與解毒途徑相關的Nrf2激活的II相酶，現在被認為具有更廣泛的功能[77]。NQO1被描述為一種“最典型的細胞保護酶”，其編碼方式被認為是“同類中最一致和最堅固的可誘導基因之一”。隨著年齡的增長，NQO1活性會下降，而Nrf2誘導活性升高被描述為隨著年齡的增長，維持細胞防御的一種途徑。此外，動物研究顯示Nrf2活性在青年和老年時期都會顯著下降[78-80]。NQO1基因缺陷的人更容易受到暴露于苯的致癌影響[81]。NQO1在肺組織及一般的上皮細胞和內皮細胞中都非?；钴S[82]，這表明NQO1可防御通過氣道、腸道和血流吸收的化合物。NQO1活性作為植物化學物質是抗癌活性的一種生物標志物，也可作為一種快速篩選方法[45,83]。有研究[20]使用I相功能有缺陷的細胞，提供了選擇性區分單功能誘導物以提高II相酶的方法[84]。
5.1. CD值，一種比較指標
“CD值”描述了在小鼠肝癌細胞中加倍NQO1活性所需的濃度[85]。CD值在比較一種可吸收的生物活性化合物在體內的營養基因組效應上也很有用。CD值也被用于根據相對“抗癌潛力”對蕓苔屬植物進行分類[19,83]。當用于比較幾個十字花科植物的Nrf2誘導劑效應時[86]，卷心菜、甘藍和蕪菁的ITCs的NQO1誘導劑能力低于來源于西蘭花的蘿卜硫素。蘿卜硫素NQO1的誘導劑活性約為33000單位/ g西蘭花鮮重，卷心菜∼11000單位，羽衣甘藍∼10000單位，蘿卜∼2000單位。這就可以部分解釋為何西蘭花比其他蕓苔屬植物更廣泛地被研究。
5.2 CD值的臨床意義
從研究中比較知名的植物化學物質的CD值數據來看，蘿卜硫素最高效，濃度低至0.2µm就可加倍NQO1的活性[19,85]。其他植物化學物質的CD值也有相關記錄[87-90]，較低的微摩爾濃度代表具有較高誘導活性的植物化學物質(如圖2所示)。
普通口服補劑中使用的植物化學物質的CD值分別為：蘿卜硫素(0.2µM)、穿心蓮內酯(1.43)、槲皮素(2.50)、β-胡蘿卜素(7.2µM)、葉黃素(µM)、白藜蘆醇(21µM),成熟西蘭花中的吲哚-3-甲醇(50µM)、葉綠素(250µM)、α-隱黃質(1.8 mM)、玉米黃質(2.2 mM)[83,87-89,90]。各實驗室早先的研究表明各類植物化學物質的CD值分別為姜黃素(2.7µM)、水飛薊素(3.6µM)、它莫西芬(5.9µM)、染料木黃酮(16.2µM)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)(>50µM)、抗壞血酸(>50µM)。這些植物化學物質的NQO1誘導劑活性比較：蘿卜硫素> 穿心蓮內酯 >槲皮素>姜黃素>水飛薊素>三苯氧胺>β-胡蘿卜素>染料木黃酮>葉黃素>白藜蘆醇> I-3-C >葉綠素>α-隱黃質 >玉米黃質。
值得注意的是，蘿卜硫素的CD值比姜黃素高13.5倍，比水飛薊素高18倍，比白藜蘆醇高105。所有的這些植物化學物質，因其宣稱的促進健康的特性而被廣泛推廣。對相關的口服補品以其主要成分的CD值進行評估，可能是有用的。因為在互聯網上搜索很容易發現許多自由選擇和臨床推薦的補品聲稱具有“增強解毒”和“延長壽命”的功效，盡管支持證據并不明顯。許多葉綠素和維生素C的補充劑都以“排毒”為主要宣傳，然而這兩種成分的NQO1誘導劑能力都相對較低。
5.3吲哚類硫代葡萄糖苷作用的比較
吲哚-3-甲醇（I-3-C）需要>50μM才能使NQO1活性加倍，這是在成熟的西蘭花蔬菜中發現的ITC（芽苗中含量很少）[83]。在體內，I-3-C必須在胃的酸性環境中二聚化成3,3'-二吲哚甲烷（DIM）才能活化[92]。這有一定的臨床意義，因為I-3-C和DIM的合成分子都可作為補充劑使用。雖然其誘導能力顯著低于蘿卜硫素[91]，值得一提的是，DIM也是解毒途徑的雙功能誘導劑，因此限制了其細胞保護潛力。對西蘭花芽的早期研究表明，在人體中使用吲哚類硫代葡萄糖苷(如I-3-C)作為化學保護劑可能存在局限性[49]。它們不僅是II相酶的弱誘導劑，而且作為雙功能誘導劑，它們同時激活I相酶。它們也可能具有雌激素受體結合活性，增加其作為腫瘤促進劑的潛力[49]。
有趣的是，DIM偶爾會被推薦用于臨床治療雌激素代謝失調，其理論是DIM會抑制CYP1B。抑制CYP1B1可將雌激素代謝轉化為4-羥色胺酮，這是一種可導致癌變的代謝物[93]。對此，也有不同的數據；2007年的一項細胞培養研究使用微陣列分析和實時定量聚合酶鏈反應分析了同時使用雌二醇和DIM治療的MCF7乳腺癌細胞的基因表達[94]。CYP1B1上調，倍數變化為3.93±0.25。這些發現表明DIM可能并不能阻止雌激素產生4-羥基代謝產物。這些相互矛盾的數據表明，在使用臨床相關劑量的現成補充劑時，需要進行臨床試驗來確定這種干預措施在體內的效果。
一項闡釋蘿卜硫素和I-3-C在前列腺細胞系研究中效力差異的研究發現，這兩種化合物都以劑量依賴性的方式抑制前列腺癌細胞的增殖，但蘿卜硫素的抑制濃度僅為I-3-C的10%[95]。I-3-C補充劑的補充可能還存在安全問題，因此需要謹慎使用，I-3-C補充劑的數量是食用西蘭花蔬菜所能達到的數量的很多倍。在給大鼠最后一次致癌物一周后，給大鼠喂食I-3-C，發現喂食I-3-C會導致乳腺腫瘤形成的潛伏期延遲，但它并沒有改變存活者的腫瘤發生率或多樣性[96]。任何表明這種化合物具有預防作用的研究都必須考慮到它可能會促進肝癌和結腸癌的風險[96]。
5.4其他激活Nrf2的方式
雖然我們的重點是比較植物化學物質的誘導能力，但人體細胞中的Nrf2是由一系列應激源激活的，而這些應激源并非都是化學物質。Nrf2激活劑的多樣性在以下三個例子中得到了強調。我們使用了幾個具有多效性Nrf2誘導作用的藥物例子。此外，我們還說明，當藥物Nrf2激活發生在超生理學水平時，其結果可能是出乎意料的，這表明，飲食來源的Nrf2激活劑的誘導劑能力明顯降低，可能是一種毒物興奮效應[97]。
5.4.1機械效應
在動脈受到高剪切力的區域，血液流動的機械效應可以防止炎癥和動脈粥樣硬化。相比之下，低剪切區域易受影響，這一效應被證明是由于Nrf2可減少動脈粥樣硬化易感部位內皮細胞的活化[98]。
5.4.2醫療用藥
三苯氧胺是一種NQO1誘導劑，通常用于乳腺癌治療后的婦女，但其CD值比蘿卜硫素低30倍[99]。Nrf2誘導物活性除了主要作為選擇性雌激素受體調節劑(SERM)的作用外，可能在該藥物的治療概況中也發揮了一定作用[99]。這些比較數據在考慮具有細胞保護潛力的藥物或補充劑的潛在價值時可能具有臨床意義。許多其他藥物也可激活Nrf2。常見處方藥他汀類藥物和ACE抑制劑的氧化還原調節活性就可能是Nrf2誘導物的能力[100]。同樣，曾經作為類風濕性關節炎治療主要藥物的金鹽也是Nrf2誘導物[101]。吲哚美辛目前很少用于減輕炎癥性關節疾病的癥狀也具有Nrf2誘導特性，說明非甾體抗炎藥(NSAIDs)除了具有抗炎作用外，還具有其他特性[102]。
一種相對較新的藥物甲基巴多索隆(BARD)被證明可以提高慢性腎病(一種以明顯的氧化應激為特征的疾病)的腎小球濾過率(eGFR)[103-105]。BARD是齊墩果酸的合成類似物，齊墩果酸是一種三萜化合物，在可食用植物中廣泛存在[106]，Nrf2誘導使其具有更廣泛的細胞保護特性[107]。第3階段BEACON試驗在2012年10月停止，原因是BARD arm 的2185名參與者中有57人死亡[105]。說到比較BARD和SFN的誘導劑活性，2005年的一項研究比較了一系列三萜類化合物，發現BARD作為NQO1誘導劑的效力是SFN的230倍[109]。在BEACON試驗中，人工合成的三萜類似物的副作用可能是雙功能劑量反應的上端的毒物效應。相比之下，食物所提供劑量的植物化學物質通常無毒[97]。
5.4.3運動
運動與葡萄糖及氧氣通過線粒體的流量增加有關，是一個增加活性氧如超氧化物水平的過程。運動誘導的ROS形成在激活轉錄因子和輔激活因子中具有重要作用[110]。Ristow等人證明，每天分別服用1000mg和400IU的維生素C和E補充劑，可以幾乎完全消除與運動相關的基因表達的典型變化。
一項突出了23項研究的綜述表明抗氧化補充劑會干擾運動訓練所導致的適應性[111]。這得到了新興觀點的支持[112]，即由于Nrf2是由一個溫和的促氧化劑信號激活的，高劑量的抗氧化補充劑可能會鈍化激活內源性防御所需的信號[113,114]。Ristow關于抗氧化補充療法阻止了鍛煉的許多有益效果的論斷得到了相關證據的支持。
5.5. NQO1的其他作用可能受蘿卜硫素的影響
NQO1具有廣泛的底物特異性，遠遠超出了其作為II相誘導劑的已知作用；在本節中所描述的其他作用可能有助于它的細胞保護能力。其作用包括：（1）使細胞免受苯系醌類化合物的損傷，如致癌物質，苯并(a)芘，常見于石化廢氣和燒烤肉類中[115]；（2）NQO1可將兒茶酚雌激素醌降解為兒茶酚雌激素，這一過程與雌激素代謝升高降低乳腺癌風險有關[116]；（3）NQO1可以清除超氧化物，盡管其清除程度低于超氧化物歧化酶(SOD)[117]；（4）NQO1可穩定腫瘤抑制基因p53[77]；（5）NQO1可恢復氧化的輔酶Q10(泛素)和生育酚的還原形式[77]。
NQO1存在幾種基因多態性，與致癌風險相關。C609T基因變異是少數常見的單核苷酸多態性之一，幾乎完全消除了酶的活性；因此，NQO1細胞防御中的多重作用引起了廣泛的研究關注[118]。
5.6. 其他機制：動物研究
盡管已經發表的大量蘿卜硫素研究都與Nrf2誘導劑的潛力有關，但一些研究指出了其他機制。最近的一項研究以西蘭花芽汁為干預材料，對易中風的自發性高血壓大鼠進行干預，以探討可能對腎臟造成的有害影響[119]。4周后，這些動物在很大程度上免受了腎臟損害。從機制上看，該效應與全身性血壓無關，但與AMPK/SIRT1/PGC1a/PPARa/UCP2軸平行刺激有關。目前還沒有該劑量對人體是否也有類似的效果的相關研究。
6.生物利用度的問題
6.1. 熱門植物化學補充劑的效果比較
除了Nrf2誘導的巨大差異，臨床療效的第二個障礙是生物有效性。當生物利用度較低時，細胞培養研究可能會高估攝入該化合物所能達到的細胞內濃度，因此很難達到體外實驗所顯示的預期臨床療效[120,121]。就植物化學物的潛在臨床療效而論，外源化合物或其代謝產物必須具有以生物學活性的形式到達靶器官、靶細胞，并達到有效的劑量、濃度?？诜喾宇惖纳锢枚纫话?10%，范圍在2 - 20%之間不等[122]，許多也僅有1%左右；并且烹飪和加工會顯著降低多酚含量[123]。相比之下，一項動物藥動學研究表明，蘿卜硫素絕對生物利用度為82%，可迅速被吸收[124]。
許多含植物化學物質的補充劑含有多酚類化合物，如姜黃素(姜黃)、兒茶素(綠茶)、白藜蘆醇(葡萄)、鞣花酸(漿果和石榴)、羥基酪醇和橄欖苦苷(橄欖)。大部分關于這些補充劑補充的研究都是體外或動物實驗，臨床試驗則很有限。這些植物化學物質往往宣稱具有“抗氧化”的功效，但實際到達循環或靶細胞的多酚含量很少，還不足以改變氧化還原狀態[7,125]；基因表達分析有助于量化可能的系統性反應。臨床前細胞培養或動物研究可能都會用劑量很高的經過分離純化的多酚。鑒于我們每天從食物中攝入的混合多酚僅約為1g/day，且其生物利用度低，因此這種高劑量在臨床上應用甚少[126]。
姜黃素、白藜蘆醇和水飛薊賓是廣泛使用的多酚補充劑，但其臨床前研究并不能輕易地推斷出臨床的應用情況。圖3比較了其他幾種多酚與蘿卜硫素的生物利用度(本地姜黃素在1%左右[127]，白藜蘆醇< 1%[128]，水飛薊賓的約為0.73%[129])。在不同情況下，相對生物利用度是指口服劑量的AUC與靜脈注射劑量的AUC相比，得出的相對百分數，其中F是生物利用度[90]，體外發現所需的細胞內高多酚濃度在口服劑量中難以實現。
有證據表明，某些多酚的活性可能存在于代謝產物中[130]，因此細胞內吸收的少量多酚可作為信號分子，需要與其他生物分子協同作用[131]。因此，很可能僅在消化道中而非全身都可直接發揮抗氧化作用 [10,132]。
洋蔥、西洋菜、茶和其他植物都含有槲皮素，也是一種很受歡迎的口服補充劑，通常作為“抗氧化劑”或“抗炎”劑來推廣宣傳。一些研究表明槲皮素可能具有抗癌潛力[133]，但另一些研究描述了其存在的潛在風險[134]，因為在一些情況下，尤其是在GSH耗盡的細胞環境中，槲皮素可能有促氧化作用[135]。
槲皮素可通過兒茶酚- O -甲基轉移酶(COMT)對兒茶酚代謝產生抑制作用[136]。這可能對雌激素相關疾病有影響，其中代謝不當的雌激素可形成DNA加合物[93]?？诜纹に厥欠駥θ梭w有害尚不清楚，但這個問題 “令人擔憂”，因為現成的槲皮素補充劑所含的量是西方飲食中可獲得的量的100倍[137]。
6.2姜黃素
姜黃素被認為在體外具有抗炎性是其具有抑制轉錄因子NF-?B的作用[138]。在一項人體肌腱炎癥的研究中，需要5-20μM，高濃度姜黃素來抑制IL-1β誘導的炎癥[139]。然而，人體即使攝入極高劑量姜黃素（高達8g）產生的細胞內峰值水平也僅為0.5-2.0μM，顯然沒有達到相同要求的濃度；通常建議的補充劑量高達180毫克，但在血漿中卻檢測不到[140,141]。實驗室研究結果表明姜黃素具有令人印象深刻和多樣化的細胞保護作用，但人體的實際攝入劑量并不能達到這種效果[142]。
相比之下，有證據表明在胃腸道組織中有一種作用，即姜黃素在單個腸細胞膜上進行轉運 [143,144]。結腸直腸癌患者每天服用高達3.6克姜黃素的劑量[145]，作為DNA損傷標志物的M1G在結腸直腸組織中減少了38％，表明每天3.6克的劑量在結腸細胞中可達到藥理學上有效的水平但在腸道外的分布則可忽略不計，證實其全身生物利用度差。
當考慮CD值和生物利用度時，生物利用度約為1％的食物中的姜黃素似乎比蘿卜硫素的臨床相關性更低，蘿卜硫素顯示出高誘導活性和高生物利用度。即使姜黃素是更有效的形式，生物利用度提高了約7倍，其生物利用度仍相對較低[146]。為研究生理上可達到的姜黃素劑量，Lao等人以500至12,000mg的姜黃素粉末作為干預物質，在服用8,000毫克的74名參與者中均沒有檢測到姜黃素；僅在劑量> 8,000 mg時檢測到ng / mL范圍內的低血清水平，若劑量低于4,000 mg，則幾乎檢測不到[147]。同樣，在接受3.6 g / d，治療1周的患者中正常肝臟或結直腸肝轉移中均未檢測到姜黃素[145]。豪威爾斯等人總結：在體外研究中，姜黃素在高濃度—10μmol/ L或更低濃度都可能具有人類生理相關性，但其作為化學預防劑的作用可能主要在胃腸道內[141]。
6.3白藜蘆醇
對小鼠和低等生物進行研究，表明它是長壽的原因后，白藜蘆醇在國際上獲得了廣泛贊譽[148]。只有從出生時開始注射白藜蘆醇的小鼠才能活得更久；但那些從中年開始注射的小鼠則不存在長壽效應[149]。這是因為生存基因的表達增強，其中一些基因也在限制熱量攝入時表達[150]。
這種長壽效應從未在人類身上進行過測試，因此目前尚不清楚是否有合適的劑量，甚至不知道是否有長壽益處[151,152]。雖然白藜蘆醇的吸收良好，但其生物利用度低；在人類口服25g白藜蘆醇受試者中的血漿中發現，至少70％是白藜蘆醇代謝物，隨后大部分在尿液中排泄出去[128]。像姜黃素一樣，白藜蘆醇很容易被腸細胞/結腸細胞吸收[153]，提示了對腸組織的潛在益處。每天給予超重或非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD）的肥胖男性3000毫克白藜蘆醇，8周后發現，與安慰劑相比，白藜蘆醇并未顯著改善NAFLD的任何特征[154]。
對3650篇關于白藜蘆醇文獻進行分析，發現并沒有足夠的證據表明白藜蘆醇的推薦量會多于人體每天從飲食中獲得的白藜蘆醇的量（成人，4mg/d）[155]。
6.4水飛薊素
水飛薊素是水飛薊（Silybum marianum）中的主要黃酮類化合物，在肝臟疾病中具有悠久的傳統使用歷史[156]。聲稱能夠靶向人體肝臟解毒機制的水飛薊素補充劑很容易獲得。水飛薊賓是該復合物中最具生物活性的，不溶于水，不溶于油脂，在大鼠中的生物利用度低，僅為0.73％[129]。它的CD值排在姜黃素之下，在蘿卜硫素之后排名第三。 在優化II相解毒是理想結果的情況下，考慮CD值和生物有效性方面可能會有價值。這些證據讓人對許多此類市場上可獲得的植物化學物質補充劑中一般的劑量下可能的功效深表懷疑。然而，已發表的試驗表明水飛薊素在人體中具有保護肝臟的特性，這表明可能存在其他作用機制 [156,157]。
6.5. 蘿卜硫素
蘿卜硫素的親脂性和低分子量容易被動擴散到細胞中[124]。它在攝入后1小時就可被迅速吸收，在血漿中達到峰值[158]?？梢灶A見，大鼠中劑量依賴性的藥代動力學表明生物利用度隨著劑量的增加而降低[124]。要攝入劑量約為0.5mg、1.0mg和5.0mg/kg純的蘿卜硫素對僅通過攝入蕓苔屬蔬菜而非純度蘿卜硫素的人來說相對較高。人類通過飲食不太可能攝取如此大量的SFN(蘿卜硫素)。通過計算，產生1％SFN芥子酶的活性全西蘭花芽苗補充劑可以產生10mg SFN/g粉末，相當于約12克新鮮西蘭花芽苗（干燥粉末保持約8％水分）。在動物劑量范圍的最高劑量，給70公斤的人服用5.0毫克/公斤蘿卜硫素，相當于動物攝入的最高劑量即350毫克新鮮芽苗或人類對新鮮芽苗合理攝入量的35倍。顯然，人體通過攝入西蘭花芽苗來補充蘿卜硫素是行不通的。
6.6. 人體攝入量的考量
一些人體研究證明通過攝入補充劑可達到足夠的量，同時也具有實操性。Ye等人表明，單次口服200μmol的蘿卜硫素后，15分鐘內可檢測到血漿和紅細胞中的蘿卜硫素及其代謝產物，1小時后所有試驗組均達到峰值，~2.00μM，其在體內的消除速率過程是一級動力學過程，均值半衰期為1.77±0.13小時[159]。為研究其對全身組織的影響，Cornblatt等的結果表明，在給予8名女性口服200μmol蘿卜硫素后1小時，在切除的左右乳房組織中均檢測到代謝物，濃度分別為1.45±1.12和2.00±1.95 pmol / mg。這項原理驗證研究觀察到在同一組織中NQO1酶活性顯著升高[158]。在另一個實例中，劑量遞增安慰劑對照研究調查了人類氣道粘膜中II相解毒酶的基因表達，結果顯示200g西蘭花芽苗勻漿后產生了102μmol蘿卜硫素，使NQO1 mRNA表達增加了近200％[160]。
因為口服劑量似乎就可增加NQO1，我們考慮攝入富含蘿卜硫素的西蘭花芽苗粉后，其血漿濃度是否會達到約2.00μM。通過計算，1克1％粉末會產生56.4μmol蘿卜硫素。Ye等人研究表明單次攝入200μmol蘿卜硫素，1小時后的血漿峰濃度約為2.0μM。正如Ye等人[159]的研究結果表明，200μmol口服劑量可使血漿濃度達到約2.0μM，Riedl等人[160]表明102μmol的NQO1 mRNA表達增加了約200％；攝入富含蘿卜硫素的西蘭花芽粉可達到上述數量級。通過理論和計算得到，個體消耗約2g 、4g 1％的蘿卜硫素的西蘭花芽苗粉末即可分別實現Riedl等人用200g西蘭花勻漿、單一攝入200μmol蘿卜硫素所達到的效果。
7. 影響蘿卜硫素產量的因素
7.1黑芥子酶(MYR)的作用
作為蕓苔屬衍生的前體化合物的硫代葡萄糖苷在MYR的作用下即可轉化為其生物活性形式，因為GRN不具有生物活性。為研究攝入的西蘭花中植物化學物質的代謝途徑，Shapiro等人表明MYR失活可導致西蘭花中ITC轉化率降低10-20％。當結腸微生物群縮減且沒有MYR，則ITC（異硫氰酸酯）的轉化率可忽略不計?？梢酝茢?，MYR對于蘿卜硫素合成是必需的，并且結腸微生物菌群也具有類似MYR的活性。
結腸微生物群似乎能夠限制MYR活性，轉化為生物活性ITC的劑量從劑量的1％到40％不等[161]。據報道，人類微生物菌群中的幾個屬如雙歧桿菌、乳酸桿菌和擬桿菌都具有類似MYR的活性[162]，但菌群的可變性很大；菌群降解硫代葡萄糖苷的能力并不可靠。因為這個因素具有不可預測性，所以使用無活性MYR西蘭花芽苗提取物的大型臨床試驗無法達到統計學意義[163]。許多可用的西蘭花芽補充劑是MYR滅活的提取物，聲稱它們的臨床益處可由結腸微生物群將蘿卜硫苷轉化為蘿卜硫素。無論是消費者還是臨床醫生都沒有辦法知道個體是否攜帶MYR活性微生物群落。
7.2腈類化合物因子
在十字花科植物中，西蘭花含有大量的上皮硫特異蛋白（epithiospecifier protein,ESP），一種非催化的MYR活性抑制劑[164]。ESP可促進蘿卜硫苷水解代謝為不具有生活活性的簡單腈類—蘿卜硫素腈。在某些條件下，會更有利于腈類化合物的生成，水解產物中腈類化合物可高達75％。結腸微生物菌群也會促進腈的形成，從而進一步限制了MYR失活補充劑的潛力[165]。ESP失活可顯著提高蘿卜硫素產量，說明西蘭花和西蘭花芽苗產品不能僅根據其GRN含量進行有意義的評估。當沒有考慮腈類的存在與否時，使用新鮮或粉狀西蘭花芽苗的臨床試驗可能會產生相互矛盾的結果。ESP的存在意味著測定蘿卜硫素產量是至關重要的，以便用于評估西蘭花芽苗粉末作為補充劑的實際功效；僅測量GRN和MYR的量就會忽略ESP對酶活性的影響。
8. 臨床意義
8.1. 十字花科蔬菜的攝入
生的西蘭花中存在未量化的ESP在臨床中存在一定的影響；作為沙拉蔬菜，生西蘭花可能不是獲得蘿卜硫素所帶來的益處的有效手段。同樣，烹飪已被證明，短短3分鐘的蒸汽中即可影響酶活性[166]。五分鐘的微波烹飪可導致西蘭花中的硫代葡萄糖苷損失74％，高壓蒸煮和沸騰分別導致33％和55％的損失[83]。即使消費者和臨床醫生意識到十字花科蔬菜在飲食中的重要性，也可能沒有意識到在運輸和零售環境中暴露在空氣中存儲3天即可損失55％的硫代葡萄糖苷，在22℃的塑料袋中存放超過7天可能會導致類似的損失[83]。
同樣重要的是，用于蔬菜生產的西蘭花栽培品種不是基于其蘿卜硫素產量來選擇的。在食品法允許十字花科蔬菜有適當的健康聲明之前，種植者沒有動力去選擇高產量蘿卜硫素的品種。簡而言之，臨床醫生和消費者都沒有足夠的信息去做出適當的選擇。
8.2. 來自十字花科蔬菜的補充劑
類似地，通常我們不知道作為補充劑的西蘭花發芽粉的生產者是否已使ESP失活。如果兩種補充劑均富含GRN但是其中一種已使ESP失活，這兩種西蘭花芽苗粉末的蘿卜硫素產量就可能會有顯著的差異。理想地，產生蘿卜硫素的補充劑將基于各種決定因素來表征：存在可量化的GRN、具有活性的MYR以及失活的ESP。
這些問題反映在最近的一項研究中，該研究比較了含有30mg“蘿卜硫素硫代葡萄糖苷”的市售補充劑與含有相同量GRN的新鮮芽苗 [167]。該研究表明，與西蘭花芽苗相比，攝入缺乏MYR的西蘭花補充劑可使受試者中生物活性ITC代謝物的血漿濃度降低7倍。Clarke等人的結論是，這些研究結果對那些服用此類推薦劑量的無活性MYR西蘭花補充劑的人有意義，他們以為自己正在獲得相同劑量的ITCs。這一點很重要，因為盡管現有的西蘭花芽補充劑中確實存在MYR，但主要是MYR失活的“提取物”。
還有一個更有說服力的理由是，盡管GRN是西蘭花和西蘭花芽苗中主要的硫代葡萄糖酸鹽，但它并不是唯一的；4-甲硫基異丁基異硫氰酸酯（erucin）和3-甲磺?；惲虼杷狨ィ╥berin)占西蘭花中硫代葡萄糖甙含量的25%。最近發現4-甲硫基異丁基異硫氰酸酯和蘿卜硫素是可以相互轉化的，所以臨床效果可能是由于所有硫代葡萄糖酸鹽水解產物的共同作用[167]。
9. 標準化
為了解決與確定產生蘿卜硫素補充劑的臨床潛力相關的困難，因為命名上的差異增加了這個困難。最近出現在科學文獻中的術語“蘿卜硫素 硫代葡萄糖苷”與市售的從西蘭花種子或芽苗中失活的MYR提取物緊密聯系并被指代[167,168]。“蘿卜硫素 硫代葡萄糖苷”本僅是描述“蘿卜硫苷”的量，這種命名法可能錯誤地導致臨床醫生和消費者相信該物質在食用時會釋放蘿卜硫素。
9.1商業分析方案
描述蘿卜硫素補充劑的各種方法通常用于生產中。為了評估和比較用作補充劑或用于臨床試驗的不同西蘭花芽苗粉末，分析方法必須標準化。從西蘭花芽苗中提取蘿卜硫素有常見的幾種方法，但由于沒有統一市售產品的檢測方法，因此無法僅根據標簽上的數值將兩種產品進行比較。
9.2. 蘿卜硫素的轉化量
蘿卜硫素的轉化量是通過測量GRN的量，無論是否存在有活性的MYR，均假設可100％轉化為蘿卜硫素，從而得出計算值?；谙鄬Ψ肿恿?，將測得的GRN量乘以0.406即得到蘿卜硫素的轉化量。目前并沒有是否存在MYR或ESP的規定。如果ESP尚未完全失活，那么計算出來的蘿卜硫素轉化量就會高于實際產生的蘿卜硫素的含量。那些聲稱蘿卜硫素轉化量且ESP尚未完全失活的西蘭花芽苗粉末成分或補充劑僅可產生少量的蘿卜硫素。
9.3. 加入外源性MYR后的蘿卜硫素產量
通過添加足夠的外源MYR以確保GRN完全轉化為蘿卜硫素，該方法克服了原材料可能僅含有GRN且可能完全或部分MYR失活的困難。 測定結果可能沒有把添加外源MYR列入說明書，因此讀者可能錯誤地斷定該物質在攝取時就可產生蘿卜硫素。
9.4. 內源性MYR產生的蘿卜硫素產量
該方法更加類似于攝取補充劑后的體內情況，因為轉化為蘿卜硫素完全取決于加工后保留的ESP和MYR的量。與其他方法相比，這種方法可產生較低的蘿卜硫素，但這可能是最可靠最接近蘿卜硫素在人體生理學中的代謝途徑的方法。
不同方法測定的相同補充物可能會產生完全不同的結果，更重要的是，只有存在有活性的MYR的補充劑才會在人體中發揮作用。評估蘿卜硫素在細胞培養中的誘導能力的方法可以更可靠地評估或比較補充劑的臨床潛力。PCR陣列和通路分析研究提供了基因表達數據，這是建立補充劑臨床效果的另一個更接近的途徑[169]。
10.結論
不斷發展的營養基因組學在許多方面都證明了植物性食物對人類健康有重要作用，不僅僅是作為營養來源，更是一個巨大的植物化學物質庫，這些植物化學物質能夠與細胞內生物分子相互作用，影響基因表達。在食物中的數千種植物化學物質中，蘿卜硫素具有成為理想的細胞保護性生物分子的性質，可作為整體食物補充劑以實際劑量遞送。很多企業嘗試著生產釋放蘿卜硫素的補充劑，但大部分都只有少量或沒有生物活性，通常是種子或芽苗提取物。理想的蘿卜硫素釋放補充劑是除了水分，保留了整個西蘭花芽的成分，進而保留了它的葡萄糖苷前體及黑芥子酶。與廣泛用于膳食補充劑的其他植物化學物質相比，蘿卜硫素比其他多酚類物質如姜黃素、白藜蘆醇和水飛薊素具有更高的生物利用度。它還能夠更好地誘導NQO1的表達，這是一種在許多外源性毒素、氧化營養素和內源性代謝物的代謝中必不可少的II相解毒酶。這些比較性究研究質疑了許多暢銷性補充劑的臨床療效。這種補充劑的所謂益處似乎需要比合理攝入量更高的細胞內濃度。
最初嘗試的生產高效藥物Nrf2誘導劑到目前為止還沒有成功?？紤]到與飲食有關的疾病普遍存在以及許多消費者已經接受了補充劑在個人健康管理中的作用，再經過適當驗證，蘿卜硫素釋放補充劑可提供另一種支持人類健康的方法。還需要證明這類補充劑有足夠的營養潛力，可以改變疾病的關鍵生化和生理危險因素。
圖1：Nrf2激活后，與基因啟動子區域的抗氧化反應元件（ARE）結合，從而增加基因表達的機制。
增加啟動子區具有抗氧化反應元件的基因表達的機制。Keap-1含有27個提供巰基（-SH）的半胱氨酸殘基，巰基可作為包括氧化應激在內的ARE誘導劑的傳感器[69]。細胞核內小Maf蛋白對NFRF2的功能至關重要[170]。圖改編自Kensler等人[51]。
圖2：常見植物化學物質作為補充劑和常用處方藥的CD值。CD值是指使Ⅱ相解毒酶、醌還原酶的活性加倍的化合物所需濃度[83,87-89,91]。
圖3：常用植物化學物質補充劑生物利用度的比較[90, 124, 127–129, 153]
1.引言
雖然20世紀初營養科學解決了與微量營養素缺乏狀態有關的問題[1]，后期則更多關注宏量營養素過量的問題，但21世紀的第一個十年已經見證了舊范式的挑戰和新理論的提出。人們認識到食物來源的非營養素分子可以調節細胞內的分子機制，因此出現了營養基因組學和營養遺傳學，這些學科是由營養、生物化學、分子生物學和基因組學等學科交叉發展而來的。據估計食品中存在超過5000種不同的植物化學物質[2]，我們目前僅對其中少數幾種有比較好的認識。
在這一背景下，鑒定識別具有顯著營養基因組潛力的生物分子便成了一項任務。越來越多的研究強調了這樣一種來自十字花科蔬菜科特別是來自甘藍的生物分子，蘿卜硫素，一種異硫氰酸酯(ITC)[3]。雖然植物王國是成千上萬種植物化學物質的來源，但關于食物來源的植物化學物質如何維持人類健康，特別是那些與細胞防御機制有關的機制，我們知之甚少。隨著營養基因組學的發展，以及我們對植物化學物和與內源性細胞保護機制之間許多相互作用的理解不斷加深，植物性食物對人類健康的重要性變得越來越清晰。
批判性審查揭示了一些補充劑配方的眾多缺陷，使人懷疑它們的潛在功效[4]。使用植物化學物質作為干預試劑的臨床試驗少有發表，并且也只有少數能夠經得起推敲。然而，即使一種化合物的有效性已經得到證實，通常商業產品中的劑量也會比臨床試驗的有效劑量或過去傳統的種植的農作物低許多倍。就像是對粗心的消費者或不知情的臨床醫生的陷阱一般，支持的評論可能僅是對體外和動物研究的引用，給讀者一個錯誤的印象，即該產品作為人體補充劑可能有效。
由于許多消費者似乎已經接受了膳食補充劑在個人健康管理中的作用，因此有必要審查植物源補充劑是否有助于改善各種疾病的生化和生理危險因素的證據。本綜述的目的是描述Nrf2營養基因組激活劑的性質，重點關注蘿卜硫素和其他基因表達激活物的潛力，以證明其作為補充劑具有臨床療效。
2. 超越營養缺乏和過剩
2.1 營養遺傳學和營養基因組學
營養遺傳學和營養基因組學作為相互聯系的科學，為臨床醫生提供了一個更有針對性的機會來個性化患者的治療方案，揭示那些可能損害個人生化功能的遺傳多態性[5]。即使無法獲得復雜的基因組圖譜，臨床醫生也知道，強有力的食物源生物分子可以與細胞內信號通路相互作用，這為臨床管理和疾病預防過程提供了另一個維度。
通過信號通路，食物來源的分子與復雜的細胞內控制系統不斷對話，這一認識揭示了食物的作用遠遠超過微營養素和宏量營養素[6]。 在這個模型中顯而易見的是，沒有復合營養素補充劑可以替代均衡飲食中豐富的多樣化植物化學物質。并且，綠茶、葡萄籽、紅酒、姜黃素、石榴和橄欖中常見的多酚類植物化學物質的健康益處不太可能是由于這些分子在大量體外研究中直接發揮的抗氧化作用[7,8]。多酚是典型的大分子，它們的吸收性和生物利用度都很差，因此細胞內的微摩爾級濃度不可能達到清除自由基所必需的濃度[9]。多酚也可以作為抗氧化劑或前氧化劑，這取決于實驗條件[10]。此外，新的研究結果表明多酚和其他植物化學物質可能存在毒物興奮效應，劑量反應的特征是低劑量刺激反應和高劑量抑制[11]。
在一種生物活性特異性方法中，最近一項植物化學物質與心血管疾病的綜合綜述集中于四種常見補充化合物在臨床前和臨床中發揮的有益作用[12]。該綜述認為，在這一領域幾乎沒有決定性的試驗，在一些研究中使用的確切劑量也尚不清楚。然而，作者證實了其他人的研究，少數植物化學物質需要非常高的劑量才會發揮保護作用，而其他化合物則是在攝入最低劑量的時候最有效。
與維生素“抗氧化劑”一樣，攝入多酚類補充劑在人體細胞中起到“抗氧化劑”的作用的說法也受到了質疑[7]。新出現的證據表明，多酚或其代謝產物并不是作為直接的“抗氧化劑”本身發揮全身細胞內作用，而是作為信號通路的調節劑。
2.2 十字花類蔬菜具有營養基因組潛力
十字花科蔬菜（十字花科植物）的分類主要包括十字花科（Brassicaceae），主要包括甘藍屬，如西蘭花、卷心菜、花椰菜、布魯塞爾芽菜和羽衣甘藍，還包括各種類型蘿卜的蘿卜屬。雖然這些蔬菜是微量營養素的良好來源，但它們對人類健康的價值至少部分是由于它們富含植物化學物質，尤其是硫代葡萄糖酸鹽[13]，其酶解產物可改變基因表達[14]。盡管像西蘭花這樣的蔬菜并不是流行的飲食選擇[15]，十字花科植物獨特的促進健康的價值卻一直備受重視[16]。最近的一項綜述[17]研究了十字花科植物對總死亡率和心血管死亡率的影響，幾項前瞻性研究顯示總死亡率和心血管死亡率與總蔬菜攝入沒有關聯，但確實與十字花科蔬菜消費量存在顯著負相關?？偠灾?，一般的綠葉蔬菜尤其是十字花科蔬菜的潛在益處并不局限于它們對癌癥及心血管疾病的影響。在一項針對老年婦女的認知能力下降，為期27年的前瞻性隊列研究中（n=15080）發現，在5組中，攝入十字花科蔬菜量最高組比最低組下降得更慢，且劑量響應明顯呈線性[18]。在綠葉蔬菜攝入量最高的五分之一人群中，認知能力下降也較慢。當排除心血管疾病和糖尿病患者的數據時，這種關聯并沒有改變。
大多數關于十字花科植物的研究都集中在西蘭花、甘藍(包括蔬菜及球芽甘藍)上，它們是作為具有營養潛力的生物活性化合物的來源。在過去的20年里，人們對西蘭花在人體健康中的作用越來越感興趣，因為有證據表明，蔬菜中對身體健康益處大部分源自誘導解毒酶[19,20]。在分離出椰菜來源的蘿卜硫素后，Zhang的研究小組發現蘿卜硫素是一種主要且高效的II相酶誘導劑。這組誘導酶包括NAD(P)H:NQO1(醌還原酶)和谷胱甘肽s -轉移酶(GSTs)，這兩種酶都是類固醇和無處不在的環境毒素苯并(a)芘解毒時所必需的[21-23]。Zhang等人認為蘿卜硫素誘導解毒酶對西蘭花的抗癌作用有重要作用。蘿卜硫素可顯著調控靶向酶的方式表明了營養基因組學效應，盡管當時還不知道解釋這種基因表達的確切機制，要闡明蘿卜硫素的作用機理還需要兩年的時間[24]。
3. 影響信號通路
3.1. Nrf2作為細胞防御的“主調節器”
盡管蘿卜硫素在許多哺乳動物的生化信號通路中起作用，但當以實際口服劑量給藥時，它對氧化還原敏感轉錄因子Nrf2(核因子紅細胞2相關因子2)的影響似乎是其具有臨床潛力的主要原因[25]。關于Nrf2的研究于1994年首次出現在科學文獻中，之后在醫學文獻數據庫發表論文，則有超過5500篇相關文獻。在接下來的20年里，Nrf2已經成為細胞主要防御機制的關鍵調制器，可對抗許多有害的環境毒物和致癌物質[26]。大量的研究集中在Nrf2防止有毒代謝物在癌癥發生發展的作用，有其是誘導II相解毒酶—NAD(P)H:醌還原酶(NQO1)[27]。
對Nrf2作為一種細胞質“開關”激活一系列具有細胞保護基因的機制的闡明，預示著營養科學的一個新范式。Nrf2的鑒定提供了第一個真正的線索，具有生物活性的飲食來源的化合物如蘿卜硫素具有影響很多功能特異性基因的潛力[28]。
Nrf2被各種描述為細胞防御機制的激活劑[29]、主要的氧化還原開關[30]以及健康的守護者和長壽的看門人[31]。Nrf2是哺乳動物防御系統對抗各種應激源的調控因子，它是我們之前對氧化應激的理解和細胞應對氧化應激的內源性機制之間的接口。顯而易見的是，雖然通過“抗氧化”維生素的補充來對抗氧化應激的嘗試一直令人失望[32]，但許多植物化學物質具有激活Nrf2的能力，誘導一些基因共同調控細胞的內源性防御系統，從而保護細胞[34]。這一發現機具臨床意義，因為在一些氧化應激相關的疾病中，與直接通過抗氧化劑補充劑給藥相比，激活Nrf2可能對發揮細胞防御作用更有效[35]。
3.2. 蘿卜硫素，Nrf2靶基因的誘導劑
值得注意也令人驚訝的是，雖然蘿卜硫素具有顯著的細胞保護潛力，但它并不具有直接的抗氧化作用；相反，它是弱的促氧化劑[36]。作為進一步支持氧化還原信號在細胞防御機制中的關鍵作用的證據，在前列腺癌細胞系中，蘿卜硫素誘導NQO1和細胞周期阻滯的作用被證明可完全被谷胱甘肽(GSH)前體n -乙酰半胱氨酸預處理消除[37,38]。這一發現對定期攝入易于獲得的n -乙酰半胱氨酸補充劑有一定意義。
蘿卜硫素 [1-異硫氰酸根-(4R)-(甲基亞砜)丁烷:CH3S(O (CH2)4-N=C=S]是一種小型(MW = 177.29)脂肪族親脂性有機硫分子，不存在于十字花科或其他植物中(補充數據，如圖1所示，見xx頁，http://dx.doi.org/10.1155/2016/7857186)。相反，蕓苔屬植物含有一種不具有生物活性的前體化合物——蘿卜硫苷(GRN)，它與一種分隔的酶——黑芥子酶( MYR)一起被包含在一個植物細胞液泡中[39]。當植物細胞破裂，GRN和MYR接觸，酶促產生蘿卜硫素[40] (補充數據，如圖2所示，見xx頁)。與穩定的GRN前體相比，蘿卜硫素配基相對不穩定[41]；這對西蘭花和其他十字花科蔬菜的烹飪應用有一定的啟示。西蘭花并不是唯一一種能產生蘿卜硫素的十字花科植物，但其產量最高，其GRN含量約為總硫代葡萄糖苷的75%[42]。值得注意的是，含有硫代葡萄糖酸鹽的植物中，前體和酶的含量各不相同[43]。因此，蘿卜硫素和其他異硫氰酸酯的產量差異很大。
切割、咀嚼或以其他方式破壞花椰菜植物細胞結構后，開始合成蘿卜硫素，與其穩定的GRN前體相比，蘿卜硫素在合成后不久就會開始降解[44]。為了讓消費者充分利用西蘭花和其他十字花科植物對細胞的保護作用，必須采取措施保護以保證被釋放的蘿卜硫素的完整性。
蘿卜硫素屬于9種已鑒定的Nrf2激活物中的一種[45]。結構不同，所有誘導劑的唯一共同特性是它們與巰基(-SH)反應的能力。因此，Nrf2與硫化學密切相關，如果膳食蛋白足夠，均衡的飲食應該可提供足夠的硫。然而，也有人擔心，許多人的硫攝入量可能是不足的[46]，一些研究人員認為，無論是否存在炎性刺激，硫氨基酸的缺乏會更易影響GSH而不是蛋白質的合成[47]。雖然素食飲食可能提供大量的植物化學物質[48]，但需要警覺的是硫是否足夠，因為含硫氨基酸在植物蛋白中含量最少，一般情況下，素食者消費硫約為混合均衡飲食的一半[46]。
3.3. 西蘭花芽苗與西蘭花蔬菜
許多臨床相關的蕓苔屬植物研究都與西蘭花芽苗而不是與成熟的蔬菜相關[49]，約翰霍普金斯大學的一個研究小組從上世紀90年代初就開始在這個領域進行早期的研究。研究小組發現，特定培育的十字花科品種的3天齡芽苗中GRN濃度是相應成熟植株濃度的10-100倍[49]。他們專注于鑒定具有癌癥化學預防作用的植物，他們發現這些芽苗可有效降低二甲基苯并蒽處理的大鼠乳腺腫瘤的發生率、多樣性及發展速度。西蘭花芽苗富含甲基亞砜基丁基硫代葡萄糖苷(占總含量的75%)，成熟植株中的吲哚類硫代葡萄糖苷含量雖少，但卻是潛在的腫瘤促進因子[50]。后續研究發現，少量的西蘭花芽苗和大量的西蘭花蔬菜一樣可以有效地預防癌癥。
3.4. Nrf2激活劑如何影響基因表達
雖然Nrf2通路的復雜性還沒有被完全闡明，但是主要的部分如圖1所示[51]。一般情況下， Nrf2通過它的抑制蛋白Keap1(Kelch-like eq -associated protein 1)與Nrf2 Neh2結構域結合錨定于細胞質中。Keap-1是一種富含半胱氨酸的蛋白質，同時也是細胞質氧化還原狀態變化的傳感器。當Keap-1內的半胱氨酸硫醇檢測到合適的信號時，其結合和保留轉錄因子Nrf2在細胞質中的能力就喪失了。Keap-1通常對親電或氧化應激信號作出反應[51]。
因此，Nrf2逃脫Keap1介導的抑制作用，在核內蓄積，激活位于Nrf2下游基因的啟動子區域的短核苷酸堿基序列；這個序列通常被稱為抗氧化反應元件(ARE)或親電反應元件(EpRE ) ，盡管這些術語都可通用，但后者被認為是一個更正確的描述[52]?；罨腘rf2與ARE結合時，Nrf2與其他堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)蛋白(如Maf G))形成異二聚體，形成一個與AREs結合的轉活化復合物[53]。
當親電或氧化應激對細胞產生危害時，Keap-1可感知到細胞質氧化還原狀態的失衡。從Keap-1釋放后，Nrf2水平在細胞核中迅速升高，上調了一組對細胞有保護作用的基因，每個基因至少包含一個ARE。 Nrf2可誘導GSH限速酶及γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的合成，從而提升組織谷胱甘肽水平[54]。
為了使Nrf2-Keap-1通路在細胞凋亡中發揮關鍵作用，其活性必須保證可與不斷變化的細胞環境同步調控。在沒有細胞壓力時，Nrf2通過泛素-蛋白酶體通路不斷降解[55]。半衰期約為20分鐘[56]，Nrf2維持在低細胞水平[57]。當處于應激狀態下，可通過直接修飾半胱氨酸硫醇殘基使Keap1失活，然后釋放Nrf2，以解除壓力型氧化應激反應[58]。
考慮到乙酰氨基酚的肝毒性作用，Nrf2機制的臨床意義是顯而易見的。乙酰氨基酚是一種可引起嚴重藥物性肝損傷的藥物。過量使用這種鎮痛/解熱藥物會迅速耗盡細胞內的谷胱甘肽儲備。然而，細胞可激活一種適應性反應，即Keap-1感知乙酰氨基酚代謝物n -乙酰對苯醌亞胺(NAPQI)，隨后釋放Nrf2[60]。GSH與其他Nrf2靶基因一起快速合成?？紤]到多種Nrf2靶基因蛋白合成的轉譯時間可能需要數小時，這種機制可能不足以在急性護理條件下提高谷胱甘肽水平。一項探討蛛網膜下腔出血對神經元細胞保護血紅素加氧酶-1（HO-1）基因表達影響的研究表明，12小時Nrf2水平可提高約4倍，HO-1水平可提高不止3倍，24小時Nrf2及HO-1水平均可達到峰值，均高于 4.5倍。
3.5. II相酶及其解毒機制
細胞用于解毒潛在有害化合物（通常是致癌物質[62,63]）的機制可能涉及與細胞色素P450家族單胺氧化酶相關的I相組件和II相組件，由I相產生的中間體化合物以允許排泄的方式代謝?？杉せ畹谝浑A段和第二階段的酶的化合物被稱為雙功能誘導劑；然而，如果它只激活II相酶，它就是一個單功能誘導物[64]。第二階段的酶是由Nrf2誘導的，因此是這個討論的一部分。為了安全有效的解毒，毒素最好經歷一個相對緩慢的第一階段反應，然后是更快速的第二階段；這往往會阻止I相代謝物的積累，因為I相代謝物比其前體毒性更大[65]。
因此，對于理想的細胞解毒環境，II相反應的速率應能防止I相中間產物的積累。脂肪蘿卜硫素是一種單功能誘導劑，而成熟西蘭花中的吲哚類ITCs是從硫代葡萄糖酸鹽和蕓苔葡糖硫苷中衍生出來的雙功能誘導劑[49]。具有臨床意義的是，II相酶的半衰期相對較長，因此這些蛋白的上調表達可以持續數天。在一項使用成人視網膜色素上皮細胞(ARPE-19)的研究中，NAD(P)H:醌還原酶可保持活性超過5天[66]。
4. Nrf2靶基因的誘導劑
Nrf2可以被多種誘導物激活，但不是所有的誘導物都是口服獲得的。例如，運動過程中釋放的活性氧或吸入環境化學物質所產生的促氧化劑信號能夠激活細胞內源性防御系統，前提是暴露量足夠少，不會擊潰細胞的防御。
4.1. 飲食來源的Nrf2誘導劑
雖然許多植物化學物質的發現與其Nrf2誘導能力相關，但解釋其誘導的相關機制研究還是有限的。一篇闡釋化學預防中植物化學物質分子機制的綜述文章表明，僅對三種化學物質，蘿卜硫素、鼠尾草酚和槲皮素進行了機制方面的研究，并且只研究了蘿卜硫素在多種機制中的作用[69]。鑒于有大量蘿卜硫素的相關文獻，我們在此后考慮把這部分內容作為臨床意義的補充。同時用數據說話，將蘿卜硫素與熱門及廣泛應用的植物化學補充劑的潛力進行一個比較。
4.2. 蘿卜硫素：體外實驗
蘿卜硫素是一種有效的Nrf2誘導物，可誘導細胞防御[70]。這種被蘿卜硫素激活的效應在細胞培養中迅速產生，在人體支氣管上皮BEAS-2B細胞中，30分鐘內就會發生[71]。Hu等人通過微陣列分析研究蘿卜硫素在野生型小鼠肝臟中的作用，發現暴露3小時后，1725個基因表達量增加，12小時后，3396個基因被改變[33]。通過比較不同時間點的表達模式，他們還發現，單次服用蘿卜硫素12小時后，大于2倍的折射率變化最大。已鑒定的Nrf2靶基因大致可分為抗氧化劑(酶和非酶)、藥物代謝酶、藥物外排泵、熱休克蛋白、NADPH再生酶、生長因子和生長因子受體、重金屬綁定蛋白以及各種核受體包括PPAR-γ以及Nrf2本身一系列細胞保護蛋白的編碼[33]。
維生素D對人體細胞的保護作用已被廣泛認識[72]；維生素D受體(VDR)對蘿卜硫素誘導的Nrf2靶基因可能具有重要的營養意義[73]；反過來，維生素D可增加Nrf2的表達[74]。為了進一步說明其多樣性，Nrf2目標基因還包括編碼β-防御素-2(HBD-2)、與先天免疫相關的抗菌肽，該抗菌肽可保護腸道黏膜免受細菌侵害。蘿卜硫素還可誘導HBD-2[73]，一個人類Caco-2細胞培養研究表明當蘿卜硫素的濃度>5µM，培養24小時后，HBD-2濃度可達1.6倍，48小時后可達2倍。這些結果可能與腸道上皮細胞的紊亂有關，但5µM細胞內濃度可能要高于通過飲食或口服蘿卜硫素補充劑可獲得的實際劑量濃度。
Nrf2靶基因的下游酶產物高效、多能。它們包括構成谷胱甘肽和硫氧還蛋白系統的物質，這是體內主要的細胞還原系統[75]。有幾個原因可以解釋它們的效率和多功能性[76]：（1）它們不像直接作用的抗氧化劑如抗壞血酸鹽和生育酚一樣，按照化學計量消費；（2）它們的作用時間長，半衰期以天為單位，所以它們的誘導不一定是連續的；（3）它們通過內源性產生的直接作用的抗氧化劑，如輔酶Q10和生育酚（特別是通過NQO1，因為輔酶Q10和生育酚都是醌）使細胞恢復到還原狀態。Nrf2靶基因的主要產物及其在細胞保護中的作用見補充資料表1。
5. 醌氧化還原酶(NQO1)，一種評估誘導物能力的工具
NQO1最初被認為是一種與解毒途徑相關的Nrf2激活的II相酶，現在被認為具有更廣泛的功能[77]。NQO1被描述為一種“最典型的細胞保護酶”，其編碼方式被認為是“同類中最一致和最堅固的可誘導基因之一”。隨著年齡的增長，NQO1活性會下降，而Nrf2誘導活性升高被描述為隨著年齡的增長，維持細胞防御的一種途徑。此外，動物研究顯示Nrf2活性在青年和老年時期都會顯著下降[78-80]。NQO1基因缺陷的人更容易受到暴露于苯的致癌影響[81]。NQO1在肺組織及一般的上皮細胞和內皮細胞中都非?；钴S[82]，這表明NQO1可防御通過氣道、腸道和血流吸收的化合物。NQO1活性作為植物化學物質是抗癌活性的一種生物標志物，也可作為一種快速篩選方法[45,83]。有研究[20]使用I相功能有缺陷的細胞，提供了選擇性區分單功能誘導物以提高II相酶的方法[84]。
5.1. CD值，一種比較指標
“CD值”描述了在小鼠肝癌細胞中加倍NQO1活性所需的濃度[85]。CD值在比較一種可吸收的生物活性化合物在體內的營養基因組效應上也很有用。CD值也被用于根據相對“抗癌潛力”對蕓苔屬植物進行分類[19,83]。當用于比較幾個十字花科植物的Nrf2誘導劑效應時[86]，卷心菜、甘藍和蕪菁的ITCs的NQO1誘導劑能力低于來源于西蘭花的蘿卜硫素。蘿卜硫素NQO1的誘導劑活性約為33000單位/ g西蘭花鮮重，卷心菜∼11000單位，羽衣甘藍∼10000單位，蘿卜∼2000單位。這就可以部分解釋為何西蘭花比其他蕓苔屬植物更廣泛地被研究。
5.2 CD值的臨床意義
從研究中比較知名的植物化學物質的CD值數據來看，蘿卜硫素最高效，濃度低至0.2µm就可加倍NQO1的活性[19,85]。其他植物化學物質的CD值也有相關記錄[87-90]，較低的微摩爾濃度代表具有較高誘導活性的植物化學物質(如圖2所示)。
普通口服補劑中使用的植物化學物質的CD值分別為：蘿卜硫素(0.2µM)、穿心蓮內酯(1.43)、槲皮素(2.50)、β-胡蘿卜素(7.2µM)、葉黃素(µM)、白藜蘆醇(21µM),成熟西蘭花中的吲哚-3-甲醇(50µM)、葉綠素(250µM)、α-隱黃質(1.8 mM)、玉米黃質(2.2 mM)[83,87-89,90]。各實驗室早先的研究表明各類植物化學物質的CD值分別為姜黃素(2.7µM)、水飛薊素(3.6µM)、它莫西芬(5.9µM)、染料木黃酮(16.2µM)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)(>50µM)、抗壞血酸(>50µM)。這些植物化學物質的NQO1誘導劑活性比較：蘿卜硫素> 穿心蓮內酯 >槲皮素>姜黃素>水飛薊素>三苯氧胺>β-胡蘿卜素>染料木黃酮>葉黃素>白藜蘆醇> I-3-C >葉綠素>α-隱黃質 >玉米黃質。
值得注意的是，蘿卜硫素的CD值比姜黃素高13.5倍，比水飛薊素高18倍，比白藜蘆醇高105。所有的這些植物化學物質，因其宣稱的促進健康的特性而被廣泛推廣。對相關的口服補品以其主要成分的CD值進行評估，可能是有用的。因為在互聯網上搜索很容易發現許多自由選擇和臨床推薦的補品聲稱具有“增強解毒”和“延長壽命”的功效，盡管支持證據并不明顯。許多葉綠素和維生素C的補充劑都以“排毒”為主要宣傳，然而這兩種成分的NQO1誘導劑能力都相對較低。
5.3吲哚類硫代葡萄糖苷作用的比較
吲哚-3-甲醇（I-3-C）需要>50μM才能使NQO1活性加倍，這是在成熟的西蘭花蔬菜中發現的ITC（芽苗中含量很少）[83]。在體內，I-3-C必須在胃的酸性環境中二聚化成3,3'-二吲哚甲烷（DIM）才能活化[92]。這有一定的臨床意義，因為I-3-C和DIM的合成分子都可作為補充劑使用。雖然其誘導能力顯著低于蘿卜硫素[91]，值得一提的是，DIM也是解毒途徑的雙功能誘導劑，因此限制了其細胞保護潛力。對西蘭花芽的早期研究表明，在人體中使用吲哚類硫代葡萄糖苷(如I-3-C)作為化學保護劑可能存在局限性[49]。它們不僅是II相酶的弱誘導劑，而且作為雙功能誘導劑，它們同時激活I相酶。它們也可能具有雌激素受體結合活性，增加其作為腫瘤促進劑的潛力[49]。
有趣的是，DIM偶爾會被推薦用于臨床治療雌激素代謝失調，其理論是DIM會抑制CYP1B。抑制CYP1B1可將雌激素代謝轉化為4-羥色胺酮，這是一種可導致癌變的代謝物[93]。對此，也有不同的數據；2007年的一項細胞培養研究使用微陣列分析和實時定量聚合酶鏈反應分析了同時使用雌二醇和DIM治療的MCF7乳腺癌細胞的基因表達[94]。CYP1B1上調，倍數變化為3.93±0.25。這些發現表明DIM可能并不能阻止雌激素產生4-羥基代謝產物。這些相互矛盾的數據表明，在使用臨床相關劑量的現成補充劑時，需要進行臨床試驗來確定這種干預措施在體內的效果。
一項闡釋蘿卜硫素和I-3-C在前列腺細胞系研究中效力差異的研究發現，這兩種化合物都以劑量依賴性的方式抑制前列腺癌細胞的增殖，但蘿卜硫素的抑制濃度僅為I-3-C的10%[95]。I-3-C補充劑的補充可能還存在安全問題，因此需要謹慎使用，I-3-C補充劑的數量是食用西蘭花蔬菜所能達到的數量的很多倍。在給大鼠最后一次致癌物一周后，給大鼠喂食I-3-C，發現喂食I-3-C會導致乳腺腫瘤形成的潛伏期延遲，但它并沒有改變存活者的腫瘤發生率或多樣性[96]。任何表明這種化合物具有預防作用的研究都必須考慮到它可能會促進肝癌和結腸癌的風險[96]。
5.4其他激活Nrf2的方式
雖然我們的重點是比較植物化學物質的誘導能力，但人體細胞中的Nrf2是由一系列應激源激活的，而這些應激源并非都是化學物質。Nrf2激活劑的多樣性在以下三個例子中得到了強調。我們使用了幾個具有多效性Nrf2誘導作用的藥物例子。此外，我們還說明，當藥物Nrf2激活發生在超生理學水平時，其結果可能是出乎意料的，這表明，飲食來源的Nrf2激活劑的誘導劑能力明顯降低，可能是一種毒物興奮效應[97]。
5.4.1機械效應
在動脈受到高剪切力的區域，血液流動的機械效應可以防止炎癥和動脈粥樣硬化。相比之下，低剪切區域易受影響，這一效應被證明是由于Nrf2可減少動脈粥樣硬化易感部位內皮細胞的活化[98]。
5.4.2醫療用藥
三苯氧胺是一種NQO1誘導劑，通常用于乳腺癌治療后的婦女，但其CD值比蘿卜硫素低30倍[99]。Nrf2誘導物活性除了主要作為選擇性雌激素受體調節劑(SERM)的作用外，可能在該藥物的治療概況中也發揮了一定作用[99]。這些比較數據在考慮具有細胞保護潛力的藥物或補充劑的潛在價值時可能具有臨床意義。許多其他藥物也可激活Nrf2。常見處方藥他汀類藥物和ACE抑制劑的氧化還原調節活性就可能是Nrf2誘導物的能力[100]。同樣，曾經作為類風濕性關節炎治療主要藥物的金鹽也是Nrf2誘導物[101]。吲哚美辛目前很少用于減輕炎癥性關節疾病的癥狀也具有Nrf2誘導特性，說明非甾體抗炎藥(NSAIDs)除了具有抗炎作用外，還具有其他特性[102]。
一種相對較新的藥物甲基巴多索隆(BARD)被證明可以提高慢性腎病(一種以明顯的氧化應激為特征的疾病)的腎小球濾過率(eGFR)[103-105]。BARD是齊墩果酸的合成類似物，齊墩果酸是一種三萜化合物，在可食用植物中廣泛存在[106]，Nrf2誘導使其具有更廣泛的細胞保護特性[107]。第3階段BEACON試驗在2012年10月停止，原因是BARD arm 的2185名參與者中有57人死亡[105]。說到比較BARD和SFN的誘導劑活性，2005年的一項研究比較了一系列三萜類化合物，發現BARD作為NQO1誘導劑的效力是SFN的230倍[109]。在BEACON試驗中，人工合成的三萜類似物的副作用可能是雙功能劑量反應的上端的毒物效應。相比之下，食物所提供劑量的植物化學物質通常無毒[97]。
5.4.3運動
運動與葡萄糖及氧氣通過線粒體的流量增加有關，是一個增加活性氧如超氧化物水平的過程。運動誘導的ROS形成在激活轉錄因子和輔激活因子中具有重要作用[110]。Ristow等人證明，每天分別服用1000mg和400IU的維生素C和E補充劑，可以幾乎完全消除與運動相關的基因表達的典型變化。
一項突出了23項研究的綜述表明抗氧化補充劑會干擾運動訓練所導致的適應性[111]。這得到了新興觀點的支持[112]，即由于Nrf2是由一個溫和的促氧化劑信號激活的，高劑量的抗氧化補充劑可能會鈍化激活內源性防御所需的信號[113,114]。Ristow關于抗氧化補充療法阻止了鍛煉的許多有益效果的論斷得到了相關證據的支持。
5.5. NQO1的其他作用可能受蘿卜硫素的影響
NQO1具有廣泛的底物特異性，遠遠超出了其作為II相誘導劑的已知作用；在本節中所描述的其他作用可能有助于它的細胞保護能力。其作用包括：（1）使細胞免受苯系醌類化合物的損傷，如致癌物質，苯并(a)芘，常見于石化廢氣和燒烤肉類中[115]；（2）NQO1可將兒茶酚雌激素醌降解為兒茶酚雌激素，這一過程與雌激素代謝升高降低乳腺癌風險有關[116]；（3）NQO1可以清除超氧化物，盡管其清除程度低于超氧化物歧化酶(SOD)[117]；（4）NQO1可穩定腫瘤抑制基因p53[77]；（5）NQO1可恢復氧化的輔酶Q10(泛素)和生育酚的還原形式[77]。
NQO1存在幾種基因多態性，與致癌風險相關。C609T基因變異是少數常見的單核苷酸多態性之一，幾乎完全消除了酶的活性；因此，NQO1細胞防御中的多重作用引起了廣泛的研究關注[118]。
5.6. 其他機制：動物研究
盡管已經發表的大量蘿卜硫素研究都與Nrf2誘導劑的潛力有關，但一些研究指出了其他機制。最近的一項研究以西蘭花芽汁為干預材料，對易中風的自發性高血壓大鼠進行干預，以探討可能對腎臟造成的有害影響[119]。4周后，這些動物在很大程度上免受了腎臟損害。從機制上看，該效應與全身性血壓無關，但與AMPK/SIRT1/PGC1a/PPARa/UCP2軸平行刺激有關。目前還沒有該劑量對人體是否也有類似的效果的相關研究。
6.生物利用度的問題
6.1. 熱門植物化學補充劑的效果比較
除了Nrf2誘導的巨大差異，臨床療效的第二個障礙是生物有效性。當生物利用度較低時，細胞培養研究可能會高估攝入該化合物所能達到的細胞內濃度，因此很難達到體外實驗所顯示的預期臨床療效[120,121]。就植物化學物的潛在臨床療效而論，外源化合物或其代謝產物必須具有以生物學活性的形式到達靶器官、靶細胞，并達到有效的劑量、濃度?？诜喾宇惖纳锢枚纫话?10%，范圍在2 - 20%之間不等[122]，許多也僅有1%左右；并且烹飪和加工會顯著降低多酚含量[123]。相比之下，一項動物藥動學研究表明，蘿卜硫素絕對生物利用度為82%，可迅速被吸收[124]。
許多含植物化學物質的補充劑含有多酚類化合物，如姜黃素(姜黃)、兒茶素(綠茶)、白藜蘆醇(葡萄)、鞣花酸(漿果和石榴)、羥基酪醇和橄欖苦苷(橄欖)。大部分關于這些補充劑補充的研究都是體外或動物實驗，臨床試驗則很有限。這些植物化學物質往往宣稱具有“抗氧化”的功效，但實際到達循環或靶細胞的多酚含量很少，還不足以改變氧化還原狀態[7,125]；基因表達分析有助于量化可能的系統性反應。臨床前細胞培養或動物研究可能都會用劑量很高的經過分離純化的多酚。鑒于我們每天從食物中攝入的混合多酚僅約為1g/day，且其生物利用度低，因此這種高劑量在臨床上應用甚少[126]。
姜黃素、白藜蘆醇和水飛薊賓是廣泛使用的多酚補充劑，但其臨床前研究并不能輕易地推斷出臨床的應用情況。圖3比較了其他幾種多酚與蘿卜硫素的生物利用度(本地姜黃素在1%左右[127]，白藜蘆醇< 1%[128]，水飛薊賓的約為0.73%[129])。在不同情況下，相對生物利用度是指口服劑量的AUC與靜脈注射劑量的AUC相比，得出的相對百分數，其中F是生物利用度[90]，體外發現所需的細胞內高多酚濃度在口服劑量中難以實現。
有證據表明，某些多酚的活性可能存在于代謝產物中[130]，因此細胞內吸收的少量多酚可作為信號分子，需要與其他生物分子協同作用[131]。因此，很可能僅在消化道中而非全身都可直接發揮抗氧化作用 [10,132]。
洋蔥、西洋菜、茶和其他植物都含有槲皮素，也是一種很受歡迎的口服補充劑，通常作為“抗氧化劑”或“抗炎”劑來推廣宣傳。一些研究表明槲皮素可能具有抗癌潛力[133]，但另一些研究描述了其存在的潛在風險[134]，因為在一些情況下，尤其是在GSH耗盡的細胞環境中，槲皮素可能有促氧化作用[135]。
槲皮素可通過兒茶酚- O -甲基轉移酶(COMT)對兒茶酚代謝產生抑制作用[136]。這可能對雌激素相關疾病有影響，其中代謝不當的雌激素可形成DNA加合物[93]?？诜纹に厥欠駥θ梭w有害尚不清楚，但這個問題 “令人擔憂”，因為現成的槲皮素補充劑所含的量是西方飲食中可獲得的量的100倍[137]。
6.2姜黃素
姜黃素被認為在體外具有抗炎性是其具有抑制轉錄因子NF-?B的作用[138]。在一項人體肌腱炎癥的研究中，需要5-20μM，高濃度姜黃素來抑制IL-1β誘導的炎癥[139]。然而，人體即使攝入極高劑量姜黃素（高達8g）產生的細胞內峰值水平也僅為0.5-2.0μM，顯然沒有達到相同要求的濃度；通常建議的補充劑量高達180毫克，但在血漿中卻檢測不到[140,141]。實驗室研究結果表明姜黃素具有令人印象深刻和多樣化的細胞保護作用，但人體的實際攝入劑量并不能達到這種效果[142]。
相比之下，有證據表明在胃腸道組織中有一種作用，即姜黃素在單個腸細胞膜上進行轉運 [143,144]。結腸直腸癌患者每天服用高達3.6克姜黃素的劑量[145]，作為DNA損傷標志物的M1G在結腸直腸組織中減少了38％，表明每天3.6克的劑量在結腸細胞中可達到藥理學上有效的水平但在腸道外的分布則可忽略不計，證實其全身生物利用度差。
當考慮CD值和生物利用度時，生物利用度約為1％的食物中的姜黃素似乎比蘿卜硫素的臨床相關性更低，蘿卜硫素顯示出高誘導活性和高生物利用度。即使姜黃素是更有效的形式，生物利用度提高了約7倍，其生物利用度仍相對較低[146]。為研究生理上可達到的姜黃素劑量，Lao等人以500至12,000mg的姜黃素粉末作為干預物質，在服用8,000毫克的74名參與者中均沒有檢測到姜黃素；僅在劑量> 8,000 mg時檢測到ng / mL范圍內的低血清水平，若劑量低于4,000 mg，則幾乎檢測不到[147]。同樣，在接受3.6 g / d，治療1周的患者中正常肝臟或結直腸肝轉移中均未檢測到姜黃素[145]。豪威爾斯等人總結：在體外研究中，姜黃素在高濃度—10μmol/ L或更低濃度都可能具有人類生理相關性，但其作為化學預防劑的作用可能主要在胃腸道內[141]。
6.3白藜蘆醇
對小鼠和低等生物進行研究，表明它是長壽的原因后，白藜蘆醇在國際上獲得了廣泛贊譽[148]。只有從出生時開始注射白藜蘆醇的小鼠才能活得更久；但那些從中年開始注射的小鼠則不存在長壽效應[149]。這是因為生存基因的表達增強，其中一些基因也在限制熱量攝入時表達[150]。
這種長壽效應從未在人類身上進行過測試，因此目前尚不清楚是否有合適的劑量，甚至不知道是否有長壽益處[151,152]。雖然白藜蘆醇的吸收良好，但其生物利用度低；在人類口服25g白藜蘆醇受試者中的血漿中發現，至少70％是白藜蘆醇代謝物，隨后大部分在尿液中排泄出去[128]。像姜黃素一樣，白藜蘆醇很容易被腸細胞/結腸細胞吸收[153]，提示了對腸組織的潛在益處。每天給予超重或非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD）的肥胖男性3000毫克白藜蘆醇，8周后發現，與安慰劑相比，白藜蘆醇并未顯著改善NAFLD的任何特征[154]。
對3650篇關于白藜蘆醇文獻進行分析，發現并沒有足夠的證據表明白藜蘆醇的推薦量會多于人體每天從飲食中獲得的白藜蘆醇的量（成人，4mg/d）[155]。
6.4水飛薊素
水飛薊素是水飛薊（Silybum marianum）中的主要黃酮類化合物，在肝臟疾病中具有悠久的傳統使用歷史[156]。聲稱能夠靶向人體肝臟解毒機制的水飛薊素補充劑很容易獲得。水飛薊賓是該復合物中最具生物活性的，不溶于水，不溶于油脂，在大鼠中的生物利用度低，僅為0.73％[129]。它的CD值排在姜黃素之下，在蘿卜硫素之后排名第三。 在優化II相解毒是理想結果的情況下，考慮CD值和生物有效性方面可能會有價值。這些證據讓人對許多此類市場上可獲得的植物化學物質補充劑中一般的劑量下可能的功效深表懷疑。然而，已發表的試驗表明水飛薊素在人體中具有保護肝臟的特性，這表明可能存在其他作用機制 [156,157]。
6.5. 蘿卜硫素
蘿卜硫素的親脂性和低分子量容易被動擴散到細胞中[124]。它在攝入后1小時就可被迅速吸收，在血漿中達到峰值[158]?？梢灶A見，大鼠中劑量依賴性的藥代動力學表明生物利用度隨著劑量的增加而降低[124]。要攝入劑量約為0.5mg、1.0mg和5.0mg/kg純的蘿卜硫素對僅通過攝入蕓苔屬蔬菜而非純度蘿卜硫素的人來說相對較高。人類通過飲食不太可能攝取如此大量的SFN(蘿卜硫素)。通過計算，產生1％SFN芥子酶的活性全西蘭花芽苗補充劑可以產生10mg SFN/g粉末，相當于約12克新鮮西蘭花芽苗（干燥粉末保持約8％水分）。在動物劑量范圍的最高劑量，給70公斤的人服用5.0毫克/公斤蘿卜硫素，相當于動物攝入的最高劑量即350毫克新鮮芽苗或人類對新鮮芽苗合理攝入量的35倍。顯然，人體通過攝入西蘭花芽苗來補充蘿卜硫素是行不通的。
6.6. 人體攝入量的考量
一些人體研究證明通過攝入補充劑可達到足夠的量，同時也具有實操性。Ye等人表明，單次口服200μmol的蘿卜硫素后，15分鐘內可檢測到血漿和紅細胞中的蘿卜硫素及其代謝產物，1小時后所有試驗組均達到峰值，~2.00μM，其在體內的消除速率過程是一級動力學過程，均值半衰期為1.77±0.13小時[159]。為研究其對全身組織的影響，Cornblatt等的結果表明，在給予8名女性口服200μmol蘿卜硫素后1小時，在切除的左右乳房組織中均檢測到代謝物，濃度分別為1.45±1.12和2.00±1.95 pmol / mg。這項原理驗證研究觀察到在同一組織中NQO1酶活性顯著升高[158]。在另一個實例中，劑量遞增安慰劑對照研究調查了人類氣道粘膜中II相解毒酶的基因表達，結果顯示200g西蘭花芽苗勻漿后產生了102μmol蘿卜硫素，使NQO1 mRNA表達增加了近200％[160]。
因為口服劑量似乎就可增加NQO1，我們考慮攝入富含蘿卜硫素的西蘭花芽苗粉后，其血漿濃度是否會達到約2.00μM。通過計算，1克1％粉末會產生56.4μmol蘿卜硫素。Ye等人研究表明單次攝入200μmol蘿卜硫素，1小時后的血漿峰濃度約為2.0μM。正如Ye等人[159]的研究結果表明，200μmol口服劑量可使血漿濃度達到約2.0μM，Riedl等人[160]表明102μmol的NQO1 mRNA表達增加了約200％；攝入富含蘿卜硫素的西蘭花芽粉可達到上述數量級。通過理論和計算得到，個體消耗約2g 、4g 1％的蘿卜硫素的西蘭花芽苗粉末即可分別實現Riedl等人用200g西蘭花勻漿、單一攝入200μmol蘿卜硫素所達到的效果。
7. 影響蘿卜硫素產量的因素
7.1黑芥子酶(MYR)的作用
作為蕓苔屬衍生的前體化合物的硫代葡萄糖苷在MYR的作用下即可轉化為其生物活性形式，因為GRN不具有生物活性。為研究攝入的西蘭花中植物化學物質的代謝途徑，Shapiro等人表明MYR失活可導致西蘭花中ITC轉化率降低10-20％。當結腸微生物群縮減且沒有MYR，則ITC（異硫氰酸酯）的轉化率可忽略不計?？梢酝茢?，MYR對于蘿卜硫素合成是必需的，并且結腸微生物菌群也具有類似MYR的活性。
結腸微生物群似乎能夠限制MYR活性，轉化為生物活性ITC的劑量從劑量的1％到40％不等[161]。據報道，人類微生物菌群中的幾個屬如雙歧桿菌、乳酸桿菌和擬桿菌都具有類似MYR的活性[162]，但菌群的可變性很大；菌群降解硫代葡萄糖苷的能力并不可靠。因為這個因素具有不可預測性，所以使用無活性MYR西蘭花芽苗提取物的大型臨床試驗無法達到統計學意義[163]。許多可用的西蘭花芽補充劑是MYR滅活的提取物，聲稱它們的臨床益處可由結腸微生物群將蘿卜硫苷轉化為蘿卜硫素。無論是消費者還是臨床醫生都沒有辦法知道個體是否攜帶MYR活性微生物群落。
7.2腈類化合物因子
在十字花科植物中，西蘭花含有大量的上皮硫特異蛋白（epithiospecifier protein,ESP），一種非催化的MYR活性抑制劑[164]。ESP可促進蘿卜硫苷水解代謝為不具有生活活性的簡單腈類—蘿卜硫素腈。在某些條件下，會更有利于腈類化合物的生成，水解產物中腈類化合物可高達75％。結腸微生物菌群也會促進腈的形成，從而進一步限制了MYR失活補充劑的潛力[165]。ESP失活可顯著提高蘿卜硫素產量，說明西蘭花和西蘭花芽苗產品不能僅根據其GRN含量進行有意義的評估。當沒有考慮腈類的存在與否時，使用新鮮或粉狀西蘭花芽苗的臨床試驗可能會產生相互矛盾的結果。ESP的存在意味著測定蘿卜硫素產量是至關重要的，以便用于評估西蘭花芽苗粉末作為補充劑的實際功效；僅測量GRN和MYR的量就會忽略ESP對酶活性的影響。
8. 臨床意義
8.1. 十字花科蔬菜的攝入
生的西蘭花中存在未量化的ESP在臨床中存在一定的影響；作為沙拉蔬菜，生西蘭花可能不是獲得蘿卜硫素所帶來的益處的有效手段。同樣，烹飪已被證明，短短3分鐘的蒸汽中即可影響酶活性[166]。五分鐘的微波烹飪可導致西蘭花中的硫代葡萄糖苷損失74％，高壓蒸煮和沸騰分別導致33％和55％的損失[83]。即使消費者和臨床醫生意識到十字花科蔬菜在飲食中的重要性，也可能沒有意識到在運輸和零售環境中暴露在空氣中存儲3天即可損失55％的硫代葡萄糖苷，在22℃的塑料袋中存放超過7天可能會導致類似的損失[83]。
同樣重要的是，用于蔬菜生產的西蘭花栽培品種不是基于其蘿卜硫素產量來選擇的。在食品法允許十字花科蔬菜有適當的健康聲明之前，種植者沒有動力去選擇高產量蘿卜硫素的品種。簡而言之，臨床醫生和消費者都沒有足夠的信息去做出適當的選擇。
8.2. 來自十字花科蔬菜的補充劑
類似地，通常我們不知道作為補充劑的西蘭花發芽粉的生產者是否已使ESP失活。如果兩種補充劑均富含GRN但是其中一種已使ESP失活，這兩種西蘭花芽苗粉末的蘿卜硫素產量就可能會有顯著的差異。理想地，產生蘿卜硫素的補充劑將基于各種決定因素來表征：存在可量化的GRN、具有活性的MYR以及失活的ESP。
這些問題反映在最近的一項研究中，該研究比較了含有30mg“蘿卜硫素硫代葡萄糖苷”的市售補充劑與含有相同量GRN的新鮮芽苗 [167]。該研究表明，與西蘭花芽苗相比，攝入缺乏MYR的西蘭花補充劑可使受試者中生物活性ITC代謝物的血漿濃度降低7倍。Clarke等人的結論是，這些研究結果對那些服用此類推薦劑量的無活性MYR西蘭花補充劑的人有意義，他們以為自己正在獲得相同劑量的ITCs。這一點很重要，因為盡管現有的西蘭花芽補充劑中確實存在MYR，但主要是MYR失活的“提取物”。
還有一個更有說服力的理由是，盡管GRN是西蘭花和西蘭花芽苗中主要的硫代葡萄糖酸鹽，但它并不是唯一的；4-甲硫基異丁基異硫氰酸酯（erucin）和3-甲磺?；惲虼杷狨ィ╥berin)占西蘭花中硫代葡萄糖甙含量的25%。最近發現4-甲硫基異丁基異硫氰酸酯和蘿卜硫素是可以相互轉化的，所以臨床效果可能是由于所有硫代葡萄糖酸鹽水解產物的共同作用[167]。
9. 標準化
為了解決與確定產生蘿卜硫素補充劑的臨床潛力相關的困難，因為命名上的差異增加了這個困難。最近出現在科學文獻中的術語“蘿卜硫素 硫代葡萄糖苷”與市售的從西蘭花種子或芽苗中失活的MYR提取物緊密聯系并被指代[167,168]。“蘿卜硫素 硫代葡萄糖苷”本僅是描述“蘿卜硫苷”的量，這種命名法可能錯誤地導致臨床醫生和消費者相信該物質在食用時會釋放蘿卜硫素。
9.1商業分析方案
描述蘿卜硫素補充劑的各種方法通常用于生產中。為了評估和比較用作補充劑或用于臨床試驗的不同西蘭花芽苗粉末，分析方法必須標準化。從西蘭花芽苗中提取蘿卜硫素有常見的幾種方法，但由于沒有統一市售產品的檢測方法，因此無法僅根據標簽上的數值將兩種產品進行比較。
9.2. 蘿卜硫素的轉化量
蘿卜硫素的轉化量是通過測量GRN的量，無論是否存在有活性的MYR，均假設可100％轉化為蘿卜硫素，從而得出計算值?；谙鄬Ψ肿恿?，將測得的GRN量乘以0.406即得到蘿卜硫素的轉化量。目前并沒有是否存在MYR或ESP的規定。如果ESP尚未完全失活，那么計算出來的蘿卜硫素轉化量就會高于實際產生的蘿卜硫素的含量。那些聲稱蘿卜硫素轉化量且ESP尚未完全失活的西蘭花芽苗粉末成分或補充劑僅可產生少量的蘿卜硫素。
9.3. 加入外源性MYR后的蘿卜硫素產量
通過添加足夠的外源MYR以確保GRN完全轉化為蘿卜硫素，該方法克服了原材料可能僅含有GRN且可能完全或部分MYR失活的困難。 測定結果可能沒有把添加外源MYR列入說明書，因此讀者可能錯誤地斷定該物質在攝取時就可產生蘿卜硫素。
9.4. 內源性MYR產生的蘿卜硫素產量
該方法更加類似于攝取補充劑后的體內情況，因為轉化為蘿卜硫素完全取決于加工后保留的ESP和MYR的量。與其他方法相比，這種方法可產生較低的蘿卜硫素，但這可能是最可靠最接近蘿卜硫素在人體生理學中的代謝途徑的方法。
不同方法測定的相同補充物可能會產生完全不同的結果，更重要的是，只有存在有活性的MYR的補充劑才會在人體中發揮作用。評估蘿卜硫素在細胞培養中的誘導能力的方法可以更可靠地評估或比較補充劑的臨床潛力。PCR陣列和通路分析研究提供了基因表達數據，這是建立補充劑臨床效果的另一個更接近的途徑[169]。
10.結論
不斷發展的營養基因組學在許多方面都證明了植物性食物對人類健康有重要作用，不僅僅是作為營養來源，更是一個巨大的植物化學物質庫，這些植物化學物質能夠與細胞內生物分子相互作用，影響基因表達。在食物中的數千種植物化學物質中，蘿卜硫素具有成為理想的細胞保護性生物分子的性質，可作為整體食物補充劑以實際劑量遞送。很多企業嘗試著生產釋放蘿卜硫素的補充劑，但大部分都只有少量或沒有生物活性，通常是種子或芽苗提取物。理想的蘿卜硫素釋放補充劑是除了水分，保留了整個西蘭花芽的成分，進而保留了它的葡萄糖苷前體及黑芥子酶。與廣泛用于膳食補充劑的其他植物化學物質相比，蘿卜硫素比其他多酚類物質如姜黃素、白藜蘆醇和水飛薊素具有更高的生物利用度。它還能夠更好地誘導NQO1的表達，這是一種在許多外源性毒素、氧化營養素和內源性代謝物的代謝中必不可少的II相解毒酶。這些比較性究研究質疑了許多暢銷性補充劑的臨床療效。這種補充劑的所謂益處似乎需要比合理攝入量更高的細胞內濃度。
最初嘗試的生產高效藥物Nrf2誘導劑到目前為止還沒有成功?？紤]到與飲食有關的疾病普遍存在以及許多消費者已經接受了補充劑在個人健康管理中的作用，再經過適當驗證，蘿卜硫素釋放補充劑可提供另一種支持人類健康的方法。還需要證明這類補充劑有足夠的營養潛力，可以改變疾病的關鍵生化和生理危險因素。
圖1：Nrf2激活后，與基因啟動子區域的抗氧化反應元件（ARE）結合，從而增加基因表達的機制。
增加啟動子區具有抗氧化反應元件的基因表達的機制。Keap-1含有27個提供巰基（-SH）的半胱氨酸殘基，巰基可作為包括氧化應激在內的ARE誘導劑的傳感器[69]。細胞核內小Maf蛋白對NFRF2的功能至關重要[170]。圖改編自Kensler等人[51]。
圖3：常用植物化學物質補充劑生物利用度的比較[90, 124, 127–129, 153]
本文來源Hindawi，由福山生物翻譯整理，轉載請注明出處
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