以下、サウジアラビア アルカッシム大学が2009年に発表した論文の一部抜粋です。
ニンニクおよび関連する有機硫黄化合物である、ジアリルジスルフィド（DADS）、ジアリルトリスルフィド（DATS）、S-アリルシステイン（SAC） S-アリルメルカプトシステイン（SAMC）は、前立腺癌の増殖および前立腺特異抗原（PSA）レベルの低下に必要とされるテストステロンの分解を増加させる細胞分裂に必要なポリアミンを阻害する。
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表題： Organosulfur compounds and possible mechanism of garlic in cancer
有機硫黄化合物とがんにおけるニンニクのメカニズム
著書： College of Pharmacy, Al-Qassim University, P.O. Box 31922, Buraidah 51418, Saudi Arabia
出典： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1319016409000528
公開日： 24 December 2009
Abstrac 抽象
ユリ科に属するニンニク（Allium sativum）には、癌を含むいくつかの疾患を予防する有益な効果を有する豊富な化合物が含まれています。証拠は、ヒトの胃、結腸直腸、乳癌におけるニンニクの防御効果を支持する。保護効果は、実験動物の前胃、食道、結腸、乳腺および肺における発癌を阻害することも示されている主にアリル誘導体である有機硫黄化合物の存在に関連しているようである。いくつかの仮説が提案されているが、がん予防効果の正確なメカニズムは明らかではない。有機硫黄化合物は、（シトクロムP450）を活性化する、または解毒する（グルタチオンS-トランスフェラーゼ）発癌物質を阻害し、いくつかの標的組織におけるDNA付加物の形成を阻害する。抗増殖活性は、おそらくアポトーシスの誘導および細胞周期の変化によって媒介されるいくつかの腫瘍細胞株において記載されている。したがって、ニンニクの有機硫黄化合物は、可能性のある癌予防剤である。ヒトに毒性のない有効量を定義するために臨床試験が必要となる。
Garlic (Allium sativum), a member of the family Liliaceae, contains an abundance of chemical compounds that have been shown to possess beneficial effects to protect against several diseases, including cancer. Evidence supports the protective effects of garlic in stomach, colorectal, breast cancer in humans. The protective effects appear to be related to the presence of organosulfur compounds, predominantly allyl derivatives, which also have been shown to inhibit carcinogenesis in forestomach, esophagus, colon, mammary gland and lung of experimental animals. The exact mechanisms of the cancer-preventive effects are not clear, although several hypotheses have been proposed. Organosulfur compounds modulate the activity of several metabolizing enzymes that activate (cytochrome P450s) or detoxify (glutathione S-transferases) carcinogens and inhibit the formation of DNA adducts in several target tissues. Antiproliferative activity has been described in several tumor cell lines, which is possibly mediated by induction of apoptosis and alterations of the cell cycle. Organosulfur compounds in garlic are thus possible cancer-preventive agents. Clinical trials will be required to define the effective dose that has no toxicity in humans.
1. Introduction 前書き
” Allium sativum ” という名前は、ケルト語の “all”（焼くか刺すことを意味する）とラテン語 ” sativum “の植え付けや栽培の意味に由来します（Mahady et al。、2001; Srivastava et al。、1995）。英語の単語「ニンニク」は、アングロサクソンの「ガーリック（gar-leac）」または槍の植物に由来し、その開花を指しています。
ニンニクは歴史的に、イラク、ハンセン病、難聴、重度の下痢、便秘および寄生虫感染を治療し、発熱を低下させ、感染症と戦い、腹痛を緩和するために使用されてきました。ニンニクとその抽出物は何千年もの間感染症を治療するために使用されてきたが（Hahn、1996）、エジプト、ギリシャ、中国、インドからの古典的な文章がそのメリットを賞賛していることから、ニンニクは、発汗性、去痰性、鎮痙性、防腐性、静菌性、抗ウイルス性、抑鬱性および降圧作用を有すると考えられている。それは慢性気管支炎、再発性上気道感染およびインフルエンザ（Newallら、1996）を治療するために一般的に使用されている。それは3000以上の薬用目的のために使用されています （Cavallito and Bailey、1944）、抗生物質（Stoll and Seebeck、1951）、および殺真菌剤（Moore and Atkins、1997）の特性を有する。疫学的および前臨床的研究は、ニンニクが心臓病および癌のリスクに影響を与える可能性があることを示唆している（Milner、1996、1999; Orekhov and Grunwald、1997）、抗癌食物成分としてFleischauerおよびArab（Fleischauer and Arab、2001）。ニンニクや関連する硫黄成分がガンリスクを抑制し、腫瘍の生物学的行動を変える可能性が最も高い説得力のある証拠です。実験的に、ニンニクおよびそれに付随する硫黄成分は、乳癌、結腸癌、皮膚癌、子宮癌、食道癌および肺癌における腫瘍発生を抑制することが報告されている（AmagaseおよびMilner、1993; Hussainら、1990; SumiyoshiおよびWargovich、1990; Wargovichら、1988）。最近のメタアナリシスでは、ニンニクの摂取量が多いと、胃癌や結腸直腸癌のリスクが低下する可能性があることも示されています（Fleischauer et al。、2000）。このレビューでは、がんにおけるニンニクの可能なメカニズムの構成要素と証拠に焦点を当てる。
1.1 。ニンニクのオルガンス硫黄成分
ブラックウッド及びFulder（1987）は、ニンニクの平均クローブは3～6重量を量ることが報告 Gおよび1の平均含有する 、（90％がsinistrin呼ばれるデンプンの形態である）炭水化物のグラム0.2 タンパク質のグラム、0.05 gの繊維、0.01 脂肪およびビタミンAのG、B 1、B 2、B 3及びC.ビタミンB 1（チアミン）は、アリシンと合わせ、アリチアミンと呼ばれ、簡単に腸に吸収されます。ニンニクには物質の約4分の1を構成する約10種類の天然糖が含まれています。フルクトース、グルコース、イヌリンおよびアラビノースが含まれる。ニンニクは血糖値を下げることができます（Sheela et al。、1995; Augusti and Sheela、1996）。FulderとBlackwood（Blackwood and Fulder、1987）はさらに、ニンニクはDNAとRNAの構成要素である核酸であるアデノシンの他のどの食品よりも豊富であると言います。ニンニクの主要な抗血小板成分はアデノシンであると思われる（Makheja and Bailey、1990）。ニンニクには約33種類の硫黄化合物（アリリン、アリシン、アジョエン、アリルプロピルジスルフィド、ジアリルトリスルフィド、サリチルシステイン、ビニールジチオール、S-アリルメルカプトシスチンなど）、いくつかの酵素（アリナーゼ、ペルオキシダーゼ、ミロシナーゼなど）、17アミノ酸（アルギニン、その他）、および鉱物（セレン、ゲルマニウム、テルルおよびその他微量鉱物）（Newall et al。、1996）。ニンニクの生物学的影響は、その特徴的な有機硫黄化合物（Agarwal、1996; ブロック、1992年）。2-プロペン-1-スルフィノチオ酸S-2-プロペニルエステルとして化学的に知られているアリシン（ジアリルチオサルフェート）。（Merck Index、1989）、1944年にCavallito and Bailey（1944）によって発見され、ニンニクの典型的な辛味のにおいを引き起こした。アリシンは粉砕されたり切られるまでニンニクには存在しません。ニンニク球根の損傷は、アリシンをアリシンに代謝させる酵素アライナーゼ（StollおよびSeebeck、1951）を活性化する（Block、1985）（図1）。
アリシンはさらにジアリルスルフィド（DAS）、ジアリルジスルフィド（DADS）、ジアリルトリスルフィド、アリルメチルトリスルフィド、ジチインおよびアゾン（図2）ビニルジチオールを生成するように代謝される。
この内訳は、室温で数時間以内、調理中に数分以内に発生します（Blania and Spangenberg、1991）。Alliinはシステインに基づく非タンパク質アミノ酸であり、4つの立体異性体を有するが、ニンニクには1つの異性体しか存在しない。乾燥した粉末のニンニクには、約1％のアリイン（S-アリルシステインスルホキシド）が含まれています。ニンニク製剤の2つの研究によれば、アリシンは1-6 日以内に検出不可能な量まで減少した（Yu and Wu、1989）。アリシンは、小胞の内部体積または赤血球の細胞質に容易に拡散することができる。脂質二重層は、脂質二重層を介したアリシン浸透およびその拡散の障壁を構成せず、膜漏れ、融合または凝集を引き起こさない（Mironら、2000）所見は、生物系において、アリシンが細胞の異なる区画に非常に迅速に浸透し、その生物学的効果を発揮する可能性を高める。したがって、生物学的エフェクター分子としてのアリシンの重要性は、低分子量および高分子量チオールおよびその顕著な抗酸化活性（Rabinkov et al。、1998）との高い反応性だけでなく、高い膜透過性に起因するアクセシビリティ。その高い反応性のために、アリシンは肝臓で完全に代謝されることが示された（Egen-Schwindら、1992）。もしallicinがそれを血液に送ることさえできれば（体全体に送達される）、研究はそれが5以内の他の化合物に変化することを示している 血液細胞を酸化して酸素を運ぶ能力を失わせる可能性がある（Freeman and Kodera、1995）。アリシンはまた、眼圧を低下させる（Agarwal、1996; Block、1992; Chuら、1993）。これに加えて、アリシンはDNAおよびRNA合成のプロセシングに影響を及ぼす（Feldbergら、1988）。表1は、ニンニク球に見られる化学化合物を示した。一般にニンニク球は約65％の水、28％の炭水化物（主にフルクタン）、2.3％の有機硫黄化合物、2％のタンパク質（主にアリイン）、1.2％の遊離アミノ酸（主にアルギニン）、および1.5％の繊維を含む（Blumenthalら、 2000）。
1.2 。癌における可能なメカニズム
いくつかの個々の化合物がニンニクから単離されており、活性な抗癌作用を示す2つの主要な化合物群が同定されている。1つのグループは、ジアリルジスルフィド（DADS）およびジアリルトリスルフィド（DATS）などの脂溶性アリル硫黄化合物であり、もう1つはS-アリルシステイン（SAC）などの水溶性化合物γ-グルタミルS-アリルシステイングループであり、 S-アリルメルカプトシステイン（SAMC）Thomson and Ali、2003。ニンニクおよび関連する有機硫黄化合物の他のアリウム（Allium）における癌予防効果を説明するためのいくつかのメカニズムが提案されている野菜。これらには、突然変異誘発の阻害、酵素活性の調節、DNA付加体形成の阻害、フリーラジカル捕捉、および細胞増殖および腫瘍増殖に対する効果が含まれる。AGEは、その名の通り、ニンニクの老化によって生産されます。15-20％のエタノールに20 ヶ月間貯蔵した生のニンニクを、AGEと称する。AGEニンニクは前立腺癌の増殖を阻止するいくつかの面で作用する; 前立腺癌の増殖および前立腺特異抗原（PSA）レベルの低下に必要とされるテストステロンの分解を増加させる細胞分裂に必要なポリアミンを阻害する、前立腺癌マーカー（Pintoら、1997,2000）。他の研究では、S-アリルメルカプトシステインが乳癌細胞、赤白血病（Sigounas et al。、1997）および結腸癌細胞（Xiaoら、2003）。S-アリルメルカプトシステインは結腸癌細胞の増殖を71％抑制し、細胞骨格を形成する細胞微小管および細胞分裂紡錘体を破壊し、細胞分裂を妨げた。さらに、S-アリルメルカプトシステインは、最終的に細胞を死滅させるカスパーゼを含むアポトーシスシグナル伝達経路酵素を活性化することによって、結腸癌細胞における細胞自殺（アポトーシス）を誘導した（Xiao et al。、2003）。有機硫黄化合物に対するこれらのメカニズムを支持する証拠はあるものの、それらは依然として投機的であり、そのような特性と実験動物における癌予防活性との因果関係を支持するためのさらなる研究が必要である。
1.3 。突然変異誘発阻害
水性およびメタノール性ニンニク抽出物は、サルモネラ・ティフィムリウム（Soni et al。、1997）におけるアフラトキシンB 1の突然変異誘発活性を阻害した。水性ニンニク抽出物はまた、4-ニトロキノリン-1-オキシドの変異原性を減少させた（大腸菌。Zhangら、1989）およびγ放射線、過酸化水素、クメン、および変異原性Tブチルヒドロペルオキシドでネズミチフス菌（Knasmuller et al。、1989）。
1.4 。酵素活性調節
有機硫黄化合物は、発がん物質の解毒に重要な酵素群であるグルタチオンS-トランスフェラーゼ（GST）、実験動物で多くの化学発癌物質を活性化する酵素ファミリーであるシトクロムP450（CYP）の活性を調節することが示されています。Sparnins et al。（1986）は、アリルメチルトリスルフィド（AMTS）が、マウスの前胃、小腸粘膜、肝臓、および肺におけるGSTの活性を増加させることを最初に示した。他のアリル誘導体もまた、これらの組織におけるGST活性を増加させた（Sparninsら、1988）。アリル基の代わりにプロピルを有する誘導体は、活性が低いかまたは不活性であった。GSTの誘導は、ベンゾ[ a]ピレン誘発発がんは肺にはみられないが、発癌物質の解毒の増加は有機硫黄化合物のがん予防効果の原因の一つに過ぎないことを示唆している。これらの結果は、SumiyoshiおよびWargovich（1990）によって部分的に確認されたが、これはマウスにおいて肝臓および結腸GSTを誘導する際にチオアリルの効果がチオピロピリド誘導体よりも大きいことを見出した。対照的に、DASは、マウス肝臓（Wargovich、1987）またはラット肝細胞の培養物において、GST活性を増加させなかった（Hayesら、1987）。ラットの食餌にニンニク粉末を添加することにより、乳腺および肝臓のGSTの活性が増加した。GSTの最大活性は発癌の最大阻害と一致しなかったが、GST活性の増加はニンニク粉末が発癌に対して提供する防御を完全には説明しないことをさらに示している。したがって、化学発癌物質を活性化する酵素に対する効果は、癌予防活性を説明するのに十分ではない。例えば、DASの経口投与は、ラットのN-ニトロソメチルベンジルアミンによって誘発された食道発癌を抑制し、肝臓ではこのニトロソアミンのミクロソーム変換を有意に減少させたが食道では減少させなかった（Wargovich et al。、1988）。さらに、ベンゾ[ a]ピレン誘発性前胃癌は、CYP1A1の活性の低下に起因するものではない（Srivastava et al。、1997）。DADSは、GSTの活性だけでなく、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドホスフェート[NAD（P）H]依存性キノンオキシドレダクターゼを含む他の解毒酵素の活性も増加させた。 ]ピレン、およびウリジン二リン酸（UDP） – グルクロン酸転移酵素（Munday and Munday、1999）DASは、N-ジメチルニトロソアミンデメチラーゼ活性の競合阻害剤として作用した（Bradyら、1988）。また、CYP2E1の活性を時間および用量依存的に減少させ、肝ミクロソームにおけるCYP2B1およびペントキシ – およびエトキシレゾルフィンデカルボキシラーゼの活性を誘導した（Bradyら、1991）。CYP2B1 mRNAの増加もまた観察された。DAS代謝産物であるジアリルスルホキシド（DASO）およびジアリルスルホン（DASO 2）による処置は、ラット肝モノオキシゲナーゼ活性に同様の効果を有した（Bradyら、1991; Panら、1993）。Reicks and Crankshaw（1996）は、DAS、DADS、およびAMSがp – ニトロフェノールヒドロキシラーゼ活性およびラット肝におけるCYP2E1タンパク質濃度。ラットの食餌にDAS / DADSが補充されたとき、DADSは腸および肝臓におけるいくつかのモノオキシゲナーゼおよびトランスフェラーゼの活性を増加させた。エポキシド加水分解酵素およびCYP2B1 / 2のタンパク質レベルもまた増加した。DADSはまた、肝臓におけるCYP2E1レベルを低下させた。DASの効果は肝臓におけるDADSの効果と類似していたが、腸ではエポキシド加水分解酵素活性およびCYP2B1 / 2タンパク質レベルのみが増加した。高脂肪食を与えたラットの肝臓におけるいくつかの代謝酵素の活性に及ぼすニンニク油、DAS、およびDADSの影響に関する研究（Sheen et al。、1999）、GST活性はすべての処置によって増加した。ニンニク油はGSTおよびCYP2B1の胎盤型の発現を誘導し、CYP2E1の発現を減少させた。DASおよびDADSもこれらの酵素を調節したが、DASは主にCYP2B1を増加させたが、DADSは主にGST活性を増加させた。同様の効果がCYP2E1発現で観察された。DASおよびその酸化誘導体DASOおよびDASO 2は、ラットにおいてグルタチオンとコンジュゲートしている（JinおよびBaillie、1997）。これらのAllium植物由来化合物の不活性化における可能なGST多型の影響を調べた研究はないが、これはヒトにおける差異的な影響の説明を提供する可能性がある。アリールアミンNの活性の調節 – アリールアミンを不活性化し、複素環式食物アミンを活性化する多型酵素であるα-アセチルトランスフェラーゼが、いくつかの研究で取り上げられた。遅くて速いアセチル化酵素の表現型は、それぞれ膀胱および結腸の癌のリスク増加と関連している。DASとDADSは、消化性潰瘍患者からヘリコバクター・ピロリ菌株のこの酵素の活性を低下させ（Chungら、1998）、ヒト結腸腫瘍細胞株（Chen et al。、1998）およびヒト膀胱腫瘍（Chung、1999）を用量依存的に投与した。
1.5 。DNA付加体形成の阻害
DNA付加物は、化学物質による発癌の初期段階であると考えられている。ラット乳腺において、ガーリックパウダーは、7,12-ジメチルベンズ[発生減少A ]アントラセン（DMBA）-DNA付加物、in vivoで、および乳腺腫瘍発生率と正の相関合計と個々の付加物の量。ニンニクパウダー、ニンニク水抽出物、脱臭ニンニクパウダー、硫黄含有量の高いニンニクパウダー、およびSACも、乳腺DMBA-DNA結合に対して有効であった（Amagase and Milner、1993）。ヒト膀胱腫瘍細胞と2-アミノフルオレンとのインキュベーションによって誘導されたDNA付加物は、DASおよびDADSによって阻害された（Chung、1999）。対照的に、生ニンニクとSACの水抽出物（DASではなく）は、ベンゾ[ a]ピレン-DNA付加体の形成をin vitroでシミュレートしたヒト末梢血リンパ球（Hageman et al。、1997）。食物中に存在する前駆体からヒトにおいて合成され得る可能性のあるヒト発癌性物質の一種であるN-ニトロソ化合物は、DNAに結合することができるアルキル化剤に代謝される。ShenoyおよびChoughuley（1992）は、タマネギおよびニンニクのジュースがin vitroでニトロソ化反応を用量依存的に阻害することを示した。7- methyldeo-xyguanosine（7- MEDG）及びOの発生6 -ethyldeoxyguanosine（O 6 -MedG）のニンニク粉末をアミノピリンと亜硝酸ナトリウムを（含む食餌に添加した場合、ラット肝臓において減少したLinら、1994）。ニンニク粉末はで処置したラットの肝臓においてDNAメチル化を減少Nの -nitrosodimethylamineとで処置したラットの乳房組織でのN -methylnitrosourea。ニンニク、SAC、およびDADSはまた、乳腺DNAにおけるN-メチルニトロソ尿素によって誘導される7-MedGおよびO 6 -MedG の形成を減少させた。この減少は、これらの化合物による乳房腫瘍の阻害と相関した（Schafferら、1996）。
1.6 。フリーラジカル捕捉
フリーラジカルは、癌を含むいくつかの年齢関連疾患に関連している（Amesら、1993）。還元グルタチオン（GSH）は、GSTの補因子であるだけでなく、スーパーオキシドジスムターゼおよびカタラーゼに加えて、フリーラジカルによる自然保護に関与する酵素であるグルタチオンペルオキシダーゼ（GPX）の還元体としても働く。ニンニクとタマネギの油はGPXの活性を刺激し、表皮細胞における12 – O-テトラデカノイルホルボール-13-アセテートによって産生された還元型グルタチオンと酸化型グルタチオンの比率の減少を抑制した（Perchellet et al。、1986）。GPX活性はまた、DAS、DADSおよびニンニク油を有する動物組織において増加した（Sheenら、1999）。DASおよびDADSはまた、グルタチオンレダクターゼの活性を増加させ、そしてニンニク油は、スーパーオキシドジスムターゼの活性を増加させた（Sheenら、1999）。対照的に、DASおよびニンニクホモジネートは、ラットおよびマウスの肝臓におけるカタラーゼを減少させた（Chen et al。、1999）。S-アリルメルカプトシステイン（SAMC）およびSACは、ヒト前立腺癌細胞におけるGSHの合成を増加させた（Pintoら、1997）。老化したニンニク抽出物、SACおよびSAMCは、ラジカル消去活性を示した（Imaiら、1994）。DAS、DADS、およびAMSは、四塩化炭素除去されたフリーラジカルと反応するそれらの能力についての試験において異なるマーカーに対して選択的作用を示した（Fanelliら、1998）。DADSはまた、四塩化炭素誘発脂質過酸化を阻害した。したがって、アリウムの野菜の抗酸化特性は、プロセスの異なる段階で様々な硫黄成分の寄与から生じる可能性がある。
1.7 。細胞増殖、アポトーシスおよび腫瘍増殖への影響
ヒト乳癌細胞（SundaramおよびMilner、1993）、ヒト結腸腫瘍、肺癌および皮膚腫瘍細胞系（SundaramおよびMilner、1996年、Sakamoto）を含む種々の細胞培養を用いたいくつかの研究で、有機硫黄化合物による腫瘍細胞増殖の阻害が報告されている（1997）、ヒト神経芽腫細胞（Welch et al。、1992）、ヒトおよびマウスメラノーマ細胞（Takeyamaら、1993）およびヒト前立腺癌細胞（Pintoら、1997）。矛盾する結果は、有機硫黄化合物による非新生物細胞系の増殖活性の調節に関して得られており、いくつかの研究は阻害を示している（Lee et al。、1994; Seki et al。、2000）。ニンニクとタマネギの油は、ヒト前骨髄球性白血病細胞の顕著な抑制を引き起こした（Seki et al。、2000）。ニンニク粉末およびアリリン強化ニンニク抽出物は、用量依存的にヒトリンパ性白血病細胞株の増殖を阻害したが、混合物として適用した場合のみヒト肝癌およびヒト結腸直腸癌細胞の増殖を阻害した。この知見は、ニンニクの抗増殖効果が、ニンニク粉末中に存在するアリイナーゼ酵素系によって触媒されるアリインの分解産物によるものであることを示している（Siegers et al。、1999）。
ポリアミン、主にスペルミンは、細胞分裂および分化において重要な役割を果たす。SACではなくSAMCは、ヒト前立腺癌細胞におけるポリアミン濃度を変化させ、スペルミジンのそれを増加させ、プトレシンおよびスペルミンのそれらを減少させることが示されている（Pintoら、1997）。ポリアミンの合成に関与する律速酵素であるオルニチンデカルボキシラーゼはDASによっても減少するが（Perchellet et al。、1986; Baer and Wargovich、1989）、治療されていないラットの肝臓の増加の証拠がある開始剤（Takadaら、1994）。アポトーシス（プログラム細胞死としても知られている）は、正常な胚発生および組織恒常性の維持に重要な細胞自殺の厳密に制御され、進化的に保存されたプロセスである。プログラムされた細胞死の調節解除は、癌を含む多くの病理学的状態の根底にあり、したがって、アポトーシスは癌治療および予防において有効な標的である（KaufmannおよびGores、2000; Ghobrialら、2005）。有機硫黄化合物の抗増殖効果は、アポトーシスの誘導に関連すると思われる。DADSおよびDATSへの暴露は、形態変化および/またはDNA断片化によって決定されるように、細胞にアポトーシスを起こさせた（SundaramおよびMilner、1996; Sakamotoら、1997）。DADS誘発DNA断片化とアポトーシスにつながるカルシウム依存性エンドヌクレアーゼを活性化する細胞内遊離カルシウム濃度の上昇との間に正の相関が見出された。研究（Hongら、2000）は、DAS、DADS、およびニンニク抽出物がアポトーシス状態の非小細胞肺癌細胞の数を増加させることを示した。この増加は、DADSによるp53タンパク質の誘導、またはDASおよびニンニク抽出物によるBaxの発現の増加およびBcl-2の発現の減少に続いた。アホエンは、ヒト白血病細胞においてアポトーシスを誘導したが、健康なドナーからの末梢単核球細胞ではアポトーシスを誘導しなかった（Dirsch et al。、1998）。
1.8 。細胞周期の進行の阻害
細胞周期はまた、G 1およびS期におけるヒト結腸腫瘍細胞の割合を減少させ、同時にG 2 / M期における割合を増加させるDADSによって影響された（KnowlesおよびMilner、1998）。これらの効果は、DADSの用量およびインキュベーションの長さに依存した。細胞増殖を阻害するDADSの能力は、Gの誘導に関連した2 / M期停止とのp34の阻害にCDC2の Gからの細胞の進行を調節するキナーゼ活性、2細胞周期のM期に。p34 cdc2の抑制DADSによるキナーゼ活性は、タンパク質との直接相互作用からではなく、酵素の形成および活性型への変換に関与する因子の調節から生じた（KnowlesおよびMilner、2000）。DADSはまた、p21 H- rasと細胞膜との会合を抑制することによって、ヌードマウスに移植されたH- ras癌遺伝子形質転換腫瘍の増殖を有意に阻害した（Singhら、1996）。
The name “Allium sativum” is derived from the Celtic word “all”, meaning burning or stinging, and the Latin “sativum” meaning planted or cultivated (Mahady et al., 2001; Srivastava et al., 1995). The English word, garlic, is derived from the Anglo-Saxon “gar-leac” or spear plant, referring to its flowering stalk.
Garlic has historically been used to treat earaches, leprosy, deafness, severe diarrhea, constipation and parasitic infections, and to lower fever, fight infections and relieve stomach aches. Garlic and its extracts have been used to treat infections for thousands of years (Hahn, 1996) and it has long been revered for its medicinal properties as evidenced by ancient writings from Egypt, Greece, China and India extolling its merits. Garlic is thought to have diaphoretic, expectorant, antispasmodic, antiseptic, bacteriostatic, antiviral, antihelminthic and hypotensive effects; it is commonly used to treat chronic bronchitis, recurrent upper respiratory tract infections and influenza (Newall et al., 1996). It has been used for medicinal purpose for more than 3000 years, and has bactericidal (Cavallito and Bailey, 1944), antibiotic (Stoll and Seebeck, 1951), and fungicidal (Moore and Atkins, 1997) properties. Epidemiologic and preclinical studies suggested that garlic may influence the risk of heart disease and cancer (Milner, 1996, 1999; Orekhov and Grunwald, 1997) and also as an anticancer dietary component are reported by Fleischauer and Arab (Fleischauer and Arab, 2001). The most compelling evidence that garlic and related sulfur constituents can suppress cancer risk and alter the biological behaviour of tumors. Experimentally, garlic and its associated sulfur components are reported to suppress tumor incidence in breast, colon, skin, uterine, esophagus and lung cancers (Amagase and Milner, 1993; Hussain et al., 1990; Sumiyoshi and Wargovich, 1990; Wargovich et al., 1988). A recent meta-analysis also showed that a high intake of garlic may be associated with decreased risks for stomach and colorectal cancer (Fleischauer et al., 2000). This review will briefly focus on constituents and evidence of possible mechanism of garlic in cancer.
1.1. Organsulfur constituents in garlic
Blackwood and Fulder (1987) reported that an average clove of garlic weighs between 3 and 6 g and contains an average of 1 g of carbohydrates (90% of which is in a starchy form called sinistrin), 0.2 g of protein, 0.05 g of fiber, 0.01 g of fat and vitamins A, B1, B2, B3 and C. The Vitamin B1 (thiamin) is combined with the allicin and called allithiamine and is easily absorbed into the intestine. Garlic contains about 10 different kinds of natural sugars which make up about a fourth of its substances; they include fructose, glucose, inulin and arabinose. Garlic can reduce blood sugar levels (Sheela et al., 1995; Augusti and Sheela, 1996). Fulder and Blackwood (Blackwood and Fulder, 1987) further say that garlic is richer than any other food in adenosine, a nucleic acid which is a building block of DNA and RNA. The primary anti-platelet constituent found in garlic appears to be adenosine (Makheja and Bailey, 1990). Garlic contains approximately 33 sulfur compounds (aliin, allicin, ajoene, allylpropyl disulfide, diallyl trisulfide, sallylcysteine, vinyldithiines, S-allylmercaptocystein, and others), several enzymes (allinase, peroxidases, myrosinase, and others), 17 amino acids (arginine and others), and minerals (selenium, germanium, tellurium and other trace minerals) (Newall et al., 1996). Biological effects of garlic are attributed to its characteristic organosulfur compounds (Agarwal, 1996; Block, 1992). Allicin (diallyl thiosulphate) chemically known as 2-propene-1-sulfinothioc acid S-2-propenyl ester; thio-2-propene-1-sulfinic acid S-allyl ester (The Merck Index, 1989) and discovered by Cavallito and Bailey (1944) in 1944, responsible for garlic’s typical pungent smell. Allicin does not exist in garlic until it is crushed or cut; injury to the garlic bulb activates the enzyme allinase (Stoll and Seebeck, 1951), which metabolizes alliin to allicin (Block, 1985) (Fig. 1).
Allicin is further metabolized to produce diallyl sulphide (DAS), diallyl disulfide (DADS), diallyl trisulfide, allyl methyl trisulfide, dithiins and ajone (Fig. 2) vinyldithiines.
This breakdown occurs within hours at room temperature and within minutes during cooking (Blania and Spangenberg, 1991). Alliin is non protein amino acid based on cysteine and has four stereoisomers but only one isomer is present in garlic. Dried, powdered garlic contains approximately 1% alliin (S-allyl cysteine sulfoxide). According to two studies of garlic preparations, allicin decreased to non-detectable amounts within 1–6 days (Yu and Wu, 1989). Allicin can easily diffuse into the internal volume of vesicles or into the cytoplasm of red blood cells. Lipid bilayers do not constitute a barrier for allicin penetration and its diffusion through the lipid bilayer and it does not cause membrane leakage, fusion or aggregation (Miron et al., 2000) findings raise the possibility that in biological systems allicin can penetrate very rapidly into different compartments of the cells and exert its biological effects. Thus, significance of allicin as a biological effectors’ molecule is due not only to its high reactivity with low and high molecular weigh thiols and its prominent antioxidant activity (Rabinkov et al., 1998), but also to its accessibility resulting from high membrane permeability. Due to its high reactivity, allicin was shown to be completely metabolized in the liver (Egen-Schwind et al., 1992). If allicin could even make it to the blood (to be delivered throughout the body), studies have shown that it changes into other compounds within 5 min and in the process may oxidize the blood cells causing them to lose their ability to carry oxygen (Freeman and Kodera, 1995). Allicin also decreases ocular pressure (Agarwal, 1996; Block, 1992; Chu et al., 1993). In addition to this, allicin affects the processing of DNA and RNA synthesis (Feldberg et al., 1988). Table 1 showed the chemical compounds found in the garlic bulb. Generally garlic bulb contains approximately 65% water, 28% carbohydrates (mainly fructans), 2.3% organosulfur compounds, 2% protein (mainly alliin), 1.2% free amino acids (mainly arginine), and 1.5% fiber (Blumenthal et al., 2000).
1.2. Possible mechanism in cancer
Several individual compounds have been isolated from garlic and two major groups of compounds that show active anticancer effects have been identified. One group is the lipid-soluble allyl sulfur compounds such as diallyl disulfide (DADS) and diallyl trisulfide (DATS), and the other one is the water-soluble compounds γ-glutamyl S-allylcysteine group such as S-allylcysteine (SAC) and S-allylmercaptocysteine (SAMC) Thomson and Ali, 2003. There were several mechanisms have been proposed to explain the cancer-preventive effects of garlic and related organosulfur compounds in other Allium vegetables. These include inhibition of mutagenesis, modulation of enzyme activities, inhibition of DNA adduct formation, free-radical scavenging, and effects on cell proliferation and tumor growth. AGE, as the name suggests, produced by aging garlic. Sliced raw garlic stored in 15–20% ethanol for 20 months is refereed to as AGE. The AGE garlic acts on several fronts in blocking prostate cancer growth; inhibiting polyamines needed for cell division, increasing breakdown of testosterone, that is needed for prostate cancer growth and reducing prostate specific antigen (PSA) levels, a prostate cancer marker (Pinto et al., 1997, 2000). Other studies showed that S-allyl mercaptocysteine stops the growth of breast cancer cells, erythroleukemia (Sigounas et al., 1997) and colon cancer cells (Xiao et al., 2003). S-allyl mercaptocysteine prevented colon cancer cell growth by 71%, disrupting cellular microtubules that form the cytoskeleton and the mitotic spindle in cells, thus disrupting cell division. In addition, S-allyl mercaptocysteine induced cell suicide (apoptosis) in the colon cancer cells, by activating apoptosis signalling pathway enzymes, including caspase that ultimately kills the cells (Xiao et al., 2003). Although there is evidence supporting these mechanisms for organosulfur compounds, they are still speculative, and further research is needed to support causality between such properties and the cancer-preventive activity in experimental animals.
1.3. Mutagenesis inhibition
Aqueous and methanolic garlic extracts inhibited the mutagenic activity of aflatoxin B1 in Salmonella typhimurium (Soni et al., 1997). Aqueous garlic extract also decreased the mutagenicity of 4-nitroquinoline-1-oxide in Escherichia coli (Zhang et al., 1989) and the mutagenicity of γ-radiation, hydrogen peroxide, cumene, and t-butyl hydroperoxides in S. typhimurium (Knasmuller et al., 1989).
1.4. Enzyme activities modulation
Organosulfur compounds have been shown to modulate the activity of glutathione S-transferases (GST), a family of enzymes important in detoxification of carcinogens, and cytochromes P450 (CYP), a family of enzymes that activate many chemical carcinogens in experimental animals. Sparnins et al. (1986) first showed that allylmethyltrisulfide (AMTS) increased the activity of GST in the forestomach, small-bowel mucosa, liver, and lung of mice. Other allyl derivatives also increased GST activity in these tissues (Sparnins et al., 1988). Derivatives with a propyl instead of an allyl group were less active or inactive. The induction of GST paralleled the inhibition of benzo[a]pyrene-induced carcinogenesis in the forestomach, but not in the lung, suggesting that increased carcinogen detoxification is only one of the factors responsible for the cancer-preventive effects of organosulfur compounds. These results were partially confirmed by Sumiyoshi and Wargovich (1990), who found a greater effect of thioallyl than thiopropyl derivatives in inducing hepatic and colonic GST in mice. In contrast, DAS did not increase GST activity in mouse liver (Wargovich, 1987) or in a culture of rat hepatocytes (Hayes et al., 1987). The activity of mammary and liver GST was increased by the addition of garlic powder to the diet of rats. The maximum activity of GST did not coincide with maximum inhibition of carcinogenesis, however, further indicating that increased GST activity does not account fully for the protection provided by garlic powder against carcinogenesis. Thus, the effects on enzymes that activate chemical carcinogens are not sufficient to explain the cancer-preventive activity. For example, an oral dose of DAS suppressed esophageal carcinogenesis induced by N-nitrosomethylbenzylamine in rats and significantly reduced the microsomal conversion of this nitrosamine in liver but not in esophagus (Wargovich et al., 1988). In addition, the prevention of benzo[a] pyrene-induced forestomach cancer in mice by organosulfur compounds is not attributable to a reduction in the activity of CYP1A1 (Srivastava et al., 1997). DADS in the diet increased not only the activity of GST but also that of other detoxifying enzymes, including reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate [NAD (P)H] – dependent quinone oxidoreductase, which is involved in detoxification of activated quinine metabolites of benzo[a]pyrene, and of uridine diphosphate (UDP) – glucuronosyl transferase in rat tissues (Munday and Munday, 1999). DAS acted as a competitive inhibitor of N-dimethylnitrosamine demethylase activity (Brady et al., 1988). It also decreased the activity of CYP2E1 in a time- and dose-dependent manner and induced the activities of CYP2B1 and pentoxy- and ethoxyresorufin dealkylases in hepatic microsomes (Brady et al., 1991). An increase in CYP2B1 mRNA was also observed. Treatment with the DAS metabolites diallyl sulfoxide (DASO) and diallylsulfone (DASO2) had similar effects on rat hepatic monooxygenase activities (Brady et al., 1991; Pan et al., 1993). Reicks and Crankshaw (1996) reported that DAS, DADS, and AMS decreased p-nitrophenol hydroxylase activity and CYP2E1 protein concentration in rat liver. When the diet of rats was supplemented with DAS/DADS, DADS increased the activities of several monooxygenases and transferases in intestine and liver; the protein levels of epoxide hydrolase and CYP2B1/2 were also increased. DADS also decreased CYP2E1 level in liver. The effects of DAS were similar to those of DADS in liver, but only epoxide hydrolase activity and CYP2B1/2 protein levels were increased in the intestine. In a study of the effect of garlic oil, DAS, and DADS on the activities of several metabolizing enzymes in the liver of rats fed high-fat diets (Sheen et al., 1999), GST activity was increased by all treatments. Garlic oil induced the expression of the placental form of GST and CYP2B1 and decreased the expression of CYP2E1. DAS and DADS also modulated these enzymes, but DAS increased mainly CYP2B1, whereas DADS increased mainly GST activity; similar effects were observed on CYP2E1 expression. DAS and its oxidation derivatives DASO and DASO2 are conjugated with glutathione, in rats (Jin and Baillie, 1997). No study has investigated the effects of possible GST polymorphisms in the deactivation of these Allium vegetable-derived compounds, although this could provide some explanations of differential effects in humans. Modulation of the activity of arylamine N-acetyltransferase, a polymorphic enzyme that deactivates arylamines and activates some heterocyclic dietary amines, was addressed in a few studies. The slow and fast acetylator phenotypes have been associated with increased risk for cancers of the bladder and colon, respectively. DAS and DADS decreased the activity of this enzyme in strains of Helicobacter pylori from peptic ulcer patients (Chung et al., 1998) and inhibited its activity in a human colon tumor cell line (Chen et al., 1998) and in human bladder tumor cells (Chung, 1999) in a dose-dependent manner.
1.5. Inhibitions of DNA adduct formation
DNA adducts are believed to be an initial step in carcinogenesis by chemicals. In rat mammary gland, garlic powder decreased the occurrence of 7,12-dimethylbenz[a]anthracene (DMBA)–DNA adducts in vivo and the amounts of total and individual adducts correlated positively with mammary tumor incidence. Garlic powder, garlic water extract, a deodorized garlic powder, a garlic powder with a high sulfur content, and SAC were also effective against mammary DMBA–DNA binding (Amagase and Milner, 1993). DNA adducts induced by incubation of human bladder tumor cells with 2-aminofluorene were inhibited by DAS and DADS (Chung, 1999). In contrast, a water extract of raw garlic and SAC, but not DAS, significantly inhibited benzo[a]pyrene–DNA adduct formation in simulated human peripheral blood lymphocytes in vitro (Hageman et al., 1997). N-Nitroso compounds, a class of potential human carcinogens that can be synthesized in humans from precursors present in the diet, are metabolized to alkylating agents that can bind to DNA. Shenoy and Choughuley (1992) showed that onion and garlic juices inhibit the nitrosation reactions in vitro in a dose-dependent manner. The occurrence of 7-methyldeo-xyguanosine (7-MedG) and O6-ethyldeoxyguanosine (O6-MedG) was decreased in rat liver when garlic powder was added to a diet containing aminopyrine and sodium nitrite (Lin et al., 1994). Garlic powder also decreased DNA methylation in the livers of rats treated with N-nitrosodimethylamine and in mammary tissue of rats treated with N-methylnitrosourea. Garlic, SAC, and DADS also decreased the formation of 7-MedG and O6-MedG induced by N-methylnitrosourea in mammary DNA; this decrease correlated with the inhibition of mammary tumors by these compounds (Schaffer et al., 1996).
1.6. Free-radical scavenging
Free radicals have been related to several age-related diseases, including cancer (Ames et al., 1993). Reduced glutathione (GSH) is not only a cofactor for GST but also serves as a reductant for glutathione peroxidase (GPX), an enzyme involved in natural protection by free radicals, in addition to superoxide dismutase and catalase. Garlic and onion oils stimulated the activity of GPX and inhibited the decreased ratio of reduced to oxidized glutathione produced by 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate in epidermal cells (Perchellet et al., 1986). GPX activity was also increased in animal tissues with DAS, DADS and garlic oil (Sheen et al., 1999). DAS and DADS also increased the activity of glutathione reductase, and garlic oil increased the activity of superoxide dismutase (Sheen et al., 1999). In contrast, DAS and garlic homogenates decreased catalase in the livers of rats and mice (Chen et al., 1999). S-Allylmercaptosysteine (SAMC) and SAC increased the synthesis of GSH in human prostate cancer cells (Pinto et al., 1997). Aged garlic extract, SAC, and SAMC exhibited radical scavenging activity (Imai et al., 1994). DAS, DADS, and AMS showed selective actions on different markers in tests for their ability to react with carbon tetrachloride de-rived free radicals (Fanelli et al., 1998). DADS also inhibited carbon tetrachloride-induced lipid peroxidation. The antioxidant properties of Allium vegetables might therefore result from the contributions of various sulphur components at different steps of the process.
1.7. Effects on cell proliferation, apoptosis and tumor growth
Inhibition of tumor cell proliferation by organosulfur compounds has been reported in several studies using different cell cultures, including canine mammary tumor cells (Sundaram and Milner, 1993), human colon, lung, and skin tumor cell lines (Sundaram and Milner, 1996; Sakamoto et al., 1997), human neuroblastoma cells (Welch et al., 1992), human and murine melanoma cells (Takeyama et al., 1993), and human prostatic carcinoma cells (Pinto et al., 1997). Contradictory results have been obtained with regard to modulation of the proliferative activity of non-neoplastic cell lines by organosulfur compounds, with some studies showing inhibition (Lee et al., 1994; Seki et al., 2000). Garlic and onion oils caused a marked suppression of proliferation of human promyelocytic leukemia cells (Seki et al., 2000). Garlic powder and an alliin-enriched garlic extract inhibited the growth of a human lymphatic leukemia cell line in a dose-dependent manner, but inhibited the growth of human hepatoma and human colorectal carcinoma cells only when applied as a mixture. This finding indicates that the antiproliferative effect of garlic is due to breakdown pro-ducts of alliin catalyzed by the alliinase enzyme system present in garlic powder (Siegers et al., 1999).
Polyamines, mainly spermine, play an important role in cell division and differentiation. SAMC, but not SAC, has been shown to alter polyamine concentrations in human prostate carcinoma cells, increasing that of spermidine and decreasing those of putrescine and spermine (Pinto et al., 1997). Ornithine decarboxylase, a rate-limiting enzyme involved in the synthesis of polyamines, is also reduced by DAS (Perchellet et al., 1986; Baer and Wargovich, 1989), although there is evidence of an increase in the livers of rat not treated with initiators (Takada et al., 1994). Apoptosis (also known as programmed cell death) is a tightly controlled and evolutionarily conserved process of cellular suicide critical to normal embryonic development and maintenance of tissue homeostasis. Deregulation of programmed cell death underlies numerous pathological conditions including cancer and, therefore, apoptosis is a valid target in cancer therapy and prevention (Kaufmann and Gores, 2000; Ghobrial et al., 2005). The antiproliferative effect of organosulfur compounds appears to be related to the induction of apoptosis. Exposure to DADS and DATS caused cells to undergo apoptosis, as determined by morphologic changes and/or DNA fragmentation (Sundaram and Milner, 1996; Sakamoto et al., 1997). A positive correlation was found between DADS-induced DNA fragmentation and increased intracellular free-calcium concentration, which may activate calcium-dependent endonucleases leading to apoptosis. A study (Hong et al., 2000) showed that DAS, DADS, and garlic extract increase the number of non-small-cell lung cancer cells in the apoptotic state. This increase followed the induction of p53 protein by DADS or the increase of the expression of Bax and decrease of the expression of Bcl-2 by DAS and garlic extract. Ajoene induced apoptosis in human leukemic cells but not in peripheral mononuclear blood cells from healthy donors (Dirsch et al., 1998).
1.8. Inhibition of cell cycle progression
The cell cycle was also affected by DADS, which decreased the percentage of human colon tumor cells in the G1 and S phases and concomitantly increased the percentage of those in the G2/M phase (Knowles and Milner, 1998). These effects depended on the dose of DADS and the length of incubation. The ability of DADS to inhibit cell proliferation was related to induction of G2/M phase arrest and to inhibition of p34cdc2 kinase activity, which modulates the progression of cells from G2 into the M phase of the cell cycle. The suppression of the p34cdc2 kinase activity by DADS resulted not from a direct inter-action with the protein but from modulation of the factors involved in the formation and conversion of the enzyme to its active form (Knowles and Milner, 2000). DADS also significantly inhibited the growth of H-ras oncogene transformed tumors implanted in nude mice by suppressing the association of p21H-ras with the cell membrane (Singh et al., 1996).
2. Conclusion 結論
ニンニク（Allium sativum）は、すべての栽培植物の中で最も古いものです。ニンニク化合物は、突然変異誘発阻害、酵素活性調節、DNA付加物の阻害、アポトーシス細胞死のための内因性経路に影響を及ぼす、およびそれらの抗癌活性に寄与し得る細胞周期機構を含む複数の経路を標的とするようである。抗癌効果はニンニクの有機硫黄化合物に起因し、第II相解毒酵素の誘導を介して作用することが示唆されている。ジアリルジスルフィドおよびジアリルトリスルフィドはニン ニクの抗癌作用において重要である可能性がある。1つ以上の化合物がニンニクの抗癌特性を担う。10回の処置後のラットにおけるDATSのピーク血漿濃度 化合物のmgは約 31μmol/ Lであることが示された。ヒトにおけるDATSの薬物動態パラメータはまだ測定されていないが、 200mgの合成DATS（アリトリドムとしても知られている）を 100μgのセレンと1日おきに経口投与して も有害な副作用は生じなかった。将来の研究は、ヒトにおける癌の予防/治療のためのこれらの化合物の臨床評価に焦点を当てるべきである。
Garlic (Allium sativum) is among the oldest of all cultivated plants. The garlic compounds appear to target multiple pathways, including the mutagenesis inhibition, enzyme activities modulation, inhibition of DNA adduct, affecting the intrinsic pathway for apoptotic cell death and cell cycle machinery which may all contribute to their anticancer activities. It has been suggested that anticancer effect is due to the organosulfur compounds in the garlic and act through induction of phase II detoxification enzymes. It is possible that diallyl disulfide and diallyl trisulfide is important in the anticancer action of garlic. More than one compound is responsible for the anticancer properties of garlic. The peak plasma concentration of DATS in rats following treatment with 10 mg of the compound was shown to be about 31 μmol/L. Although the pharmacokinetic parameters for DATS in humans have not yet been measured, oral administration of 200 mg of synthetic DATS (also known as allitridum) in combination with 100 μg selenium every other day for 1 month to humans did not cause any harmful side effects. Future research should focus on clinical assessment of these compounds for prevention/treatment of cancers in humans.
