植物花青素对肿瘤抑制作用的研究进展

于晓兰 刘艳 综述 刘家仁 审校

花青素(Anthocyanidin)是一种水溶性色素，存在于植物细胞的液泡中，是浆果中重要的生物活性化合物，使多种蔬菜、水果、花朵以及其他植物组织产生红、蓝、紫等颜色，自然界中有超过三百种花青素[1-2]。目前发现，植物花青素具有抗氧化、抗炎、改善神经系统疾病、降低血糖、抗血栓、抗衰老、调节免疫[3]、抗癌[4-6]等作用，尤其以抗癌作用最为突出。本文主要对近年来植物花青素肿瘤抑制作用的研究进展情况进行简要综述。

1 植物花青素的种类

花青素分子式为C15H11O6，分子量为287.245，属于广泛分布的酚类化合物，它是2-苯基苯吡啶或黄酮盐的多羟基和多甲氧基衍生物的苷类化合物[7]，统称为类黄酮。其结构式见图1。常见的花青素有六种，分别为天竺葵色素(Pelargonidin)、芍药色素(Peonidin)、矢车菊色素(Cyanidin)、锦葵色素(Malvidin)、矮牵牛色素(Petunidin)和飞燕草色素(Delphinidin)，其中矢车菊色素所占比例最高为50%[7]。

图1 花青素基本结构Figure 1 The basic structure of anthocyanidin

花青素、花色苷和原花青素都为类黄酮化合物。原花青素(Proanthocyanidins)是一种由不同数量的儿茶素或表儿茶素形成的低聚体或聚合体，无色的原花青素能在酸性介质中发生氧化解聚反应产生有色的花青素[8]。苯丙氨酸经过苯丙素途径的黄酮分支形成不稳定的花青素，花青素经糖基化修饰加上葡萄糖苷、半乳糖苷等形成稳定的花色苷[9]。

表1 六种常见天然花青素的化学结构Table 1 Chemical structures of six common natural anthocyandin

2 植物花青素的抑癌作用

2.1 细胞实验模型

2.1.1 对乳腺癌细胞的抑制作用 Chen等[4]用CCK-8法检测飞燕草色素作用48 h后乳腺癌MDA-MB-453和BT474细胞的细胞活力。结果显示飞燕草色素能抑制这两种细胞的增殖且呈剂量依赖性，还可以促进这两种细胞的自噬作用。Paramanantham等[10]发现葡萄花青素(AIM)能够抑制乳腺癌MCF-7细胞增殖，并且在48和72 h呈剂量依赖性。

2.1.2 对结肠癌细胞的抑制作用 Mazewski等[11]分别用红葡萄(RG)、黑扁豆(BL)和高粱(SH)等富含花青素的提取物检测其对结肠癌HCT116和HT29细胞的抑制作用，发现其抑制作用与提取物中总的酚类物质的量以及飞燕草色素的量呈正相关，其中BL、SH、RG提取物对HCT116和HT29细胞的IC50为0.9～2.0 mg/mL。Zhao等[5]分别用50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L 的花青素处理HT29细胞24 h后，用MTT法检测，结果显示花青素能抑制HT29细胞的增殖，且呈剂量依赖性。另外，划痕实验显示不同浓度的花青素能够抑制HT29细胞的迁移能力。

2.1.3 对肝癌细胞抑制作用 Wang等[6]用MTT法检测50 μg/mL、100 μg/mL、200 μg/mL蓝莓锦葵色素-3-半乳糖苷(M3G)作用HepG2和LO2细胞24 h、48 h、72 h后两种细胞活性，结果显示M3G对LO2细胞仅产生轻微抑制作用，而M3G在24 h 100 μg/mL 浓度时，对HepG2细胞有明显抑制作用，并且对正常肝细胞几乎没有抑制作用。Lim等[12]用CCK-8法检测发现飞燕草色素在24和48 h能够抑制Huh7和PLC/PRF/5细胞的细胞增殖且呈剂量依赖性。

2.1.4 其他 Li等[13]用CCK-8法检测紫甘薯花青素(PSPA)对膀胱癌5637细胞的细胞活力的影响。结果显示随着PSPA的浓度增加其细胞活力降低，在5637细胞中用800 μg/mL PSPA作用72 h后细胞活力抑制率>60%。花青素还可以抑制人骨肉瘤U2OS细胞生长并且呈时间、剂量依赖性，其IC50为15 μM[14]。

2.2 体内实验模型

2.2.1 对结直肠癌形成的抑制作用 Zhao等[5]构建了结肠癌移植瘤模型，以5-FU为阳性对照，经过不同浓度的花青素预处理和治疗后的小鼠体内的结肠癌组织体积明显减小，5-FU组小鼠结肠癌组织体积减小同时体重明显下降；将对肿瘤组织进行HE染色发现花青素预防组、治疗组的肿瘤组织出现空泡变性、边缘聚集、细胞核缩小等变化。Chen等[15]给一组AOM/DSS诱导小鼠饮食中不添加黑树莓花青素，其他两组在饮食中添加3.5 mol/g或7.0 mol/g黑树莓花青素。与喂食组相比未喂食黑树莓花青素的小鼠在结肠和直肠形成大量肿瘤。综上所述喂食花青素可以抑制结直肠癌的发生。

2.2.2 对肝癌形成的抑制作用 Romualdo等[16]诱导雌性C3H/HeJ小鼠建立肝纤维化和癌变模型，在小鼠饮食中加入2%的富含花青素的桃金娘科植物的果皮干粉，为期10周。喂食果皮干粉能降低小鼠血清中转氨酶水平，降低肝脏肿瘤的发生率、肝细胞增殖和TNF-α的水平，提高总谷胱甘肽含量及过氧化氢酶活性，从而抑制肝癌的发展。Wang[6]等选用C57BL/6J小鼠皮下注射1×106个HepG2细胞形成肝癌小鼠移植瘤模型，分为对照组、不同剂量M3G组、5-FU组，用TUNEL法检测肿瘤组织中凋亡情况，结果发现M3G处理组细胞凋亡数明显高于对照组。

2.2.3 对乳腺癌形成的抑制作用 为验证花青素对乳腺癌的抑制作用，Chang等[17]给BALB/c小鼠皮下注射MDA-MB-453细胞构建移植瘤模型后给小鼠喂食黑米提取物花青素(100 mg/kg/天)。花青素组小鼠肿瘤组织中环氧合酶-2(COX-2)、iNOS、MMP-9、MMP-2、uPA等血管生成因子与对照组相比表达较低，小鼠肿瘤组织体积与对照组体积相比明显减小。

3 花青素抑癌作用的可能机制

3.1 诱导肿瘤细胞凋亡

用PSPA作用后膀胱癌细胞系5637、T24细胞中促凋亡蛋白Cleaved-Caspase-3、Fas、FasL、Bax蛋白表达增加、抗凋亡基因Bcl-2蛋白表达降低，这种凋亡可能与内部线粒体凋亡途径有关[13]。另有研究表明矢车菊色素能够通过激活前列腺癌细胞中Caspase-3和诱导p21蛋白表达起到诱导细胞凋亡作用[18]。在MDA-MB-453细胞和Caco-2细胞中花青素作用后能使细胞中的Bax蛋白表达增加，Bax/Bcl-2异源二聚体数量显著增加，并促进线粒体Cyt-c的释放，诱导细胞凋亡[19-20]。

3.2 阻滞肿瘤细胞的细胞周期

PSPA能够通过下调Cyclin B1和Cdc2蛋白表达使膀胱癌细胞周期阻滞在G2/M期，并且PSPA可使膀胱癌细胞线粒体功能障碍导致氧化应激反应引发细胞凋亡[13]。花青素还可以通过上调CDKIs、p21WAF1、p27KIP1和COX-2蛋白表达，下调Cyclin A和Cyclin B1蛋白表达特异性把结肠癌细胞周期阻滞在G2/M期，抑制HT-29细胞的生长，对正常结肠细胞NCM460的生长几乎没有影响[21]。玉米花青素可以将MDA-MB-453和LNCaP细胞的细胞周期阻滞在G0/G1期并诱导细胞凋亡[22]。

3.3 抑制肿瘤细胞COX-2活性

COX-2是花生四烯酸代谢和前列腺素E2(PEG2)生成的限速酶，在各种肿瘤中均有高表达，并在肿瘤的发生发展中起重要的作用[23]。飞燕草素能阻断Raf/MEK/ERK信号通路，抑制小鼠JB6 P+细胞的AP-1和NF-κB的表达，进一步抑制COX-2的表达和PGE2的产生，从而抑制细胞的转化[24]。

3.4 抑制肿瘤细胞转移

体内和体外实验显示，用黑树莓处理后的结肠癌组织和细胞中miR-24-1-5p的表达显著增加。miR-24-1-5p在结直肠癌细胞中的过表达显著抑制了β-catenin蛋白的表达，同时降低了细胞的增殖和迁移[25]。HOX逆转录RNA(HOTAIR)的高表达与肿瘤晚期的低生存率以及淋巴结转移有关，而miR-34a是一种肿瘤抑制因子，飞燕草素能够抑制乳腺癌细胞中HOTAIR与miR-34a启动子结合抑制乳腺癌细胞的增殖和转移[26]。

3.5 影响肿瘤细胞的信号途径

3.5.1 Wnt信号通路 给结肠癌模型C57BL/6J小鼠喂食黑树莓花青素后miR-483-3p表达降低，同时DKK3蛋白表达增强。采用miR-483-3p特异性抑制剂作用后有同样效果。因此花青素有可能通过调节miR-483-3p的靶基因DKK3调节Wnt/β-catenin信号通路抑制结肠癌细胞的增殖和迁移[27]。也有研究发现植物花青素处理能够促进Caco-2细胞胞质中游离的β-catenin蛋白泛素化降解，抑制GSK-3β磷酸化从而抑制Wnt/β-catenin信号通路的激活，诱导细胞凋亡[20]。

3.5.2 NF-κB信号通路 NF-κB信号通路参与细胞的增殖、黏附和凋亡，MMP-2和MMP-9表达受NF-κB调控。用葡萄花青素预处理人乳腺癌细胞后，通过抑制MCF-7细胞的MMP-2和MMP-9的明胶溶解活性及TNF-α诱导的NF-κB磷酸化参与肿瘤增殖、侵袭和血管生成[10]。从葡萄中分离的花青素同样对顺铂耐药的MCF-7细胞具有作用。花青素通过抑制MCF-7细胞中Akt和NF-κB活性来增强MCF-7细胞对顺铂敏感性[28]。在结肠癌细胞中花青素处理能够降低HT29、HCT116和SW620细胞的NF-κB启动子活性，抑制TNF-α诱导的IκBα和IKKα/β磷酸化，在TNF-α激活的结肠癌细胞中，p65和p50的细胞核转移显著增加，用花青素处理后这种改变明显减低，从而抑制结肠癌细胞增殖[29]。黑米花青素能够通过抑制MMPs活性，p-Akt/PI3K和NF-κB在细胞核内与DNA的结合从而抑制口腔癌细胞增殖和转移[30]。

3.5.3 JAK-STAT信号通路 JAK-STAT信号通路参与细胞分化、增殖、凋亡以及免疫调节等多种生物学活性[31]。C3G能够诱导乳腺癌细胞的miR-124表达，而miR-124直接在mRNA和蛋白水平上抑制了STAT3的表达从而抑制细胞因子VEGF的表达以达到抑制乳腺癌细胞的血管生成作用[32]。也有研究认为蓝莓花青素可以在体内和体外抑制口腔癌细胞的JAK-STAT信号通路，达到抑制癌细胞增殖诱导其凋亡的效果，这种效果与STAT3抑制剂联合使用时更为突出[33]。

3.5.4 PI3K/Akt信号通路 黑枸杞花青素(Pt3G)诱导前列腺癌细胞的凋亡作用主要通过ROS/PTEN/PI3K/Akt/Caspase-3信号通路来实现，加入Pt3G使细胞中的ROS增加，PTEN的表达显著上调，抑制PI3K和Akt的磷酸化，激活Caspase-3凋亡信号通路，诱导DU-145细胞凋亡[34]；花青素还可以抑制PDK1激酶的激活，同时可以抑制PDK1底物Akt的磷酸化以及mTOR磷酸化，抑制PDK1/PI3K/Akt信号通路，抑制肝癌细胞的上皮间质转化(EMT)[35]；红葡萄花青素与PI3K抑制剂联合使用能够降低p-Akt、p-ERK、SIRT3和磷酸化p53等的表达水平，从而抑制SIRT3/p53介导的线粒体通路和PI3K/Akt-ERK通路，诱导胶质细胞瘤细胞凋亡[36]。

3.5.5 其他 Long等[37]发现桑葚花青素处理甲状腺癌HTh-7细胞后，通过抑制Akt/mTOR信号通路来提高细胞自噬，并且抑制甲状腺癌增殖。在HER-2阳性乳腺癌细胞中花青素同样能抑制mTOR信号通路中Akt、mTOR、eIF4E等蛋白的表达，抑制Akt/mTOR信号通路，提高细胞自噬作用[38]。

4 小结和展望

花青素在体内和体外实验中对多种肿瘤均有抑制作用，该作用可能通过各种途径诱导肿瘤细胞凋亡、抑制其迁移、增殖。花青素的抑癌作用为癌症治疗提供了一种新的化学治疗以及预防策略。但也有研究表明，在生理剂量下，黑树莓花青素在体外实验中并不能起到抑制前列腺癌的作用[39]，因此，临床上花青素的应用可能存在组织器官上的差异，需要进一步进行研究。