综述：膳食异硫氰酸盐作为氧化还原活性生物活性物质：化学机制的全面评述

《Food Chemistry: Molecular Sciences》：Dietary isothiocyanates as redox-active bioactives: A comprehensive review of chemistry

本综述系统阐述了十字花科植物中富含的异硫氰酸盐（ITCs）的抗氧化活性及其化学机制。文章重点分析了基于电子转移（ET）和氢原子转移（HAT）的体外抗氧化测定方法（如DPPH、ORAC等），揭示了ITCs通过其活性官能团（-NCS）和可变R基团发挥作用的多样性，并总结了反应路径与产物。文章为理解ITCs的健康促进作用（如化学预防）提供了理论依据，并指出了未来研究的关键方向（如反应机制、生物相关性），对营养学和医学领域具有重要参考价值。

　　

引言

氧化损伤是衰老及多种慢性疾病（如心血管疾病、癌症、炎症）的重要诱因，其主要由活性氧（ROS）引起。ROS包括氧中心自由基（如超氧阴离子O₂^•?、羟基自由基•OH）和非自由基（如过氧化氢H₂O₂）。植物来源的生物活性物质在缓解氧化损伤方面发挥着关键作用。十字花科蔬菜富含硫代葡萄糖苷（GSLs）及其水解产物异硫氰酸盐（ITCs, R-NCS），后者因其化学预防潜力而备受关注。ITCs通过其高反应性的-NCS官能团发挥作用，但其在抗氧化反应中的具体机制、产物及参与基团尚不明确。本综述旨在基于现有体外测定方法，阐明ITCs的抗氧化特性，特别是其背后的化学机制。

体外抗氧化测定方法的分类

抗氧化能力无法通过单一方法评估，因其涉及不同的反应机制。根据底物与自由基之间的化学反应，抗氧化测定可分为：（1）基于电子转移（ET）的测定，如DPPH、超氧阴离子清除、FRAP和TEAC测定；（2）基于氢原子转移（HAT）的测定，如ORAC、•OH清除、H₂O₂/ROOH清除和次氯酸盐清除测定；（3）其他测定，如Rancimat测定和Briggs–Rauscher反应测定。某些测定中ET和HAT机制可能存在重叠。ITCs的抗氧化能力因其结构和所用测定方法的不同而有显著差异。

ET-based assays

DPPH自由基清除测定

DPPH测定是一种简单、快速、可靠的方法，用于评估样品的自由基清除能力。DPPH自由基（紫色）在515 nm有最大吸收，当其被还原为DPPH₂（黄色）时，吸光度下降。ITCs如萝卜硫素（SFN）和4-(甲硫基)-3-丁烯基ITC（MTBITC）显示出较强的DPPH清除能力。研究表明，ITCs与DPPH的反应可能涉及-NCS基团上的S原子或R基团上的氢原子转移。芳基ITCs的清除能力通常高于烷基ITCs，且苯环上的取代基类型和位置对其活性有显著影响。

超氧阴离子（O₂^•?）自由基清除能力测定

O₂^•?是线粒体呼吸等过程中产生的主要自由基。研究表明，某些ITCs（如AITC, BITC）可通过抑制NADPH氧化酶活性间接减少O₂^•?生成，而MTBITC等则可能直接清除O₂^•?。其活性与ITCs的分子结构密切相关。

铁还原抗氧化能力（FRAP）测定

FRAP测定通过测量样品将Fe³⁺还原为Fe²⁺的能力来评估总还原力。多数ITCs在FRAP测定中未显示出还原潜力，但骆驼蓬异硫氰酸盐（CamITC）例外，其FRAP值高于SFN，表明其具有电子给予能力。

Trolox等效抗氧化能力（TEAC）测定

TEAC测定通过测量样品对ABTS自由基阳离子（ABTS^•+）的还原能力来量化抗氧化能力。直接研究ITCs的TEAC活性的报道有限。含有乙烯基硫醚等结构的ITCs（如MTBITC）可能通过硫原子作为电子供体与ABTS^•+反应，但其机制和最终产物仍需进一步研究。

HAT-based assays

氧自由基吸收能力（ORAC）测定

ORAC测定评估化合物通过HAT机制保护荧光探针（如荧光素）免受过氧自由基（ROO•）氧化损伤的能力。多种ITCs显示出较高的ORAC活性，例如CamITC的活性显著高于SFN。ITCs的ORAC值受其R基团结构影响很大，表明其能通过提供氢原子来中断自由基链式反应。

羟基自由基（•OH）清除测定

•OH是活性最强的ROS之一。ITCs如4-HBITC和erucin显示出中等的•OH清除能力，而SFN的活性更高。使用更接近生理条件的测定方法（如PTIO•清除测定）可能有助于更准确地评估ITCs的自由基清除活性。

过氧化氢（H₂O₂）或有机氢过氧化物（ROOH）测定

H₂O₂和ROOH是氧化应激中的重要介质。含有甲硫基的ITCs，如MTBITC和erucin，能有效地清除H₂O₂/ROOH，自身被氧化为相应的亚砜类化合物（如SFN和SFE）。该反应具有区域选择性，表明甲硫基在ROS中和中起关键作用。

次氯酸盐清除测定

次氯酸盐（ClO^?）是免疫反应中产生的ROS。ITCs可能通过其-NCS基团与ClO^?反应，生成异氰酸酯并进一步水解为有机胺，从而保护生物分子免受氧化损伤。不同结构ITCs的清除效率可能不同。

单线态氧（¹O₂）清除能力测定

¹O₂是光敏化反应中产生的激发态ROS。有限的研究表明MTBITC等ITCs具有淬灭¹O₂的潜力，可能通过中断氧化链式反应形成稳定产物。含有不饱和R基团的ITCs可能增强此能力。

其他体外抗氧化测定

Rancimat测定（氧化稳定性测试）

Rancimat测定用于评估脂肪和油脂的氧化稳定性。一些ITCs（如PITC）能有效抑制脂质氧化，其功效与-NCS基团是否直接连接在芳香环上有关。结构差异显著影响其在脂质体系中的抗氧化效果。

Briggs–Rauscher反应测定

BR振荡反应测定是一种动态评估抗氧化活性的方法。研究表明，取代基位置对ITCs的活性有显著影响，例如4-甲氧基苯基ITC（4-MOPITC）显示出活性，而其邻位和间位异构体则无活性。

未来展望

未来研究应侧重于：（1）机理研究：明确ITCs抗氧化反应中的产物和反应路径；（2）生物系统相关性：在生理条件下研究ITCs的活性，考虑其代谢（如与谷胱甘肽结合）对活性的影响；（3）新兴应用：探索ITCs作为抗氧化剂和促氧化剂的双重功能在靶向治疗、食品保鲜和药物开发中的应用潜力。

结论

ITCs是一类具有多样化抗氧化特性的生物活性化合物。其通过ET和HAT机制发挥作用，功效受-NCS官能团和R基团的共同影响。不同测定方法的结果差异反映了结构和反应条件的重要性。深入理解ITCs的抗氧化机制、反应产物及其生物学意义，将有助于推动其在营养、医学和工业领域的广泛应用。