文章鉴读|河北农业大学食品科技学院王向红教授、刘卫华副教授：萝卜硫素通过激活p53信号通路抑制胰腺癌PANC-1细胞活性

食品工业科技编辑部

2025-09-23

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摘要

目的：探讨萝卜硫素（Sulforaphane，SFN）对胰腺癌PANC-1细胞增殖、周期、转移和凋亡的影响及其机制。方法：将PANC-1细胞随机分为四组：对照组（sh-NC）、SFN组（sh-NC+SFN）、实验组（sh-TP53）和sh-TP53+SFN组，并制备不同浓度的SFN溶液（0、6、8、10、16和20 μg/mL）。细胞增殖-毒性检测（Cell counting Kit-8，CCK-8）试剂盒检测细胞存活率，划痕实验和Transwell实验检测细胞迁移和侵袭能力，流式细胞术用于分析细胞周期和细胞凋亡能力，蛋白免疫印迹法（Western Blot，WB）检测凋亡蛋白B淋巴细胞瘤-2相关X蛋白（B-cell lymphoma 2 associated X protein，Bax）、B淋巴细胞瘤-2蛋白（B-cell lymphoma 2，Bcl-2）、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Cysteinyl aspartate specific proteinase-3，Caspase-3）和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶9（Cysteinyl aspartate specific proteinase-9，Caspase-9），周期蛋白细胞周期蛋白依赖性激酶1（cyclin-dependent protein kinase 1，CDK1）和细胞周期蛋白B（Cyclin B），转移蛋白基质金属蛋白酶-9（Matrix metallopeptidase-9，MMP-9）和E-钙粘蛋白（E-cadherin），p53信号通路中生长停滞与DNA损伤诱导蛋白45A（growth arrest and DNA damage inducible alpha，GADD45A），细胞周期依赖性蛋白激酶抑制因子1A（cyclin-dependent kinase inhibitors 1A，p21）和肿瘤蛋白p53（Tumor protein p53，TP53）的表达水平，研究SFN对细胞增殖以及p53信号通路的影响。结果：SFN以浓度依赖性的方式抑制PANC-1细胞增殖。与对照组相比，SFN处理后的PANC-1细胞增殖率显著降低（P<0.001）；迁移及侵袭能力减弱（P<0.01，P<0.0001）；阻滞PANC-1细胞在G2/M期（P<0.0001）；同时促进细胞凋亡（P<0.0001）；上调Bax、Caspase-3、Caspase-9、E-cadherin、GADD45A、p21和TP53的蛋白水平，下调Bcl-2、CDK1、Cyclin B和MMP-9的蛋白水平（P<0.05，P<0.01，P<0.001，P<0.0001）。与SFN组相比，敲低TP53能显著下调SFN抑制PANC-1细胞增殖、迁移、侵袭和阻滞在G2/M期的能力，显著下调SFN促进PANC-1细胞凋亡的能力，下调Bax、Caspase-3、Caspase-9、E-cadherin、GADD45A、p21和TP53的蛋白水平，上调Bcl-2、CDK1、Cyclin B和MMP-9的蛋白水平（P<0.05，P<0.01，P<0.001，P<0.0001）。结论：SFN抑制胰腺癌PANC-1细胞活性与激活p53信号通路相关。

作为最古老且有效的食品保鲜技术，低温贮藏在维持肌肉食品、水果和蔬菜的安全及质量方面发挥着关键作用，根据贮藏环境温度的不同，现代工业中通常以冷藏（0~4 ℃）和冷冻（低于−18 ℃）两种方式来提高产品的品质稳定性。近年来，与传统肉制品相比，调理牛排因其食用方便、营养均衡等优势，越来越受到消费者的青睐。调理牛排产品通常采用冷藏或者冷冻方式进行贮运销售。传统的冷藏技术货架期较短，难以进行长线的冷链运输；此外，尽管冷冻技术可以大幅度延长货架期，但是贮藏过程中冰晶的生长/再结晶会对肌肉组织造成剧烈的机械损伤，解冻后过多的汁液损失会直接损害行业的经济效益和消费者的健康需求。因此，有必要开发新型的低温保存技术以维持食品原有的品质。

胰腺癌被称为“癌中之王”，起病隐匿，恶性程度高，最具破坏性，也是导致全球死亡的主要原因之一。胰腺癌患者通常在晚期才能被确诊，尽管手术切除、化疗、放疗和靶向治疗这些治疗方案已经经过不断改进和升级，但患者治疗后的生存率仍极低。并且由于治疗方法未能充分治愈病患会带来愈后较差、肿瘤复发和转移等一系列副作用。已有的研究显示，p53 信号通路能参与调控细胞周期阻滞、细胞衰老以及细胞凋亡。活化的 p53 蛋白能够调控细胞分裂周期，阻止 DNA 突变或受损细胞进行增殖，并通过转录机制向这些异常细胞传递凋亡信号，诱导细胞凋亡达到有效防止肿瘤形成的目的。因此，通过调控 p53 信号通路对癌症的治疗具有一定意义。

萝卜硫素（Sulforaphane，SFN）是一种西兰花提取物，也是十字花科蔬菜中抗癌活性最好的化合物之一，具有安全、有效和成本低等特点，并能通过膳食补充获得。流行病学研究表明 SFN 能够降低各种癌症的患病风险，研究显示，SFN 可以抑制乳腺癌、耐药膀胱癌和结肠癌的迁移和侵袭，能调控 AKT/mTOR 信号通路抑制耐药膀胱癌细胞系的生长增殖，还能调控 AP-1、NF-κB 和 p53 信号通路抑制胃癌细胞和结直肠癌细胞转移，阻断细胞周期抑制增殖并诱导凋亡。此外，SFN 能够通过 ROS 调控细胞周期阻滞和抑制长链非编码 RNA H19 及其靶点的表达进而抑制胰腺癌增殖，且在胰腺癌细胞增殖过程中，p53 蛋白是最常见的肿瘤抑制因子，p53 信号通路在胰腺癌的发生发展过程中起着重要作用，而 SFN 能否通过调节 p53 信号通路发挥抑制胰腺癌活性的报道较少，机制研究尚未明确。本研究重点分析 SFN 对胰腺癌细胞增殖、转移、周期和凋亡的影响，并分析调控 p53 信号通路的相关分子机制，为 SFN 减缓癌细胞增殖、转移及诱导癌细胞凋亡提供实验依据，以期为 SFN 靶向针对癌细胞提供新思路，为开发新的天然化合物功能性食品提供新的视角。

结果与分析

2.1 SFN 对 PANC-1 细胞增殖的抑制作用

图 1A 是 SFN 的分子结构式。为了探讨 SFN对 PANC-1 细胞增殖的抑制作用，采用 CCK-8 法检测不同浓度 SFN 处理 24 h 后的吸光度，并计算细胞存活率。图 1B 结果表明，6、8、10、16、20 μg/mLSFN 以剂量依赖方式抑制 PANC-1 细胞增殖。处理 24 h 后，计算得到 SFN 对 PANC-1 细胞的 IC50值为 11.83 μg/mL。考虑后续实验施加的 SFN 既能显著抑制细胞增殖，又避免浓度过高引发细胞死亡情况的发生，因此选择 10 μg/mL SFN 作为后续实验浓度用来处理细胞。

图 1 SFN 对 PANC-1 细胞增殖能力的影响

Fig.1 Effect of sulforaphane on the proliferative capacity of PANC-1 cells

注：A：SFN 结构式；B：SFN 处理后 PANC-1 细胞存活率，0 μg/mL 为空白对照组；与空白对照组比较， *P<0.05，****P<0.0001。

2.2 敲低 TP53 对 PANC-1 细胞增殖的影响

TP53 基因是人类癌症发生时最常见的基因，其表达的 p53 蛋白定位于第 17 号染色体，是一种调节多种基因表达的转录因子，具有强大的抑癌功能。因此对 TP53 基因进行敲低处理，检验 SFN对 PANC-1 细胞的抑制作用。由图 2A、2B 的 WB结果可知，实验组 TP53 蛋白表达水平与对照组相比极显著降低（P<0.01），说明 TP53 基因敲低成功，可以进行后续实验。图 2C 结果表明，与对照组比较，SFN 组和 sh-TP53+SFN 组细胞存活率显著降低（P<0.001，P<0.05），提示 SFN 能够抑制癌细胞增殖，TP53 敲低后实验组细胞存活率增加，差异高度显著（P<0.001），说明 TP53 敲低促进了 PANC-1 细胞增殖。TP53 敲低后与 SFN 组相比，sh-TP53+SFN 组细胞存活率同样增加，且具有显著性（P<0.05），证明TP53 的表达水平影响了 SFN 对 PANC-1 细胞的抑制效果。

图 2 敲低 TP53 对 PANC-1 细胞增殖的影响

Fig.2 Effect of knockdown of TP53 on proliferation of PANC-1 cell

注：A：Western Blot 检测细胞中 TP53 蛋白的表达；B：定量分析 TP53 蛋白表达水平；C：敲低 TP53 后 SFN 对 PANC-1 细胞增殖抑制效果；与对照组比较， *P<0.05、 **P<0.01、***P<0.001、 ****P<0.0001；与 SFN 组比较， #P<0.05、 ##P<0.01、###P<0.001、####P<0.0001；“-”代表转染两种质粒后未添加 SFN 的处理组，“+”代表转染两种质粒后添加SFN 的处理组，图 3~图 6 同。

2.3 敲低 TP53 对 PANC-1 细胞转移的影响

利用细胞划痕实验和 Transwell 实验探究敲低TP53 基因对 PANC-1 细胞迁移和侵袭能力的影响，结果由图 3A~F 所示，与对照组相比，SFN 组和 shTP53+SFN 组划痕愈合率、细胞迁移率和侵袭率明显降低，实验组细胞划痕愈合率、迁移率和侵袭率显著上升（P<0.01，P<0.001，P<0.01），说明 SFN 具有抑制癌细胞迁移及侵袭的能力，从而限制癌细胞转移至其他组织，抑制癌细胞增殖扩散，但当 TP53 基因敲低后癌细胞转移能力增强；同时与 SFN 组相比，敲低 TP53 后 sh-TP53+SFN 组划痕愈合率显著增加（P<0.05），迁移率极显著增加（P<0.01），侵袭率明显增加且差异高度显著（P<0.001），结果说明 TP53 的表达影响 SFN 对 PANC-1 细胞转移的抑制效果。在癌细胞转移过程中会发生上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），在这个过程中 MMP-9 的表达被上调，进而重塑癌细胞外基质，改变癌细胞的黏附性和渗透能力，同时 Ecadherin 作为 EMT 过程中的标志性蛋白，当发生EMT 时其会异常表达并中断细胞间的联系，从而使细胞获得侵袭性，实现肿瘤细胞的转移扩散。为了进一步探究 SFN 抑制癌细胞转移的机制，对相关蛋白表达进行了定量分析。结果由图 3G~I 所示，与对照组相比，SFN 组和 sh-TP53+SFN 组 MMP-9 蛋白表达量下降，E-cadherin 蛋白表达量上升，结果说明 SFN 通过降低 MMP-9、提高 E-cadherin 的表达水平抑制 PANC-1 细胞转移扩散进而抑制癌细胞增殖，与谢金芳等讨论 SFN 抑制 4T-1 细胞迁移和侵袭结果一致，同时敲低 TP53 后实验组 MMP-9 蛋白表达量上升，E-cadherin 蛋白表达量下降，并且与SFN 组相比 sh-TP53+SFN 组 MMP-9 蛋白表达量上调，E-cadherin 蛋白表达量下调，证明了敲低 TP53基因逆转了转移蛋白表达水平，影响 SFN 对转移蛋白的调控作用，与划痕、迁移和侵袭实验结果一致。

图 3 敲低 TP53 对 PANC-1 细胞转移的影响

Fig.3 Effect of knockdown of TP53 on metastasis of PANC-1 cell

注：A：细胞划痕图（40×）；B：划痕愈合率；C：细胞迁移图（200×）；D：细胞迁移率；E：细胞侵袭图（200×）；F：细胞侵袭率；G：Western Blot 检测细胞中转移相关蛋白的表达；H：定量分析 MMP-9 蛋白表达水平；I：定量分析 E-cadherin 蛋白表达水平。

2.4 敲低 TP53 对 PANC-1 细胞周期阻滞的影响

细胞周期有两个主要阶段，分为间期和有丝分裂期。可以通过影响细胞周期阻滞抑制细胞分裂增殖，进而诱导细胞凋亡，因此，为了研究敲低 TP53基因影响 SFN 对 PANC-1 细胞周期阻滞的作用，进行了流式细胞术实验，实验结果如图 4A、4B 所示，与对照组相比，SFN 组和 sh-TP53+SFN 组 G2 期细胞比例明显升高，G1 期和 S 期细胞比例明显降低，说明 SFN 能够诱导 PANC-1 细胞阻滞于 G2/M 期，从而抑制癌细胞增殖，同时实验组 G2 期细胞比例极显著降低（P<0.01），G1 和 S 期细胞比例明显升高，证明敲低 TP53 基因后改变了 PANC-1 细胞在 G2/M 期周期阻滞情况，并且与 SFN 组相比，敲低后 shTP53+SFN 组 G2 期细胞比例显著降低（P<0.05），G1期和 S 期细胞比例上升，表明敲低 TP53 基因减弱了 SFN 影响 PANC-1 细胞 G2/M 周期阻滞的效果。

为了进一步探究 SFN 抑制癌细胞周期的机制，对相关蛋白表达进行了定量分析。Cyclin B 是 M 期周期蛋白，从 S 期开始表达，在 G2/M 期达到峰值，Cyclin B 与 CDK1 形成复合物，激活 CDK1 可以控制 G2 向 M 阶段过渡。由图 4C~E WB 结果所示，与对照组相比，SFN 组和 sh-TP53+SFN 组 CyclinB 和 CDK1 蛋白表达水平降低，证明 SFN 干预后抑

制 Cyclin B 和 CDK1 的表达，调控 G2/M 期蛋白表达水平阻断细胞周期进程，抑制 PANC-1 细胞增殖，同时敲低 TP53 后实验组 Cyclin B 和 CDK1 蛋白表达水平升高，并且与 SFN 组相比，sh-TP53+SFN 组Cyclin B 和 CDK1 蛋白表达水平同样升高，说明TP53 基因参与了 SFN 对 PANC-1 细胞周期蛋白的调控过程。

图 4 敲低 TP53 后对 PANC-1 细胞周期的影响

Fig.4 Effect of knockdown of TP53 on cycle of PANC-1 cell

注：A：流式细胞术检测细胞周期；B：细胞各个周期比例；C：Western Blot 检测细胞 G2/M 周期相关蛋白的表达；D：定量分析CDK1 蛋白表达水平；E：定量分析 Cyclin B 蛋白表达水平。

2.5 敲低 TP53 对 PANC-1 细胞凋亡的影响

图 5A、5B 是流式细胞术检测细胞凋亡图，右下象限为早期凋亡细胞，右上象限为晚期凋亡细胞，计算凋亡细胞比例总和得到对照组、SFN 组、实验组和 sh-TP53+SFN 组 PANC-1 细胞的凋亡比例分别为 9.97%±1.54%、54.54%±0.91%、6.04%±0.36% 和18.80%±0.78%。与对照组相比，SFN 组和 sh-TP53+SFN 组细胞凋亡比例升高，差异非常显著（P<0.0001），敲低后实验组细胞凋亡比例极显著降低（P<0.01），同时与 SFN 组相比 sh-TP53+SFN 组细胞凋亡比例明显降低，差异非常显著（P<0.0001）。说明 SFN 能以诱导癌细胞凋亡的方式抑制细胞增殖，但敲低 TP53 基因后 SFN 诱导细胞凋亡能力减弱。

细胞凋亡作为一种细胞程序性死亡，有两条重要途径即内源性凋亡途径和外源性凋亡途径。其中一条途径受到 Bcl-2 家族蛋白（如 Bcl-2、Bax）活性的调控，这属于内源性凋亡途径。外源性凋亡途径通过激活 Caspase 启动凋亡。为了进一步分析诱导细胞凋亡的作用机制，检测凋亡相关蛋白 Bax、Bcl-2、Caspase-3 和 Caspase-9 在细胞中的表达。由图 5C~G 结果可知，与对照组相比，SFN 组和 shTP53+SFN 组 Bax、Caspase-3、Caspase-9 蛋白表达量升高，Bcl-2 蛋白表达量降低，说明 SFN 能通过参与内源性途径上调促凋亡蛋白 Bax，下调抗凋亡蛋白 Bcl-2 的表达使 Bcl-2 家族蛋白水平失衡从而激活 Caspase-3 和 Caspase-9 的表达进而诱导癌细胞凋亡，这与相关研究一致，同时敲低 TP53 后实验组 Bax、Caspase-3 和 Caspase-9 蛋白表达量降低，Bcl-2 蛋白表达量升高，并且与 SFN 组相比 sh-TP53+SFN 组 Bax、Caspase-3 和 Caspase-9 蛋白表达量降低，Bcl-2 蛋白表达量升高，证明敲低 TP53 基因后降低了 PANC-1 细胞分泌促凋亡蛋白诱导凋亡的能力，减弱 SFN 对癌细胞凋亡能力的影响进而降低其对细胞增殖的抑制作用。

图 5 敲低 TP53 对 PANC-1 细胞凋亡的影响

Fig.5 Effect of knockdown of TP53 on apoptosis of PANC-1 cell

注：A：流式细胞术检测细胞凋亡；B：细胞各个凋亡时期比例；C：Western Blot 检测细胞中凋亡相关蛋白的表达；D：定量分析Bax 蛋白表达水平；E：定量分析 Bcl-2 蛋白表达水平；F：定量分析 Caspase-3 蛋白表达水平；G：定量分析 Caspase-9 蛋白表达水平。

2.6 敲低 TP53 对 p53 信号通路蛋白表达的影响

已有研究表明，当 TP53 蛋白被激活后，p21 作为下游蛋白迅速表达，其作为细胞周期蛋白激酶抑制剂，能够抑制 Cyclin B/CDK1 的结合活化，阻滞正常细胞 G2/M 周期进程。生长阻滞 DNA 损伤基因家族中的 GADD45A 参与调节包括细胞增殖、侵袭与迁移在内的肿瘤生长。为了探究敲低 TP53 基因如何影响 SFN 对 PANC-1 细胞信号通路的影响，测定了 TP53、p21 和 GADD45A 的表达水平。结果如图 6A~D 所示，与对照组相比，SFN 组和 sh-TP53+SFN 组 TP53 蛋白表达水平增加，进而激活下游 p21和 GADD45A 的表达，结合转移、周期和凋亡蛋白检测结果推测 SFN 能够上调 TP53 表达激活 p53信号通路以及下游相关蛋白表达进而抑制 PANC-1 细胞活性，SFN 干预机制图如图 6E 所示。而敲低TP53 后实验组中 TP53、p21 和 GADD45A 的蛋白表达下降，同时敲低后与 SFN 组相比，sh-TP53+SFN组 TP53、p21 和 GADD45A 的蛋白表达同样下降，证明 TP53 基因敲低后降低 SFN 对 p53 信号通路的激活作用，影响 SFN 对 PANC-1 细胞的作用效果。

图 6 敲低 TP53 后对激活 p53 信号通路影响

Fig.6 Effect of knockdown of TP53 on activation of p53 signaling pathway

注：A：Western Blot 检测细胞中通路相关蛋白的表达；B：定量分析 TP53 蛋白表达水平；C：定量分析 p21 蛋白表达水平；D：定量分析 GADD45A 蛋白表达水平；E：SFN 激活 p53 信号通路机制图。

结论

引用本文：任子怡，郭丹悦，冯丹琦，等. 萝卜硫素通过激活p53信号通路抑制胰腺癌PANC-1细胞活性[J]. 食品工业科技，2025，46（17）：420−428. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024090130.

Citation: REN Ziyi, GUO Danyue, FENG Danqi, et al. Sulforaphane Inhibits Pancreatic Cancer PANC-1 Cell Activity through Activation of the p53 Signaling Pathway[J]. Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(17): 420−428. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024090130.

基金项目：河北省自然科学基金资助项目（C2022204224）；河北省现代农业产业技术体系蔬菜产业创新团队项目（HBCT2023100206）。

通信作者简介

王向红，二级教授，博士生导师，太行学者特聘教授，河北农业大学第八届学术委员会副主任委员。主要研究方向为食品营养与安全、功能性食品化学。主持及主研国家自然基金面上项目、国家自然基金区域创新发展联合基金重点项目、科技部“乡村产业共性关键技术研发与集成应用“重点专项、国家“十三五”重点研发计划、“十二五”科技支撑计划、“十一五”科技支撑计划、“863”计划、国家公益性行业科研专项以及河北省科技支撑项目等20余项课题的研究工作，获得河北省科技进步二等奖1项，河北省技术发明二等奖1项，河北省山区创业二等奖1项，河北省科技进步三等奖1项,市级一等奖3项，二等奖2项，授权国际发明2项，国家发明专利13项，以第一作者/通讯作者在国内外学术期刊发表论文200余篇，其中SCI收录75篇，EI收录21篇，指导培养博士生11名，硕士生60名。

刘卫华，副教授，硕士生导师，主要研究方向为：食品营养与安全、功能性食品化学。主讲《食品化学》、《食品化学实验》、《营养与健康》等课程。主持河北省科技厅、河北省自然科学基金等项目。近年来荣获河北省科技进步二等奖、保定市科技进步一等奖、河北农业大学教学成果二等奖，发表论文40余篇，其中SCI收录9篇,EI收录3篇。参编《食品安全性评价》《食品化学》等教材。

（以上信息来自河北农业大学官网）

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