染料木黄酮抗肿瘤作用及机制的研究进展

赵英琦，易佩佩，王娜，吕元明

（桂林医学院，广西 桂林）

0 引言

由于全世界各地区逐年上升的发病率和死亡率，肿瘤已然成为严重威胁人类健康的主要公共卫生问题之一。根据GLOBOCAN报告估计，2018年全球约有1810万新发肿瘤病例和960万新发肿瘤死亡病例[1]。大多数人类肿瘤的发生都与其所处的生活环境以及生活方式等因素息息相关。所有肿瘤的病因与外源性和（或）内源性环境因素引起的遗传异常（5%-10%）和获得性遗传异常（90%-95%）有关。染料木黄酮（Genistein，又名染料木素或金雀异黄素）是一种富有多种功效的天然植物雌激素，作为大豆异黄酮中的主要活性成分之一，大多来源于大豆类植物及大豆制品等。它的化学名称为4，5，7-三羟基异黄酮，具有15个碳原子的骨架，因化学结构类似于人体内的17β-雌二醇，故可以与雌激素受体（ER）结合而发挥弱雌激素效应[2]。已有研究证实，染料木黄酮具有延缓动脉粥样硬化活性[3-5]和增加细胞抗氧化防御能力[6-8]的作用。目前已有越来越多的人发现该化合物可能是预防和治疗肿瘤及各种其他慢性疾病的有效剂，因此染料木黄酮在肿瘤发生发展中所发挥的抗癌作用有着重大而长远的意义。

1 染料木黄酮的抗肿瘤作用

有流行病学调查研究表明，饮食习惯与肿瘤的预防及发生之间存在着一定的联系[9-11]。在亚洲人群中，特别是绝经后的妇女，由于饮食中大豆产品含量较高，所以高异黄酮的摄入可能与降低患乳腺癌、结肠癌风险有关[12-14]。Sahin K[15]等人利用建立乳腺癌雌性Wistar大鼠模型并给予番茄红素和染料木黄酮，研究结果表明其二者联用可有效抑制乳腺癌的发展。Ardito F[16]等在用染料木黄酮20、50和100 μM对3种舌癌细胞系（PE/CA-PJ15、PE/CA-PJ49和HSC-3细胞系）处理后，发现细胞粘附受到抑制，尤其是在20至50 μM之间；此外还证实了细胞的增殖和生存随染料木素作用浓度和时间成比例降低，甚至细胞迁移也明显减少；同时OCT4和survivin这两种促进肿瘤发生的重要蛋白也出现了下调。此外，染料木黄酮在人宫颈癌细胞中能够通过抑制DNA甲基转移酶（DNMT）和组蛋白脱乙酰基酶（HDAC）的作用来逆转抑癌基因TSGs的启动子区域甲基化，并重新建立其的表达[17]。这也表明染料木黄酮可能成为基于表观遗传学的肿瘤治疗方法发展中的重要武器。

2 染料木黄酮的抗肿瘤机制

体外细胞水平和动物整体水平研究表明，染料木黄酮作为植物雌激素重要活性成分之一，它具有较好的抗癌作用。目前，已发现染料木黄酮在诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤转移、抑制肿瘤新生血管的生成、抗氧化作用、弱雌激素与抗刺激素作用、影响miRNA的表达和调控等多种途经发挥着作用，在预防和治疗肿瘤疾病上表现出广泛而巨大的应用潜力。

2.1 诱导肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡是细胞的一种基本生物学征象，它在生物体的进化、多系统的生长发育以及维持内环境稳定中起着至关重要的作用。凋亡是在多基因的严格控制下发生的，如癌基因C-myc、抑癌基因P53、Bcl-2家族、凋亡蛋白酶活化因子1（Apaf-1）、caspase家族等，然而到目前为止凋亡过程的具体确切机制并不完全清楚。像射线、药物等都是诱发细胞凋亡的因素，而一旦凋亡过程中出现了紊乱，可能会直接或间接地造成许多疾病的发生，如肿瘤、自身免疫性疾病等。染料木黄酮被认为通过下调人类肿瘤中的关键信号通路包括核因子κB（NF-κB）、AKT/mTOR、细胞外信号调节激酶（ERK）、促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）、表皮生长因子（EGF）和胰岛素样生长因子（IGF）通路等表现出抗癌作用[18]。Wei[19]等以染料木黄酮（0、25、50、100μmol/L）干预乳腺癌细胞MDA-MB-231后，发现细胞增殖呈时间-浓度依赖性被抑制,同时细胞的集落形成能力明显受到抑制；且与对照组相比，Bcl-2蛋白表达水平明显下调，促凋亡蛋白Bax、caspase-3蛋白表达水平明显上调，NF-κB（p65）和p-ERK蛋白的表达下调，而p-JNK蛋白的表达上调，提示了染料木黄酮可能通过抑制NF-κB、ERK，激活JNK信号转导通路诱导了肿瘤细胞凋亡。还有研究发现染料木黄酮通过在转录、蛋白质和酶水平上激活caspase-3途径诱导结肠癌HT29细胞凋亡，并通过下调p38 MAPK抑制HT29细胞的增殖、基因表达及其活性磷酸化蛋白水平[20]。除此之外，Kim M Malloy等[21]为了确定染料木黄酮对子宫内膜癌细胞AKT/mTOR和MAPK途径的影响，使用染料木黄酮对两种子宫内膜癌细胞系ECC-1和RL-95-2处理48小时后分别检测了AKT/mTOR和MAPK信号转导的关键下游靶点AKT/核糖体蛋白S6和p42/44的磷酸化变化；结果显示在两种细胞系均观察到AKT磷酸化降低和p42/44磷酸化增加。有趣的是，染料木黄酮在RL-95-2子宫内膜细胞系中可降低S6的磷酸化，但在ECC-1细胞系中却没有。因此，除G2细胞周期停滞和凋亡外，染料木黄酮对不同肿瘤细胞增殖的抑制可能涉及不同的细胞信号传导途径。

2.2 抑制肿瘤侵袭转移

肿瘤的转移是一个复杂而又连续的过程，肿瘤侵袭是肿瘤转移的前提和基础。肿瘤细胞因同质型粘附降低进而脱离原发灶，与细胞外基质（ECM）发生异质型粘附增加，当其与ECM中的大分子产生作用后会分泌蛋白降解酶类继而降解ECM成分，如此就形成了肿瘤细胞移动的通道，并以此为诱导血管生成的基础；肿瘤细胞运动性增强，穿透ECM和血管壁的基底膜进入到循环中，在循环中躲避了免疫系统的识别与清除，在到达继发部位后以新生血管生成作为前提继而形成转移灶。Xiao[22]等将人大肠癌（CRC）原位肿瘤移植小鼠后，发现小鼠口服染料木黄酮后不会抑制肿瘤的生长，但会抑制远处转移的形成，并且对小鼠无毒；随后体外实验及临床CRC患者组织检测均证实染料木黄酮下调了基质金属蛋白酶2（MMP2）和Fms相关酪氨酸激酶4（FLT4），证明了染料木黄酮可以被作为人CRC转移的抑制剂和FLT4表达的抑制剂。在染料木黄酮处理过的黑色素瘤细胞B16F10中，已观察到可降低磷酸化粘着斑激酶（p-FAK）、磷酸化粘着斑复合蛋白（p-paxillin）、张力蛋白 2（tensin-2）、纽蛋白（vinculin）和 α- 辅肌动蛋白（α-actinin）的下调，通过FAK/paxillin途径强烈下调了B16F10细胞的迁移和侵袭能力。此外，上皮-间质转化相关转录因子Snail的基因表达也出现明显降低[23]。另外，介于上皮-间质转化（EMT）在肿瘤的侵袭和转移中起着重要作用，Dai[24]等人在三种肝癌细胞系HepG2、SMMC-7721和Bel-7402的研究中发现，染料木黄酮增强了上皮性钙粘附蛋白（E-cadherin）和α-连环蛋白（α-catenin）的表达，但在mRNA和蛋白质水平上均以剂量依赖的方式降低了神经性钙粘附蛋白（N-cadherin）和波形蛋白（Vimentin）的表达，还抑制了转化生长因子-β（TGF-β）诱导的EMT；另外，在HepG2细胞中，染料木黄酮降低了活化T细胞1（NFAT1）、ATP结合盒转运蛋白A3（ABCA3）、自分泌运动因子（Autotaxin）、CD154和环氧化酶-2（Cox-2）的核因子的mRNA和蛋白表达；另一方面通过体内实验也得出染料木黄酮通过逆转EMT抑制肝内转移，这与NFAT1减少有关。

2.3 抑制肿瘤新生血管的生成

不受控制的血管生成被认为是肿瘤生长、侵袭和转移的关键步骤。该过程受多种血管生成诱导剂（如生长因子、趋化因子、血管生成酶和粘附分子等）以及各种内源性血管生成抑制剂（如血管抑素、内皮抑素和血小板反应蛋白等）的调节。当血管生成诱导剂和抑制剂调节作用失去了平衡时，可能就会导致病理改变进而诱发疾病，例如关节炎、哮喘、动脉粥样硬化、神经退行性疾病等[25]。血管生成也被认为是肿瘤进展、增殖和转移扩散的基本前提。血管内皮生长因子（VEGF）是血管生成的重要调节剂，抑制VEGF分泌或阻断其受体与抑制血管形成有关[26]。Yasaman Yazdani[27]等从临床手术患者中获得高度和低度神经胶质瘤肿瘤组织样品并提取细胞，将其暴露于染料木黄酮后通过实时定量PCR（qRTPCR）测定发现与未处理的细胞相比，染料木黄酮处理后高级神经胶质瘤细胞中VEGF转录降低4.7倍，但在低等级胶质瘤细胞中无明显作用。另外，有研究者发现染料木黄酮可以在低氧条件下使缺氧诱导因子-1（HIF-1）受损及VEGF的mRNA水平降低，这个结果同样在染料木黄酮暴露的胰腺癌Capan-1异种移植肿瘤模型中得到验证[28]，因此染料木黄酮的抗血管生成活性可能是由抑制HIF-1介导的。染料木黄酮能够抑制乳腺癌T47D和HFF-1细胞中基质金属蛋白酶（MMP）-1、-3、-14、-13、-15和金属蛋白酶组织抑制因子1（TIMP-1）的高表达，阻断肿瘤血管生成，从而抑制肿瘤细胞侵袭转移[29]。

2.4 抗氧化作用

活性氧（ROS）在癌变的发生阶段发挥着重要作用，它可以引起细胞DNA、RNA及蛋白质等生物大分子出现氧化损伤，进而导致了细胞突变和癌变。当机体内雌激素缺乏时，抗氧化剂（如谷胱甘肽、硫氧环蛋白等）含量会降低，进而发生氧化胁迫的现象，最终导致细胞发生突变和癌变。染料木黄酮既可以与人白血病细胞所产生的超氧阴离子反应，终止由其引起的一系列链式反应从而发挥抗氧化作用，还可以对小鼠皮肤癌相关促癌基因的表达产生一定抑制作用[30]。研究发现，染料木黄酮在卵巢癌细胞（PA-1、MDAH2774、OVCAR-3）中通过ROS介导对AKT/mTOR信号传导途径进行抑制的同时，还可以由内源性ROS诱导细胞自噬，这都可以导致肿瘤细胞发生凋亡[31]。

2.5 弱雌激素与抗刺激素作用

由于其与类固醇激素17β-雌二醇的结构相似性，染料木黄酮与雌激素受体ERα和ERβ结合，对ERβ具有更高的亲和力，并充当天然的选择性雌激素受体调节剂。在以ERα为主的乳腺癌细胞中，染料木黄酮可充当ERα的激动剂，而在仅具有ERβ的细胞中，则有可能发挥抗雌激素作用[32]。ER-β在前列腺癌细胞中具有抗增殖和促凋亡作用，其水平随肿瘤进展而下降，这与ER-β启动子的高甲基化有关，染料木黄酮则可通过减少启动子甲基化而增加ER-β的水平而对前列腺癌细胞发挥抑制作用[33]。金雀异黄素除了具有雌激素活性外，还可以调节前列腺癌中雄激素受体（AR）介导的途径。有体外研究表明，在野生型雄激素受体（WTAR）存在下，低生理浓度的染料木黄酮会抑制细胞增殖以及AR表达和活性，更值得注意的是，已显示染料木黄酮对AR表达的抑制作用也由ER-β介导[34]。

2.6 影响miRNA的表达和调控

microRNA（miRNA）是一类小的非编码RNA，由19-24个核苷酸组成，可调节人类基因组中近60%的基因[35]。现已有越来越多的证据表明，由于miRNA在几乎所有人类肿瘤中均被解除管制，因此它们也被发现参与了肿瘤的标志形成过程，例如持续的增殖信号传导、逃避生长抑制剂、活化的侵袭和转移、复制永生、血管生成、抗性细胞死亡和逃避免疫破坏等[36]。基于先前的研究，miRNA也已被广泛提议作为治疗各种肿瘤的潜在靶标。因此，了解染料木黄酮如何影响人类癌细胞中miRNA的表达和调控尤为重要。Lynch[37]等的研究证明，在前列腺癌细胞系PC3中用40 μM染料木黄酮处理7天后，miR-200c的表达显着增加，而miR-200c基因的甲基化水平降低。miR-200家族是一组靶向ZEB1、ZEB2和Slug基因的miRNA肿瘤抑制组，这些基因可驱动前列腺癌细胞的上皮-间质转化和肿瘤进展[38-39]。De la Parra[40]等发现染料木黄酮在体内体外均可对发挥抗癌作用，5 μM的染料木黄酮显着降低（约1.8倍）转移性乳腺癌细胞MDA-MB-435中的致癌miR-155的表达，并在减少miR-155的同时，MDA-MB-435细胞中的染料木黄酮也可上调促凋亡和抗增殖蛋白的水平，例如叉头盒03（FOXO3）、抑癌基因PTEN、酪蛋白激酶和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p27。另外，喉癌相关研究表明染料木黄酮诱导了miR-1469的表达，进而促进了细胞凋亡并抑制了抗凋亡蛋白Mcl1的表达[41]。通过以上研究，可以得出结论，染料木黄酮可以诱导或减少癌细胞中miRNA的表达。然而，仍然需要进一步的研究来揭示其对miRNA调控的确切作用机理。

3 展望

综上所述，染料木黄酮作为一种天然存在的植物雌激素，本身具有相对安全、不良反应少且价格低廉等优点，它在治疗和预防不同类型的肿瘤中具有广阔作用和巨大潜力。一项近期的研究表明，染料木黄酮与化疗药物FOLFOX联合治疗转移性结直肠癌具有显著疗效[42]。因此，使用染料木黄酮的协同方法可能在不久的将来有助于治疗严重疾病，尤其是肿瘤。除了现存研究外，还需要对大型患者群体展开进一步的临床研究，以广泛研究染料木黄酮的化学预防和治疗潜力，以及保障其在治疗肿瘤患者中的长期安全性和有效性。