文摘
萝卜硫素(SFN),一种化合物来源于十字花科蔬菜,已被证明是安全无毒的,以最小的/没有副作用,一直得到广泛的研究由于其众多的生物活性,如抗癌和抗氧化活性。SFN发挥其抗癌效果通过调节关键信号通路和基因参与细胞凋亡的诱导细胞周期阻滞和抑制血管生成。SFN也上调的一系列cytoprotective基因激活核转录因子erythroid-2——(NF-E2)相关因子2 (Nrf2),氧化应激反应的一个关键转录因子激活;Nrf2激活还参与SFN的防癌效果。越来越多的证据支持,表观遗传修饰是致癌的一个重要因素和癌症进展,表观遗传变化常常有助于抑制肿瘤抑制基因和癌基因的激活,使细胞获得促进属性。SFN的抗癌作用的机制研究表明,SFN可以扭转这种表观遗传改变癌症通过针对DNA甲基转移酶(DNMTs),组蛋白deacetyltransferases (hdac)和非编码rna。因此,在本文中,我们将讨论SFN的抗癌活性及其机制,特别强调表观遗传修饰,包括表观遗传Nrf2复活。
1。介绍
众多研究表明,高膳食摄入十字花科蔬菜是与较低的患癌症的风险1]。抗癌活性的十字花科蔬菜主要归因于异硫氰酸酯,myrosinase-mediated芥子油苷降解的产物。萝卜硫素(SFN)是一种天然的异硫氰酸酯食用十字花科蔬菜,如西兰花、白菜和甘蓝。因为它的功效,安全、无毒性、缺乏副作用,和低成本,生物活性SFN被广泛认为是一个有前途的chemopreventive剂效果与许多种类的癌症,如颈(2],乳腺癌[3),和膀胱癌4];肾细胞癌(RCC) [5];非小细胞肺癌(NSCLC) (6];和结肠癌和前列腺癌7]。SFN也报告改善的功效低剂量顺铂(CDDP),常用的化疗药物(8]。
研究机制SFN的抗癌活动表明,其监管对肿瘤细胞周期的影响,细胞凋亡,血管生成是由调制的信号通路和基因有关。细胞周期分析显示,SFN引起G2 / M期逮捕导致抑制肿瘤增殖/增长,细胞周期蛋白B1(差别伴随着对这些2)和细胞周期蛋白D1基因(9),以及p21蛋白水平增加WAF1 / CIP1(细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂)(9]。SFN也增加了伯灵顿proapoptotic蛋白质的表达和减少凋亡蛋白的表达Bcl-x诱导细胞凋亡在肿瘤细胞(10]。通过抑制缺氧诱导因子- 1的表达和活性α(HIF-1α)和血管内皮生长因子(VEGF), SFN抑制了卵巢的血管生成和转移和结肠癌(11,12]。
SFN也报道是强大的核转录因子的激活erythroid-2 (NF-E2) 2 (Nrf2)相关因素。众所周知,长期接触氧化应激是一个重要的carcinogenesis-promoting因素引起DNA损伤,突变,和炎症(13]。Nrf2是一个关键的转录因子在抗氧化应激反应。激活的Nrf2 SFN诱导一系列cytoprotective基因的表达与anticarcinogenesis活动(14- - - - - -16]。那些Nrf2-mediated cytoprotective基因包括抗氧化剂和二期的酶,如NAD (P) H:醌oxidoreductase-1 (NQO1)、血红素加氧酶1 (HO-1),过氧化氢酶,glutamate-cysteine连接酶(GCL)、谷胱甘肽S转移酶(GST), UDP-glucuronosyltransferases (UGT),环氧化物水解酶和超氧化物歧化酶(SOD)。大量的研究表明,SFN的影响对Nrf2及其下游cytoprotective基因是通过修改Keap1半胱氨酸残基(17];增殖活化的蛋白激酶(MAPK)、磷脂酰肌醇3-kinase (PI3K)和蛋白激酶C (PKC)通路;表观遗传修饰,导致磷酸化,核积累,Nrf2转录和稳定性的增加(18- - - - - -21]。
近年来,表观遗传机制SFN的抗癌作用得到越来越多的关注(22]。表观遗传修饰指的是可遗传的基因表达的变化,不影响DNA序列本身。在哺乳动物中,表观遗传修饰主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰(乙酰化、磷酸化和甲基化)和非编码RNA的监管。表观遗传变化是可逆的,可以很容易地应对天然生物活性膳食化合物(23SFN等)。SFN显示调节基因的激活或沉默参与癌症通过表观遗传修饰22]。因此,在本文中,我们提出SFN的抗癌活动及其表观遗传机制,包括表观遗传Nrf2复活。这些信息将有助于促进新型抗癌药物的发现和开发。
2。表观遗传学和癌症
在经典视图、癌症基因改变的结果包括突变,插入,删除,拷贝数,重组,基因组不稳定性,单核苷酸多态性(snp) [24,25]。肿瘤抑制基因和/或致癌基因的突变导致正常功能的丧失或获得癌症的异常表达。例如,突变的肿瘤抑制基因P53和PTEN(磷酸酶和tensin同族体删除10号染色体上)或者BRCA 1/2(至关重要的蛋白质参与同源重组)与大肠癌相关(26- - - - - -28)、乳腺癌和卵巢癌(29日,30.]。此外,TP53和CTNNB1(编码β连环蛋白)表现出点突变和小删除在肝细胞癌(31日]。然而,证据表明,癌症可能发生不改变核苷酸序列,通过所谓的表观遗传变化。事实上,组合串扰之间的遗传和表观遗传变化被观察到在癌症发展,进展和复发32]。基因突变和表观遗传改变可以接触到各种环境因素造成的,如饮食成分,吸烟,和化学品。
表观遗传失调,如增加组蛋白的活动deacetyltransferases (hdac)和DNA甲基转移酶(DNMTs)和非编码RNA表达的变化,可能会导致改变基因的转录和表达参与调节细胞增殖和分化、细胞周期和细胞凋亡(32- - - - - -37]。目前的研究表明,水平HDAC5人类神经胶质瘤和肝细胞癌的表达增加,促进了肿瘤细胞的增殖通过上调六1 (Sineoculis同源框同族体1)等级1,分别为(38,39]。HDAC和DNMT抑制剂导致细胞周期阻滞在G2/ M期的差别和抑制子宫内膜癌的生长通过对这些基因bcl - 2 (37]。也有多个研究microrna参与调节细胞的活动。例如,upregulation mir - 96和mir - 153提升人类前列腺癌细胞增殖和集落形成(35,36]。证据表明,一半的肿瘤抑制基因往往通过表观遗传灭活,而不是遗传机制在零星的癌症23]。此外,表观遗传变化过程主要是激活癌基因,使细胞获得促进属性,如控制核扩散,逃避凋亡,侵袭性。越来越多的证据表明,目标表观遗传修饰是一种有效的策略来预防癌症(23]。
3所示。表观遗传机制SFN对癌症的预防效果
3.1。组蛋白乙酰化和磷酸化
组蛋白乙酰转移酶(HAT)通过添加乙酰基乙酰化物组蛋白赖氨酸残基的氨基端尾巴;这有助于放松基因转录的染色质结构允许DNA转录机器访问。相反,hdac抑制转录,去除乙酰基。许多恶性肿瘤的特点是表达和hdac活性增加。HDAC过度,过度活跃与转录镇压密切相关的肿瘤抑制基因负责细胞周期失调,增殖,分化,细胞凋亡在肿瘤(23,40,41]。
食品类复合SFN,这被认为是HDAC抑制剂,可以起到预防癌症作用[22,40,41]。治疗各种癌症,如前列腺癌(42),结肠(43),和肺癌44),SFN减毒通过hdac抑制细胞生长,伴随着全球或本地组蛋白乙酰化作用的增加。此外,SFN-mediated hdac抑制活化的肿瘤抑制基因p21伯灵顿和proapoptotic蛋白质。前列腺癌在LnCaP曲泽细胞系,15μM SFN治疗reexpression p21引起的WAF1 / CIP1由于减少的表达类I和II hdac和后续增加乙酰化组蛋白H3和H4水平p21WAF1 / CIP1子,导致细胞周期阻滞42]。有趣的是,SFN还调节转录的伯灵顿基因诱导前列腺癌细胞凋亡的乙酰化组蛋白H4的加速伯灵顿启动子(45]。p21和伯灵顿激活的变化相似,造成hdac抑制和upregulation乙酰化组蛋白H3和H4,观察在SFN-treated肺癌细胞系和肿瘤组织44]。最终,SFN与不同浓度(体外15μM,体内9毫米/老鼠/天)抑制肺癌的生长在体外和在活的有机体内(44]。
另外,hdac可以影响DNA损伤和修复通过改变c-terminal-binding蛋白相互作用蛋白的乙酰化状态(CtIP),一个至关重要的DNA修复蛋白(46]。在人类结肠癌细胞,同时抑制HDAC3活动,SFN诱导DNA损伤和细胞凋亡通过upregulation CtIP乙酰化作用和随后的退化(43]。然而,证据之间的直接交互hdac CtIP缺乏。
SFN的hdac抑制作用也被观察到在活的有机体内(44,47,48]。在这些研究中,摄入SFN前列腺的体积,减少乳腺癌、肺癌,伴随着全球组蛋白乙酰化作用增强,减少HDAC活性(44,47]。在人类受试者,消费SFN-rich花椰菜芽诱导乙酰化组蛋白H3和H4,这主要是归功于HDAC抑制活动循环外周血单核细胞(PBMCs) [48,49]。
这种差异从体外到体内的浓度效应关系的研究是一个重要的问题自然的植物化学物质,像SFN。实现有效的HDAC抑制活动,据报道,SFN用于体外实验的浓度是3 - 15所示μ单剂口服米,10μ摩尔在老鼠身上,花椰菜芽在人类(68克50]。确定差异的一个重要因素是芥子油苷通过myrosinase-mediated水解SFN的转换。异硫氰酸酯SFN被存储在花椰菜芽为硫代葡萄糖酸盐的前体母体化合物,由芥子酶水解,异硫氰酸酯释放植物生蔬菜切碎时,切,或咀嚼,或由其他芥子酶酶存在于我们的肠道(51,52]。因此,哺乳动物组织和细胞在体外不能转换芥子油苷SFN由于内源芥子酶活动的损失。然而,芥子油苷确实是转换为SFN的芥子酶存在于动物和人类体内的肠道微生物菌群。此外,SFN的生物利用度是硫代葡萄糖酸盐的6倍,这表明最小转换(53]。作为一个例子,SFN浓度大约10μM有效抑制HDAC活性在老鼠体内结肠粘膜,和人类会消耗大约106克/天的花椰菜芽实现类似的等离子体水平(54]。总之,芥子酶的含量在植物和肠道微生物菌群的变化确定差异的关键因素SFN从体外到体内的生物利用度。
除了乙酰化改性,组蛋白也进行磷酸化。一项研究表明,增加组蛋白的磷酸化H1与膀胱癌致癌作用和发展呈正相关55]。SFN减少组蛋白H1磷酸化通过提高蛋白磷酸酶1β和2 (PP1β和PP2A)。
总的来说,这些发现表明,SFN可能发挥其抗癌效果通过hdac抑制和增强的磷酸酶。
3.2。DNA甲基化
DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,主要发生在CPG岛基因启动子区域。DNA甲基化模式的建立和维护要求的功能多个DNA甲基转移酶(DNMTs),它催化DNA甲基化反应,包括DNMT1,维持甲基化,种能阻碍DNMT3b DNMT3a和催化从头甲基化(56]。异常的DNA甲基化,如启动子甲基化或hypomethylation,可能导致失活或激活特定基因参与肿瘤发生或发展,分别。异常的DNA甲基化是一个可逆过程,往往是过度造成的DNMTs [57]。因此,为癌症化学预防DNMTs已成为有吸引力的目标。
越来越多的证据表明,SFN的DNA甲基化是一个潜在的调制器在癌症发展和进展(22,23,40,41]。如前所述,DNMTs的表达水平,主要是DNMT1, 3,和3 b,在SFN-treated降低乳腺癌、前列腺癌和宫颈癌细胞(58- - - - - -60]。此外,SFN的抑制性影响DNMTs可以恢复沉默或抑制基因的表达和激活癌细胞通过启动子脱甲基作用。沉默的细胞周期调节基因启动子甲基化是细胞周期蛋白D2的报道与前列腺癌发展呈正相关,和恢复细胞周期蛋白D2表达诱导肿瘤细胞死亡(59]。LNCap前列腺癌细胞的一项试验表明,SFN治疗减少DNMT1的表达和3 b,导致在全球减少DNA甲基化和细胞周期蛋白D2启动子甲基化(59]。此外,乳腺癌细胞暴露10μM SFN DNMT1表达减少,伴随着P21的表达升高,肿瘤抑制磷酸酶和tensin同系物(PTEN)和视黄酸受体β2 (RARbeta2)由于启动子脱甲基作用[61年]。重要的是,结合抗癌药物,如clofarabine (ClF)和withaferin (WA),与SFN增强其抗癌效果,反映在强劲增长逮捕和肿瘤细胞的凋亡61年,62年]。另一项研究中,使用相同的乳腺癌细胞,旨在评估SFN的影响对人类端粒酶逆转录酶(hTERT),端粒酶的催化调节亚基。结果表明,SFN,剂量的10μM,诱导抑制DNMT1 DNMT3a导致特定站点CpG脱甲基的第一外显子hTERT基因,从而促进绑定CTCF的转录抑制因子和hTERT镇压58]。hTERT表达的差别这对这些促进乳腺癌细胞的凋亡[58]。
在人类宫颈癌细胞系海拉,SFN浓度显著调节肿瘤抑制基因的表达RARβ,背景,DAPK1,问题的表达式,以及proapoptosis种能阻碍DNMT3b通过抑制蛋白质伯灵顿活动时间的方式,导致细胞周期阻滞和细胞凋亡的诱导60]。
上述结果表明,SFN函数作为一个癌症chemopreventive代理通过调节肿瘤基因的表达DNA甲基化修改。进一步的研究在动物模型的癌症需要确认和DNA甲基化增强SFN的理解。
3.3。非编码rna的监管
非编码RNA (ncRNA)是一种RNA分子功能不被翻译成蛋白质。丰富、功能重要ncRNAs包括转移rna和核糖体rna,以及小分子rna,如小分子核糖核酸(microrna)和长ncRNAs (lncRNAs)。
microrna大约22个核苷酸长度和结合互补的网站3utr目标信使rna (mrna),导致转录后的镇压或退化63年]。microrna是目标基因的负调控,一些microrna是参与调控肿瘤细胞增殖,凋亡,入侵和转移。此外,microrna的失调可以发挥重要作用的发展和发展各种癌症(64年]。
几个microrna,比如miR200c, mir - 616 - 5 - p,和microRNA-21 (miR-21),已被证明在一些人类癌症(SFN的目标6,65年- - - - - -67年]。值得注意的是癌症干细胞(二者)被认为是致癌作用的驱动力在口腔鳞状细胞癌(OSCC)。在一项研究中,miR200c Bmi1的目标是显示在OSCC-CSCs具备干细胞参与癌症的规定,包括他们的自我更新和肿瘤起始属性(65年]。SFN治疗(20μ米)具备干细胞受损癌症诱导的肿瘤抑制microrna miR200c,随后抑制迁移,入侵,clonogenicity OSCC-CSCs在小鼠模型65年]。除了它对二者的影响,SFN增强temozolomide-induced胶质母细胞瘤细胞凋亡(67年)和减少结肠癌细胞的生存能力和诱导细胞凋亡66年miR-21的差别通过对这些基因。此外,SFN可能专门针对miR616-5p抑制转移的非小细胞肺癌(NSCLC)细胞(6]。另一项研究表明,mir - 616 - 5 - p含量增加在晚期非小细胞肺癌组织样本,以及三个人类非小细胞肺癌细胞系(H1299, 95 c, 95 d) (6]。SFN下调mir - 616 - 5 - p水平,它是伴随着GSK3的失活β/β连环蛋白通路,抑制EMT预防非小细胞肺癌的复发和转移6]。
lncRNAs记录超过200个核苷酸,作为关键的基因转录监管机构通过与染色质重塑复合物(68年]。异常表达赋予细胞与肿瘤起始,高扩散和转移能力(68年]。研究在lncRNAs SFN的影响是有限的。然而,最近的一项研究表明,lncRNA LINC01116是调节人类前列腺癌的细胞系LNCaP曲泽,这个upregulation减少了单频网(15μ米),伴随着抑制扩散的69年]。
这些研究表明SFN承诺chemopreventive代理和证明其抗癌效果部分涉及到表观遗传机制,总结在表1。
4所示。Keap1 / Nrf2抗氧化途径及其表观遗传修饰
4.1。Keap1 / Nrf2抗氧化途径和癌症
致癌作用通常与长期接触有关氧化应激造成的生产过剩的高活性氧(ROS)和/或抗氧化系统的损伤(70年]。核因子erythroid-2——(NF-E2)相关因子2 (Nrf2)是最好的被称为一个关键转录因子调节抗氧化和解毒基因的表达,如血红素oxygenase-1 (HO-1),NAD (P) H:醌oxidoreductase-1 (NQO1)、谷胱甘肽S-transferases (销售税)[70年]。Keap1-Nrf2交互的模型如下:在基础条件下,Nrf2结合抑制因子Keap1的细胞质,随后经历了通过泛素化蛋白酶体降解。在氧化应激,Nrf2 Keap1分离,然后把原子核。在细胞核内的Nrf2结合小蛋白加抗氧化剂反应元素(是)在目标基因启动子序列,使cytoprotective基因的转录,并提供防止氧化应激(71年)(图1)。
Nrf2传统意义上被认为是一个肿瘤抑制。cytoprotective基因的低表达,由于Nrf2失活,已被证明是相关肿瘤的形成和发展。例如,Nrf2-deficient老鼠大幅度增加对致癌物质和提高肺转移,这是伴随着增加活性氧的水平(72年,73年]。发生率、多重性和结直肠肿瘤的大小增加Nrf2基因敲除小鼠(74年]。此外,有多个研究描述Nrf2激活癌症化学预防的有利影响75年]。这些结果表明,激活Nrf2可能在癌症预防的一个重要战略。
然而,最近的研究表明,Nrf2保护正常和肿瘤细胞的生存。本构激活Nrf2创造了一个有利的环境,有利于恶性肿瘤细胞的生存,防止他们氧化应激,化疗药物和放疗。这种现象被称为“Nrf2黑暗的一面。“Nrf2表达升高引起Keap1突变被发现在肺,胆囊,肝脏(76年),和前列腺癌77年),以及恶性黑色素瘤(78年]。此外,Nrf2的过度导致临床耐药肿瘤的生长,这是与癌症患者的不良预后相关77年- - - - - -80年]。此外,抑制Nrf2敏化du - 145前列腺癌细胞对化疗药物顺铂和依托泊苷等,增强放疗反应(77年]。这些发现表明,Nrf2有双重角色在癌症发展和治疗。基于身体的研究,似乎短暂激活Nrf2在正常细胞(Nrf2-Keap1轴是完整的)保护;然而,本构激活Nrf2 (Keap1基因突变)促进恶性肿瘤细胞的生存和发展。
4.2。表观遗传修饰的Nrf2癌症预防
它已经表明,SFN诱发Nrf2目标基因的上调表达,包括抗氧化基因和二期解毒酶,防止致癌作用[14]。SFN不仅修改Keap1半胱氨酸残基,导致Nrf2激活,而且恢复Nrf2表达式通过表观遗传机制,包括DNMTs和hdac抑制17,20.,21]。在流浪汉C1前列腺癌细胞,据报道,Nrf2及其目标基因NQO1明显减少,导致广泛的氧化应激和DNA损伤。SFN治疗调节Nrf2的表达和NQO1通过抑制DNMTs (DNMT1和DNMT3a)和hdac (HDAC1, HDAC4、HDAC5 HDAC7) (20.],它减少了甲基化水平的论文认定和3组蛋白乙酰化作用在增加Nrf2启动子。也观察到激活Nrf2 SFN的目标基因,CpG的差别,通过对这些基因的甲基化Nrf2,显著抑制TPA-induced JB6 P+表达的细胞转变,随之而来的衰减DNMTs(种能阻碍DNMT3b DNMT1、DNMT3a)和hdac (HDAC1, HDAC2、HDAC3 HDAC4) (21)(图1和表1)。
此外,Nrf2受体激动剂的其他天然植物化学物质,如姜黄素、3、3′-diindolylmethane(暗),Z-Ligustilide,芹黄素,或Tanshinone花絮”,显示了抗癌效应通过表观遗传修饰Nrf2 [81年- - - - - -85年]。例如,姜黄素、暗淡或Z-Ligustilide脱甲基的论文认定Nrf2启动子和重新激活Nrf2流浪汉老鼠和流浪汉C1的前列腺细胞的抑制DNMTs。此外,甲基化的Nrf2启动子可以减少芹黄素或Tanshinone花絮在小鼠皮肤表皮JB6 P+细胞。此外,人类前列腺癌细胞治疗5-aza / TSA (DNMT / HDAC抑制剂)恢复Nrf2[的表达86年]。这些发现表明,表观遗传恢复Nrf2可能在癌症预防的一个重要战略。
5。临床研究和未来的观点
人类临床研究支持chemopreventive SFN对致癌作用的影响。首先,一些临床试验的安全性和耐受性评价SFN的剂量使用。两个临床I期研究显示,西兰花芽提取物含有SFN耐受性良好,没有造成重大不利影响(毒性)在健康志愿者口服药物的剂量的15μ米7天或患有乳腺癌的妇女收到了200份μ摩尔的平均50分钟手术前(87年,88年]。最近二期临床研究复发性前列腺癌的男性也证实SFN的安全(89年]。此外,另一项研究评估的临床有效性SFN晚期患者的胰腺导管腺癌(PDA)。活跃的数据表明,90毫克/天SFN有效抑制肿瘤的生长,增加肿瘤细胞对化疗的敏感性90年]。在人类受试者,消费SFN-rich花椰菜芽显著抑制PBMCs HDAC活动(48,49]。这些临床研究进一步表明SFN作为一个有前途的抗癌剂及其潜在的表观遗传机制。
基于上述研究,很明显,饮食复合SFN,很少或根本没有副作用,对抗癌活动通过多种机制,包括表观遗传调控。因此,每日食用十字花科蔬菜富含SFN不仅是一种健康的饮食选择,还一个有效chemopreventive策略。Nrf2 SFN作为诱导物,显示能力激活Nrf2基因表达及其目标cytoprotective防止致癌作用通过表观遗传机制,即CPG Nrf2启动子的脱甲基和组蛋白乙酰化作用,通过抑制DNMTs hdac。这些研究促使我们提出表观遗传恢复Nrf2 SFN作为重要战略对氧化伤害的疾病,包括癌症,这可能提供新的研究方向和预防方法氧化伤害的疾病。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
xul苏和新疆的贡献同样这项工作。
确认
这项工作是由国家科学基金会的项目部分中国应鑫(81570344),吉林大学白求恩项目(2015225英鑫和2015225新疆),吉林省省科学技术基金会(20180414039 gh迎鑫和20150204093科幻新疆),吉林省基础教育部门新疆(2016 - 448),以及吉林省的卫生和计划生育委员会基金会(2016 q034迎鑫和2015 q010新疆)。