植物花青素對腫瘤抑制作用的研究進展

于曉蘭 劉艷 綜述 劉家仁 審校

花青素(Anthocyanidin)是一種水溶性色素，存在于植物細胞的液泡中，是漿果中重要的生物活性化合物，使多種蔬菜、水果、花朵以及其他植物組織產生紅、藍、紫等顏色，自然界中有超過三百種花青素[1-2]。目前發現，植物花青素具有抗氧化、抗炎、改善神經系統疾病、降低血糖、抗血栓、抗衰老、調節免疫[3]、抗癌[4-6]等作用，尤其以抗癌作用最為突出。本文主要對近年來植物花青素腫瘤抑制作用的研究進展情況進行簡要綜述。

1 植物花青素的種類

花青素分子式為C15H11O6，分子量為287.245，屬于廣泛分布的酚類化合物，它是2-苯基苯吡啶或黃酮鹽的多羥基和多甲氧基衍生物的苷類化合物[7]，統稱為類黃酮。其結構式見圖1。常見的花青素有六種，分別為天竺葵色素(Pelargonidin)、芍藥色素(Peonidin)、矢車菊色素(Cyanidin)、錦葵色素(Malvidin)、矮牽牛色素(Petunidin)和飛燕草色素(Delphinidin)，其中矢車菊色素所占比例最高為50%[7]。

圖1 花青素基本結構Figure 1 The basic structure of anthocyanidin

花青素、花色苷和原花青素都為類黃酮化合物。原花青素(Proanthocyanidins)是一種由不同數量的兒茶素或表兒茶素形成的低聚體或聚合體，無色的原花青素能在酸性介質中發生氧化解聚反應產生有色的花青素[8]。苯丙氨酸經過苯丙素途徑的黃酮分支形成不穩定的花青素，花青素經糖基化修飾加上葡萄糖苷、半乳糖苷等形成穩定的花色苷[9]。

表1 六種常見天然花青素的化學結構Table 1 Chemical structures of six common natural anthocyandin

2 植物花青素的抑癌作用

2.1 細胞實驗模型

2.1.1 對乳腺癌細胞的抑制作用 Chen等[4]用CCK-8法檢測飛燕草色素作用48 h后乳腺癌MDA-MB-453和BT474細胞的細胞活力。結果顯示飛燕草色素能抑制這兩種細胞的增殖且呈劑量依賴性，還可以促進這兩種細胞的自噬作用。Paramanantham等[10]發現葡萄花青素(AIM)能夠抑制乳腺癌MCF-7細胞增殖，并且在48和72 h呈劑量依賴性。

2.1.2 對結腸癌細胞的抑制作用 Mazewski等[11]分別用紅葡萄(RG)、黑扁豆(BL)和高粱(SH)等富含花青素的提取物檢測其對結腸癌HCT116和HT29細胞的抑制作用，發現其抑制作用與提取物中總的酚類物質的量以及飛燕草色素的量呈正相關，其中BL、SH、RG提取物對HCT116和HT29細胞的IC50為0.9～2.0 mg/mL。Zhao等[5]分別用50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L 的花青素處理HT29細胞24 h后，用MTT法檢測，結果顯示花青素能抑制HT29細胞的增殖，且呈劑量依賴性。另外，劃痕實驗顯示不同濃度的花青素能夠抑制HT29細胞的遷移能力。

2.1.3 對肝癌細胞抑制作用 Wang等[6]用MTT法檢測50 μg/mL、100 μg/mL、200 μg/mL藍莓錦葵色素-3-半乳糖苷(M3G)作用HepG2和LO2細胞24 h、48 h、72 h后兩種細胞活性，結果顯示M3G對LO2細胞僅產生輕微抑制作用，而M3G在24 h 100 μg/mL 濃度時，對HepG2細胞有明顯抑制作用，并且對正常肝細胞幾乎沒有抑制作用。Lim等[12]用CCK-8法檢測發現飛燕草色素在24和48 h能夠抑制Huh7和PLC/PRF/5細胞的細胞增殖且呈劑量依賴性。

2.1.4 其他 Li等[13]用CCK-8法檢測紫甘薯花青素(PSPA)對膀胱癌5637細胞的細胞活力的影響。結果顯示隨著PSPA的濃度增加其細胞活力降低，在5637細胞中用800 μg/mL PSPA作用72 h后細胞活力抑制率>60%?；ㄇ嗨剡€可以抑制人骨肉瘤U2OS細胞生長并且呈時間、劑量依賴性，其IC50為15 μM[14]。

2.2 體內實驗模型

2.2.1 對結直腸癌形成的抑制作用 Zhao等[5]構建了結腸癌移植瘤模型，以5-FU為陽性對照，經過不同濃度的花青素預處理和治療后的小鼠體內的結腸癌組織體積明顯減小，5-FU組小鼠結腸癌組織體積減小同時體重明顯下降；將對腫瘤組織進行HE染色發現花青素預防組、治療組的腫瘤組織出現空泡變性、邊緣聚集、細胞核縮小等變化。Chen等[15]給一組AOM/DSS誘導小鼠飲食中不添加黑樹莓花青素，其他兩組在飲食中添加3.5 mol/g或7.0 mol/g黑樹莓花青素。與喂食組相比未喂食黑樹莓花青素的小鼠在結腸和直腸形成大量腫瘤。綜上所述喂食花青素可以抑制結直腸癌的發生。

2.2.2 對肝癌形成的抑制作用 Romualdo等[16]誘導雌性C3H/HeJ小鼠建立肝纖維化和癌變模型，在小鼠飲食中加入2%的富含花青素的桃金娘科植物的果皮干粉，為期10周。喂食果皮干粉能降低小鼠血清中轉氨酶水平，降低肝臟腫瘤的發生率、肝細胞增殖和TNF-α的水平，提高總谷胱甘肽含量及過氧化氫酶活性，從而抑制肝癌的發展。Wang[6]等選用C57BL/6J小鼠皮下注射1×106個HepG2細胞形成肝癌小鼠移植瘤模型，分為對照組、不同劑量M3G組、5-FU組，用TUNEL法檢測腫瘤組織中凋亡情況，結果發現M3G處理組細胞凋亡數明顯高于對照組。

2.2.3 對乳腺癌形成的抑制作用 為驗證花青素對乳腺癌的抑制作用，Chang等[17]給BALB/c小鼠皮下注射MDA-MB-453細胞構建移植瘤模型后給小鼠喂食黑米提取物花青素(100 mg/kg/天)?；ㄇ嗨亟M小鼠腫瘤組織中環氧合酶-2(COX-2)、iNOS、MMP-9、MMP-2、uPA等血管生成因子與對照組相比表達較低，小鼠腫瘤組織體積與對照組體積相比明顯減小。

3 花青素抑癌作用的可能機制

3.1 誘導腫瘤細胞凋亡

用PSPA作用后膀胱癌細胞系5637、T24細胞中促凋亡蛋白Cleaved-Caspase-3、Fas、FasL、Bax蛋白表達增加、抗凋亡基因Bcl-2蛋白表達降低，這種凋亡可能與內部線粒體凋亡途徑有關[13]。另有研究表明矢車菊色素能夠通過激活前列腺癌細胞中Caspase-3和誘導p21蛋白表達起到誘導細胞凋亡作用[18]。在MDA-MB-453細胞和Caco-2細胞中花青素作用后能使細胞中的Bax蛋白表達增加，Bax/Bcl-2異源二聚體數量顯著增加，并促進線粒體Cyt-c的釋放，誘導細胞凋亡[19-20]。

3.2 阻滯腫瘤細胞的細胞周期

PSPA能夠通過下調Cyclin B1和Cdc2蛋白表達使膀胱癌細胞周期阻滯在G2/M期，并且PSPA可使膀胱癌細胞線粒體功能障礙導致氧化應激反應引發細胞凋亡[13]?；ㄇ嗨剡€可以通過上調CDKIs、p21WAF1、p27KIP1和COX-2蛋白表達，下調Cyclin A和Cyclin B1蛋白表達特異性把結腸癌細胞周期阻滯在G2/M期，抑制HT-29細胞的生長，對正常結腸細胞NCM460的生長幾乎沒有影響[21]。玉米花青素可以將MDA-MB-453和LNCaP細胞的細胞周期阻滯在G0/G1期并誘導細胞凋亡[22]。

3.3 抑制腫瘤細胞COX-2活性

COX-2是花生四烯酸代謝和前列腺素E2(PEG2)生成的限速酶，在各種腫瘤中均有高表達，并在腫瘤的發生發展中起重要的作用[23]。飛燕草素能阻斷Raf/MEK/ERK信號通路，抑制小鼠JB6 P+細胞的AP-1和NF-κB的表達，進一步抑制COX-2的表達和PGE2的產生，從而抑制細胞的轉化[24]。

3.4 抑制腫瘤細胞轉移

體內和體外實驗顯示，用黑樹莓處理后的結腸癌組織和細胞中miR-24-1-5p的表達顯著增加。miR-24-1-5p在結直腸癌細胞中的過表達顯著抑制了β-catenin蛋白的表達，同時降低了細胞的增殖和遷移[25]。HOX逆轉錄RNA(HOTAIR)的高表達與腫瘤晚期的低生存率以及淋巴結轉移有關，而miR-34a是一種腫瘤抑制因子，飛燕草素能夠抑制乳腺癌細胞中HOTAIR與miR-34a啟動子結合抑制乳腺癌細胞的增殖和轉移[26]。

3.5 影響腫瘤細胞的信號途徑

3.5.1 Wnt信號通路 給結腸癌模型C57BL/6J小鼠喂食黑樹莓花青素后miR-483-3p表達降低，同時DKK3蛋白表達增強。采用miR-483-3p特異性抑制劑作用后有同樣效果。因此花青素有可能通過調節miR-483-3p的靶基因DKK3調節Wnt/β-catenin信號通路抑制結腸癌細胞的增殖和遷移[27]。也有研究發現植物花青素處理能夠促進Caco-2細胞胞質中游離的β-catenin蛋白泛素化降解，抑制GSK-3β磷酸化從而抑制Wnt/β-catenin信號通路的激活，誘導細胞凋亡[20]。

3.5.2 NF-κB信號通路 NF-κB信號通路參與細胞的增殖、黏附和凋亡，MMP-2和MMP-9表達受NF-κB調控。用葡萄花青素預處理人乳腺癌細胞后，通過抑制MCF-7細胞的MMP-2和MMP-9的明膠溶解活性及TNF-α誘導的NF-κB磷酸化參與腫瘤增殖、侵襲和血管生成[10]。從葡萄中分離的花青素同樣對順鉑耐藥的MCF-7細胞具有作用?；ㄇ嗨赝ㄟ^抑制MCF-7細胞中Akt和NF-κB活性來增強MCF-7細胞對順鉑敏感性[28]。在結腸癌細胞中花青素處理能夠降低HT29、HCT116和SW620細胞的NF-κB啟動子活性，抑制TNF-α誘導的IκBα和IKKα/β磷酸化，在TNF-α激活的結腸癌細胞中，p65和p50的細胞核轉移顯著增加，用花青素處理后這種改變明顯減低，從而抑制結腸癌細胞增殖[29]。黑米花青素能夠通過抑制MMPs活性，p-Akt/PI3K和NF-κB在細胞核內與DNA的結合從而抑制口腔癌細胞增殖和轉移[30]。

3.5.3 JAK-STAT信號通路 JAK-STAT信號通路參與細胞分化、增殖、凋亡以及免疫調節等多種生物學活性[31]。C3G能夠誘導乳腺癌細胞的miR-124表達，而miR-124直接在mRNA和蛋白水平上抑制了STAT3的表達從而抑制細胞因子VEGF的表達以達到抑制乳腺癌細胞的血管生成作用[32]。也有研究認為藍莓花青素可以在體內和體外抑制口腔癌細胞的JAK-STAT信號通路，達到抑制癌細胞增殖誘導其凋亡的效果，這種效果與STAT3抑制劑聯合使用時更為突出[33]。

3.5.4 PI3K/Akt信號通路 黑枸杞花青素(Pt3G)誘導前列腺癌細胞的凋亡作用主要通過ROS/PTEN/PI3K/Akt/Caspase-3信號通路來實現，加入Pt3G使細胞中的ROS增加，PTEN的表達顯著上調，抑制PI3K和Akt的磷酸化，激活Caspase-3凋亡信號通路，誘導DU-145細胞凋亡[34]；花青素還可以抑制PDK1激酶的激活，同時可以抑制PDK1底物Akt的磷酸化以及mTOR磷酸化，抑制PDK1/PI3K/Akt信號通路，抑制肝癌細胞的上皮間質轉化(EMT)[35]；紅葡萄花青素與PI3K抑制劑聯合使用能夠降低p-Akt、p-ERK、SIRT3和磷酸化p53等的表達水平，從而抑制SIRT3/p53介導的線粒體通路和PI3K/Akt-ERK通路，誘導膠質細胞瘤細胞凋亡[36]。

3.5.5 其他 Long等[37]發現桑葚花青素處理甲狀腺癌HTh-7細胞后，通過抑制Akt/mTOR信號通路來提高細胞自噬，并且抑制甲狀腺癌增殖。在HER-2陽性乳腺癌細胞中花青素同樣能抑制mTOR信號通路中Akt、mTOR、eIF4E等蛋白的表達，抑制Akt/mTOR信號通路，提高細胞自噬作用[38]。

4 小結和展望

花青素在體內和體外實驗中對多種腫瘤均有抑制作用，該作用可能通過各種途徑誘導腫瘤細胞凋亡、抑制其遷移、增殖?；ㄇ嗨氐囊职┳饔脼榘┌Y治療提供了一種新的化學治療以及預防策略。但也有研究表明，在生理劑量下，黑樹莓花青素在體外實驗中并不能起到抑制前列腺癌的作用[39]，因此，臨床上花青素的應用可能存在組織器官上的差異，需要進一步進行研究。