硒化学预防肿瘤的实验研究

美国Roswell Park  肿瘤研究所  Clement Ip

一、问题的提出

啮齿类动物实验结果表明，给予高于营养所需量的硒可有效预防由化学致癌物或病毒诱发的肿瘤发生。除极个别外，实验所用硒化物均有商品出售，但90%以上的实验是采用亚硒酸盐或硒代甲硫氨酸。以前我们汇编了亚硒酸盐、硒代甲硫氨酸预防由二甲基苯并蒽(DMBA)诱发大鼠乳腺癌动物模型的肿瘤发生，并比较它们的化学预防作用。我们的实验结果表明，在饲料中加入15ppm的硒时，饲硒代甲硫氨酸的动物组织内(血、肝、肾、骨骼肌)硒浓度高于饲亚硒酸盐组动物，但硒代甲硫氨酸的防癌作用却低于亚硒酸盐。即饲硒代甲硫氨酸组动物体内高总硒含量并没有出现更好的防癌作用。在此基础上提出了这样问题：硒的体内代谢对硒发挥抗癌活性作用可能是必需的。来自我们研究结果的二点间接证据也支持这种假说。第一是甲硫氨酸利用率对硒代甲硫氨酸化学防癌作用的影响，低甲硫氨酸饲料可明显降低硒代甲硫氨酸的防癌作用，尽管其动物组织内硒浓度高于补给甲硫氨酸组的动物。当限制甲硫氨酸时，绝大多数硒代甲硫氨酸代替甲硫氨酸掺入体蛋白的合成，即当硒代甲硫氨酸在体内趋向于构成蛋白质而不是进入硒利用和解毒的代谢途径时，其抗癌作用明显降低。第二是当同时给予可干扰硒甲基化代谢物形成的砷时，亚硒酸盐的化学防癌作用几乎完全消失。我们以前的研究也表明要持续给予硒才能取得较好的防癌作用。这些都有力提示：具有防癌潜能的活性形式硒要在硒的代谢过程中产生，而且只有当硒补加到一定水平时才能产生这样的活性硒化物。

二、硒化物的化学形式与抗癌活性

亚硒酸盐、硒代甲硫氨酸可代谢为硒化氢及一系列甲基化产物，如甲基硒醇、二甲基硒、三甲基硒离子。那么，随着硒摄入量增加，硒的代谢产物，特别是甲基化产物也应增加，我们研究的目标集中在一些可于不同位点进入硒代谢途径的一些合成硒化物的抗癌作用，力图来回答下列问题：

1、硒要发挥抗癌活性是否一定要经过中间产物——无机的硒化氢这一过程。

2、硒的甲基化使其防癌活性增加还是减弱。

3、甲基化程度对其防癌作用影响如何。

选择适宜的前体物就可以控制硒进入代谢途径的不同位点，来确定这些新的硒化物的不同甲基化产物与他们的化学防癌作用，这样使我们有可能接近找到有抗癌活性的中间产物。以下全部化学防癌实验都是采用由DMBA诱发雌性Sprague—Dawley大鼠乳腺癌的动物模型进行的。

为了比较不同硒化物的相对抗癌作用，我们把剂量换算为每种硒化物(由ppm表示)在DMBA—乳腺癌动物模型中产生50%抑癌作用的剂量。做不同硒化物代谢及其化学形式与他们的化学防癌作用的相关分析，我们得到以下五点结论：

1、当硒进入硒化氢池以外的代谢途径时有较好的抗癌活性。其活性形式可能产生于硒进入位点和转化为排出代谢物的过程中。

2、一些可以产生一系列甲基化产物(特别是单甲基化产物)的硒化物，如二甲基硒乙内酯(Selenobetaine)、硒一甲基硒代半胱氨酸(se—methylselenocysteine)比亚硒酸盐有更强的防癌作用，很可能有好的抗癌潜能。

3、可掺入蛋白合成的含硒氨基酸的抗癌作用较弱。硒代甲硫氨酸、硒代胱氨酸的抗癌作用均低于亚硒酸盐。由于硒代甲硫氨酸可替代甲硫氨酸非特异性掺入蛋白合成，影响单甲基硒的释放而减弱其防癌活性。同样硒代胱氨酸可氢化为硒代半胱氨酸，也可替代半胱氨酸非特异性掺入到蛋白质中。

4、二甲基亚硒酰(dimethylselenoxide)可很快定量地还原为二甲基硒(90%可由二甲基硒从呼吸道排出)，只有很弱的防癌作用。

5、甲基化程度对其活性有重要影响，硒的完全甲基化形式——三甲基硒离子几乎没有抗癌活性。这可能与其很快从尿中排出有关。

三、新低毒抗癌硒化物的研究进展

寻找新的低毒高效硒化物一直是硒化学防癌研究的一个重点。最近E1—Bayoumy等报道了合成物1，4—亚苯基(甲基)硒化氰(1，4—phenylenelois(methylene)selenocyanate)的急性LD50比其它已证实有抗癌作用硒化物的LD50都高。此化合物衍生于二甲苯，又称为二甲苯硒化氰(xyleneselenocyanato简称p—XSC．)。应注意到p—XSC的设计是参照了苯基硒化氰(benzylseleno cyanato简称BSC)。在过去十年中，E1一B+ayoumy等人在用化学致癌物诱发动物前胃癌、乳腺癌和结肠癌研究中发现BSC有抑癌作用。其缺点为挥发性大，防癌作用剂量接近毒性域值。因此改进是必要的。根据毒理、代谢、药理的研究资料，将BSC的结构修改成新化合物p—XSC。E1—Bayoumy等人实验研究证明p—XSC在DMBA—诱发乳腺癌的起始期对肿瘤产生及DNA加合物形成都有明显抑制作用。我们的试验进一步研究了p—XSC在起始前和起动后的抗癌作用及其剂量反应关系(试验剂量是5～15ppm)。在起始前给15ppm硒水平的p—XSC可抑制80%的肿瘤发生，在起动后给予同水平的p—XSC可抑制52%的肿瘤发生。在实验全程给予5ppm硒水平的p—XSC则可预防50%的肿瘤发生。这个剂量比最大耐受剂量(MTD)小近四倍。因此，在远离毒性的安全范围，p~XSC就可成功地发挥抗癌作用而不产生任何副作用。

为了便于与亚硒酸盐及其它硒化氰类化合物比较抗癌作用和耐受性，这里引入化学预防指数的概念(Ghemopreventive Index)，用公式表示为：化学预防指数一最大耐受量(MTD)/可产生50%抑癌作用剂量(ED50)，其数值愈大意味在防癌剂量下有很好的耐受性(即毒性低)。p~XSC的化学预防指数是其它硒化物的2～3倍。用这一标准来看，p—XSC是一种很好的低毒抗癌硒化物。

我们以前研究提示硒的解毒代谢途径对硒的化学预防作用的产生是重要的过程，因此我们又对烷基硒化氰和芳基硒化氰的生物利用率进行研究以便得到有关硒的释放和其代谢产物的资料。用缺硒动物肝中谷胱甘肽过氧化物酶(GSH—Px)活性恢复作为评价这些硒化物代谢能力的生物指标。我们的研究表明，与亚硒酸盐和其它硒化氰类化合物相比，p—XSC对GSH—Px活性恢复作用很小，这提示p—XSC中的硒是缓慢释放到代谢池中，从而导致维持GSH—Px活性的低作用和其较大的耐受性。p—XSC可以在不影响硒的抗肿瘤作用时又把硒毒性降到最小，无疑是一种很有前途的抗癌硒化物。

四、富硒食物的抗癌作用

硒化学防癌研究的目标之一就是能经食物安全地给予充足量的硒。目前已知，植物可利用土壤中的无机硒生成与含硫化合物类似的有机硒，那么推测富硫蔬菜如果在高硒条件下生长，就应成为富硒蔬菜。大蒜是富硫的蔬菜，加之考虑到其本身的抗癌作用，我们选择大蒜作为试验对象，并希望用硒代替硫后能产生更强的抗癌物质，我们以前曾把一些含硫化合物结构中的硫分子用硒分子取代后，其防癌作用增强也支持这种设想。现在我们已成功地获得了高硒培养条件下生长的富硒大蒜，而且这种大蒜在乳癌动物模型中的抗癌作用的确强于普通大蒜。更令人鼓舞的是摄入营养水平的富硒大蒜的硒即可保持含硒酶的完全活性功能。我们的实验有力说明用富硒大蒜作为必需营养素和防癌物——硒的来源是非常适宜可行的。

人们可自然问到，富硒大蒜中很可能含有很多不同的硒化物，这些物质都能具有这些所希望的属性吗？这也正是要通过食物链补硒的诱人所在。大蒜中含大量含硫氨基酸及其衍生物如各种烷基芳基半胱氨酸亚砜。芳基半胱氨酸亚砜是大蒜气味的前体物，经一系列酶和化学反应后，亚枫可产生烷基硫化物、二硫化物，这些挥发性物质不仅是产生大蒜气味的物质也是具有抗癌作用的活性物质。如前所述，当大蒜生长在富硒条件下，则很多与这些含硫化合物相似的含硒化合物应在大蒜中形成。到目前为止富硒大蒜中究竟是什么样硒化物具有营养和抗癌作用还不清楚。确定富硒大蒜中硒的化学组成也是本研究的重点之一，值得注意的是：硒含量相同情况下，给富硒大蒜的动物组织内硒含量远低于给亚硒酸盐组的动物，这可能是大蒜中硒排出体外的速度快，而组织内低硒含量并没有影响富硒大蒜的抗癌作用。对此进一步的研究必将为适用于普遍化学预防策略的实施而发展的“设计食品”开辟新的途径。