饮食植物化学与癌症预防

饮食植物化学与癌症预防：阻止癌症的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：药物化学论文目录1.前言2.阻止癌症的发生：饮食植物化学介导的氧化应激和防御系统3.阻止癌症的发展：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)的药物基因组学5.核转录相关因子(NF-E2)的敲除模型6.晚期肿瘤细胞中核转录相关因子(NF-E2)的基因突变7.癌症中的表观遗传改变8.癌症干细胞9.结论与展望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），对人体健康具有重要的作用。目前已知的植物化学物主要有：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。大量的流行病学调查结果证明，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的作用，因此又重新引起了营养科学工作者对植物化学物的兴趣。植物化学物质的癌症化学预防机制已成为关注的热点。论文内容1.前言（Introduction）伴随着细胞、分子基因组学的发展以及体内转基因和基因敲除动物模型的出现，近年来涌现出大量有关植物化学物质在实验动物模型体内及体外的生物活性研究，这些植物化学物质在进入细胞后，具有直接清除自由基的作用，也可以产生“化学电压力信号”，触发相关的细胞蛋白转导通路信号。其中包括活化核因子相关因子2（Nrf2），Keleh样ECH联合蛋白1等。进而激活诱导的细胞防御机制，包括II相阶段解毒酶，III相转运，抗氧化应激蛋白，和其他应激-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。2.阻止癌症的发生：饮食植物化学介导的氧化应激和防御系统

2.1氧化应激与癌症

氧化应激指的是细胞呼吸在利用氧产生ATP时,氧衍生的自由基或活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)的产生及其作用超过了对其清除的能力,这种因氧化还原失衡对组织、细胞造成的损害称为氧化应激。活性氧和活性氮的产生是人体维持平衡的重要的代谢过程，癌症的发病机制与反应性氧分子及自由基的存在有关，当这种平衡被破坏是，ROS可引起细胞内脂质过氧化反应,影响细胞膜通透性和流动性,进一步引起蛋白变性和DNA损伤等。正常细胞发展到恶性肿瘤细胞的整过过程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的研究表明,核转录相关因子(NF-E2)-relatedfactor2作为机体重要的防御转录因子,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,启动II相解毒酶及抗氧化酶基因的表达,抵抗氧化应激、有毒物质等侵害,增强肝细胞解毒和抗氧化的能力,进而发挥保护肝脏正常结构和功能的作用。核因子相关因子(NF-E2)-relatedfactor2作为新近发现的转录因子,几乎存在于各种细胞中,研究表明，该因子通过调节肝内细胞抗氧化酶和II相解毒酶,如NADPH醌氧化还原酶l等的表达来发挥抗氧化应激、减轻肝脏炎症、抗肝细胞凋亡等作用。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通过串行磷酸化的级联和激活的转录因子，转换成各种细胞外信号到细胞内反应。MAPKs参与了细胞增殖、分化、细胞凋亡的调控。2.4--2.5核转录相关因子(NF-E2)活性及调节，植物化学物质介导调节核转录相关因子(NF-E2)活性

核转录相关因子(NF-E2)调节机制——正常情况下，NF-E2的半衰期较短,在胞浆中会因泛素化而被降解。其中Keap1介导了NF-E2在胞浆及胞核间的循环及泛素化降解,它是维持NF-E2在胞浆内的低浓度及低转录活性重要调节因子Keap1位于胞浆中,是一个富含半胱氨酸的胞浆蛋白,生理状态下，Keap1通过与NF-E2的Neh2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。饮食植物化学物质诱导的三条激酶通路以及通路中的可能产生的影响（细胞增殖、分化、凋亡）2.6糖原合酶激酶-3信号级联和核因子相关因子2活性调节

糖原合成酶激酶3（GSK-3）调节激酶蛋白质周转细胞的信号转导，最终调节多种细胞生化过程，包括细胞增殖，分化，凋亡，以及炎症和肿瘤。2.7转录-3信号级联中的信号转导和化学预防

信号转导和转录激活-3（STAT3）是STAT家族中的一员，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的汇聚的焦点，在多种肿瘤细胞中均发现有持续性过度激活。STAT3过度激活后诱导上述与细胞增殖、分化、凋亡密切相关的关键基因的异常高表达，通过各种途径促进细胞增殖、恶性转化、阻碍细胞凋亡，表现出致癌作用。饮食植物化学物质如厚朴，姜黄素，白藜芦醇都可以抑制STAT3的过度激活，从而预防癌症。3.阻止癌症的发展：饮食植物化学物质激活信号通路3.1—3.2细胞凋亡的两种途径和c-JUN氨基末端蛋白激酶的调控在开始阶段又可分为两个途径:外始式和内始式。

外始式途径:外始式途径是通过TNF受体家族(如CD95)的受体与配体结合开始的。这些配体有癌症坏死因子（TNF）,和其他细胞因子,后者可以由如T淋巴细胞分泌。在FADD(Fas偶联死亡区域蛋白Fas-associateddeathdomainprotein)的协助下，受体不断在细胞质中收集Procaspase8。后者通过高密度自催化激活自身。

内始式途径:内始式途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的成员(如Bax,Bad)的表达。这将导致线粒体内外膜间的物质释放，如细胞色素C和Smac/DIABLO，它们都是作用于细胞凋亡前的物质。细胞色素C和胞质中的Apaf-1以及Procaspase9共同组成所谓的凋亡体，其实就是Caspase9的活化形式。它和Caspase8一样引起Caspase级联反应。大量研究表明：某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）等具有诱导细胞凋亡作用、抗癌作用。4.饮食植物化学物质和核转录相关因子(NF-E2)的抗氧化作用

机体有两类抗氧化防御体系，包括酶类反应系统和非酶类系统，酶类反应系统包括SOD、GSH-Px、CAT和转化活性物质的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、长效的抗氧化和解毒作用，非酶类系统则可起到短效而迅速的抗氧化和解毒作用，两者联合作用可有效清除氧自由基、稳定细胞环境和预防组织器官受到氧化损害。食品中的亲电物质则是高效低毒的Nrf2诱导剂，如异硫氰酸酯(盐)特别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)。

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相解毒酶的表达，在细胞的防御保护中发挥重要作用饮食植物化学物质调控核转录相关因子(NF-E2)的药物基因组学.5.核因子相关因子2的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的技术。广义的基因敲除包括某个或某些基因的完全敲除、部分敲除、基因调控序列的敲除以及成段基因组序列的敲除。在氧化应激源作用下，Nrf-2与Keap1解偶联后转入细胞核内，通过与抗氧化反应元件(antioxidantresponseelements,ARE)结合,调控抗氧化酶及Ⅱ相解毒酶的基因表达,其中包括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。6.晚期肿瘤细胞中核转录相关因子的突变

Nrf2作为结合在β-珠蛋白基因启动子NF-E2重复序列的因子被克隆出，属于转录因子CNC家族，含有亮氨酸拉链结构。Nrf2的活性由负性调节蛋白Kelch-likeECH-associatedprotein1(Keap1)精确调控，Keap1与肌动蛋白细胞骨架结合将Nrf2固定在细胞质，进一步通过Keap1-Cul3途径介导了Nrf2的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介导的下游基因的表达。Nrf2的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重要作用。然而，近来的一系列研究发现Nrf2在肿瘤中主要定位于细胞核，并且表达上调，在肿瘤发生及耐药中发挥作用。进一步研究发现，肿瘤中Keap1常发生突变，导致Keap1的失活或低表达，失去对Nrf2的负性调节，从而导致了Nrf2的核定位、表达上调及下游基因的转录激活。KWEON等报道Nrf2依赖的HO-1的高表达是肺癌A549细胞对表没食子儿茶素没食子酸酯治疗耐受的主要原因，KIM等也证实HO-1在MAPK-Nrf2信号途径调节下降低肺癌A549细胞对顺铂的敏感性。因此，Nrf2-HO-1途径可作为肿瘤治疗的新靶点。7.癌症中的表观遗传学改变

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达的调节，这种调节不依赖基因序列的改变且可遗传。表观遗传学因素如DNA甲基化、组蛋白修饰和iRNA是对环境刺激因素变化的反映，这些表观遗传学因素相互作用以调节基因表达，控制细胞表型，所有这些表观遗传学因素都是维持机体内环境稳定所必需的，有助于正常生理功能的发挥。某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）可参与表观遗传改变。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-甲基胞嘧啶的反应。CG二核苷酸是最主要的甲基化位点，人类的CpG以两种形式存在，一是分散于DNA中，另一种是CpG结构高度聚集的CpG岛。正常组织中分散于DNA中的CpG70％一90％的位点通常是甲基化的，而位于基因启动子区的健康人基因组中CpG岛处于非甲基化的状态，CpG岛的甲基化可直接导致相关基因的沉默。DNA甲基化一般与基因沉默有关，而去甲基化与基因活化有关。甲基化能改变基因的构型，从而影响转录因子的转录，而影响该基因的表达。CpG岛异常甲基化例如P53的高度甲基化与肿瘤的发生可能有关，尤其是恶性肿瘤常有一个或多个肿瘤抑制基因CpG岛的甲基化。CpG岛尤其P16基因高度甲基化导致肿瘤细胞增生失控在肿瘤的发生发展中起重要作用。7.2组蛋白修饰

组蛋白是真核细胞染色体的结构蛋白，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，能与带负电荷的DNA磷酸基相互作用形成较紧密的结构，其中H2、H3、H4是功能性组蛋白，H1只在核小体间起连接作用。组蛋白修饰包括组蛋白的乙酰化与去乙酰化、甲基化与去甲基化、组蛋白的磷酸化及泛素化，这些修饰因素单一或共同作用来调节基因的表达与功能的发挥。组蛋白乙酰化酶最常见的是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：是沉默调节因子，包括Sirtl-7；第四类：HDAC1。组蛋白的修饰主要发生在N端的赖氨酸与精氨酸，组蛋白多种修饰构成了组蛋白对基因特异性表达的调控，称之为组蛋白密码(Histonecode)，也构成了表观遗传学的重要标志。多数组蛋白修饰都发生在赖氨酸、精氨酸上，包括乙酰化，甲基化，磷酸化，泛素化等其中ac：乙酰基；me：甲基；p