花青素抗消化道肿瘤研究进展

陈祥燕 罗丽萍 韩彬 周杰 余小平

花青素属于黄酮类化合物，广泛分布于有色植物的花、叶、果实及根茎的细胞液中，使其呈现红、蓝、紫等不同颜色。目前已发现的花青素有27种，均具有2-苯基色原烯母核，其中6种较常见，分别是矢车菊色素(cyanidin，Cy)、天竺葵色素(pelargonidin，Pg)、飞燕草色素(delphindin，Dp)、芍药色素(peonidin，Pn)、牵牛花色素(petunidin，Pt)和锦葵色素(malvidin，Mv)。在自然状态下，游离的花青素不稳定，常与不同的糖基结合形成糖苷，即花色苷(anthocyanins)。研究表明，花青素具有抗氧化[1]、抗炎[2]、改善肥胖[3]等作用。

流行病学调查表明，消化系统是肿瘤易发部位之一。在消化道肿瘤中，肠癌的发生率和病死率均居首位，其次是胃癌和食管癌[4]。现今，植物化学物质防治癌症已成为研究热点，花青素因其自身结构特性发挥抗癌作用[5]，所以备受研究者关注。本文总结近年来对花青素防治口腔、食管、胃、肠道四种消化道肿瘤的研究并作一综述。

1 花青素抗消化道肿瘤效应

1.1 花青素抗口腔癌 化疗药物能够有效治疗口腔鳞状上皮细胞癌，但对正常组织有损伤。而花青素无毒，且能有效抑制口腔鳞状上皮癌细胞恶化。研究显示，黑覆盆子花青素(freezedried black raspberries，BRB)能以时间和剂量依赖性抑制原代培养的人口腔鳞状上皮癌细胞(SCC 4,SCC 9,SCC 25,SCC 2095)增殖能力；实验发现，BRB降低血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)在肿瘤中的表达，从而降低肿瘤微血管密度，抑制肿瘤生长[6]。

花青素治疗口腔癌过程中，其吸收率受口腔环境及用药形式等影响较大。Mallery等[7]制备含10%花青素的口腔黏膜凝胶剂(Berry gels)，发现其最佳储存温度和条件为4℃，pH 3.5，稳定性可达（100.2±0.4）%，但在生理条件(pH 6.5)时能较好地被口腔黏膜组织和血液吸收，发挥抗癌效应；实验还发现，相同条件下，离体口腔黏膜细胞对花青素的吸收能力比人体强。新近报道称，液相色谱-质谱(Liquid Chromatography-Mass SpectroscopyLCMS，)联用分析不同疗法治疗后患者唾液中的BRB含量，发现反复漂洗法比凝胶剂法的BRB含量高40%[8]。结果提示，花青素作为化疗药物，其吸收率可通过优化治疗方法得到提高。

1.2 花青素抗食管癌 Reen等[9]分别用100μg/mL BRB，100 μmol/L 3-葡萄糖苷-矢车菊素(cyanidin-3-glucoside，C3 G) 和 100 μmol/L 3-芸香糖苷-矢车菊素(cyanidin-3-rutinoside，C3 R)处理原代食管细胞30 min后，再加入1 μCi/mL NMBA([3 H]-甲基苄基亚硝胺，[3 H]-N-nitrosome-thylbenzylamine)，其代谢物亚硝酸盐等可诱导食管细胞癌变，采用反相高效液相层析法检测NMBA的代谢，结果显示，3种化合物对NMBA代谢抑制率分别为11%，23%和47%，说明花青素及其组成成分均能预防食管癌发生。

研究显示，BRB能有效抑制高恶型食管癌RE-149 DHD细胞系生长并促进其凋亡，且有剂量依赖性，但对普通型食管癌RE-1490细胞系作用则较弱；100μg/mL BRB为两细胞系最有效抑制浓度，抑制率分别为45%和16%[10]。结果表明，花青素对高恶型食管肿瘤抑制效果更显著。Stoner等[11]比较相同浓度的4种浆果花青素，包括BRB、红木莓花青素(RRBs)、越橘花青素(BBs)和草莓花青素(STRWs)，对NMBA诱导的鼠食管肿瘤成瘤率及肿瘤多样性影响，发现成瘤率和肿瘤多样性分别为[60%，(1.07±0.28)]，[63%，(1.00±0.32)]，[75%，(1.25±0.32)和[75%，(1.19±0.28)]，明显低于对照组[95%，(2.15±0.41)]。Chen等[12]研究结果也表明，与对照组相比，除降低成瘤率和肿瘤多样性外，还使膳食5% BRB组大鼠食管肿瘤中的亚硝酸盐含量降低47%。以上结果提示，花青素能够抑制食管肿瘤，可能机制是抑制NMBA代谢。Wang等[13]研究发现膳食5% BRB能够减少NMBA诱导的大鼠食管肿瘤的数量和体积，并且降低食管肿瘤炎症因子、微血管生成相关因子、VEGF及缺氧诱导因子-1 α(hypoxia-inducible factor-1 α，HIF-1 α)的表达。以上结果说明，花青素可能通过减少新生微血管生成，阻断肿瘤营养供应，从而抑制肿瘤发生。

1.3 花青素抗胃癌 Shih等[14]研究5种花青素(Cy,Pg,Dp,Pn,Mv)及4种花色苷(C-3 G,Pg-3 G,Pn-3 G,Mv-3 G)对胃腺癌AGS细胞作用，发现相同浓度处理后，Mv及Mv-3 G对胃腺癌AGS细胞活性抑制最为显著，且具有剂量和时间依赖性。相同结论还见于Boivi等[15]的研究，用草莓、覆盆子、红醋栗、黑醋栗、圆醋栗等浆果的花青素处理AGS细胞，均能抑制其增殖及活性，并呈剂量和时间依赖性。

Zhang等[16]对中国河北省胃癌高发地区的1501名成人进行14年的追踪调查发现，感染幽门螺杆菌人群发生胃癌的概率高于未感染人群，表明感染幽门螺杆菌是导致胃癌的高危因素。Kim等[17]首次发现，花青素能够通过阻断幽门螺杆菌的sec信号通路抑制幽门螺杆中细胞毒素相关蛋白A(cytotoxin-associated protein A,CagA)和空泡细胞毒素A(vacuolating cytotoxin A,VacA)的分泌，抑制幽门螺杆菌生长，从而抑制胃癌的发生。

1.4 花青素抗结直肠癌 Coates等[18]研究证实：运用Caco-2细胞单层模型(Caco-2 monolayer)评估发现，BRB在浓度50μg/mL以内无细胞毒性；50μg/mL BRB处理HT 29肠腺癌细胞可减少50%的DNA损伤，抑制肿瘤细胞的增殖。Yun等[19]研究发现，Dp对HCT 116结肠癌细胞的 IC 50为110μmol/L；用 120、180、240 μmol/L的Dp处理HCT 116 结肠癌细胞 48 h后，凋亡率分别为26%、35%、38%，表明Dp能够促进癌细胞凋亡，抑制肿瘤生长。相同结论见于Zu等[20]的研究，蓝莓花青素(Vaccinium uliginosum Anthocyanins,AV.uli)能够抑制DLD-1结肠癌和COLO 205结直肠癌细胞的生长，其IC 50和IC 90浓度均为50μg/mL和100μg/mL。

Bi等[21]通过建立Muc2/小鼠肠癌动物模型发现，用10%BRB饲喂12周后，与对照组相比，小肠和结肠肿瘤发生率分别降低13%和24%；进一步研究发现，其机制可能是BRB抑制慢性炎症因子白细胞介素(IL-1，IL-6，IL-10)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)产生，增加细胞间钙粘蛋白(E-cadherin)及p 21表达，从而抑制Muc基因缺失诱导结直肠癌的发生。

2 花青素抗消化道肿瘤机制

2.1 抑制肿瘤发生 炎症因子能促进肿瘤的发生，而花青素能够抑制炎症因子和过氧化物质产生。已有研究通过NMBA诱导大鼠食管癌实验动物模型证实，BRB能够降低癌前病变 中环氧化酶-2(cyclooxy genase-2，COX-2)、诱生型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,i-NOS)以及两者的mRNA的表达；乳头状食管癌组织中，BRB能够降低前列腺素E(Prostaglandin E 2,PGE-2)和i-NOS的表达，从而减少食管癌发生、发展[9,11]。另有报道显示，10% BRB凝胶局部治疗人口腔鳞状上皮癌，可通过降低癌细胞内的COX-2及i-NOS表达量，促使细胞角质化和终末化，诱导肿瘤细胞凋亡[22]。

研究表明，多种浆果花青素能降低NMBA诱导食管癌动物模型成瘤率，同时降低血清中癌相关炎性因子的表达量，特别是白细胞介素5(IL-5)以及鼠白介素-8(GRO/KC)，结果提示，IL-5和GRO/KC可能作为食管癌化疗药物预后的新指标[11]。

研究显示，Cy可以作为低恶性的Caco-2直肠癌细胞系的自由基清除剂，保护原位癌细胞不受到氧化性损伤，而在高恶性的LoVo直肠癌细胞或者高耐药性的LoVo/ADR直肠癌细胞中，Cy能够作为氧化前体，减少活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的清除和谷胱甘肽的消耗，短暂积累大量ROS和氧化性谷胱甘肽，激活线粒体凋亡旁路，致使细胞凋亡，抑制肿瘤发生与生长。表明花青素具有双重作用，对不同类型癌细胞存在不同调控机制，其确切机制有待进一步探究[23]。

2.2 抑制细胞周期进程 研究显示，用100 μmol/L和200 μmol/L的Mv分别与胃腺癌ACS细胞孵育24 h，用流式细胞术检测发现处于G0/G1期的细胞明显增多，分别是74%与79%[15]。还有研究证实，50μg/mL BRB处理HT 29结肠癌细胞，检测G0/G1期细胞数量减少10%，同时在S期与G2/M期的数量增加，抑制细胞周期进程，结果提示BRB能够通过细胞周期捕获抑制肿瘤细胞增殖[18]。另有报道称，用 30、60、120、180、240 μmol/L的Dp分别处理HCT 116细胞，G2/M期细胞比例分别为14%，14%，23%，34%，37%，其可能机制是通过上调抑癌基因P 53及其下游靶分子p 21WAF1/Cip1的表达，减少细胞周期蛋白B 1(cyclin B 1)和细胞分裂周期蛋白激酶2 (cell division cycle 2 kinase, cdc 2)的蛋白表达量，抑制细胞周期进程，从而抑制肿瘤细胞的增殖[19]。

2.3 促进癌细胞凋亡 花青素可以通过促进癌细胞的凋亡防治消化道肿瘤。研究显示，BRB能够激活口腔SCC细胞中Casepese-3，促进细胞程序性凋亡[5]。有报道指出，Mv和Dp能够促进肿瘤细胞的凋亡，其机制是通过启动caspase-8及caspase-9，然后激活细胞内caspase-3活性，同时加强多聚ADP核糖聚合酶(poly (ADP-ribose) polymerase，PARP)的裂解[14,19]。

花青素能通过调控Bcl-2家族蛋白的表达而调控细胞凋亡。研究证实，5% BRB[11]、Mv[14]和Dp[19]可通过减少Bcl-2 表达和增加Bax的表达，导致Bcl-2/Bax的比率失调，促进肿瘤细胞凋亡。

报道显示，BRB能调控Wnt信号通路，促使上游的启动因子CDKN2 A，SFRP 2，SFRP 5和WIF 1去甲基化，增加其表达；降低Wnt信号通路下游的β-catenin和C-myC的mRNA表达，调控结肠癌细胞的增殖与凋亡[24]。研究显示，花青素能够调控MAPK信号级联中的ERK 1/p 38，ERK 1/JNK (c-Jun)，ERK 2/AP-1通路，抑制细胞分裂，减少细胞增殖，同时激活p 38酶活性，促进细胞凋亡，发挥消化道癌症防治效应[11-12,14]。

2.4 抑制癌细胞转移 Yun等[19]用BRB分别处理Caco-2、SW 116和HT 26肠癌细胞，发现BRB降低肠癌细胞中DNA甲基转移酶 (DNA methyltransferase, DNMT)，特别是DNMT 1和DNMT3 B的表达，使抑癌基因去甲基化，从而抑制结肠癌发生及降低肠癌转移，且呈浓度依赖性。

另有研究证实，100μg/mL BRB能够降低SCC 2，9，25，2905细胞系i-NOS酶活性，降低SCC恶变能力，抑制口腔癌扩散和转移[5]。同样结论也见于Cvorovic等[23]的研究，Dp和Cy可针对转移性LoVo直结肠癌细胞发挥细胞毒性且促进其凋亡，其机制可能是通过大量积累ROS，抑制谷胱甘肽还原酶生成及加速降解谷胱甘肽。以上结果提示，花青素能抑制消化道肿瘤的转移。

综上所述，花青素具有抗消化道肿瘤作用，目前研究主要围绕其促进细胞凋亡、抑制细胞生长增殖、血管生成以及浸润转移等方面开展，但其抗肿瘤机制尚不明确，因此机制研究将成为今后重点。如抗肿瘤机制得以阐明，将极大推进花青素等天然植物成分的临床应用进程。

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