饮食植物化学与癌症预防培训讲义

饮食植物化学与癌症预防：阻止癌症起始和发展中核因子相关因子-2信号，表观遗传学，以及细胞死亡机制姓名：郭林峰学号：2120707717专业：药品化学饮食植物化学与癌症预防培训讲义第1页论文目录1.序言2.阻止癌症发生：饮食植物化学介导氧化应激和防御系统3.阻止癌症发展：饮食植物化学物质激活信号通路4.饮食植物化学物质和核转录相关因子(NF-E2)药品基因组学5.核转录相关因子(NF-E2)敲除模型6.晚期肿瘤细胞中核转录相关因子(NF-E2)基因突变7.癌症中表观遗传改变8.癌症干细胞9.结论与展望饮食植物化学与癌症预防培训讲义第2页论文背景植物化学物质：植物中除了含有维生素和矿物质，还含有一些植物性化学物（phytochemicals），对人体健康含有主要作用。当前已知植物化学物主要有：膳食纤维、植物多糖、植物甾醇、酚类化合物、萜类化合物及有机硫化合物等。大量流行病学调查结果证实，在蔬菜和水果中含有一些生物活性物质，它们具保护人类预防诸如心血管疾病和癌症等慢性病作用，所以又重新引发了营养科学工作者对植物化学物兴趣。植物化学物质癌症化学预防机制已成为关注热点。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第3页论文内容1.序言（Introduction）伴伴随细胞、分子基因组学发展以及体内转基因和基因敲除动物模型出现，近年来涌现出大量相关植物化学物质在试验动物模型体内及体外生物活性研究，这些植物化学物质在进入细胞后，含有直接去除自由基作用，也能够产生“化学电压力信号”，触发相关细胞蛋白转导通路信号。其中包含活化核因子相关因子2（Nrf2），Keleh样ECH联合蛋白1等。进而激活诱导细胞防御机制，包含II相阶段解毒酶，III相转运，抗氧化应激蛋白，和其它应激-防御分子，从而保护正常细胞不被活性氧（ROS）和活性氮（RNS）和反应活性代谢物损伤。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第4页2.阻止癌症发生：饮食植物化学介导氧化应激和防御系统

2.1氧化应激与癌症

氧化应激指是细胞呼吸在利用氧产生ATP时,氧衍生自由基或活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)产生及其作用超出了对其去除能力,这种因氧化还原失衡对组织、细胞造成损害称为氧化应激。活性氧和活性氮产生是人体维持平衡主要代谢过程，癌症发病机制与反应性氧分子及自由基存在相关，当这种平衡被破坏是，ROS可引发细胞内脂质过氧化反应,影响细胞膜通透性和流动性,深入引发蛋白变性和DNA损伤等。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第5页正常细胞发展到恶性肿瘤细胞整过过程饮食植物化学与癌症预防培训讲义第6页2.2核因子相关因子2，Kelch样ECH相关蛋白1，II相解毒酶和抗氧化酶越来越多研究表明,核转录相关因子(NF-E2)-relatedfactor2作为机体主要防御转录因子,在氧化应激等刺激下可与Keleh样ECH联合蛋白1(Kelch-likeECHassociatedprotein1，Keap1)解离进入胞核,开启II相解毒酶及抗氧化酶基因表示,抵抗氧化应激、有毒物质等侵害,增强肝细胞解毒和抗氧化能力,进而发挥保护肝脏正常结构和功效作用。核因子相关因子(NF-E2)-relatedfactor2作为新近发觉转录因子,几乎存在于各种细胞中,研究表明，该因子经过调整肝内细胞抗氧化酶和II相解毒酶,如NADPH醌氧化还原酶l等表示来发挥抗氧化应激、减轻肝脏炎症、抗肝细胞凋亡等作用。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第7页2.3

丝裂原活化蛋白激酶信号级联丝裂素活化蛋白激酶(MAPKs)作为各种胞外信号转换经过串行磷酸化级联和激活转录因子，转换成各种细胞外信号到细胞内反应。MAPKs参加了细胞增殖、分化、细胞凋亡调控。2.4--2.5核转录相关因子(NF-E2)活性及调整，植物化学物质介导调整核转录相关因子(NF-E2)活性

核转录相关因子(NF-E2)调整机制——正常情况下，NF-E2半衰期较短,在胞浆中会因泛素化而被降解。其中Keap1介导了NF-E2在胞浆及胞核间循环及泛素化降解,它是维持NF-E2在胞浆内低浓度及低转录活性主要调整因子Keap1位于胞浆中,是一个富含半胱氨酸胞浆蛋白,生理状态下，Keap1经过与NF-E2Neh2结构域相偶连,形成Cul3-Rbx-Keap1复合体,并将NF-E2带往蛋白酶体进行特异性泛素化降解,使得N成受到抑制,处于低转录活性状态。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第8页饮食植物化学物质诱导三条激酶通路以及通路中可能产生影响（细胞增殖、分化、凋亡）饮食植物化学与癌症预防培训讲义第9页2.6糖原合酶激酶-3信号级联和核因子相关因子2活性调整

糖原合成酶激酶3（GSK-3）调整激酶蛋白质周转细胞信号转导，最终调整各种细胞生化过程，包含细胞增殖，分化，凋亡，以及炎症和肿瘤。2.7转录-3信号级联中信号转导和化学预防

信号转导和转录激活-3（STAT3）是STAT家族中一员，另外还有STAT1、STAT2、STAT4、STAT5A、STAT5B、STAT6。STAT3是EGFR、IL6/JAK、Src等多个致癌性酪氨酸激酶信号通道汇聚焦点，在各种肿瘤细胞中均发觉有连续性过分激活。STAT3过分激活后诱导上述与细胞增殖、分化、凋亡亲密相关关键基因异常高表示，经过各种路径促进细胞增殖、恶性转化、妨碍细胞凋亡，表现出致癌作用。饮食植物化学物质如厚朴，姜黄素，白藜芦醇都能够抑制STAT3过分激活，从而预防癌症。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第10页3.阻止癌症发展：饮食植物化学物质激活信号通路3.1—3.2细胞凋亡两种路径和c-JUN氨基末端蛋白激酶调控在开始阶段又可分为两个路径:外始式和内始式。

外始式路径:外始式路径是经过TNF受体家族(如CD95)受体与配体结合开始。这些配体有癌症坏死因子（TNF）,和其它细胞因子,后者能够由如T淋巴细胞分泌。在FADD(Fas偶联死亡区域蛋白Fas-associateddeathdomainprotein)帮助下，受体不停在细胞质中搜集Procaspase8。后者经过高密度自催化激活本身。

内始式路径:内始式路径始于肿瘤抑制基因如p53,一个转录因子,它会受DNA损伤激发。P53能刺激Bcl-2家族中于细胞凋亡前起作用组员(如Bax,Bad)表示。这将造成线粒体内外膜间物质释放，如细胞色素C和Smac/DIABLO，它们都是作用于细胞凋亡前物质。细胞色素C和胞质中Apaf-1以及Procaspase9共同组成所谓凋亡体，其实就是Caspase9活化形式。它和Caspase8一样引发Caspase级联反应。大量研究表明：一些植物化学物质如茶素3没食子酸(EGCG)、苯乙基异硫氰酸酯(PEITC)、姜黄素、萝卜硫素（SFN）等含有诱导细胞凋亡作用、抗癌作用。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第11页4.饮食植物化学物质和核转录相关因子(NF-E2)抗氧化作用

机体有两类抗氧化防御体系，包含酶类反应系统和非酶类系统，酶类反应系统包含SOD、GSH-Px、CAT和转化活性物质Ⅱ相酶；非酶类系统主要为小分子物质，如巯基化合物、VC及VE等小分子物质。酶类反应系统可发挥慢速、长期有效抗氧化和解毒作用，非酶类系统则可起到短效而快速抗氧化和解毒作用，二者联合作用可有效去除氧自由基、稳定细胞环境和预防组织器官受到氧化损害。食品中亲电物质则是高效低毒Nrf2诱导剂，如异硫氰酸酯(盐)尤其是主要化合物莱菔硫烷、姜黄素、依布硒(Ebselen)、二烯丙基硫化物、酚类化合物、类胡萝卜素、奥替普拉(oltipraz)。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第12页

Nrf2被激活与Keap1解离进入胞

质，

Nrf2与Maf蛋白形成异二聚体(heterodimer)，然后该异二聚体主要与抗氧化反应元件

(antioxidantresponse

element，ARE)或类似亲电子反应元件electrophileesponseelement，EpRE)结合，诱导编码抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶表示，在细胞防御保护中发挥主要作用饮食植物化学与癌症预防培训讲义第13页饮食植物化学物质调控核转录相关因子(NF-E2)药品基因组学.饮食植物化学与癌症预防培训讲义第14页5.核因子相关因子2敲除模型基因敲除是将细胞基因组中某基因去除或使基因失去活性技术。广义基因敲除包含某个或一些基因完全敲除、部分敲除、基因调控序列敲除以及成段基因组序列敲除。在氧化应激源作用下，Nrf-2与Keap1解偶联后转入细胞核内，经过与抗氧化反应元件(antioxidantresponseelements,ARE)结合,调控抗氧化酶及Ⅱ相解毒酶基因表示,其中包含NADPH醌氧化还原酶1、谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione-S-transferase,GST),血红素加氧酶-1(hemeoxygenase-1,HO-1)等,进而发挥诸如抗肿瘤、神经保护、抗炎症、抗细胞凋亡等作用。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第15页6.晚期肿瘤细胞中核转录相关因子突变

Nrf2作为结合在β-珠蛋白基因开启子NF-E2重复序列因子被克隆出，属于转录因子CNC家族，含有亮氨酸拉链结构。Nrf2活性由负性调整蛋白Kelch-likeECH-associatedprotein1(Keap1)准确调控，Keap1与肌动蛋白细胞骨架结合将Nrf2固定在细胞质，深入经过Keap1-Cul3路径介导了Nrf2泛素化和蛋白酶降解。当细胞暴露于氧化应激或者化学预防剂时，Nrf2从Keap1中解离，易位进入细胞核，与Maf结合成异二聚体，最终激活了ARE介导下游基因表示。Nrf2激活能够保护细胞免受外源性刺激，在预防肿瘤发生中发挥主要作用。然而，最近一系列研究发觉Nrf2在肿瘤中主要定位于细胞核，而且表示上调，在肿瘤发生及耐药中发挥作用。深入研究发觉，肿瘤中Keap1常发生突变，造成Keap1失活或低表示，失去对Nrf2负性调整，从而造成了Nrf2核定位、表示上调及下游基因转录激活。KWEON等报道Nrf2依赖HO-1高表示是肺癌A549细胞对表没食子儿茶素没食子酸酯治疗耐受主要原因，KIM等也证实HO-1在MAPK-Nrf2信号路径调整下降低肺癌A549细胞对顺铂敏感性。所以，Nrf2-HO-1路径可作为肿瘤治疗新靶点。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第16页7.癌症中表观遗传学改变

表观遗传学改变(DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNAs如miRNAs)对表观基因组基因表示调整，这种调整不依赖基因序列改变且可遗传。表观遗传学原因如DNA甲基化、组蛋白修饰和iRNA是对环境刺激原因改变反应，这些表观遗传学原因相互作用以调整基因表示，控制细胞表型，全部这些表观遗传学原因都是维持机体内环境稳定所必需，有利于正常生理功效发挥。一些植物化学物质如茶素3没食子酸(EGCG)、苯乙基异硫氰酸酯(PEITC)、姜黄素、萝卜硫素（SFN）可参加表观遗传改变。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第17页7.1脱氧核糖核酸甲基化——DNA甲基化DNA甲基化是由DNA甲基转移酶催化S腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，将胞嘧啶转化为5-甲基胞嘧啶反应。CG二核苷酸是最主要甲基化位点，人类CpG以两种形式存在，一是分散于DNA中，另一个是CpG结构高度聚集CpG岛。正常组织中分散于DNA中CpG70％一90％位点通常是甲基化，而位于基因开启子区健康人基因组中CpG岛处于非甲基化状态，CpG岛甲基化可直接造成相关基因缄默。DNA甲基化普通与基因缄默相关，而去甲基化与基因活化相关。甲基化能改变基因构型，从而影响转录因子转录，而影响该基因表示。CpG岛异常甲基化比如P53高度甲基化与肿瘤发生可能相关，尤其是恶性肿瘤常有一个或多个肿瘤抑制基因CpG岛甲基化。CpG岛尤其P16基因高度甲基化造成肿瘤细胞增生失控在肿瘤发生发展中起主要作用。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第18页7.2组蛋白修饰

组蛋白是真核细胞染色体结构蛋白，与DNA共同组成核小体，组蛋白共有5种，它们是H1、H2A、H2B、H3、H4，这些组蛋白带有正电荷，能与带负电荷DNA磷酸基相互作用形成较紧密结构，其中H2、H3、H4是功效性组蛋白，H1只在核小体间起连接作用。组蛋白修饰包含组蛋白乙酰化与去乙酰化、甲基化与去甲基化、组蛋白磷酸化及泛素化，这些修饰原因单一或共同作用来调整基因表示与功效发挥。组蛋白乙酰化酶最常见是CBP／P300，而去乙酰化酶则有四类：第一类：HDACl、2、3、8；第二类：HDAC4、5、6、7、9、10；第三类：是缄默调整因子，包含Sirtl-7；第四类：HDAC1。组蛋白修饰主要发生在N端赖氨酸与精氨酸，组蛋白各种修饰组成了组蛋白对基因特异性表示调控，称之为组蛋白密码(Histonecode)，也组成了表观遗传学主要标志。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第19页多数组蛋白修饰都发生在赖氨酸、精氨酸上，包含乙酰化，甲基化，磷酸化，泛素化等其中ac：乙酰基；me：甲基；ph：磷酸基团H2A、H2B、H3、H4分别代表是不一样组蛋白，H2、H3、H4是功效性组蛋白，H1只在核小体间起连接作用。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第20页7.3微核糖核酸—miRNA

miRNA及其长短与siRNA相同，为22bp左右，多数miRNA含有高度保守性、基因表示时序性和组织特异性。miRNA发觉与研究提醒基因组非组蛋白编码区含有主要生命活动信息，细胞生长、发育、代谢、分化、增生、衰老、凋亡、感染及肿瘤发生均可能受miRNA调控。假如某一肿瘤特异性表示某一miRNA，就可用于肿瘤早期预测，也可特异性敲除某一miRNA或特异性导入某一miRNA用于肿瘤治疗。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第21页7.4饮食植物化学表观遗传修饰许多饮食植物化学物质已被报道含有对DNA甲基转移酶和组蛋白修饰酶潜在调整作用，从而恢复许多肿瘤抑制基因表示。茶多酚：表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechingallate，EGCG)在抗突变、抗肿瘤机制方面研究显示：用不一样浓度EGCG作用于人食管癌细胞KYSE510，其表观寂静基因p16、视黄酸受体(RAB)、O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶(MGMT)和人类错配修复基因1(hMLH1)都可使其DNA链上鸟嘌呤前胞嘧啶(CpG岛)产生不一样程度去甲基化，抑制DNMT活性，使这些基因在癌细胞中恢复表示。EGCG能够显著抑制癌细胞增殖。对人食管癌系KYSE510细胞IC50是20umol／L．而且在此浓度它能够很好抑制DNMT活性，恢复表观寂静基因表示。然而，研究迄今为止提议去甲基化CpG能力可能会造成姜黄素对Nrf2和Neurog1基因表示这些随即激活基因，并提出膳食植物化学物质在人类前列腺癌细胞中含有潜在表观遗传修饰作用。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第22页8.癌症干细胞8.1—8.2癌症干细胞理论以及癌症干细胞中表观遗传癌症干细胞（CancerStemCell，CSC），又称癌干细胞、肿瘤干细胞，是指含有干细胞(Stemcell)性质癌细胞，也就是含有“自我复制”(self-renewal)以及“含有多细胞分化”(differentiation)等能力，通常这类细胞被认为有发展成癌症潜力，尤其是伴随癌症转移出去后，产生新型癌症起源。

肿瘤干细胞可能起源于正常干/祖细胞，也可能起源于重编程后分化细胞，表观遗传学在干细胞发育以及体细胞重编程中主要作用提醒其可能在肿瘤干细胞发生与发展中发挥作用。白血病中癌干细胞癌症干细胞含有自我更新、高致瘤性、分化潜能、耐药性特征。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第23页在含有多向分化潜能干细胞中，决定细胞分化基因因开启子区域高甲基化而缄默，伴随干细胞向成熟细胞分化，这些基因开启子区域发生去甲基化，从而造成对应转录因子募集，基因开始表示；与此相反是，许多在干细胞早期发育阶段表示印迹基因或分化潜能相关基因却因为DNA高甲基化等原因在成熟体细胞中向缄默转归。

Baba等从卵巢癌细胞中分选出以CD133分子作为标志物卵巢癌干细胞，深入研究发觉，CD133基因转录受组蛋白修饰和开启子甲基化控制。CD133-卵巢癌细胞用DNA甲基转移酶和组蛋白去乙酰化酶抑制剂处理后发觉细胞中有CD133蛋白表示，而且其P2开启子DNA甲基化程度与CD133蛋白转录呈负相关性，CD133+细胞子代细胞中CD133-细胞亚群CD133基因P2开启子甲基化增加，而CD133+细胞亚群，该开启子极少甲基化或者未甲基化。饮食植物化学与癌症预防培训讲义第24页图中示意是干细胞正常分化成不一样成熟细胞与突变形成肿瘤细胞两个过程区分及原因饮食植物化学与癌症预防培训讲义第25页9.结论与展望Throughoutthisreview,weintroducedthegreatpotentialofdietaryphytochemicals:1.Blockingtheinitiationofcarcinogenesisviatheinductionofdetoxifying/antioxidantenzymes;经过对解毒或抗氧化酶诱导来阻断细胞癌变2.Inhibitingtheprogressionofcarcinogenesisviatheactivationoftheapoptoticpathwayandcellcyclearrest;经过激活细胞凋亡路径以及细胞周期循环来抑制癌症蔓延3.Therestorationofaberrantepigeneticalterationsasananti-cancermechanism;作为抗癌机制恢复异常表观遗传学改变4.Andtheremovaloftheself-renewalpotentialofCSCs.消除本身当中潜在癌症干细胞饮食植物化学与癌症预防培训讲义第26页图中示意是饮食植物化学物质癌症化学预防策略饮食植物化学与癌症预防培训讲义第27页饮食植物化学与癌症预防培训讲义第28页Cashewnuts(腰果)--漆树酸--同时抑制NF-κB激活，下调p300组蛋白乙酰转移酶基因CruciferousVegetables（十字花科蔬菜）--苄基异硫氰酸酯(BITC)--经过线粒体氧化还原敏感机制诱导凋亡,诱导GSTP1介导氧化还原机制、吲哚-3-甲醇(I3C)、苯乙基异硫氰酸(PEITC)酯、萝卜硫素（SFN）Coffee（咖啡）--咖啡酸--抑制DNA甲基转移酶对DNA甲基化催化、绿原酸--诱导凋亡Curcumalonga（姜黄）--姜黄素Soy（黄豆）--金雀异黄素/染料木素--种甲基转移酶抑制剂．能够使KYSE510细胞抑癌基因p16、MGMT基因、RARl9等表观寂静基因恢复表示，而且伴随作用时间延长和浓度升高，表观寂静基因表示量逐步增多。其在体外可诱导KYSEl50、前列腺癌LNCaP、PC3细胞凋亡。Greentea（绿茶）--茶素3没食子酸(EGCG)Ginger（姜）--6-姜酚Tomato（番茄）--番茄红素Citrus（柑橘）--槲皮素Grape（