Research Progress on the Physiological Function and Product Application of Sulforaphane in Cruciferous Plants
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摘要: 萝卜硫素又称莱菔硫烷，主要分布在十字花科芸薹属和萝卜属的蔬菜中，是由硫代葡萄糖苷在内源性芥子酶作用下水解所得的异硫氰酸酯类化合物。萝卜硫素在蔬菜中具有较强的抗癌性，对乳腺癌、肝癌、结肠癌等有很好的抑制作用。本文综述了萝卜硫素的稳定性及提取纯化方法，阐述了萝卜硫素通过诱导相关抗氧化蛋白和解毒酶的表达，保护氧化应激细胞的作用机制和通过参与相应的NF-κB信号通路减轻或抑制炎症的抗炎机制，以及其在预防和治疗幽门螺旋杆菌感染、肺部细菌、心理疾病和神经退行性疾病等方面的生理功能。此外，本文还总结了萝卜硫素产品在生物医药、保健品、食品等领域的应用现状和前景，为萝卜硫素的科学研究与应用提供借鉴和参考。Abstract: Raphasatin, also known as sulforaphane, is primarily found in vegetables of the Brassicaceae family, specifically those of the Raphanus and Brassica genera. It is an isothiocyanate compound produced by the hydrolysis of glucosinolates under the action of endogenous myrosinase enzymes. Raphasatin was shown to have the strongest anticancer properties among vegetables, demonstrating a significant inhibitory effect on various forms of cancer such as breast cancer, liver cancer, and colon cancer. This paper reviews the stability of raphasatin and methods for its extraction and purification. It explains the mechanisms by which raphasatin protects cells under oxidative stress by inducing the expression of related antioxidant proteins and detoxifying enzymes, and how it alleviates or suppresses inflammation through involvement in NF-κB signaling pathway. Additionally, it explores its physiological functions in preventing and treating Helicobacter pylori infections, lung bacteria, mental disorders, and neurodegenerative diseases, etc. Furthermore, the paper summarizes the current status and prospects of raphasatin products in the fields of biomedicine, health supplements, and food, providing a reference for the scientific research and application of raphasatin.
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萝卜硫素（sulforaphane）是一种广泛存在于十字花科蔬菜中的异硫氰酸酯类化合物，又称莱菔硫烷，是由硫代葡萄糖苷在内源性芥子酶作用下水解所得[1]。十字花科植物中栽培的蔬菜主要有两个属：一个是芸薹属，有100种，我国栽培的有15种，该属多为重要蔬菜，如卷心菜、花椰菜、白菜、青菜、甘蓝、瓢菜、芥菜、榨菜、雪里红、大头菜和芜菁等；另一个是萝卜属，我国栽培约有10种，如大青萝卜、红萝卜、水萝卜和心里美等[2]。
近年来的研究发现萝卜硫素具有多种功效：抗菌、抗氧化、抗炎等；同时，萝卜硫素是迄今为止十字花科蔬菜中抗癌效果最好、效力最强的天然活性物质，它对乳腺癌、肝癌、结肠癌等有很好的抑制作用[3]。萝卜硫素可以使癌细胞发生细胞凋亡和细胞阻滞，诱导人体内的Ⅱ相解毒酶，同时抑制Ⅰ型酶的产生，最终通过多种酶体系排出致癌物和自由基等有害成分[4]。除此之外，近年来研究成果也证明了萝卜硫素在急慢性神经退行性病变、神经发育疾病等神经系统疾病的预防和辅助治疗方面有巨大的应用潜力。例如，阿尔茨海默症（Alzheimer's Disease，AD）的发病原因极其复杂，β-淀粉样蛋白（amyloid-β，Aβ）的形成与沉积是目前公认的AD 的最主要的致病原因。给PS1V97L转基因AD模型小鼠腹腔注射5 mg/kg 萝卜硫素4个月，能够显著抑制Aβ的生成和聚集，氧化应激和神经炎症等下游病理变化，达到预防痴呆的效果[5]。在未来的研究中，关注这些问题有助于萝卜硫素应用潜力的进一步开发。本文就十字花科植物中的萝卜硫素含量，稳定性及影响因素，提取及纯化条件，对氧化应激细胞的保护机制和抗炎症机制，抗癌作用，预防心理疾病、神经性疾病等生理功能进行了系统论述，同时对萝卜硫素的产品开发情况进行概述，为萝卜硫素的功效特性及其产品的应用研究提供理论和实践依据。
1. 萝卜硫素的理化特性
1.1 十字花科植物中萝卜硫素的含量
萝卜硫素主要分布在十字花科蔬菜中，而不同处理条件下不同十字花科植物中的萝卜硫素含量有所不同，如表1所示。谢述琼等[6]采用HPLC法测定了常压干燥下9种十字花科蔬菜食用部位的萝卜硫素含量，包括芸薹属：大白菜、小白菜、结球甘蓝、青花椰菜、花椰菜和紫甘蓝；萝卜属：白萝卜和红萝卜。结果显示，芸薹属中青花椰菜萝卜硫素含量最高，为480 μg/g，花椰菜含量最低为35.2 μg/g；萝卜属中红萝卜的萝卜硫素含量最高，为26.6 μg/g，白萝卜含量最低，为19.8 μg/g，说明十字花科蔬菜芸薹属中萝卜硫素的含量大于萝卜属。
表 1 不同处理条件下十字花科蔬菜中萝卜硫素的含量Table 1. Content of sulforaphane in cruciferous vegetables at different treatment condition十字花科蔬菜 属别 部位 处理条件 萝卜硫素含量（μg/g） 青花椰菜 芸薹属 花球 常压干燥 480.00 花椰菜 芸薹属 花球 常压干燥 35.20 红萝卜 萝卜属 根 常压干燥 26.60 白萝卜 萝卜属 根 常压干燥 19.80 青花菜SV1808BL 芸薹属 花球 室温成熟 812.68 青花菜FQ2 芸薹属 花球 室温成熟 777.12 青花菜XL3 芸薹属 花球 室温成熟 720.32 芥蓝Cuifen 芸薹属 茎叶 室温成熟 620.27 芥蓝Cutiao 芸薹属 茎叶 室温成熟 596.26 芥蓝Minixiao 芸薹属 茎叶 室温成熟 592.84 西兰花 芸薹属 小花 室温成熟 585.00 西兰花 芸薹属 叶 室温成熟 420.00 西兰花 芸薹属 茎 室温成熟 229.00 甘蓝San martino 芸薹属 幼苗 室温发芽 221.00 许明等[7]对国内外32份青花菜和12份芥蓝种质资源的萝卜硫素含量进行比较研究，结果表明，青花菜种质资源SV1808BL、FQ2、XL3花球中的萝卜硫素含量分别高达812.68、777.12、720.32 μg/g，芥蓝种质资源Cuifen、Cutiao、Minixiao茎叶中的萝卜硫素含量分别高达620.27、596.26、592.84 μg/g，与普通的推广品蔬菜相比，具有绝对的优势。
西兰花芽苗菜是硫代葡萄糖苷的丰富来源，它可以产生萝卜硫素、谷胱甘肽S-转移酶（GST）和其他细胞保护酶的诱导剂。研究表明，西兰花种子和芽苗中的萝卜硫苷含量是成熟西兰花蔬菜的10~100倍[8−9]。西兰花小花、叶、茎中萝卜硫素含量分别为585、420和229 μg/g，而冰箱冷冻7 d后分别降为378、39和97 μg/g，损失了14%~29%[10]，损失率较小。Sivakumar等[11]分析了发芽3 d和9 d的意大利产18种十字花科蔬菜萝卜硫素含量，发现发芽3 d幼苗中萝卜硫素含量最高，其最高的甘蓝属San martino幼苗萝卜硫素含量为221 μg/g，在发芽第9 d降为153 μg/g，说明发芽对甘蓝属蔬菜中的萝卜硫素含量有一定影响。
1.2 萝卜硫素的稳定性及影响因素
萝卜硫素的稳定性受热和pH的影响较大，加热会导致硫代葡萄糖苷水解酶失活，从而影响萝卜硫素的稳定性。生食西兰花中异硫氰酸盐含量是煮熟西兰花的3倍[12]。煮沸和热烫会对萝卜硫素造成很大损失，但短时间蒸汽加热和发酵有助于硫代葡萄糖苷向萝卜硫素的生物转化，而短时间微波处理比加热和发酵更能促进萝卜硫素的形成，低温冷冻则可有效避免硫代葡萄糖苷和萝卜硫素的损失[13]。萝卜硫素在碱性条件下迅速降解，在低pH条件和低温条件下比较稳定。萝卜硫素在大于60 ℃高温条件下不稳定，在pH2.2条件下，60 ℃加热6 h后，萝卜硫素的保留率仍可以达到95.10%，而pH6.0的相同温度时间条件下，萝卜硫素的保留率仅为32.10%[14]。
1.3 萝卜硫素的提取及纯化
在对十字花科蔬菜及其种子中提取萝卜硫素酶解条件的研究中，大部分研究者采用酶解法结合有机溶剂萃取的方式提取萝卜硫素[15]。胡翠珍等[16]的研究表明，萝卜硫素的最佳提取条件为：添加4.66 mmol VC和6 mmol/L EDTA，30 ℃下利用外源芥子酶酶解1 h。还有研究将萝卜硫素的提取工艺设定为提取温度60 ℃、提取时间12 min、料液比1:15、pH5.0 [17]。阳晖等[18]发现胭脂萝卜中提取萝卜硫素的最优酶解工艺为：酶解温度31 ℃，内源葡萄糖苷酶酶解时间7.7 h，pH5.6，VC添加量0.24 mg/kg。阳晖等[19]的结果表明，提取温度为26 ℃、液固比例为31:1、提取时间为2.9 h、超声时间为29 min时提取效果最佳。
萝卜硫素纯化方法有大孔树脂吸附法、反向高效制备液相色谱法、柱层析法、反相高效制备液相色谱法、高速逆流色谱法等。萝卜硫素在大孔树脂上具有良好的吸附性能，因此大孔树脂吸附法是较理想的萝卜硫素纯化方法。刘锡建等[20]通过SP850树脂吸附，乙醇溶液洗脱，得到纯度为85%以上的萝卜硫素。团队通过吸附热力学及吸附动力学方法，表明SP850吸附萝卜硫素是一个放热过程，降低温度有利于萝卜硫素吸附。柱层析法中的硅胶柱层析法因其精确度好、操作简单且成本相对较低，运用于萝卜硫素纯化处理。Liang等[21]利用硅胶柱层析法，得到了90%以上纯度的萝卜硫素。反向高效制备液相色谱法可以得到较高纯度的萝卜硫素。西兰花种子脱脂、酶解、提取后，可以通过反相高效液相色谱法分离纯化萝卜硫素，固定相通常以C18，流动相为丙酮/水、乙腈/水或甲醇/水等[22−23]。此外，高速逆流色谱法（HSCCC）具有样品无损失、无污染、高效、快速和大制备量等优点，因此是萝卜硫素纯化的有效方法。Liang等[24]还利用高速逆流色谱法（HSCCC）分离纯化萝卜硫素，通过正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水（1:5:1:5，v/v/v/v）的体系，得到纯度为97%的萝卜硫素。
2. 萝卜硫素的生物活性及其作用机理研究
2.1 萝卜硫素的抗氧化活性及对氧化应激细胞的保护机制
生物衰老的一个显著特征是抗氧化防御机制的逐渐衰退，容易出现氧化应激现象。细胞的氧化应激现象是由于活性氧（Reactive oxygen species，ROS）/活性氮（Reactive nitrogen species，RNS）的产生与细胞抗氧化能力不平衡导致的[25]。当ROS/RNS的产生超出抗氧化系统的清除能力时，高浓度的ROS/RNS与DNA、脂质和蛋白质等细胞分子反应造成细胞损伤，导致细胞变性和凋亡[26]。此外，细胞对氧化应激的保护主要受到核因子E2相关因子2 （nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）相关通路的调控。正常条件下，Nrf2被Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Kelch-like-ECH-associated protein 1，Keap1）锁定在细胞质中；细胞处于氧化应激状态时，Keap1的半胱氨酸残基被氧化或化学修饰后，Nrf2从Keap1中释放出来，与位于细胞保护基因启动子区域的抗氧化反应元件结合，导致下游抗氧化基因转录[27]。
萝卜硫素被证实可以在动物多个器官和组织部位产生抗氧化效果。萝卜硫素具有较高的抗氧化活性和超氧阴离子自由基清除能力，却并不是一种直接的抗氧化剂，而是通过激活核转录相关因子2/抗氧化反应元件（Nuclear Factor Erythroid 2-related Factor 2/Antioxidant Response Element，Nrf2/ARE）信号通路，提高了Nrf2与DNA的结合并增加了启动子活性，恢复过氧化还原酶6重组蛋白（Peroxiredoxin，Prdx6）的表达水平，刺激机体提高谷胱甘肽的生成，间接起到抗氧化作用[28]。萝卜硫素对氧化应激可以通过降低Nrf2启动子初始15个CpGs的甲基化增强Nrf2的转录。萝卜硫素还可以通过化学修饰Keap1的半胱氨酸残基（主要是Cys151）阻止Keap1和Nrf2的结合，进而阻断Nrf2的泛素化和降解，导致Nrf2的积累和依赖Nrf2调控的下游基因转录的增强[29]。
此外，萝卜硫素增加了血红素加氧酶-1（HO-1）的mRNA和蛋白质表达，从而降低了线粒体中活性氧（ROS）的水平[30]。在肾脏损伤模型中，萝卜硫素可以减轻顺铂（又名顺式-二氯二氨合铂）诱导的肾功能障碍、结构损伤、氧化/亚硝化应激等作用[31]。Guerrero-beltran等[32]发现萝卜硫素减少顺铂诱导的线粒体突变，以及减轻细胞保护酶—醌氧化还原酶1和γ谷氨酰半胱氨酸连接酶活性损伤，有效地阻止顺铂诱导的活性氧增加，减轻肾毒性作用。
2.2 萝卜硫素的抗炎症作用机制
炎症是人体对外来损伤所产生的一种防御性反应，这种防御同样会给人带来很大的危害。炎症的局部表现为红、肿、热、痛和功能障碍，有多种因素可以引起炎症。越来越多的研究证明，萝卜硫素有很好的抗炎症特性。
NF-κB编码负责许多促炎细胞因子和趋化因子的转录，是萝卜硫素调控炎症反应的重要途径。哺乳动物的NF-κB家族蛋白通常以同源或异源二聚体的形式存在，其中以p50/p65异源二聚体最为常见。当信号通路被激活时，在IκB 激酶（IKK）蛋白复合物的作用下，IκB磷酸化并通过蛋白酶体降解，NF-κB进入细胞核与核内DNA的特异序列并转录多种炎症介质，如肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和白细胞介素-10（interleukin-10，IL-10）等。研究表明萝卜硫素能够通过对NF-κB亚基或相关辅因子进行直接、可逆和巯基依赖的修饰来抑制NF-κB与核内DNA的结合及其下游基因的表达，而不影响IκB的降解和和NF-κB核易位[5]。
萝卜硫素可作用于抑制NF-κB易位的原型抗炎机制，这是一种破坏细胞核炎症信号的机制。在使用巨噬细胞（RAW264.7细胞系）的研究中，LPS诱导的炎症用萝卜硫素减弱，IC50值抑制NO释放、TNF-α释放、PGE2，分别产生为0.7、7.8 和1.4 μmol/L。萝卜硫素的抗炎作用是通过阻止NF-κB易位至细胞核来介导的，这会破坏细胞质和血清中的促炎信号作用于细胞核[33−34]。
在暴露于体外循环心脏手术（extracorporeal circulation，CPB）中，萝卜硫素预处理降低了循环单核细胞中p38和NF-κB的活化，并抑制循环白细胞中炎症细胞因子的表达[35]。萝卜硫素减轻了CPB引起的急性肾小管坏死，但它不影响肾组织中炎症信号或细胞因子的表达。表明萝卜硫素通过使白细胞中的炎症信号通路失活来保护肾脏免受CPB损伤。
萝卜硫素也可以通过控制免疫细胞的表型，减少促炎功能（M1）表型细胞，增加抗炎功能（M2）表型细胞，从而减轻神经炎症。萝卜硫素通过增加了M2标记物（IL-4、IL-10、Arg1和YM-1），减少M1表型小胶质细胞标记物（Interleukin-1β，IL-1β），促进了小胶质细胞向M2小胶质细胞表型的转化[36]。
萝卜硫素也能够有效地减轻由葡聚糖硫酸钠诱导的肠道炎症，其具体表现为减轻粪便形成和粪便出血的结肠症状。在肠道炎症期间，通过病原体相关分子模式激活，单核细胞分化成特异性未成熟巨噬细胞，然后巨噬细胞分泌促炎细胞因子，加重炎症反应和屏障损伤[37]。萝卜硫素通过IL-10/信号转导和转录激活因子3（Signal Transducers Trallscription 3，STAT3）信号介导的巨噬细胞表型从M1转变为M2，有助于炎症状态的缓解。
3. 萝卜硫素的生理功能研究
3.1 萝卜硫素的抗癌活性
癌症已经成为全球人类健康三大杀手之一，每两例死亡病例中就有一例死于癌症。据统计，中国新发现的癌症患者总数约为309万人，平均每日发现8474例，所以防癌抗癌迫在眉睫[38]。科学研究表明，从十字花科植物中提取出的天然产物-萝卜硫素是良好的肿瘤抑制天然原材料，每1 g西兰花可萃取出萝卜硫素500~2000 μg[39]。萝卜硫素是目前少有的通过正常饮食摄入就能有效防治肿瘤的物质，还可采用化学饮食添加的方法在十字花科食品中提取，从而实现癌症的化学治疗和食防的可行性和有效性，对机体无副作用，是一个全新的防癌成分[40]。
萝卜硫素可以通过对细胞内致癌前期过程的控制，引起癌细胞凋亡、静胞效应、控制癌细胞血管生成，有效防止和治愈肿瘤。在肿瘤发展阶段，萝卜硫素能够阻断肿瘤细胞周期，对肿瘤细胞的G1、S期或G2/M期具有阻滞作用，且能诱导细胞凋亡，启动肿瘤细胞的自发程序性死亡，诱导自噬来抑制肿瘤的发展。在肿瘤恶化阶段，萝卜硫素能够抑制血管生成，抑制恶性肿瘤的发生和转移，因此对防止癌细胞扩散具有积极影响。此外，萝卜硫素能通过活化转录因子Nrf2、提高人体抗氧化能力和对生化产物的解毒能力，起到抑制肿瘤的功效。它能够诱导人体内的II相解毒酶，控制I型酶的生成，最后经由各种酶系统清除致癌因子和自由基等有害成分，达到抗癌目的[41]。
有研究表明，萝卜硫素是一种天然的组蛋白去乙酰化酶抑制剂[42]，它通过下调上游转录因子1（Upstream Transcription Factor1，USF1）抑制组蛋白脱乙酰基酶5（Recombinant Histone Deacetylase 5，HDAC5）转录，从而使乳腺癌细胞中的去甲基化酶1（Lysine Specific Demethylase 1，LSD1）蛋白失稳[43]。
在肝癌细胞的相关探究中，Sato等[44]使用异种移植模型评估了萝卜硫素在体内的抑制作用。研究发现，萝卜硫素通过下调癌基因CCND1、CCNB1、CDK1、CDK2和CCNB1的表达，显著抑制肝癌细胞增殖。此外，萝卜硫素抑制人肝癌细胞系的增殖和血管生成，通过刺激肝癌细胞系中的Nrf2信号级联，从而刺激肝癌细胞以阻止其增殖。
萝卜硫素能够减弱非小细胞肺癌（Non-Small Cell Lung Cancer，NSCLC）中的表皮生长因子受体（Epithelial Growth Factor Receptor，EGFR）信号通路，具有潜在的抗转移作用。Wang等[45]研究发现，萝卜硫素能够显著抑制非小细胞肺癌细胞株H1299、95C和95D的细胞增殖。在低浓度（1~5 μmol/L）下，即可阻止相对高转移潜能的95D和H1299细胞的迁移和侵袭，通过组蛋白修饰降低miR-616-5p水平，使GSK3β/β连环蛋白信号通路失活，从而抑制上皮质间转化（Epithelial-Mesenchymal Transition，EMT）和肺癌细胞的转移。
3.2 萝卜硫素治疗幽门螺旋杆菌感染
幽门螺杆菌（Helicobacter pylori，Hp）是一种繁殖在人体胃黏膜呈螺旋状的微需氧革兰阴性菌，其在感染对象中可导致慢性胃炎、胃溃疡、十二指肠溃疡、黏膜相关淋巴组织淋巴瘤和胃癌。目前普遍被认可的Hp感染治疗方案是抗生素联合质子泵抑制剂。由于Hp对抗生素的耐药性问题日益突出，制药行业对开发新型抗菌药物的投入大幅下降，给Hp感染的治疗带来一定困难[46]。
萝卜硫素的抗氧化性是通过上调Nrf2赖性抗氧化酶的表达来提高机体对氧化应激和炎症的保护作用，对抗氧化酶激活作用可持续 48～72 h。此外，萝卜硫素能通过抑制炎症介质以及炎症因子，起到保护胃黏膜的作用[47]。
在一项临床试验中，对86位感染了幽门螺杆菌的2型糖尿病病人分别给予标准三联疗法（奥美拉唑20 mg，克拉霉素500 mg，阿莫西林1000 mg，2次/d，持续14 d）、富含萝卜硫素的西兰花芽苗提取物（6 g/d，持续28 d），或二者联用，三组的抑菌率分别为89.3%、56.0%以及91.7%，说明萝卜硫素增强了标准三联疗法对幽门螺杆菌的清除作用[48]。综上，萝卜硫素对幽门螺杆菌具有较强清除作用。Fahey等[49]将纯化的幽门螺杆菌脲酶经过萝卜硫素处理后，发现其在280~340 nm处的紫外吸收会发生变化，且萝卜硫素的IT基团和脲酶的半胱氨酸硫醇之间形成二硫代氨基甲酸酯，使脲酶活性丧失，进而减轻胃幽门螺杆菌感染的程度。
在当前HP感染率过半的社交环境下，许多人对四联疗法开始产生耐药性，天然来源的营养素干预相比于药物副作用就有了巨大优势。萝卜硫素作为新食品原料的活性成分，凭借其安全无毒性及抗菌作用，在对抗HP中有巨大应用潜力。
3.3 萝卜硫素清理肺部细菌
人体良好的肺功能主要通过清除坏死细胞和外来微生物来维持肺的清洁。然而，慢性阻塞性肺疾病（COPD），包括慢性支气管炎和肺气肿会导致肺功能的进行性下降，其主要原因是被称作清道夫免疫细胞的巨噬细胞不能及时驱逐侵入的病菌，导致包括Nontypeable Haemophilus Influenzae（NTHI）菌株在内的细菌感染[50]。
近年来，研究者认为，萝卜硫素能够有效改善肺泡巨噬细胞的细菌吞噬和清除。研究证明萝卜硫素通过肺泡巨噬细胞中Nrf2依赖的MARCO表达，完成Nrf2的信号转导途径的激活，允许Nrf2进入细胞核，启动ARE下游相关基因的表达，通过Nrf2/ARE通路对肺纤维化起到干预作用。此外，萝卜硫素改善了暴露于慢性香烟烟雾的人体的肺部抗菌能力，特别是恢复了肺巨噬细胞清除肺中病菌的能力，减少了急性细菌感染[51]。
3.4 萝卜硫素治疗心理疾病
萝卜硫素作为常见的抗氧化剂，具有神经营养作用以及表观遗传调节作用等。近年来，越来越多的研究表明，SFN在心理障碍的治疗与预防中发挥重要作用，为心理疾病的治疗与预防提供了新的思路。目前，广泛的临床评估结果表明，萝卜硫素可诱导II相解毒酶的活性，如SOD、血红素氧合酶1和醌氧化还原酶-1（QuinoneOxidoreductase-1，NQO1）等，同时能够抑制有毒化合物I相解毒酶，保护细胞免受氧化应激、炎症和DNA损伤的基因的损伤，且能够治疗自闭症谱系障碍[52]。
在一项安慰剂对照、双盲、随机临床试验中，每天用萝卜硫素治疗4~18周，可显著改善大多数诊断为中度至重度自闭症的年轻男性的异常行为和社交障碍[8]，治疗潜力基于其在转录上调基因中的有效活性。这些基因调控有氧细胞，保护自身免受氧化应激、炎症、DNA损伤亲电试剂和辐射的影响。在少年和青春期饮食摄入萝卜硫素可以预防慢性社交挫败模型（chronic social defeated stress，CSDS）或脂多糖给药后的抑郁样行为。同时，在小鼠少年和青少年阶段饮食摄入含0.1%萝卜硫素的食物可以预防慢性社交失败压力后成年期的抑郁样表型。此外，重性抑郁症和双相性精神障碍患者顶叶皮质中Keap1和Nrf2的蛋白表达低于对照组。这些发现表明，Keap1-Nrf2系统在应激弹性中起着关键作用，应激弹性涉及情绪障碍的病理生理学[53]。
3.5 萝卜硫素治疗神经退行性疾病
近年来，萝卜硫素对中枢神经系统的治疗作用引发了学者们的关注。越来越多的研究指出，SFN可以通过减轻氧化应激和神经炎症来预防及治疗神经退行性疾病，在精神障碍的形成发展中发挥着举足轻重的作用[54]。
Jang等[55]和Schepici等[56]通过研究萝卜硫素对神经退行性疾病治疗的影响，分析其对神经退行性疾病治疗的可能性，结果表明SFN的抗炎活性会导致NF-κB表达和IκB磷酸化水平降低，环氧化酶、一氧化氮合酶、肿瘤坏死因子α（Tumor Necrosis Factor-α，TNF-α）、白细胞介素6（Interleukin-6，IL-6）等水平降低，进而通过抑制纹状体丝裂原激活蛋白激酶和NF-κB通路，减少细胞凋亡，降低小胶质细胞活化水平和促炎症因子表达水平，从而改善动物模型小鼠神经功能障碍。日本千叶大学医院的动物实验和人群试验发现，青少年时期饮食中摄入萝卜硫苷对精神分裂症的认知障碍有预防和治疗作用，阻止高危人群成年后向精神分裂症转化[57]。加利福尼亚大学公开了一项临床试验结果，萝卜硫素使自闭症患者对话增多、无意义发声减少、更多眼神接触、更平静、重复行为和自伤行为减少[58]。除此之外，有临床研究表明萝卜硫素对于包括阿尔茨海默病（AD）[59]、帕金森病（PD）[60]和多发性硬化症（MS）[61]在内的精神退行性疾病有积极作用，可作为一种新的治疗方式。
3.6 萝卜硫素治疗新冠
2020年新冠肺炎疫情爆发，全球陷入公共卫生危机中，国内外研究者开始寻找预防和治疗COVID-19的有效化合物和药物，在此背景下，萝卜硫素成为关注重点之一。有研究表明[62]，在体外试验中，萝卜硫素能抑制6种新冠病毒变种的复制，包括Delta（德尔塔）和Omicron（奥密克戎）变种，以及普通感冒的冠状病毒；萝卜硫素能使感染了新冠病毒的小鼠的病毒复制数量降低50%；萝卜硫素能够抑制IL-6和IL-8的表达，可显著降低上呼吸道和肺部的病毒载量，并减少肺部病理损伤。因此，有效的抗病毒药物仍然是预防和治疗新冠肺炎的必要手段，萝卜硫素（SFN）可能是一种很有前途的治疗方法，成本更低、安全且易于商业化。
4. 萝卜硫素的相关产品开发
4.1 含萝卜硫素的西兰花芽饮料
有研究证明萝卜硫素具有环境解毒剂的功效，且西兰花芽苗菜的干预增强了一些空气污染物的解毒作用[63]。此外，萝卜硫素可以通过激活Keap1-Nrf 2细胞保护信号通路，防止内源性风险因素，起到抗氧化、抗炎等作用[64]。萝卜硫素能够增强核转录因子Nrf2的信号，激活效率比水飞蓟素高18倍，比白藜芦醇高105倍[65]，是目前可食用植物中效果最强的天然化学物质，兼具安全性与有效性。中国启东肝癌研究所与美国霍普金斯大学联合进行了安慰剂对照、随机干预的临床试验。291名受试者连续84天（12周）饮用安慰剂饮料或西兰花芽苗饮料，结果表明，富含萝卜硫素的西兰花饮料能快速、持续提升人体对致癌物苯和丙烯醛代谢产物的解毒能力[66]。
4.2 含萝卜硫素的西兰花芽粉
有研究将萝卜硫素从浓缩的西兰花芽液中提取出来制成西兰花芽粉，结果表明，此萝卜硫素的西兰花芽粉降低了二型糖尿病失调患者的空腹血糖和糖化血红蛋白（HbA1c），含有高浓度硫普罗宁的西兰花芽粉能够导致血清胰岛素浓度和HOMA-IR显著降低，并能改善对2型糖尿病患者胰岛素抵抗[67]。此外，研究者将西兰花芽粉作为一种替代和补充标准三联疗法的产品，评价了其对幽门螺杆菌作用后的心血管危险因素[48]，结果表明，STT+BSP联合组疗法对幽门螺杆菌的清除率高达91.7%，比单纯使用STT疗法高出1.6%，且接受BSP本身治疗的患者血清高敏C反应蛋白水平显著降低。
4.3 含萝卜硫素的卷心菜发酵泡菜
卷心菜含有萝卜硫素的前体，萝卜硫素是Nrf2最活跃的天然活化剂。发酵蔬菜含有许多乳酸杆菌，它们也是有效的Nrf2激活剂[68]。来自卷心菜的泡菜含有几种芥子油苷[69]，它们可以在植物本身或通过人体微生物群转化为萝卜硫素。在中欧国家，人们通常食用生的和发酵卷心菜，使得萝卜硫素成为国家全民性的健康食品。此外，利用富含萝卜硫素（一种天然存在的Nrf2激活剂）的发酵泡菜，可以预防炎症或慢性社交失败应激后小鼠的抑郁样表型[63]。
5. 结论与展望
卷心菜和西兰花等十字花科植物中富含的萝卜硫素具有多种营养特性，其产品在食品、保健品、生物医药领域展现出了良好的应用前景。全球范围内，萝卜硫素市场主要集中在美国、欧洲、中国等地区。其中北美是全球萝卜硫素最大的消费市场，我国是全球萝卜硫素主要供应地之一。因此，萝卜硫素的市场价值越来越受到国内外学者的广泛关注。根据360 Research Reports发布的《2023-2028年全球萝卜硫素市场研究报告》[70]显示，由于COVID-19的影响，2021年全球萝卜硫素市场规模为1000万美元，预计到2028年的规模为1800万美元，2022~2028年预测期间的复合年增长率为8.0%。北美是最大的市场，占有超过50%的份额，其次是欧洲，占有超过25%的份额。
近些年来，国内外侧重于萝卜硫素的提取纯化以及临床治疗的研究，而本文重点叙述了萝卜硫素的抑菌、抗氧化、抗炎症、抗癌等功能性及其机制，为萝卜硫素的应用与科学研究提供借鉴和参考。作为植物提取物，萝卜硫素生产成本低、安全性高、易于商业化，未来随着研究不断深入，萝卜硫素有望成为预防和治疗COVID－19的有效手段之一，其应用前景十分广阔。
萝卜硫素的稳定性较低，包埋技术可以提高萝卜硫素的稳定性，可以利用豌豆分离蛋白、黄原胶等大分子多糖和蛋白质成分建立包埋萝卜硫素的稳态化体系，并进行体外消化实验和CaCo-2小肠吸收转化实验，掌握萝卜硫素在体外模型中的消化和吸收情况，也可以对萝卜硫素进行分子修饰以提高其稳定性。萝卜硫素的前体物质萝卜硫苷有着很好的热稳定性，但无抗癌活性，已有报道指出人体肠道中含有的某些微生物具有酶解萝卜硫苷的能力，因此可以通过小鼠模型对萝卜硫苷进行体内实验研究。
总之，萝卜硫素膳食补充剂有望预防或减缓癌症、炎症、神经障碍症等的发生，可用于开发抗癌、抗抑郁药物、COVID－19预防药物等。未来，随着研究不断深入，萝卜硫素有望成为医药、食品领域下一个蓝海市场。
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表 1 不同处理条件下十字花科蔬菜中萝卜硫素的含量
Table 1 Content of sulforaphane in cruciferous vegetables at different treatment condition
十字花科蔬菜 属别 部位 处理条件 萝卜硫素含量（μg/g） 青花椰菜 芸薹属 花球 常压干燥 480.00 花椰菜 芸薹属 花球 常压干燥 35.20 红萝卜 萝卜属 根 常压干燥 26.60 白萝卜 萝卜属 根 常压干燥 19.80 青花菜SV1808BL 芸薹属 花球 室温成熟 812.68 青花菜FQ2 芸薹属 花球 室温成熟 777.12 青花菜XL3 芸薹属 花球 室温成熟 720.32 芥蓝Cuifen 芸薹属 茎叶 室温成熟 620.27 芥蓝Cutiao 芸薹属 茎叶 室温成熟 596.26 芥蓝Minixiao 芸薹属 茎叶 室温成熟 592.84 西兰花 芸薹属 小花 室温成熟 585.00 西兰花 芸薹属 叶 室温成熟 420.00 西兰花 芸薹属 茎 室温成熟 229.00 甘蓝San martino 芸薹属 幼苗 室温发芽 221.00 
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