第五节 含硫化合物
含硫化合物（sulfides）广泛分布于自然界中，包括所有存在于大蒜和其他球根植物、且分子结构中含有硫元素并具有特殊生理活性的有机化合物。
一、结构与分类
（一）结构
含硫化合物主要有二烯丙基一硫化物、二烯丙基二硫化物和二烯丙基三硫化物。其中二烯丙基二硫化物的生物活性最强，亦称蒜素（allicin），蒜素中的基本物质是蒜苷（alliin）。芥子油苷（thioglycosides）又称为硫代葡萄糖苷，水解后可生成异硫氰酸酯类（芥子苷，sinigrin）、硫氰酸盐（thiocyanate）和吲哚（indole），因其结构中含有硫原子，故也属于含硫化合物的范畴。
（二）分类
1.异硫氰酸盐（isothiocyanates，ITCs）
ITCs以其前体芥子油苷的形式广泛存在于3000多种十字花科蔬菜中，如西兰花、卷心菜、菜花、球茎甘蓝、荠菜和小萝卜等，含量约占十字花科蔬菜干重的1%以上。广为研究的ITCs有20多种，包括莱菔硫烷和烯丙基、苄基、苯乙基等取代的异硫氰酸类化合物。
2.烯丙基硫化物
烯丙基硫化物是葱蒜类蔬菜（大蒜、洋葱、大葱、小葱等）的前体物质——蒜氨酸的降解产物。蒜氨酸是一种无味的非蛋白类氨基酸，在葱蒜组织结构被破坏时与蒜氨酸酶接触，产生不稳定的、具有强烈辛辣味和挥发性的蒜素，后者遇光、热或有机溶剂降解成多种烯丙基硫化物，共同形成葱蒜特有的风味。葱蒜烯丙基硫化物多达30余种，主要有二烯丙基一硫化物、二烯丙基二硫化物和二烯丙基三硫化物。
二、生物学作用
（一）异硫氰酸盐
ITCs其共同的化学基团“—N=C=S”是其发挥生物学作用的关键基团，其中C具有强烈的亲电子特性，其生物学作用主要表现在以下几方面。
1.抗癌作用
从十字花科植物中提取的芥子油苷的代谢产物可活化细胞培养系统中具有去毒作用的Ⅱ相酶-苯醌还原酶。流行病学研究结果表明食用植物性食物特别是十字花科蔬菜能够降低多种癌症，如肺癌、胰腺癌、膀胱癌、前列腺癌、甲状腺癌、皮肤癌、胃癌、结肠癌的患病风险。ITCs选择性地抑制肿瘤发生的可能机制是：①诱导Ⅱ相致癌物解毒酶，ITCs可能通过与启动子抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE）结合而选择性地诱导致癌物解毒酶类，如Ⅰ型苯醌还原酶（quinone reductase，QR-1）、GST、GCS、葡萄糖苷酸转移酶（UDP-glucuronosytransferases，UGT）、Ⅰ型血红素氧化酶（heme oxygenase-1，HO-1）等。活化的解毒酶通过催化致癌物与内源性物质结合而降低其反应活性，并促进排出；或直接损伤致癌物的活性中心；或提高细胞的抗氧化应激水平，以直接或间接地抑制肿瘤的发生与发展。②抑制Ⅰ相代谢酶系，许多致癌物通过相应CYP450的作用才能活化成相应的终末致癌物。ITCs主要通过竞争或直接的共价修饰抑制CYPs的活性，甚至直接促进其降解，以抑制前致癌物在体内的活化。但也有报道称ITCs能够诱导某些CYPs，相关研究还待进一步深入。③抑制肿瘤细胞增殖和诱导其凋亡，ITCs通过阻滞肿瘤细胞周期于G2/M或G0/G1而抑制肿瘤细胞的增殖与分化，或通过诱导半胱天冬酶而启动肿瘤细胞的凋亡信号通路。
2.抗氧化作用
ITCs可通过保护或诱导细胞抗氧化应激蛋白而防止DNA的氧化损伤，但也有研究发现ITCs本身就是氧化应激因子，可引起细胞内巯基（主要为GSH）的耗竭和ROS的大量产生。
3.其他生物活性
西兰花中含量最为丰富的硫化物——莱菔硫烷，能明显抑制幽门螺杆菌对裸鼠的感染而具有抗菌活性；苯乙基异硫氰酸盐能降低脂多糖诱导的小鼠巨噬细胞炎症反应，包括抑制诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、白介素-1（IL-1）、环氧化酶-2（COX-2）等的表达，对心血管疾病、白内障、糖尿病等表现出良好的预防作用。
（二）烯丙基硫化物
烯丙基硫化物（diallyl sulphides）有多种生物作用，主要是因其极易透过磷脂膜进入细胞内而发挥其独特的药理活性，主要表现在以下几方面。
1.抗菌杀虫
烯丙基硫化物通过对巯基的氧化，使与微生物生长繁殖有关的巯基酶失活，或竞争性地抑制巯基化合物如胱氨酸，或非竞争性地抑制某些酶的活性，对多种致病性细菌、真菌甚至原虫具有抑制或杀灭作用。烯丙基硫化物对葡萄球菌、脑膜炎奈瑟菌、肺炎球菌、白喉杆菌、痢疾杆菌、大肠杆菌、伤寒杆菌、副伤寒杆菌、铜绿假单胞菌、结核杆菌、霍乱弧菌、念珠菌和须发癣菌等有明显的抑制或杀灭作用；对霉菌和酵母菌等真菌的抑制强度相当于化学防腐剂苯甲酸和山梨酸，且不易产生耐药性。大蒜还能抑制甲型流感病毒及烟曲霉，杀灭恙虫热立克次体、阿米巴原虫和阴道滴虫等。
2.抗癌作用
烯丙基硫化物对乳腺癌、结肠癌、肺癌、膀胱癌、肝癌、前列腺癌及白血病有明显的抑制作用。其机制可能是通过阻滞肿瘤细胞周期演进、参与肿瘤细胞的信号转导通路、诱导肿瘤细胞分化和凋亡、影响原癌基因和抑癌基因表达、抑制Ⅰ相代谢酶活性而活化Ⅱ相解毒酶，从而降低化学致癌物毒性，抑制肿瘤细胞的增殖。此外，烯丙基硫化物还能阻断细菌对硝酸盐的还原作用，并与亚硝酸盐反应生成硫代亚硝酸酯而阻断亚硝胺的形成；大蒜能刺激干扰素的分泌，增强免疫，防止DNA的氧化损伤，抑制甲基磺酸甲酯和环磷酰胺等的诱变毒性。
3.预防心脑血管疾病
葱蒜烯丙基硫化物可防止血清肝、肾或主动脉TC、TG升高，并通过抗血脂升高、降低血液黏度、抗脂质过氧化、调节氨基酸代谢、抗血小板聚集作用等减缓动脉粥样硬化的发生和发展。烯丙基硫化物还通过抑制TA2羟化酶和HMG-CoA还原酶活性，抑制LDL、VLDL、血清TC和TC的合成；通过抑制血小板和纤溶系统的功能而防止血栓形成。烯丙基硫化物可抑制体内、体外由ADP、肾上腺素、胶原等诱导的PLT聚集、黏附，升高血浆纤溶酶活性，促使聚集的血小板解聚。
4.免疫调节
葱蒜烯丙基硫化物是一种较好的免疫激发性化合物，可提高免疫功能低下的小鼠淋巴细胞转化率，增强淋巴细胞分裂增殖及活性，减轻环磷酰胺所致的胸腺和脾的萎缩，增加脾抗体形成细胞数量，促进溶菌酶、H2O2的释放，提高自然杀伤细胞活性、IL-2表达水平及巨噬细胞介导的细胞毒性，防止恶性肿瘤患者血液循环中的免疫复合物引起的继发性红细胞免疫功能低下，因而具有提高细胞免疫、体液免疫和非特异性免疫功能的作用。
5.抗氧化作用
大蒜及烯丙基硫化物对1O2、·OH、O2·-等ROS有较强的清除能力，可抑制由丁基过氧化氢引起的肝微粒体脂质过氧化产物的早期产生。烯丙基硫化物可抑制CCl4诱导的化学性肝损伤，其机制也与其抗氧化活性有关。
6.其他作用
烯丙基硫化物通过促进胰岛素分泌，增加外周组织对葡萄糖的利用，以提高糖耐量、降低餐后血糖水平。大蒜提取物具有延长正常细胞的寿命、改善小鼠衰老和记忆障碍、软化皮肤角质层、去屑止痒等功效，因而具有延缓衰老和美容的作用。