芹菜素对癌细胞作用机理的研究进展

陈况况，章宏慧，陈健初

(浙江大学食品科学与营养系，浙江杭州310058)

黄酮类化合物属多酚化合物，广泛存在于植物的根、叶、皮及果实中，主要以苷类形式存在，部分呈游离形式。芹菜素又名芹黄素，是芹菜含有的一种重要的黄酮类物质，在大蒜、苹果、桔子等蔬菜水果中也有发现，芹菜素分子式为C15H10O5，化学名称为5，7，4’-三羟基黄酮，相对分子质量为 270，熔点 345～347℃，纯品为浅黄色或黄色微绿针晶粉末，溶于乙醇、甲醇、稀碱溶液，与HCl-Mg、HCl-Zn反应呈红色，遇三氯化铁反应呈深绿色。可通过高效液相色谱、薄层色谱扫描、质谱、光谱分析对其进行分离和鉴定。芹菜素分子结构见图1，其苯环上的三个羟基和C2=C3双键决定芹菜素具有多种生理活性［1］。A、B 环4′、5、7位上的羟基可与活性自由基结合，从而清除自由基，C2=C3双键对氧化性也有一定影响。芹菜素具有清除自由基、螯合金属离子作用、可抑制NO的生成、DNA氧化损伤及脂质过氧化作用，此外，大量体内体外实验证明其具有抗炎抗癌生物活性［2］。芹菜素主要通过控制癌细胞基因表达，影响其蛋白质活性从而诱导细胞凋亡，起到抗癌作用，对不同的癌细胞其作用机理也有所不同。本文通过检索、整理近几年来对芹菜素抗癌机理的研究成果，综述了芹菜素对不同癌细胞的作用机理，为进一步研究阐明芹菜素抗癌机理提供理论参考。

图1 芹菜素分子结构Fig.1 Structure of apigenin

1 诱导细胞凋亡

细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡，它涉及一系列基因的激活、表达及调控。许多抗癌药物对癌细胞的作用都表现在能够促进细胞凋亡上，芹菜素对癌细胞促凋亡作用是通过多种途径实现的，其中包括参与癌细胞凋亡基因调控，调节蛋白质表达，阻滞细胞周期，干扰信号传导等。

1.1 对细胞凋亡基因调控

抑癌基因是一类抑制细胞过度生长、增殖从而抑制肿瘤形成的基因，这种基因与调控生长的基因相互制约，当抑癌基因表达受到影响或失活，肿瘤就有可能发生。黄酮类化合物对细胞凋亡的基因调控主要是通过对转录调节因子如Rb、p53及周期蛋白依赖性激酶抑制因子如p15、p16、p21等。

Choi［3］用芹菜素处理乳腺癌细胞 SK-BR-3，在50μmol/L浓度以上芹菜素显著抑制细胞增殖，经过浓度为50和100μmol/L的芹菜素48h处理后，细胞周期在G2/M期停滞，经过浓度为50和100μmol/L芹菜素处理72h后，G2/M期的细胞的积累导致CDK1和细胞蛋白A、B含量下降，p53的积累增加，p21水平提高。杜俊瑶等［4］用芹菜素处理卵巢癌细胞CAOV3，细胞周期在G2/M期停滞，并且存活素(survivin)mRNA的表达下调，p21 mRNA的表达上调。APC是一种与大肠直肠癌发生有关的肿瘤抑制基因，它的功能失调对于芹菜素诱导细胞周期停滞有关键作用。在人直肠癌细胞中，芹菜素使APC的表达上调，促使了癌细胞凋亡［5］。

胰腺癌由于化疗对其效果甚微，成为具有较低存活率的癌症。芹菜素处理胰腺癌细胞后，p53翻译后的修正，p21上调都加强了。尽管胰腺癌细胞中p53发生了停用突变，芹菜素处理后它的一些功能还保持并得到一定加强［6］。

芹菜素对凋亡基因的调控使得一些失活或者受到抑制的基因重新增强表达，从而反馈抑制原癌基因表达，达到诱导癌细胞程序性死亡的目的。

1.2 调节参与凋亡的蛋白质和酶的表达

细胞周期的正常运行离不开各种蛋白质和酶的参与，其中细胞周期蛋白(cyclin)和细胞周期蛋白依赖激酶(CDK)好比细胞周期调控的发动机，二者必须结合形成复合物才能发挥调控细胞周期的作用。一旦这两种因子其中一种表达受到影响，或者它们二者结合受到影响，细胞分裂就不能正常进行，细胞周期就会停滞。CDK是一组丝氨酸/苏氨酸激酶，在细胞周期控制，转录活动和细胞凋亡等过程中参与。由cyclin D激活的CDK-6促进细胞增殖，它可以成为理论上抗癌的靶点［7］。

为了研究芹菜素的药理干预是否对植入了人体前列腺肿瘤的无胸腺小鼠产生直接的抑癌作用，Shukla［8］等给小鼠灌喂芹菜素，发现 WAF1/p21，KIP1/p27，INK4a/p16和 INK4c/p18这四种蛋白质表达增加，cyclin-D1，D2，E和激酶的表达降低，cyclin-D1向WAF1/p21和KIP1/p27结合率增加，cyclin-E向CDK结合率降低。该研究表明在体内，细胞周期调节蛋白作为芹菜素的潜在作用目标参与抑癌作用。

Survivin是一种凋亡抑制蛋白，它可能主要通过两条途径抑制细胞凋亡:直接抑制细胞凋亡蛋白酶Caspase-3和Caspase-7的活性来阻断各种刺激诱导的细胞凋亡过程(其中caspase能选择性切割某些蛋白质造成细胞凋亡);Survivin与周期蛋白激酶CDK4，CDK2相互作用阻断凋亡信号转导通路。姚善华［9］研究发现芹菜素能明显抑制膀胱癌细胞株BIU-87的生长，并促进细胞发生凋亡，细胞Survivin mRNA表达显著减少(p＜0.05)，Survivin蛋白表达亦显著减少(p＜0.05)，Caspase-3蛋白表达则明显增加。

Bcl-2是一种抗凋亡蛋白，Bax是一种促凋亡蛋白，Bax/Bcl2蛋白比率反映了细胞凋亡的状态。芹菜素处理结肠癌细胞后，Bax/Bcl2蛋白比率上调，caspase-3 活化，细胞凋亡增加［10］。李卫林［11］探讨了芹菜素对人前列腺癌PC-3细胞裸鼠移植瘤凋亡相关蛋白Bax、Bcl-2表达的影响，结果表明芹菜素中、高剂量组能促进Bax蛋白的表达，抑制Bcl-2蛋白的表达。

各种与细胞存活和凋亡有关的蛋白和酶在细胞凋亡上共同作用，相互促进，相互联系。Hussain［12］研究芹菜素对淋巴瘤细胞系的影响，发现淋巴瘤细胞用芹菜素处理引起p-Bad蛋白去磷酸化，抗凋亡蛋白Bcl-2蛋白和细胞凋亡蛋白抑制剂(IAPs)下调，Bax/Bcl2比率增加，同时Bax蛋白构象改变，从细胞质移位到线粒体，引起线粒体膜电位下降，随后细胞色素c释放，激活caspase-9和caspase-3。

1.3 与活性氧产生有关途径

在白血病细胞中芹菜素能够使细胞内活性氧积累而发挥促氧化作用，这种促氧化作用可能通过苯氧基形成而使一系列硫醇氧化，因此在流产凋亡通路转变为坏死细胞死亡的过程中发挥重要作用［13］。活性氧被认为是芹菜素导致细胞死亡的重要机制。但是在一项研究中发现［14］，芹菜素处理白血病细胞(U937，THP-1和HL60)后，活性氧的含量上升，而用抗氧化剂谷胱甘肽处理却可以完全减弱活性氧产生。但是抗氧化剂的处理并未使凋亡细胞复原。因此研究指出，芹菜素同时抑制了端粒酶的活性。端粒位于真核生物染色体的末端，是一种核酸蛋白复合，其结构发生变化会引起细胞衰老和死亡，端粒功能障碍也诱导细胞增殖。端粒酶在保持端粒长度稳定和诱导细胞无限增殖方面起关键作用。很多癌细胞的端粒酶活性很强，因此其不断增生引起肿瘤发生。芹菜素抑制端粒酶活动，活性氧产生会增加，从而对细胞有直接毒性作用。以人体子宫颈上皮癌细胞和在人体肺上皮癌细胞系作为研究对象，发现中低剂量的芹菜素和紫杉醇具有协同促凋亡作用。其机制是芹菜素使癌细胞对紫杉醇通过抑制SOD作用更敏感，导致活性氧积累和半胱天冬酶的裂解，所以芹菜素和紫杉醇共用可以减少紫杉醇的使用量［15］。

1.4 干扰信号传导

AMPK是真核生物体内的能量传感器，近年来研究反应AMPK抑制哺乳动物雷帕霉素靶点信号传导，所以它可能是癌症预防和治疗的潜在靶点。芹菜素诱导人体角质细胞沉默信息调节因子蛋白激酶(AMPK)活化，进一步抑制哺乳动物雷帕霉素靶点信号传导从而使人体角质细胞自我吞噬［16］。蔡婧［17］等用不同浓度的芹菜素处理Huh-7细胞后，细胞周期G2/M期停滞，细胞凋亡增加，定量PCR和蛋白质印迹结果表明白细胞介素-4受体因子(IL-4R)和泛素蛋白酶基因(USP18)下调，趋化因子受体2上调。

2 抑制癌细胞增殖、入侵和转移

2.1 抑制细胞增殖

由于癌细胞需要寻找营养供给，血管发生成为癌细胞生长的基础。在人体乳腺癌细胞中孕激素与血管内皮生长因子(VEGF)的诱导作用有关，Mafuvadze［18］研究发现芹菜素(50 或者 100μmol/L)阻碍了BT-474细胞血管内皮生长因子的mRNA和蛋白质的表达，减少了孕酮受体水平，反过来又刺激血管再生，并且显著抑制了孕激素改变血管再生途径的其它成分如孕酮受体和VEGF受体的表达。

癌细胞和正常细胞一样需要各种生物大分子如葡萄糖、蛋白质来提供能量。Melstrom［19］研究发现芹菜素对两种胰腺癌细胞系CD18和S2-013的葡萄糖摄取有显著抑制作用，因为它抑制了葡萄糖转运蛋白-1(GLUT-1)mRNA和蛋白质的表达。他的另一项研究表明无论是在有氧还是缺氧的情况下芹菜素都会阻碍缺氧诱导因子-1α，GLUT-1和VEGF这三种蛋白质的表达［20］。

2.2 抑制癌细胞入侵和转移

肝细胞生长因子和其受体蛋氨酸对乳腺癌患者是否能存活至关重要。Lee［21］使用肝细胞生长因子作为侵入诱导剂来探究四种黄酮类化合物芹菜素，柚皮素，染料木素和山奈酚对人体乳腺癌细胞MDA-MB-231依赖肝细胞生长因子的生长作用。结果表明芹菜素最有潜力抵抗迁移和入侵，并能抑制肝细胞生长因子-1介导的细胞移动和分散。

胰岛素生长因子信号(IGF)促进癌细胞入侵和转移，它的下调在防治前列腺癌形成中有重要作用。Shukla［22］通过体内和体外的实验发现芹菜素对能够抑制胰岛素样生长因子信号传递以及 P13/Akt通路。另一项研究中［23］，小鼠摄入一定剂量芹菜素后，其IGF-1水平下降，IGFBP-3(胰岛素样生长因子结合蛋白)水平提高，显著抑制VEGF，溶酶原激活因子uPA，基质金属蛋白酶MMP-2和MMP-9，因此芹菜素减弱IGF-1/IGFBP-3信号传导有效抑制前列腺癌发生。所以芹菜素在抑制前列腺癌细胞IGF信号轴上的效果值得进一步探讨。

Franzen［24］使用活细胞成像技术发现芹菜素降低细胞移动的速度并影响其方向，抑制前列腺癌细胞的移动和入侵，使细胞更紧密地粘着在细胞外基质，扰乱肌动蛋白细胞骨架组织，降低粘着斑激酶和酪氨酸蛋白激酶的活性。

3 其它

3.1 发挥激素样作用

在与生殖系统有关的癌细胞形成过程中，各种性激素起到一定调节作用。Long［25］研究了芹菜素对雌激素敏感的MCF7乳腺癌细胞和对抗雌激素敏感的MCF7细胞亚系的影响，发现芹菜素在一定剂量下具有雌激素和抗雌激素的作用。在低浓度(1μmol/L)，芹菜素刺激MCF7细胞生长但是对抗雌激素MCF7亚系没有影响。相反，高浓度(＞1μmol/L)时抑制MCF7细胞和抗雌激素MCF7亚系生长。

3.2 与其它抗癌剂协同作用

任环宇［26］研究发现芹菜素可以显著抑制4种肺癌细胞的增殖，芹菜素的过夜预处理可以大大提高抗癌药物奥沙利铂(oxaliplatin)和博来霉素(bleomycin)在4种肺癌细胞中的IC50，并且与抗癌药物存在协同作用。Watanabe［27］将人体肺癌细胞的SQ-5细胞在加入芹菜素后培养，然后用X射线照射，再加入芹菜素培养。结果表明经过芹菜素处理的细胞培养后辐射敏感度和凋亡水平更高，其WAF1/p21蛋白表达增加，Bcl-2蛋白表达减少。芹菜素通过肿瘤坏死因子受体和Bcl-2途径诱导细胞凋亡，提高头部和颈部鳞状癌细胞(SCC25)对5-氟尿嘧啶和顺铂的敏感性［28］。

3.3 保护细胞受外界因素致癌

电离辐射对细胞内大分子产生不同种类的损伤，其引起的DNA双链打开是染色体畸变的主要原因。流行病研究表明，摄入富含蔬菜和水果的饮食的人体内DNA受到辐射损伤和染色体畸变的几率较低。Begum［29］培养的人体血淋巴细胞用芹菜素进行预处理后再对其进行伽马射线照射，其DNA损伤降低，由辐射引起的细胞质分裂阻断微核的异常现象减少。因此，芹菜素减缓伽马射线辐射引起的细胞遗传学的改变。

4 结语

恶性肿瘤是由于不正常的细胞增殖，慢性炎症，细胞凋亡途径的缺失和有害的血管再生引起的。从分子水平来讲，肿瘤的发生是一系列信号分子之间相互作用的结果。从基因突变修复失败到细胞分裂增殖失控到肿瘤的发生、侵袭和转移，这一系列过程中有多种信号分子、信号途径之间的相互作用［30］。黄酮类化合物对肿瘤的作用机制一般为抑制细胞增殖、诱导细胞凋亡，阻滞细胞周期，调节细胞因子，发挥激素样作用，干预细胞信号转导途径中的蛋白激酶如细胞周期蛋白依赖性激酶，丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶类等［31］。同样，芹菜素抑制癌症的作用机理是多方面的，其中有抗增殖，抗炎，促凋亡，抗血管新生，其中涉及到得因子有凋亡相关基因(p53，Bcl-2，Bax，Caspase-3，9)，增殖因子(PCNA，Cyclin D1)，血管因子(VEGF)和炎症因子(NF-κB，COX-2)等［32］。

芹菜素作为一种天然存在的黄酮类化合物，其对肿瘤的化学预防作用及其机制已得到较深入的研究，然而，芹菜素的抗癌作用研究大多处于体外实验和动物模型阶段，许多作用机制还没有得到系统而完整地阐释，对芹菜素的研究还须进一步深入，使其能够早日进入临床应用［33］。

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