萝卜硫素通过代谢谱分析揭示其对人类细胞代谢组的全局调控作用及抗氧化机制

《Molecular Nutrition & Food Research》：Elucidation of Sulforaphane-Mediated Effects on the Cellular Human Metabolome Using Metabolic Profiling

本综述系统阐述了萝卜硫素（SFN）通过激活Nrf2/Keap1信号通路调控肝细胞代谢网络的分子机制。研究采用靶向HILIC-MS/MS技术结合NEM衍生化方法，首次全面揭示SFN对三羧酸循环（TCA cycle）、尿素循环、谷胱甘肽（GSH）代谢等核心通路的深度调控作用，为阐释其抗癌/抗氧化功效提供了新的代谢视角。

　　

化学稳定性实验揭示培养基组分对SFN活性的影响

通过高效液相色谱-高分辨质谱（HPLC-HRMS）分析发现，含硫醇培养基中SFN的稳定性显著降低（残留率约50%），而去除半胱氨酸的培养基可提高至70%。这表明SFN易与培养基中的巯基化合物发生反应，其中与半胱氨酸的亲和力最高（反应活性比氨基/羟基高10³-10⁴倍）。值得注意的是，SFN-半胱氨酸结合物仍能激活Nrf2/Keap1通路，这为解释其在复杂培养基环境中的生物活性提供了依据。

代谢分析方法的技术创新

本研究创新性地将N-乙基马来酰亚胺（NEM）衍生化技术整合进靶向亲水相互作用色谱-串联质谱（HILIC-MS/MS）代谢组学平台。该方法成功稳定了还原型谷胱甘肽（GSH），使其能以GS-NEM形式被准确定量，同时实现了辅酶A（CoA）等110余种代谢物的同步检测。通过引入香草酸作为内标，方法精密度（RSD<5%）显著优于传统方案。

SFN对核心代谢网络的多维度调控

TCA循环与氨基酸代谢的重编程

SFN处理导致柠檬酸（1.44倍）和异柠檬酸（1.38倍）显著积累，同时伴随脯氨酸（-1.2倍）和天冬氨酸（-0.26倍）的耗竭。这种代谢特征提示异柠檬酸脱氢酶活性可能受抑制，促使细胞通过脯氨酸-谷氨酸途径补充α-酮戊二酸。尿素循环关键激活剂N-乙酰谷氨酸（-0.47倍）的下降，与鸟氨酸（-0.43倍***）减少共同表明尿素循环功能受限。

能量代谢途径的适应性改变

hexose-P（-0.52倍）下降与6-磷酸葡萄糖酸（6-PG）（0.75倍）升高证实磷酸戊糖途径（PPP）活化，这可能为GSH再生提供NADPH。ATP（-0.43倍）和肌酸（-0.38倍）的降低反映能量代谢压力，而甘油-3-磷酸（1.38倍）和UDP-葡萄糖（0.30倍*）的升高提示脂解和糖原合成调控参与能量补偿。

抗氧化防御系统的强化

通过NEM稳定化检测发现GS-NEM（0.97倍）和GSSG（3.96倍）同步增加，印证Nrf2/Keap1通路激活促进谷氨酸-半胱氨酸连接酶（GCL）表达。半胱氨酸（-0.46倍）和CoA-NEM（-0.31倍）的下降既可能源于GSH合成消耗，也可能与SFN直接巯基结合反应有关。

表观遗传与细胞周期相关代谢物改变

叶酸（0.65倍）升高与腺嘌呤（-0.38倍）、胸腺嘧啶（-0.37倍）和胞嘧啶（-1.69倍）的降低相呼应，这种核苷酸代谢紊乱可能与SFN诱导的细胞周期阻滞现象存在关联。同时胞苷二磷酸（CDP）（0.41倍*）的积累进一步支持核酸合成途径重塑。

研究方法的局限性与转化价值

尽管靶向MS/MS方法存在未覆盖Oxalacetate、NADPH等关键代谢物的局限，但通过相邻代谢物变化仍可推断通路状态。值得注意的是，HepG2细胞的瓦博格效应（Warburg effect）可能放大PPP和糖酵解相关结果，在向原代细胞或体内研究外推时需谨慎。