果思伽 綜述 劉家仁 審校

癌癥是中國及世界范圍內(nèi)最嚴重的公共衛(wèi)生問題和主要死亡原因之一。據(jù)報道，2015年在中國有預(yù)計429.2萬新發(fā)癌癥病例和281.4萬癌癥死亡病例，其中以肺癌最為常見，其次是消化道腫瘤如胃癌和食管癌等[1]。癌癥的病因還未完全清楚，雖然各種癌癥療法包括藥物靶向治療可以改善癌癥患者的生存質(zhì)量和生存期，但是晚期轉(zhuǎn)移癌仍然很難治愈。尋找癌癥有效的防治手段，特別是癌癥預(yù)防是目前當務(wù)之急。多數(shù)癌癥可以通過改變行為習(xí)慣進行預(yù)防，如健康的飲食習(xí)慣可以降低癌癥發(fā)生風(fēng)險[2]。癌癥化學(xué)預(yù)防目前已經(jīng)引起科學(xué)家和學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。

癌癥化學(xué)預(yù)防指使用藥劑或天然植物化學(xué)物來抑制、延緩或逆轉(zhuǎn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展[3]。通過大量的流行病學(xué)和實驗室研究表明，水果、蔬菜和谷物中的植物化學(xué)物在癌癥的化學(xué)預(yù)防中起到越來越重要的作用[4-9]。因此，本文將對天然存在的主要植物化學(xué)物在癌癥化學(xué)預(yù)防中的作用及其可能機制進行綜述。

1 與癌癥預(yù)防有關(guān)的主要植物化學(xué)物

1.1 類胡蘿卜素

類胡蘿卜素是具有抗氧化特性的脂溶性天然色素，主要包括β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素、番茄紅素和葉黃素等，已經(jīng)顯示出多種抗癌活性[10-11]。如葉黃素是有效的抗氧化劑，對氧化應(yīng)激和炎癥性疾病起到保護作用[12]。β-紫羅蘭酮是β-胡蘿卜素的端環(huán)類似物，作為環(huán)狀類異戊二烯化合物(含有共同的前體物質(zhì)-甲羥戊酸)的代表，廣泛分布于植物的次級代謝產(chǎn)物中[5]。β-紫羅蘭酮可以抑制多種腫瘤細胞的生長如乳腺癌、胃癌和結(jié)腸癌等，因而顯示出很強的抗癌活性[13-16]。

1.2 酚類化合物

酚類化合物根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可以被分為4大類，即單酚、多酚、芳香酸和酪醇酯。據(jù)報道[17]，大多數(shù)植物單酚和多酚都可以通過抑制血管的生成等途徑來抑制癌癥的發(fā)生發(fā)展。

黃酮類化合物(Flavonoids)是具有抗氧化活性的酚類化合物，主要來源于水果、蔬菜、谷物和其他植物性食物。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可以將其分類為黃酮醇、黃酮、黃烷醇、黃烷酮、花青素和異黃酮等[18]，例如槲皮素(Quercetin)是一種主要存在于蘋果和洋蔥中的黃酮類化合物，攝入后在胃腸道中被水解和吸收，表現(xiàn)出多種生物活性，如抗氧化、抗炎和抗癌等[19]。姜黃素(Curcumin)來源于姜黃草的根莖，是一種可以抑制炎癥和多種腫瘤細胞生長的疏水性多酚[20]。由于其共軛雙鍵的存在，姜黃素作為有效的電子供體，可以滅活活性氧等生物活性物質(zhì)，而表現(xiàn)出抗氧化活性[21]。白藜蘆醇(Resveratrol)是一種天然的二苯乙烯，是另一種非黃酮類的多酚植物化合物。主要存在于葡萄、藍莓、桑椹和花生中，通常以順式和反式異構(gòu)體形式存在，具有抗糖化、抗氧化、抑制炎癥和抗腫瘤等作用[22]。

1.3 有機硫化合物

有機硫化合物是指分子中含有硫化物的有機化合物，主要存在于蔥屬類蔬菜，如大蒜、洋蔥、韭菜和香蔥等。有機硫化合物主要包括蒜氨酸(Allicin)、二烯丙基硫化物(DAS)、二烯丙基二硫化物(DADS)等，通過調(diào)節(jié)各種信號通路來抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展[23-24]。其中DADS是從大蒜中分離出來的揮發(fā)性淡黃色液體，由大蒜素分解后而產(chǎn)生，具有抗氧化活性和多種抗癌活性[25]。

1.4 生物堿

生物堿是一類含有氮和雜環(huán)的植物化學(xué)物質(zhì)，主要通過調(diào)節(jié)多種細胞信號通路來抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展[26]。例如α-茄堿是甾體類生物堿的一種成分，主要存在于馬鈴薯塊莖或茄屬植物中，可對多種癌細胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和凋亡產(chǎn)生影響[27]。

2 植物化學(xué)物預(yù)防腫瘤作用的可能機制

2.1 抗氧化作用

生物體正常功能主要依賴于細胞氧化還原反應(yīng)過程，這一過程涉及到氧化劑和抗氧化劑之間的調(diào)節(jié)平衡。植物化學(xué)物可通過非酶促機制和清除自由基來避免對生物大分子如核酸、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等的氧化損傷，從而達到預(yù)防腫瘤的作用[28]。在腹水瘤小鼠模型中[29]，莧菜葉乙醇提取物通過增加抗氧化酶系統(tǒng)如CAT和SOD等功能來對抗小鼠的氧化應(yīng)激狀態(tài)，從而抑制腫瘤的生長并延長小鼠的生存期。有研究報道，100 g鮮蘋果提取物的總抗氧化能力相當于1.5 g維生素C的抗氧化能力，而且還顯著地抑制結(jié)腸癌Caco-2細胞和HepG2細胞增殖[30]。在大鼠乳腺癌模型中，鮮蘋果多酚提取物也顯著地抑制由二甲基苯并蒽(DMBA)誘導(dǎo)大鼠乳腺癌的形成，呈現(xiàn)明顯的劑量-反應(yīng)關(guān)系[6]。在另一個大鼠乳腺癌模型中，β-紫羅蘭酮飲食可以增加血漿酶抗氧化劑(SOD，GP-x和GR)和非酶抗氧化劑(GSH)水平，從而減少氧化應(yīng)激反應(yīng)，來抑制DMBA誘導(dǎo)的乳腺癌發(fā)生[13]。在大鼠胃內(nèi)給予紅松種子多酚提取物可增加SOD和GSH的水平，并降低丙二醛(MDA)含量，從而抑制γ射線引起的氧化損傷作用[31]。

2.2 阻滯腫瘤細胞周期

Shin等[32]發(fā)現(xiàn)大蒜提取物以劑量依賴的方式抑制膀胱癌細胞的增殖，其細胞周期被阻滯在G2/M期，并伴有細胞周期蛋白Cyclin B1的表達下調(diào)。Khan等[33]發(fā)現(xiàn)用蘆丁(Rutin)處理人宮頸癌C33A細胞可誘導(dǎo)其細胞周期阻滯在G0/G1期，激活Caspase-3，進一步引發(fā)細胞凋亡。甘草中的黃酮類化合物L(fēng)CC以劑量和時間依賴性抑制食管癌ESCC細胞的增殖，將其周期阻滯在G1期，并誘導(dǎo)Cyclin D1表達降低以及P21和P27水平的增加[34]。紅樹莓提取物不僅以劑量依賴方式誘導(dǎo)肝癌SMMC-7721細胞周期停滯在S期，也下調(diào)Cyclin A及CDK2的表達，進而抑制肝癌細胞增殖[35]。β-紫羅蘭酮也是通過將胃癌SGC-7901細胞周期阻滯在G0/G1期和下調(diào)細胞周期蛋白B1和D1、Cdk4和P27來抑制SGC-7901細胞增殖和DNA合成[15]。在蘋果多酚提取物降低大鼠乳腺癌形成的模型中，蘋果多酚不僅抑制乳腺腫瘤細胞的增殖細胞核抗原(PCNA)的表達，而且還呈劑量-反應(yīng)性地抑制Cyclin D1的表達[6]。同樣在β-紫羅蘭酮抑制大鼠乳腺癌形成的模型中，β-紫羅蘭酮不僅以劑量依賴性降低乳腺腫瘤細胞的PCNA蛋白的表達，而且影響乳腺腫瘤細胞表達Cyclin D1。這些結(jié)果表明，植物化學(xué)物對腫瘤細胞增殖的抑制，主要是通過阻滯腫瘤細胞周期來實現(xiàn)的。因此，植物化學(xué)物預(yù)防腫瘤的發(fā)生發(fā)展，離不開對腫瘤細胞的細胞周期的調(diào)控。

2.3 誘導(dǎo)腫瘤細胞產(chǎn)生凋亡

來自大蒜的主要生物活性成分DADS可通過抑制乳腺癌TNBC細胞β-catenin信號途徑來降低Bcl-2蛋白表達并增加Bax的表達，誘導(dǎo)細胞產(chǎn)生凋亡并抑制增殖[36]。經(jīng)槲皮素處理后可通過誘導(dǎo)凋亡來抑制黑色素瘤A375SM細胞增殖，DAPI染色顯示染色質(zhì)濃縮的細胞凋亡也呈劑量依賴性增加，且相關(guān)蛋白如Bax、P-JNK、P-p38和P-ERK1/2的表達增加，及Bcl-2表達降低[37]。有研究發(fā)現(xiàn)[14]，經(jīng)AO/EB染色或PI/FITC-Annexin V染色后β-紫羅蘭酮處理的胃癌SGC-7901細胞中早期凋亡和晚期凋亡細胞比例明顯地增加，這不僅引起B(yǎng)ax/Bcl-2的比例增加，也活化Cleaved-caspae-3蛋白；在乳腺癌MCF-7的細胞中，β-紫羅蘭酮也呈劑量依賴方式抑制PCNA和Bcl-2蛋白表達，并誘導(dǎo)癌細胞凋亡[38]。紅樹莓多酚提取物顯著抑制由二乙基亞硝胺(DEN)誘導(dǎo)的大鼠肝損傷，并通過誘導(dǎo)肝腫瘤細胞凋亡來抑制肝細胞腫瘤的發(fā)生[4，39]。曼越橘多酚提取物能夠抑制胃癌SGC-7901細胞的增殖和裸鼠SGC-7901細胞移植瘤的生長，其原因不僅是抑制移植瘤細胞中的PCNA蛋白的表達，也可能是誘導(dǎo)移植瘤細胞產(chǎn)生凋亡[40]。同樣蘋果多酚提取物抑制大鼠乳腺癌的發(fā)生，不僅是通過抑制乳腺腫瘤細胞PCNA和Bcl-2蛋白的表達，而且是誘導(dǎo)凋亡并促進Bax蛋白表達來實現(xiàn)的[6]。因此，植物化學(xué)物誘導(dǎo)腫瘤細胞產(chǎn)生凋亡在預(yù)防腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中起著很重要的作用。

2.4 抑制NF-κB等炎性途徑

前炎性核因子κB(NF-κB)是參與先天免疫和炎癥的重要分子之一，并已成為內(nèi)源性腫瘤啟動子之一。炎癥和癌癥可以誘導(dǎo)NF-κB二聚體由細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細胞核，觸發(fā)下游靶基因表達，從而抑制細胞凋亡。因此抑制NF-κB的激活就可以抑制大多數(shù)腫瘤的增殖[41]。姜黃素可以通過抑制IKK激活和IκBα降解來阻止NF-κB核易位，從而抑制由自分泌生長激素誘導(dǎo)的乳腺癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[42]。姜黃素也可以抑制人甲狀腺癌細胞中NF-κB活性，并增加甲狀腺癌細胞中再分化標志物的表達，從而誘導(dǎo)腫瘤細胞產(chǎn)生凋亡[43]。姜黃素對前列腺癌細胞也表現(xiàn)出類似的抑制作用[44]。姜黃素中的另一種植物化學(xué)物質(zhì)Calebin A通過Cys38S直接結(jié)合在NF-κB的P65亞基中來抑制NF-κB活性，進一步誘導(dǎo)癌細胞凋亡[45]。作為維生素E的異構(gòu)體-生育三烯酚(γ-T3)能夠抑制NF-κB活性，進而抑制胃癌SGC-7901細胞和MGC-803細胞增殖，這是通過降低ATM蛋白的磷酸化和增加PP2A活性實現(xiàn)的[9]。Wu等[46]發(fā)現(xiàn)槲皮素和白楊素(Chrysin)通過下調(diào)TLR4/MyD88/NF-κB信號通路來抑制促炎性細胞因子的產(chǎn)生及人肺癌細胞的侵襲和遷移。此外，白藜蘆醇通過下調(diào)TNF-β水平和抑制P65和IκBα磷酸化，抑制NF-κB的激活，從而抑制結(jié)腸癌HCT116細胞增殖[47]。

2.5 抑制環(huán)氧合酶2(COX-2)基因表達

COX-2是前列腺素H合酶的同工型，是介導(dǎo)花生四烯酸合成前列腺素的關(guān)鍵酶，在一些腫瘤中過度表達，例如COX-2在胃癌中出現(xiàn)過表達，通過抗凋亡作用，增加腫瘤細胞侵襲性來誘導(dǎo)癌變發(fā)生[48]。但通過植物化學(xué)物質(zhì)如芹菜素來抑制COX-2水平，可以降低小鼠皮膚腫瘤模型中腫瘤的發(fā)生數(shù)量和發(fā)生率[49]。Dash等[50]采用分子對接檢測方法發(fā)現(xiàn)12種黃酮類化合物均對COX-2酶活性位點具有顯著的結(jié)合親和力，提示黃酮類化合物通過抑制COX-2基因轉(zhuǎn)錄活性來抑制腫瘤發(fā)生。木瓜黃烷醇(JQFFP)能顯著抑制結(jié)腸癌SW-480細胞中COX-2、MMP-9、NF-κB的表達及P65磷酸化，從而抑制腫瘤細胞增殖和侵襲[51]。經(jīng)番茄紅素處理后的胃癌AGS細胞內(nèi)和線粒體ROS水平降低，導(dǎo)致P-EGFR、P50和COX-2表達降低及Bax/Bcl-2比值的增加，進一步誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡[52]。另外，γ-T3顯著抑制胃癌SGC-7901和MGC-803細胞的侵襲和遷移主要是通過下調(diào)COX-2基因表達來實現(xiàn)的[53]。在PMA誘導(dǎo)的COX-2細胞模型中，β-紫羅蘭酮也顯著地降低胃癌SGC-7901細胞中COX-2蛋白的表達及PEG2的分泌水平，并已通過體內(nèi)試驗給予驗證[16]。由此可見，植物化學(xué)物預(yù)防腫瘤的發(fā)生發(fā)展，也可以通過下調(diào)COX-2基因的表達來實現(xiàn)。

2.6 影響細胞信號途徑

黃酮類物質(zhì)LCC可通過激活ROS/MAPK信號通路誘導(dǎo)食管癌ESCC細胞凋亡并激活JNK/P38信號通路導(dǎo)致線粒體功能障礙[34]；紅樹莓提取物能夠抑制肝癌HepG2和Huh7細胞增殖，主要是通過調(diào)節(jié)PTEN基因啟動子的甲基化狀態(tài)，下調(diào)DNMT1表達，進一步調(diào)控AKT信號通路，從而增加磷酸酶和緊張素同源物來實現(xiàn)的[54]。和厚樸酚(HNK)是通過激活miR-34a和抑制WNT/MTA1/β-catenin途徑，來抑制飲食誘導(dǎo)的肥胖高瘦素血癥小鼠乳腺腫瘤的生長[55]。大蒜中的DADS通過下調(diào)LIMK1和Cofilin1磷酸化，影響Rac1-Pak1/Rock1-LIMK1途徑來抑制胃癌MGC-803細胞的增殖和侵襲[56]。姜黃素抑制肝細胞癌調(diào)節(jié)因子-UNC119來阻斷Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和TGF-β/EMT途徑，從而影響肝癌細胞增殖、遷移和侵襲[57]。姜黃素和兒茶素(EGCG)的組合施用可通過阻斷JAK/STAT3/IL-8信號通路來抑制結(jié)直腸癌PDX小鼠模型中腫瘤生長和血管生成，其聯(lián)合抗血管生成作用優(yōu)于二者單獨使用[58]。白藜蘆醇也是通過分別調(diào)節(jié)PTEN/PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信號途徑來抑制人結(jié)腸癌HCT116細胞的增殖及其裸鼠移植瘤的生長[59]。β-紫羅蘭酮抑制胃癌SGC-7901細胞的增殖和DNA合成，也是通過影響MAPK途徑和PI3K-AKT途徑來實現(xiàn)的[14-15]。因此，細胞信號途徑的活化或抑制也是植物化學(xué)物預(yù)防腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵途徑。

2.7 其他

四種類型葡萄多酚提取物可抑制人臍靜脈內(nèi)皮HUVEC細胞的血管形成和MMP-2分泌，提示葡萄多酚提取物通過抑制血管形成機制來達到腫瘤預(yù)防的目的[60]。在大鼠肝癌模型中，紅樹莓多酚提取物不僅降低大鼠血清中腫瘤特征標志物[4]，而且還抑制肝腫瘤細胞中VEGF蛋白的表達，從而抑制大鼠肝腫瘤的發(fā)生[39]。在CD1胸腺裸鼠模型中，藏紅花素和藏花酸對人前列腺癌細胞異種移植瘤的生長具有明顯地抑制作用，可能是通過下調(diào)MMP-2、MMP-9、尿激酶表達和前列腺特異性抗原(PSA)活性來實現(xiàn)的[61]。

3 小結(jié)與展望

根據(jù)已有流行病學(xué)研究和大量實驗室研究數(shù)據(jù)表明，約有35%的人類癌癥發(fā)生可以通過飲食調(diào)整進行預(yù)防[62]，這種預(yù)防作用歸功于飲食中具有生物活性的植物化學(xué)物質(zhì)。隨著科學(xué)的進步和研究的進展，將會有越來越多的植物化學(xué)物應(yīng)用于生活各個方面，特別是癌癥的化學(xué)預(yù)防方面[63]。因此，植物化學(xué)物的癌癥化學(xué)預(yù)防將是降低人類癌癥發(fā)生發(fā)展的一項積極的、有效的和主動的措施。