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(xì)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(chǎn)生紅、藍(lán)、紫等顏色，自然界中有超過三百種花青素[1-2]。目前發(fā)現(xiàn)，植物花青素具有抗氧化、抗炎、改善神經(jīng)系統(tǒng)疾病、降低血糖、抗血栓、抗衰老、調(diào)節(jié)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(duì)近年來植物花青素腫瘤抑制作用的研究進(jìn)展情況進(jìn)行簡(jiǎn)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(tǒng)稱為類黃酮。其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)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(zhì)中發(fā)生氧化解聚反應(yīng)產(chǎn)生有色的花青素[8]。苯丙氨酸經(jīng)過苯丙素途徑的黃酮分支形成不穩(wěn)定的花青素，花青素經(jīng)糖基化修飾加上葡萄糖苷、半乳糖苷等形成穩(wěn)定的花色苷[9]。

表1 六種常見天然花青素的化學(xué)結(jié)構(gòu)Table 1 Chemical structures of six common natural anthocyandin

2 植物花青素的抑癌作用

2.1 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

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

2.1.2 對(duì)結(jié)腸癌細(xì)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(cè)其對(duì)結(jié)腸癌HCT116和HT29細(xì)胞的抑制作用，發(fā)現(xiàn)其抑制作用與提取物中總的酚類物質(zhì)的量以及飛燕草色素的量呈正相關(guān)，其中BL、SH、RG提取物對(duì)HCT116和HT29細(xì)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(xì)胞24 h后，用MTT法檢測(cè)，結(jié)果顯示花青素能抑制HT29細(xì)胞的增殖，且呈劑量依賴性。另外，劃痕實(shí)驗(yàn)顯示不同濃度的花青素能夠抑制HT29細(xì)胞的遷移能力。

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

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

2.2 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

2.2.1 對(duì)結(jié)直腸癌形成的抑制作用 Zhao等[5]構(gòu)建了結(jié)腸癌移植瘤模型，以5-FU為陽性對(duì)照，經(jīng)過不同濃度的花青素預(yù)處理和治療后的小鼠體內(nèi)的結(jié)腸癌組織體積明顯減小，5-FU組小鼠結(jié)腸癌組織體積減小同時(shí)體重明顯下降；將對(duì)腫瘤組織進(jìn)行HE染色發(fā)現(xiàn)花青素預(yù)防組、治療組的腫瘤組織出現(xiàn)空泡變性、邊緣聚集、細(xì)胞核縮小等變化。Chen等[15]給一組AOM/DSS誘導(dǎo)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(jié)腸和直腸形成大量腫瘤。綜上所述喂食花青素可以抑制結(jié)直腸癌的發(fā)生。

2.2.2 對(duì)肝癌形成的抑制作用 Romualdo等[16]誘導(dǎo)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(zhuǎn)氨酶水平，降低肝臟腫瘤的發(fā)生率、肝細(xì)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(fā)展。Wang[6]等選用C57BL/6J小鼠皮下注射1×106個(gè)HepG2細(xì)胞形成肝癌小鼠移植瘤模型，分為對(duì)照組、不同劑量M3G組、5-FU組，用TUNEL法檢測(cè)腫瘤組織中凋亡情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)M3G處理組細(xì)胞凋亡數(shù)明顯高于對(duì)照組。

2.2.3 對(duì)乳腺癌形成的抑制作用 為驗(yàn)證花青素對(duì)乳腺癌的抑制作用，Chang等[17]給BALB/c小鼠皮下注射MDA-MB-453細(xì)胞構(gòu)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(huán)氧合酶-2(COX-2)、iNOS、MMP-9、MMP-2、uPA等血管生成因子與對(duì)照組相比表達(dá)較低，小鼠腫瘤組織體積與對(duì)照組體積相比明顯減小。

3 花青素抑癌作用的可能機(jī)制

3.1 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

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

3.2 阻滯腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞周期

PSPA能夠通過下調(diào)Cyclin B1和Cdc2蛋白表達(dá)使膀胱癌細(xì)胞周期阻滯在G2/M期，并且PSPA可使膀胱癌細(xì)胞線粒體功能障礙導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)引發(fā)細(xì)胞凋亡[13]。花青素還可以通過上調(diào)CDKIs、p21WAF1、p27KIP1和COX-2蛋白表達(dá)，下調(diào)Cyclin A和Cyclin B1蛋白表達(dá)特異性把結(jié)腸癌細(xì)胞周期阻滯在G2/M期，抑制HT-29細(xì)胞的生長(zhǎng)，對(duì)正常結(jié)腸細(xì)胞NCM460的生長(zhǎng)幾乎沒有影響[21]。玉米花青素可以將MDA-MB-453和LNCaP細(xì)胞的細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[22]。

3.3 抑制腫瘤細(xì)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(dá)，并在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起重要的作用[23]。飛燕草素能阻斷Raf/MEK/ERK信號(hào)通路，抑制小鼠JB6 P+細(xì)胞的AP-1和NF-κB的表達(dá)，進(jìn)一步抑制COX-2的表達(dá)和PGE2的產(chǎn)生，從而抑制細(xì)胞的轉(zhuǎn)化[24]。

3.4 抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移

體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)顯示，用黑樹莓處理后的結(jié)腸癌組織和細(xì)胞中miR-24-1-5p的表達(dá)顯著增加。miR-24-1-5p在結(jié)直腸癌細(xì)胞中的過表達(dá)顯著抑制了β-catenin蛋白的表達(dá)，同時(shí)降低了細(xì)胞的增殖和遷移[25]。HOX逆轉(zhuǎn)錄RNA(HOTAIR)的高表達(dá)與腫瘤晚期的低生存率以及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，而miR-34a是一種腫瘤抑制因子，飛燕草素能夠抑制乳腺癌細(xì)胞中HOTAIR與miR-34a啟動(dòng)子結(jié)合抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[26]。

3.5 影響腫瘤細(xì)胞的信號(hào)途徑

3.5.1 Wnt信號(hào)通路 給結(jié)腸癌模型C57BL/6J小鼠喂食黑樹莓花青素后miR-483-3p表達(dá)降低，同時(shí)DKK3蛋白表達(dá)增強(qiáng)。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(diào)節(jié)miR-483-3p的靶基因DKK3調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號(hào)通路抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖和遷移[27]。也有研究發(fā)現(xiàn)植物花青素處理能夠促進(jìn)Caco-2細(xì)胞胞質(zhì)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(hào)通路的激活，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[20]。

3.5.2 NF-κB信號(hào)通路 NF-κB信號(hào)通路參與細(xì)胞的增殖、黏附和凋亡，MMP-2和MMP-9表達(dá)受NF-κB調(diào)控。用葡萄花青素預(yù)處理人乳腺癌細(xì)胞后，通過抑制MCF-7細(xì)胞的MMP-2和MMP-9的明膠溶解活性及TNF-α誘導(dǎo)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(duì)順鉑耐藥的MCF-7細(xì)胞具有作用。花青素通過抑制MCF-7細(xì)胞中Akt和NF-κB活性來增強(qiáng)MCF-7細(xì)胞對(duì)順鉑敏感性[28]。在結(jié)腸癌細(xì)胞中花青素處理能夠降低HT29、HCT116和SW620細(xì)胞的NF-κB啟動(dòng)子活性，抑制TNF-α誘導(dǎo)的IκBα和IKKα/β磷酸化，在TNF-α激活的結(jié)腸癌細(xì)胞中，p65和p50的細(xì)胞核轉(zhuǎn)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(jié)腸癌細(xì)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(xì)胞核內(nèi)與DNA的結(jié)合從而抑制口腔癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移[30]。

3.5.3 JAK-STAT信號(hào)通路 JAK-STAT信號(hào)通路參與細(xì)胞分化、增殖、凋亡以及免疫調(diào)節(jié)等多種生物學(xué)活性[31]。C3G能夠誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞的miR-124表達(dá)，而miR-124直接在mRNA和蛋白水平上抑制了STAT3的表達(dá)從而抑制細(xì)胞因子VEGF的表達(dá)以達(dá)到抑制乳腺癌細(xì)胞的血管生成作用[32]。也有研究認(rèn)為藍(lán)莓花青素可以在體內(nèi)和體外抑制口腔癌細(xì)胞的JAK-STAT信號(hào)通路，達(dá)到抑制癌細(xì)胞增殖誘導(dǎo)其凋亡的效果，這種效果與STAT3抑制劑聯(lián)合使用時(shí)更為突出[33]。

3.5.4 PI3K/Akt信號(hào)通路 黑枸杞花青素(Pt3G)誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞的凋亡作用主要通過ROS/PTEN/PI3K/Akt/Caspase-3信號(hào)通路來實(shí)現(xiàn)，加入Pt3G使細(xì)胞中的ROS增加，PTEN的表達(dá)顯著上調(diào)，抑制PI3K和Akt的磷酸化，激活Caspase-3凋亡信號(hào)通路，誘導(dǎo)DU-145細(xì)胞凋亡[34]；花青素還可以抑制PDK1激酶的激活，同時(shí)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(hào)通路，抑制肝癌細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)[35]；紅葡萄花青素與PI3K抑制劑聯(lián)合使用能夠降低p-Akt、p-ERK、SIRT3和磷酸化p53等的表達(dá)水平，從而抑制SIRT3/p53介導(dǎo)的線粒體通路和PI3K/Akt-ERK通路，誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞瘤細(xì)胞凋亡[36]。

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

4 小結(jié)和展望

花青素在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中對(duì)多種腫瘤均有抑制作用，該作用可能通過各種途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)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(xué)治療以及預(yù)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(shí)驗(yàn)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(yīng)用可能存在組織器官上的差異，需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。