增强内源性防御功能从疾病预防角度来看越来越被认为具有重要意义。内源性解毒和抗氧化酶能够消除体内的有害物质和活性氧，其表达水平受转录因子调节（Baird & Yamamoto, 2020）。某些食品成分，特别是全谷物、蔬菜和水果中的成分，可以激活这些转录通路，这可能在一定程度上解释了充足摄入这些食品与较低慢性病风险（包括冠心病、中风和心力衰竭）之间的关联（Bechthold et al., 2019; He et al., 2023）。因此，识别能够增强这些内源性防御系统的食品成分对于开发功能性食品材料至关重要。
十字花科蔬菜是硫代葡萄糖苷的丰富来源，当组织受损时，内源性的黑芥子酶会将其水解为生物活性异硫氰酸酯（Gu et al., 2012）。十字花科蔬菜中的异硫氰酸酯已因其促进健康的特性而得到广泛研究，其摄入与降低癌症风险等潜在健康益处相关（Li et al., 2022）。富含十字花科蔬菜的饮食还可以增加CYP1A2和GST-α等解毒和抗氧化酶的活性（Eagles et al., 2020）。在十字花科蔬菜中，大根（白萝卜）（Raphanus sativus L.）芽最近作为异硫氰酸酯的特别丰富来源而受到关注。先前的研究发现，年轻大根芽释放的异硫氰酸酯量大约是西兰花芽的10-30倍（De Nicola et al., 2013; Yamaguchi et al., 2024），突显了大根芽作为功能性食品材料的潜力。大根中的主要含硫化合物包括异硫氰酸酯，如萝卜硫基（SFE：4-甲基亚磺酰-3-丁烯基异硫氰酸酯）和大根硫基（RPA：4-甲基硫-3-丁烯基异硫氰酸酯），以及它们的硫代葡萄糖苷前体，如萝卜硫苷（GRE：4-甲基亚磺酰-3-丁烯基硫代葡萄糖苷）和大根硫苷（4-甲基硫-3-丁烯基硫代葡萄糖苷），分别对应。SFE的产生随芽的生长而减少，可能是由于GRE含量降低所致，而RPA的产生则因大根硫苷的积累而增加（Barillari et al., 2005; Yamaguchi et al., 2024）。据报道，SFE表现出多种生物活性，包括抗癌（Bao et al., 2016）、抗脂肪生成（Chen et al., 2018）、抗炎神经（Yang et al., 2020）和保肝作用（Yamaguchi et al., 2024）。来自大根的硫代葡萄糖苷和RPA也被报道在动物和细胞研究中显示出抗氧化和解毒作用（Barillari et al., 2007; Scholl et al., 2011）。
在这些生物活性背后的机制中，Keap1/Nrf2和AhR转录通路与抗氧化和解毒作用尤为相关。Nrf2是一个关键的转录因子，可响应亲电刺激而上调II期解毒酶和抗氧化酶，而AhR调节CYPs等I期解毒酶（Kensler et al., 2007）。异硫氰酸酯是已知的亲电物质，可通过共价修饰Keap1半胱氨酸残基激活Nrf2系统。在我们先前的报告中，口服给予SFE通过诱导GST和QR而不影响CYP活性，在CCl4小鼠中表现出保肝作用（Yamaguchi et al., 2024），表明优先激活Nrf2通路。
尽管这些发现表明硫化合物会激活Nrf2通路，但大根芽中硫化合物的组成会根据生长阶段、加工和烹饪条件而有所不同。当酶因热处理而失活时，硫代葡萄糖苷水解为异硫氰酸酯的过程可能受到限制，在这种情况下，GRE等硫代葡萄糖苷会以完整形式被摄入。为了确定最有效的成分并确定大根芽作为功能性食品的最佳利用方式，需要对异硫氰酸酯及其硫代葡萄糖苷前体进行直接比较。然而，尚无在相同条件下进行此类比较的报告，并且其生物活性差异的分子机制仍然不清楚。在本研究中，我们比较了三种代表性大根芽植物化学物质（SFE、RPA和GRE）（图1）对HepG2细胞中Nrf2和AhR激活的影响。此外，我们采用共价分子对接和分子动力学模拟进行了计算机模拟分析，以比较SFE和RPA在与Keap1形成的共价复合物中的非共价相互作用能。我们还评估了这些化合物的化学稳定性，并检查了每种化合物能否完整跨越Caco-2细胞单层（Iftikhar et al., 2020），以评估稳定性和跨上皮运输的差异是否解释了计算与细胞活性之间的差异。
