封装 GlucorAphanin 的转化、肠道微生物群系统发育和基因型研究 (ENGAGE) (ENGAGE)

硫代葡萄糖苷 (GSL) 是一种非挥发性含硫植物化学物质（次级代谢产物），存在于十字花科作物（如西兰花、卷心菜和西洋菜）的植物组织中。 芥子油苷在这些食物中积累，萝卜硫素是西兰花中发现的主要芥子油苷。 当组织被破坏时，芥子油苷被黑芥子酶转化为异硫氰酸酯 (ITC)。 萝卜硫素是主要的 ITC，通过酶水解从萝卜硫素中获得。 当蔬菜被彻底煮熟时，黑芥子酶会变性，导致 GSL 通过胃肠道 (GI) 进入结肠。

ITC 已在动物研究中显示出多种生物效应，例如抗氧化作用；抗炎特性；抑制血小板聚集；降低收缩压和降低胆固醇水平；所有这些都可以降低患心血管疾病的风险。 萝卜硫素与人类的健康益处有关，例如癌症化学预防和帮助保持心脏健康。

当食用其中黑芥子酶失活的煮熟的十字花科蔬菜时，结肠中的一些微生物群会产生一种类似黑芥子酶的酶，这种酶也可以将硫代葡萄糖苷转化为 ITC。 肠道微生物群将萝卜硫苷转化为 ITC 的过程被肠道抗生素和肠道清洁所消除。 已经对细菌的纯培养物和混合培养物进行了几项体外研究，证实了在人肠道内发现的细菌菌株具有在培养物中代谢 GSL 的能力。 已经表明，人类肠道微生物群将 GSL 转化为 ITC 的程度在个体之间差异很大，但个体内部重复测定的转化率更加一致。 最近的一项研究试图将人类肠道细菌离体硫代葡萄糖苷的转化与少数个体硫代葡萄糖苷代谢的体内数据相关联，但是没有建立与个体细菌特殊性的具体联系。

我们的研究是一项人类饮食干预，参与者将食用一粒胶囊，其中含有 100 毫克从西兰花中提取的纯化萝卜硫素。 胶囊提供的萝卜硫苷含量与一到两份西兰花的含量相似。 由于这是纯化的萝卜硫苷，因此不存在黑芥子酶。 因此，胶囊内所含的萝卜硫苷向 ITC 的所有转化都将通过肠道微生物群中的酶进行。

胶囊中的萝卜硫素被肠道微生物群代谢为 ITCs 的能力尚不清楚，将通过测量尿液中排出的 ITCs 来评估。 简而言之，将要求该研究的每位参与者在饮食干预前三天禁食任何含有硫代葡萄糖苷和 ITC 的食物，并在干预期间再禁食 24 小时。 他们将被要求在研究日干预之前禁食一夜，并在禁食后的早晨收集尿液样本。 这将有效地构成一个阴性对照样本，并用作对饮食限制遵守情况的衡量。 然后，参与者将在早餐的同时获得萝卜硫素胶囊。 饮食限制将再持续 24 小时，在此期间参与者将收集他们产生的所有尿液。 将使用经过验证的分析方法通过 HP-LC 和 LC-MS 对尿液中的 ITC 进行量化。 一旦完成 24 小时尿液收集，饮食限制就会停止。

人类饮食干预研究表明，硫代葡萄糖苷的转化程度差异很大。 为了评估萝卜硫苷代谢率变化的可能致病因素，每个参与者将提供粪便样本，从中分析他们的粪便肠道微生物群系统发育。 将提供有关如何收集样品以及所有必要设备的详细说明。 粪便样本将在生产后两小时内返回给研究科学家，以维持粪便细菌的活力。

对于少数参与者，将要求提供第二份粪便样本（最多 3 名参与者）。 目的是选择一种低、一种中和一种高 ITC 排泄剂。 理想情况下，低排泄者和高排泄者将在 ITC 排泄的最低和最高 5% 范围内，第三名参与者将尽可能接近平均 ITC 排泄。 目的是随着时间的推移通过重复给予萝卜硫素来培养粪便微生物群，以便选择能够代谢萝卜硫苷的微生物群。 众所周知，萝卜硫素的主要水解产物萝卜硫素对人体健康有多种益处，但尚无已知的 ITC 高、中或低排泄物的临床相关性。

几项流行病学和干预研究表明，十字花科蔬菜的健康益处和生理反应可能由个体的 GSTM1 基因型（谷胱甘肽-S-转移酶 (GST) 基因家族）介导。 当 ITC 被吸收到体内时，它们会与谷胱甘肽结合，然后通过硫醇尿酸途径进行代谢。 由于与 ITC 浓度相比，细胞内谷胱甘肽的浓度相对较高，因此偶联会自发发生。 然而，由于血浆中存在非偶联的 ITC，因此在某个阶段必须存在 ITC-硫醇偶联物的解离。 据认为，这可能是由 GSTM1 酶催化的。 大约 50% 的人群具有 GSTM1 基因的同源缺失，导致无效基因型，20% 的人群具有 GSTT1 基因的缺失。 有一些研究，包括我们自己的一项研究，表明 GSTM1 基因型可能影响 ITC 在尿液中的排泄率，但并未表明 GSTM1 基因型影响峰值血浆 ITC 浓度。

先前干预措施（饮食和血管健康研究）未发表的结果；临床试验.gov： NCT01114399 增加了 GSTM1 以不同于具有功能性 GSTM1 等位基因的方式使萝卜硫素代谢无效的观点的可信度。 除了 GST 基因家族及其与十字花科蔬菜的关联外，可能还有其他感兴趣的基因可以确定萝卜硫素转化为萝卜硫素的程度。 在我们之前的干预、饮食和血管健康研究中开展的工作试图调查可能的候选基因。 一项实质性的修正案旨在通过对来自高萝卜硫素饮食的参与者的样本进行 Affymetrix SNP 分析，以采用更全面的方法来识别感兴趣的候选基因。

因此，将确定每个参与者的 GSTM1 基因型和其他尚未确定的候选基因，以评估基因型是否影响 ITC 在尿液中的排泄率，无论是单独影响，还是与其系统发育特征相结合。 将从每位参与者身上抽取 5 毫升血液样本，提取 DNA，然后使用 PCR 检测该基因是否存在。