蔬菜的抗癌特性

2001．4 北 方 园 艺 NoRTHERNHoRTICULTURE 蔬菜 蔬菜的抗癌特性 李志邈，曹家树 (浙江大学农业与生物技术学院园艺系，杭州310029) 摘要：许多试验已经明经常性地食用蔬菜可以减少患某些常见癌症的危险性。本文综述 了蔬菜抗癌作用的四种机理，蔬菜中某些抗癌物质的特性，特别是十字花科蔬菜中所含的异硫氰酸 盐类物质的抗癌作用。‘ 关键词：蔬菜；抗癌；十字花科；芥子油苷；异硫氰酸盐 中图分类号：s63文献标识码：A文章编号：1001—0009(2001)04—0004—03 1 引言 蔬菜不仅为人们的日常生活提供丰富的营养物质， 例如维生素C、维生素A、叶酸和蛋白质等，它同时也为 人们提供一些在抗癌和抗心血管疾病中起到重要作用的 物质，例如食用纤维和抗氧化剂等。近年来，关于蔬菜中 的抗癌物质与人类常见癌症关系的研究越来越受到科学 家们的重视。1997年美国癌症研究所(theAmerican InstituteforCancerResearch)所做的一份中提出，食 用蔬菜可以有效地预防以下四种癌症：口腔咽／食道癌、 肺癌、胃癌和结肠癌。报告进一步指出，食用蔬菜也能够 减少患胰腺癌、乳腺癌和膀胱癌的机率，并且得出了结 论，经常性地食用蔬菜不会增加息任何癌症的可能性。 这一结论已综合考虑了蔬菜中所含的微量污染物，如化 肥和农药的潜在危险性。已有的数据证明，75％～80％ 的癌症都与“非遗传”的因素有关(Doll，1992)，吸烟和日 常饮食是其中最重要的两个因素。因此，养成良好的生 活习惯并适当地多食用有抗癌作用的蔬菜，可以有效地 减少癌症的发生。从蔬菜抗癌的角度，概述了蔬菜抗癌 的作用机理，蔬菜中抗癌物质的特性，尤其是十字花科蔬 菜中所含的异硫氰酸盐类物质的抗癌作用。 2蔬菜的抗癌机理 基础研究已经阐明了蔬菜中所含成份能够抗癌的四 种机理，这得益于人们对于癌症发生的生化过程及其不 同阶段影响因子的理解。“始发”(initiation)是指癌症诱 发的最早阶段，它是指致癌因子和导致遗传突变的DNA 之问相互作用时的初始阶段。“启动”(promotion)和“恶 化”(progression)是癌症发生的后续阶段，分别是指遗传 突变细胞的无性繁殖增加，以及它们向外扩张并转移到 收稿日期：2001—02一12 4 (总139)NorthernHorticulture 其它器官的过程，对于抗癌来说，在癌症发生的早期有两 个过程是非常重要的：DNA活性物质的阻截，以及潜在 致癌因子的活化和解毒。在癌症发生的后期，蔬菜中的 抗癌组分可以通过干扰无性繁殖的变异细胞的增殖，或 通过阻碍肿瘤的进一步生长或转移而起作用。 虽然上述的作用不是适用于蔬菜中所有的化学物 质，但是具有高抗氧化能力的化合物是DNA活性物质 的有效阻截剂。一般来说，DNA活性物质是指具有亲电 特性的化学致癌物。由于缺电子，大多数致肿瘤因子或 致癌因子集中于细胞内的电子密集区。在癌症发生过程 中，DNA、RNA和蛋白质具有最高的亲核能力，并与亲电 物质相互作用。致肿瘤因子与核蛋白质亲核部分之间形 成稳定的化学键并导致加合物的形成，即发生所谓DNA 的内收作用(DNAadduction)。DNA的内收作用在某些 情况下可以看作是启动癌症发生过程中的可以修复的事 件，而抗氧化物质则可以起到DNA的修复作用。在蔬菜 所含的化学物质中，有几种具有很强的抗氧化性。例如 维生素类，包括：(1)抗坏血酸(Vc)，水溶性，非常容易失 去电子，作为电子供体，在体内可以成为许多氧化性物质 的还原剂，它主要保护细胞和组织中水溶部分的化合物。 (2)类胡萝卜素类(VA前体物质)，广泛存在于植物界，是 植物颜色的来源。已鉴定600余种，其中50种具V^活 性，最重要的包括a胡萝卜素、8胡萝卜素、叶黄素、隐黄 素和番茄红素，可以消除体内的单线态氧和自由基，其中 抗氧化能力最强的是番茄红素(1ycopene)。(3)生育酚 (vE)，体内主要的抗氧化物质之一，其作用是保护膜上 的不饱和脂肪酸免受单线态氧以及各类自由基的攻击而 产生有害的膜脂过氧化。有多种异构体(a、p、7、8型)，其 中生物活性最强的是d—a一生育酚。蔬菜中所含的另 一类化学物质，即多酚类，也可以凭借其抗氧化性质而阻 万方数据 止DNA的内收作用，它可能是通过把自己作为致癌物 的攻击目标而起到这一作用的。同时，它们还决定某些 蔬菜的颜色、涩味和苦味等。这些物质中研究得较多的 是黄酮类化合物，其种类繁多，达2000种以上，有代表性 的是黄酮、黄酮醇、黄烷酮、黄烷醇、异黄酮和花色素苷 等。除此之外，蔬菜中所含有的谷胱甘肽，还有一些非金 属物质，如硒等(因其作为谷胱甘肽过氧化物酶的一个协 同因子共同参与生化过程)，也被视为抗氧化物质。 植物组分早期起到抗癌作用的另一途径是通过调节 致癌因子的代谢。已经有大量的研究工作集中于十字花 科和葱蒜属蔬菜中的化学物质，它们正是通过这种途径 来减轻癌症发生的。存在于结球甘蓝、青花菜和花椰菜 中的化学物质，异硫氰酸盐(isothiocyanates)，可以抑制实 验动物中食道癌、肺癌和结肠癌的发生(Wargovich， 2000)。有关这类化合物代谢的大量研究证盟它们是致 癌因子激活和解毒的调节剂。最近的研究表明异硫氰酸 盐的抗癌能力随着其链长的增加而加强，最有可能的原 因是，长链结构是致癌因子代谢过程中所涉及到的酶类 的更适合的底物。由于十字花科蔬菜在中国人的饮食中 占有十分重要的地位，本文将在后面详述异硫氰酸盐的 抗癌作用。 葱蒜属的成员，包括大蒜、洋葱、分葱和细香葱都含 有有机硫化物，这也是这类蔬菜独特气味的来源。它们 的生物活性很强，影响到第1阶段(致癌因子激活)和第 2阶段(致癌因子解毒)的酶类。因此，这类易挥发的水 溶性的硫化物是动物实验中强有力的化学抗癌物。像十 字花科蔬菜中的异硫氰酸盐一样，葱蒜属蔬菜中的化学 物质可以抑制致癌因子的活化。美国南卡罗莱纳州癌症 研究中心的实验室(MichaelJ．Wargovich负责)有一种非 常好的用于结肠癌研究的实验动物，可以通过一种烷基 化致癌剂氧化偶氮甲烷使其感病。氧化偶氮甲烷以及它 的前体二甲基肼，在代谢过程中被P450细胞色素系统激 活，特别是被它的同工物CYP2eI激活，这一同工物催化 许多重要的致癌因子的代谢过程。CYP2eI"的显著抑制 是与许多系统中癌症发生的抑制相偶联的。Wargovich 的实验室发现大蒜中的一种易挥发物质，二烯丙基硫醚， 能够强烈地抑制结肠癌和食道癌；有趣的是，这两种类 型的肿瘤都与CYP2el代谢产生的致癌因子有关。大蒜 和洋葱中的硫化物也激发与致癌因子解毒相关的酶类， 例如谷胱甘肽～S一转移酶，但是癌症发生后再施用大蒜 中的化合物则只是部分有效，这些物质在致癌因子 代谢的过程中最有效用。 蔬菜能够影响癌症发生的最后一条途径是通过调节 癌细胞的行为。在这种情况下，癌细胞会要求某些基因 的异常刺激，以产生能够使细胞生长不受正常限制的生 长因子。致癌基因的激活是在癌细胞中发现的能够使其 与正常细胞区分开来的事件之一。致癌基因是指正常细 胞基因“转入”癌细胞并使其不受细胞生长调节因子的控 制。ras基因是人类癌症中最常突变的基因之一，30％～ 50％的癌症都有ras突变。 3十字花科蔬菜的抗癌特性 大量的研究数据表明，食用蔬菜可以有效地减少癌 症的发生率。十字花科蔬菜中的抗癌物质异硫氰酸盐， 可以诱导第2阶段(致癌因子解毒)酶类的产生，从而起 到抗癌作用。这些酶类(例如，谷胱甘肽一S一转移酶、醌 还原酶、环氧化物酶)可以通过摧毁致癌因子的活性中心 或将它们与内源配基结合起来的，加速将其排出体 外。其作用原理见图1。 DN^修复 产物 图1：肿确发生的生化代谢过程。可以通过第1阶段的酶类与第 2阶段的酶类的平衡来调控致癌因子的毒性(第1阶段的酶类以 细胞色素P450为代表。第2阶段的酶类以谷胱甘肽一S一转移 酶、UDP一葡糖醛酸转移酶、和醒还原酶为代表I。 十字花科蔬菜，例如青花菜、结球甘蓝和花椰菜，它 们正是通过活性很高的化学物质异硫氰酸盐类(通式为 R—N=C=S)，或者叫芥子油类，来起调控作用的。其 中，萝卜硫素(sulforaphane)是活力最强的一类异硫氰酸 盐，它的抗癌作用已在大鼠的乳腺癌中得到充分证明 (Zhang等，1994)。芥子油苷(glucosinolates)是异硫氰酸 盐的前体物质，且非常稳定，其在十字花科蔬菜中的含量 远远高于异硫氰酸盐。它是通过一种虽然共同存在，但 却在空问上隔离的酶类——黑芥子酶的水解作用而转化 成异硫氰酸盐的。这种酶在蔬菜的栽培、收获、运输和加 工等过程中，会由于受到创伤、咀嚼、擦伤或冻融的影响 而产生。此外，它也存在于动物的消化系统中。其化学 过程如下： R—r／s—c 6HIlo5 1霉R-N：C：s+葡萄辘+SO，2一骨一r’--__·-—◆一一oT’御伽_n 4 1、。≮N-O—S03’ 于；：f汕Ir 辟硫氮陵盐 芥子油苷是非常稳定的水溶性物质，在某些植物特 定组织中的含量可以达到1％(w／w)的数量级。它们 约占青花菜鲜重的0．05％～0．1％(约为0．5～1．09· kg_1)。与之相反，异硫氰酸盐是一类活性很高的挥发性 物质，几乎所有的十字花科蔬菜的抗癌作用都是通过异 硫氰酸盐来实现的，因此，在黑芥子酶的作用下把芥子油 苷水解成异硫氰酸盐，就成为十字花科蔬菜起到抗癌作 用的先决条件。 青花菜中的芥子油苷主要分为两大类：一类是含烷 北方园艺(总139)5 万方数据 基硫代烷基的芥子油苷，如萝卜苷(glucoraphanin，GR)； 另一类是含吲哚的芥子油苷，如芸薹葡糖硫苷 (glucobrassicin，GB)，其结构式见图2： GR是在青花菜的花球中含量最丰富的烷基硫代烷 基芥子油苷。其它三类GI、GE和GA也在花球中被检测 到。GI的含量只有GR的0％一10％，GE和GA都不到 5％。Gr、GE和GA水解所形成的iberin、eruein和alyssin 等异硫氰酸盐，它们诱导第2阶段酶类的能力分别只占 sulforaphane(萝卜硫素)的20％、10％和10％，因此，只占 青花菜中芥子油苷所诱导的第2阶段酶类能力总量的 2％左右(Fahey等，1999)。青花菜花球中其它的含吲哚 的芥子油苷，例如，芸薹葡糖硫苷(GB)、新芸薹葡糖硫 苷，和4一羟基芸薹葡糖硫苷等，均无显著的诱导能力。 0 ll CH，一S-(CHz13一R Glueoiberin，GI CH,-S-(CH--)4-R GIneoeruein，GE CH：=CH—CH：一R Sinigrin 灯叫2-R Glucobrassicin，GB 芸薹葡糖硫苷 灯明2_R OCH， Neoglubrassicin 新芸薹葡糖硫苷 姗叫2-R 4一Hydroglucobrassicin 4一羟基芸薹葡糖硫苷 ‰一《二燃二 图2青花菜中的芥子油苷 由此，我们可以将芥子油苷分为“有益”和“无益”的 两大类，烷基硫代烷基芥子油苷，如GR等，具有很低的 毒性和很强的诱导解毒酶的能力，可以归为前者；而含吲 哚环的芥子油苷。如GB等，只有稂弱的诱导解毒酶的能 力，但却有很强的诱导第1阶段酶类(致癌因子激活)的 能力，并且可以形成其它有毒的物质，应属于后者。 研究发现。煮--d,段时间(3～5min(分钟))，虽然可 以减少青花菜中芥子油苷的含量，却没有使GR含量显 著减少。由于芥子油苷是水溶性的物质，所以在烹饪过 程中，应尽量减少用水量并缩短时间，以减少青花菜中芥 子油苷的损失。 4小结 在癌症的高发病率国家如美国，日常饮食中的蔬菜 已经被充分证明可以有效地降低几种主要癌症的发病 6 (总139)NorthernHorticulture 率。从世界范围来看，蔬菜消费高的人群，其常见癌症的 发病率亦低。关于蔬菜抗癌机理的研究已经远远超越了 这类食物仅能够提供丰富的食物纤维这一概念。蔬菜中 的某些成份是强的抗氧化剂，并且能够改变致癌因子激 活和解毒的代谢过程，甚至影响肿瘤细胞的发生过程。 更深入的研究将进一步阐明蔬菜中活跃的抗癌因素，目 前的研究应提出今后切实可行的日常饮食，并且使 富含抗癌物质的蔬菜产品得到充分的发展。 参考文献 【1] Fahey，J．w．，andK．K．Stephenson．1999．Cancer chemoprotectiveeffectsofcruciferOLlSvegetables．HortScience．34： 1159～1163 [2]Famham，M．W．。K．K．stephensen。andJ．W．Fahey．2000． Capacityofbroccolitoinduceamammalianchemoprotectiveenzyme variesamonginbredlines．J．Amer．Soc．Hort．Sci．125：482～488 【3】Weisburger，J．H．2000．Eattolive，notlivetoeat．Nutrition． 16：767～773． 【4] Fleischaner，A．T．，C．Poole，andL．Arab．2000．Garlic consumptionandcancerprevention：meta—analysesofcolorectaland stomachcsncels．AmericanJournalofClinicNutrition．72：1047～ 1052． (5]Nastruzzi，C．．R．Cortesi，E．Esposito。EMenegatti，O．Leoni， R．Iori，andS．Palmieri．2000．Invitroantipmliferativeactivityof isothiocyanatesandnitrilesgeneratedbymyrosinase—mediated hydrolysisofglueosinolatesfromseedsofcrucifemusvegetables． JournalofAgriculturalandFoodChemistry，48：3572～3575． 【6】London，S．J．，J．M．Yuan，F．L．Chung，Y．T．Gao。G．A． Coetzee，R．K．Ross，andM．C．Yu．2000．Isothiocyanates, glutathioneS—transferaseMIandTIpolymorphisms，and lungcancerrisk：aprospectivestudyofmeninShanghai。China， Lancet，356：(9231)724～729． [7]Wargovich，M．J．2000．Anticancerpropertiesoffruitsand vegetables．HortScience．35：573～575． [8]Kiein。B．P．，andA．C．Kurilich．2000．Processingeffectson dietaryantioxidantsfromplantfoods．HortScience．35：580～584． [9]Prior，R．L．。andG．H．Cao．2000．Antioxidant phytochemicalsin fruitsandvegetables：Dietandhealth implications．Hortscience．35：588—592． 第一作者简介：李志邈，助理 研究员，1968年10月生，1990年 毕业于北京农业大学园艺系蔬菜 专业。先后于天津市农科院蔬菜 研究所和园艺工程研究所从事菜 田化学除草、蔬菜良种繁育和现 代化农业新技术的推广等工作， 曾获天津市科技进步二等奖。 1999年考入浙江大学园艺系攻读 硕士学位。现已转为提前攻博研究生，主要从事十字花科 芸薹属蔬菜的分子生物学研究。 m秫苷 m眺 化曲下 化poi卜咐萝oi卜砌 一 c 一 "oi满一墓oi心‰ } ㈨‰ ㈤肌 万方数据 蔬菜的抗癌特性 作者： 李志邈， 曹家树， Li Zhimiao， Cao Jiashu 作者单位： 浙江大学农业与生物技术学院园艺系,杭州,310029 刊名： 北方园艺 英文刊名： NORTHERN HORTICULTURE 年，卷(期)： 2001(4) 被引用次数： 19次 参考文献(9条) 1.Prior, R. L;G. H. Cao Antioxidant phytochemicals in fruits and vegetables: Diet and health implications 2000 2.Kiein, B. P;A. C. Kurilich Processing effects on dietary antioxidants from plant foods 2000 3.Wargovich, M. J Anticancer properties of fruits and vegetables 2000 4.London, S. J;J. M. Yuan;F. L. Chung;Y. T. Gao, G. A.Coetzee, R. K. Ross, M. C. Yu Isothiocyanates,glutathione S - transferase Ml and Tl polymorphisms, and lungcancer risk: a prospective study of men in Shanghai[外文期刊] 2000(9231) 5.Nastruzzi, C;R. Cortesi;E. Esposito;E Menegatti, O. Leoni, R. Iori, S. Palmieri In vitro antiproliferative activity of isothiocyanates and nitriles generated by myrosinase - mediated hydrolysis of glucosinolates from seeds of cruciferous vegetables[外文期刊] 2000 6.Fleischauer, A. T;C. Poole;L. Arab Garlic consumption and cancer prevention: meta- analyses of colorectal and stomach cancers[外文期刊] 2000(4) 7.Weisburger, J. H Eat to live, not live to eat[外文期刊] 2000 8.Famharn, M. W;K. K. stephensen;J. W. Fahey Capacity of broccoli to induce a mammalian chemoprotective enzyme varies among inbred lines[外文期刊] 2000 9.Fahey, J. W;K. K. Stephenson Cancer chemoprotective effects of cruciferous vegetables[外文期刊] 1999 本文读者也读过(3条) 1. 李思义 浅析水果次生物质的抗癌功能[期刊论文]-现代农村科技2009(17) 2. 王永飞.马三梅.聂红 蔬菜的抗癌作用研究进展[期刊论文]-北方园艺2004(2) 3. 戴晓梅.周正东 蔬菜的抗癌成分及其作用[期刊论文]-食品科技2001,1(1) 引证文献(19条) 1.刘伟明.林俊.汪恩国 主要栽培技术对西兰花产量与品质的影响[期刊论文]-中国农学通报 2010(15) 2.薛冲.李胜.马绍英.刘浩.罗丽媛.方艳 不同光质对西兰花愈伤组织及萝卜硫素含量的影响[期刊论文]-甘肃农业 大学学报 2010(4) 3.林俊城.李宾.黄科.郑金贵 高萝卜硫素青花菜品比试验[期刊论文]-长江蔬菜 2010(10) 4.于欣.许晓曦.滕国新 硫代葡萄糖苷对肿瘤细胞的增殖抑制作用[期刊论文]-食品工业科技 2010(1) 5.腊贵晓.方萍.滕一波.李亚娟.林咸永 氮素水平对芥蓝生长及芥子油苷含量的影响[期刊论文]-植物营养与肥料学 报 2009(2) 6.隋益虎.朱世东.张子学.刘正华.詹秋文 环境因子对春季大棚早熟苋菜部分品质性状的影响[期刊论文]-草业学报 2008(2) 7.苏光耀.沈莲清.王向阳.王奎武 西兰花籽中硫代葡萄糖苷酶解条件的研究[期刊论文]-中国粮油学报 2008(2) 8.邹翔.池文杰.郎朗 西兰花异硫氰酸盐诱导SGC-7901细胞凋亡研究[期刊论文]-哈尔滨商业大学学报（自然科学版 ） 2008(3) 9.谢丽雪.黄科.李宾.黄志伟.郑金贵 芥蓝黑芥子酶基因的克隆与原核表达[期刊论文]-福建农林大学学报（自然科 学版） 2008(5) 10.王晓梅.崔坤.陆艳玲 中国西兰花应用价值及生产、出口前景分析[期刊论文]-中国农学通报 2008(11) 11.李东辉 食管癌危险因素的病例对照研究[期刊论文]-河南科技大学学报（医学版） 2008(4) 12.姬丹丹.赵晓明 青花菜的抗癌作用及药用多倍体育种研究前景[期刊论文]-中国蔬菜 2007(8) 13.隋益虎.朱世东.张子学.胡德平.詹秋文 环境因子对春季大棚早熟苋菜营养生长的影响[期刊论文]-草业学报 2007(2) 14.邹翔.池文杰.郎朗 西兰花中异硫氰酸盐诱导HepG-2凋亡的研究[期刊论文]-哈尔滨商业大学学报（自然科学版 ） 2006(6) 15.吕静 十字花科蔬菜提取物抗肿瘤作用的研究[学位论文]硕士 2006 16.夏薇.赵秀娟.吴坤.苑林宏 北方12种蔬菜中莱菔硫烷含量的测定[期刊论文]-疾病控制杂志 2005(3) 17.季宇彬.池文杰.邹翔.王志举 西兰花中萝卜硫素提取、分离与抗癌活性研究[期刊论文]-哈尔滨商业大学学报 （自然科学版） 2005(3) 18.辛力.肖华志.胡小松 苦荞麦苦味物质与呈色物质的鉴定[期刊论文]-杂粮作物 2004(2) 19.赵秀娟.吴坤.赵艳.张宇秋.暴永平 高效液相色谱法测定蔬菜中异硫氰酸盐含量[期刊论文]-中国公共卫生 2004(1) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_bfyany200104006.aspx