AbMole 天然产物篇丨 Sulforaphane（萝卜硫素）：经典 Nrf2 激活剂，在氧化应激防御与表观遗传调控研究中的应用

摘要：Sulforaphane（萝卜硫素，SFN，AbMole，M3988，CAS No.：4478-93-7）是西兰花等十字花科植物中富含的天然异硫氰酸酯类化合物，也是 Keap1-Nrf2-ARE 抗氧化通路经典的化学激活剂。Sulforaphane通过共价修饰Keap1 蛋白上的半胱氨酸，稳定 Nrf2 并启动 II 相解毒酶与抗氧化基因程序，兼具抑制组蛋白去乙酰化酶、调控 NF-κB 炎症信号等多重活性，广泛用于氧化应激、化学防御与表观遗传机制研究。

一、Sulforaphane的分子作用机制

在分子机理上，Sulforaphane（萝卜硫素，SFN，AbMole，M3988）的异硫氰酸酯基团（-N=C=S）具有强亲电性，可与 Keap1 的 Cys151、Cys257、Cys273、Cys288 等传感器半胱氨酸形成可逆硫代氨基甲酸酯加合物，抑制 Keap1-Cul3 E3 连接酶对 Nrf2 的泛素化降解，使 Nrf2 累积并入核，结合抗氧化反应元件（ARE），启动 HMOX1（HO-1）、NQO1、GCLC、GST 等 II 相解毒与抗氧化基因转录。此外，Sulforaphane 还能抑制 NF-κB 的核转位与 IKK 活性，在 RAW264.7 巨噬细胞中剂量依赖性降低 LPS（Lipopolysaccharides，脂多糖）诱导的 iNOS 与 COX-2 表达；还能可逆抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）活性，升高组蛋白乙酰化水平并影响抑癌基因表达。这种多靶点的特性（Nrf2 激活、抗炎、HDAC 抑制）使Sulforaphane成为连接氧化还原稳态与表观遗传调控研究的独特天然工具分子。

术语解释

“传感器半胱氨酸”（sensor cysteine）是指 Keap1 蛋白上那些专门 “感知” 亲电试剂或氧化应激的半胱氨酸残基。之所以叫 “传感器”，是因为它们所处的局部微环境使其巯基（-SH）的 pKa 偏低、更易解离成硫醇负离子（-S⁻），亲核性显著增强，因而能高效捕获像 Sulforaphane 异硫氰酸酯（-N=C=S）这样的亲电分子。

二、Sulforaphane在细胞层面研究中的应用

细胞层面上，在多种正常与肿瘤细胞系中，Sulforaphane（萝卜硫素，SFN，AbMole，M3988，CAS No.：4478-93-7）通过激活 Keap1/Nrf2 通路，剂量依赖地上调HO-1、NQO1、GCLC、GST等 II 相解毒与抗氧化酶的表达，增强细胞对氧化应激的抵抗；Sulforaphane在巨噬细胞及上皮细胞中以 1–10 μM的浓度预处理细胞能显著诱导 Nrf2 靶基因并降低 ROS 水平。Sulforaphane（萝卜硫素，SFN）对多种肿瘤细胞表现出浓度依赖的抗增殖、促凋亡及抗肿瘤干性作用。在乳腺癌干细胞中，1–5 μM的Sulforaphane即可抑制 ALDH⁺ 肿瘤起始细胞 65%–80%，而对普通肿瘤细胞影响较小，提示优先靶向肿瘤干细胞亚群；在前列腺癌细胞（DU145、PC3）中，Sulforaphane在1–20 μM的范围内剂量依赖抑制增殖，10 μM 处理细胞 48–72 h 明显降低增殖、20 μM 完全阻止细胞生长；在口腔鳞癌细胞中，10–30 μM的Sulforaphane能诱导 G2/M 期阻滞与凋亡。其机制主要涉及 ROS 介导的线粒体内源与外源凋亡通路激活、半胱天冬酶活化及 HDAC 抑制。Sulforaphane能可逆地抑制细胞组蛋白去乙酰化酶（HDAC）活性，升高组蛋白 H3/H4 乙酰化水平并影响抑癌基因表达；同时它还能抑制 DNA 甲基转移酶（DNMT）活性，降低启动子区甲基化、恢复被沉默基因的转录。在乳腺癌、前列腺癌等细胞系中，5–20 μM的Sulforaphane处理细胞后能检测到组蛋白乙酰化升高与基因启动子去甲基化，这一机制使其成为连接氧化还原状态与表观遗传调控研究的独特工具。

三、Sulforaphane在动物实验研究中的应用

在动物层面，Sulforaphane（萝卜硫素，SFN，AbMole，M3988）的研究价值在氧化应激、炎症与肿瘤模型中均有充分展现，且大多依赖 Nrf2 通路。抗氧化方面：在对乙酰氨基酚（APAP）诱导的急性肝损伤小鼠模型中，预先给予 Sulforaphane 可抑制活性氧（ROS）形成、诱导血红素加氧酶 - 1（HO-1）表达，显著减轻肝损伤；而在 Nrf2 敲除小鼠中，这一保护效应消失。抗炎方面：在LPS（Lipopolysaccharides，脂多糖）诱导的急性肺损伤小鼠模型中，50 mg/kg 腹腔注射、预处理 3 天可降低血清 IL-6、TNF-α，并下调肺组织 NF-κB、COX-2、MMP-9 表达；Sulforaphane 在博来霉素诱导的肺纤维化模型中，0.5 mg/kg/ 日的给药方案能减少 IL-1β、TNF-α等促炎因子的表达并减轻炎症细胞浸润，提示Sulforaphane 通过 Nrf2/ARE 通路抑制 NF-κB 介导的炎症反应。抗肿瘤方面：在丁基羟基亚硝胺（BBN）诱导的膀胱肿瘤模型（雄性 C57BL/6 小鼠）中，Sulforaphane 按 2.5、5、10 mg/kg 灌胃给药、每周三次、持续 23 周，肿瘤负荷随剂量升高而明显下降；Sulforaphane 在前列腺癌转基因小鼠模型中，1 mg / 只口服、每周五次给药使前列腺腺癌负荷降低约 61%，并伴随肿瘤内 CD8⁺ T 细胞浸润增加，提示可重塑肿瘤免疫微环境；Sulforaphane 在氧化偶氮甲烷（AOM）诱导的结肠肿瘤模型中，每日给药持续 8 或 24 周均可显著减少异常隐窝灶数量。 范例详解

Food Funct. (2021) 12 (21): 10950–10966.

AbMole 的 Sulforaphane（萝卜硫素，SFN，AbMole，M3988）在上述研究中被用作 Nrf2 通路阳性激活剂，在体外血管平滑肌细胞实验中预处理细胞，可促进 Nrf2 入核并上调下游 HO-1 蛋白表达，抑制 NF-κB 通路活化，以此拮抗 PDGF-BB 诱导的血管平滑肌细胞增殖、迁移及表型转换，用来佐证 Physalin B 是依赖激活 Nrf2 通路发挥保护效应，后续通过 CCK8、Transwell 以及蛋白免疫印迹等实验检测细胞增殖、迁移及表型相关蛋白，验证 Nrf2 激活对血管平滑肌细胞的保护作用。

图 Activating the Nrf2 pathway by SFN inhibited PDGF-BB-induced proliferation, migration and phenotypic switching in VSMCs.

*本文所述均为科研试剂，仅供科学研究参考

四、Sulforaphane相关细胞实验（文献参考举例）

该方案适配 Nrf2 激活验证、抗氧化防御与抗炎表型检测。

细胞系：小鼠肝癌 Hepa1c1c7（或 ARE-luciferase 报告基因细胞系）及 RAW264.7 巨噬细胞

检测指标与方法：Sulforaphane（1、2.5、5、10、25 μM）处理 16~24 h；ARE 荧光素酶报告基因；NQO1 酶活比色法；Western blot 检测 Nrf2、HO-1、NQO1；Nrf2 核转位免疫荧光；RAW264.7 细胞加 LPS 诱导后 Griess 法测 NO。

给药浓度：1~25 μM

处理时长：报告基因与蛋白检测 16~24 h；抗炎检测 2 h 预处理 + 6~24 h 诱导

参考文献：Zhang Y, et al. A major inducer of anticarcinogenic protective enzymes from broccoli: isolation and elucidation of structure. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 1992, 89(6): 2399-2403.

*注：上述方法来自公开文献，仅供相同目的实验参考。如实验目的、材料、方法不同，请参考其他文献调整。*

五、Sulforaphane相关动物实验（文献参考举例）

该方案适用于化学防御与表观遗传效应的体内研究。

动物模型：C57BL/6J-Apc^min 自发肠肿瘤小鼠模型

给药配制：Sulforaphane 以无菌水配制，灌胃给药，现配现用

给药剂量：6 μmol/只/日

给药方案：5~8 周龄小鼠连续灌胃 5 周，每周记录体重；终点计数小肠肿瘤数量与直径，取肠黏膜测 HDAC 活性、组蛋白乙酰化水平及 Nrf2 靶基因表达。

参考文献：Myzak M C, Dashwood W M, Orner G A, Ho E, Dashwood R H. Sulforaphane inhibits histone deacetylase in vivo and suppresses tumorigenesis in Apc(min) mice. FASEB Journal, 2006, 20(3): 506-508.

*注：上述方法来自公开文献，仅供相同目的实验参考。如实验目的、材料、方法不同，请参考其他文献调整。*

总结

综上，Sulforaphane（AbMole，M3988）以 Keap1 半胱氨酸传感机制为核心的 Nrf2 激活作用，叠加抗炎与 HDAC 抑制活性，成为氧化应激防御与表观遗传研究中使用最广的天然化学工具之一。

参考文献

[1] Zhang Y, Talalay P, Cho C G, Posner G H. A major inducer of anticarcinogenic protective enzymes from broccoli: isolation and elucidation of structure. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 1992, 89(6): 2399-2403.

[2] Dinkova-Kostova A T, Holtzclaw W D, Cole R N, et al. Direct evidence that sulfhydryl groups of Keap1 are the sensors regulating induction of phase 2 enzymes that protect against carcinogens and oxidants. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 2002, 99(8): 5191-5196.

[3] Heiss E, Herhaus C, Klimo K, Bartsch H, Gerhäuser C. Nuclear factor kappa B is a molecular target for sulforaphane-mediated anti-inflammatory mechanisms. Journal of Biological Chemistry, 2001, 276(34): 32008-32015.

[4] Myzak M C, Dashwood W M, Orner G A, Ho E, Dashwood R H. Sulforaphane inhibits histone deacetylase in vivo and suppresses tumorigenesis in Apc(min) mice. FASEB Journal, 2006, 20(3): 506-508.

[5] Kensler T W, Wakabayashi N, Biswal S. Cell survival responses to environmental stresses via the Keap1-Nrf2-ARE pathway. Annual Review of Pharmacology and Toxicology, 2007, 47: 89-116.