染料木黃酮抗腫瘤作用及機制的研究進展

趙英琦，易佩佩，王娜，呂元明

（桂林醫(yī)學院，廣西 桂林）

0 引言

由于全世界各地區(qū)逐年上升的發(fā)病率和死亡率，腫瘤已然成為嚴重威脅人類健康的主要公共衛(wèi)生問題之一。根據GLOBOCAN報告估計，2018年全球約有1810萬新發(fā)腫瘤病例和960萬新發(fā)腫瘤死亡病例[1]。大多數人類腫瘤的發(fā)生都與其所處的生活環(huán)境以及生活方式等因素息息相關。所有腫瘤的病因與外源性和（或）內源性環(huán)境因素引起的遺傳異常（5%-10%）和獲得性遺傳異常（90%-95%）有關。染料木黃酮（Genistein，又名染料木素或金雀異黃素）是一種富有多種功效的天然植物雌激素，作為大豆異黃酮中的主要活性成分之一，大多來源于大豆類植物及大豆制品等。它的化學名稱為4，5，7-三羥基異黃酮，具有15個碳原子的骨架，因化學結構類似于人體內的17β-雌二醇，故可以與雌激素受體（ER）結合而發(fā)揮弱雌激素效應[2]。已有研究證實，染料木黃酮具有延緩動脈粥樣硬化活性[3-5]和增加細胞抗氧化防御能力[6-8]的作用。目前已有越來越多的人發(fā)現該化合物可能是預防和治療腫瘤及各種其他慢性疾病的有效劑，因此染料木黃酮在腫瘤發(fā)生發(fā)展中所發(fā)揮的抗癌作用有著重大而長遠的意義。

1 染料木黃酮的抗腫瘤作用

有流行病學調查研究表明，飲食習慣與腫瘤的預防及發(fā)生之間存在著一定的聯(lián)系[9-11]。在亞洲人群中，特別是絕經后的婦女，由于飲食中大豆產品含量較高，所以高異黃酮的攝入可能與降低患乳腺癌、結腸癌風險有關[12-14]。Sahin K[15]等人利用建立乳腺癌雌性Wistar大鼠模型并給予番茄紅素和染料木黃酮，研究結果表明其二者聯(lián)用可有效抑制乳腺癌的發(fā)展。Ardito F[16]等在用染料木黃酮20、50和100 μM對3種舌癌細胞系（PE/CA-PJ15、PE/CA-PJ49和HSC-3細胞系）處理后，發(fā)現細胞粘附受到抑制，尤其是在20至50 μM之間；此外還證實了細胞的增殖和生存隨染料木素作用濃度和時間成比例降低，甚至細胞遷移也明顯減少；同時OCT4和survivin這兩種促進腫瘤發(fā)生的重要蛋白也出現了下調。此外，染料木黃酮在人宮頸癌細胞中能夠通過抑制DNA甲基轉移酶（DNMT）和組蛋白脫乙酰基酶（HDAC）的作用來逆轉抑癌基因TSGs的啟動子區(qū)域甲基化，并重新建立其的表達[17]。這也表明染料木黃酮可能成為基于表觀遺傳學的腫瘤治療方法發(fā)展中的重要武器。

2 染料木黃酮的抗腫瘤機制

體外細胞水平和動物整體水平研究表明，染料木黃酮作為植物雌激素重要活性成分之一，它具有較好的抗癌作用。目前，已發(fā)現染料木黃酮在誘導腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤轉移、抑制腫瘤新生血管的生成、抗氧化作用、弱雌激素與抗刺激素作用、影響miRNA的表達和調控等多種途經發(fā)揮著作用，在預防和治療腫瘤疾病上表現出廣泛而巨大的應用潛力。

2.1 誘導腫瘤細胞凋亡

細胞凋亡是細胞的一種基本生物學征象，它在生物體的進化、多系統(tǒng)的生長發(fā)育以及維持內環(huán)境穩(wěn)定中起著至關重要的作用。凋亡是在多基因的嚴格控制下發(fā)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，然而到目前為止凋亡過程的具體確切機制并不完全清楚。像射線、藥物等都是誘發(fā)細胞凋亡的因素，而一旦凋亡過程中出現了紊亂，可能會直接或間接地造成許多疾病的發(fā)生，如腫瘤、自身免疫性疾病等。染料木黃酮被認為通過下調人類腫瘤中的關鍵信號通路包括核因子κB（NF-κB）、AKT/mTOR、細胞外信號調節(jié)激酶（ERK）、促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）、表皮生長因子（EGF）和胰島素樣生長因子（IGF）通路等表現出抗癌作用[18]。Wei[19]等以染料木黃酮（0、25、50、100μmol/L）干預乳腺癌細胞MDA-MB-231后，發(fā)現細胞增殖呈時間-濃度依賴性被抑制,同時細胞的集落形成能力明顯受到抑制；且與對照組相比，Bcl-2蛋白表達水平明顯下調，促凋亡蛋白Bax、caspase-3蛋白表達水平明顯上調，NF-κB（p65）和p-ERK蛋白的表達下調，而p-JNK蛋白的表達上調，提示了染料木黃酮可能通過抑制NF-κB、ERK，激活JNK信號轉導通路誘導了腫瘤細胞凋亡。還有研究發(fā)現染料木黃酮通過在轉錄、蛋白質和酶水平上激活caspase-3途徑誘導結腸癌HT29細胞凋亡，并通過下調p38 MAPK抑制HT29細胞的增殖、基因表達及其活性磷酸化蛋白水平[20]。除此之外，Kim M Malloy等[21]為了確定染料木黃酮對子宮內膜癌細胞AKT/mTOR和MAPK途徑的影響，使用染料木黃酮對兩種子宮內膜癌細胞系ECC-1和RL-95-2處理48小時后分別檢測了AKT/mTOR和MAPK信號轉導的關鍵下游靶點AKT/核糖體蛋白S6和p42/44的磷酸化變化；結果顯示在兩種細胞系均觀察到AKT磷酸化降低和p42/44磷酸化增加。有趣的是，染料木黃酮在RL-95-2子宮內膜細胞系中可降低S6的磷酸化，但在ECC-1細胞系中卻沒有。因此，除G2細胞周期停滯和凋亡外，染料木黃酮對不同腫瘤細胞增殖的抑制可能涉及不同的細胞信號傳導途徑。

2.2 抑制腫瘤侵襲轉移

腫瘤的轉移是一個復雜而又連續(xù)的過程，腫瘤侵襲是腫瘤轉移的前提和基礎。腫瘤細胞因同質型粘附降低進而脫離原發(fā)灶，與細胞外基質（ECM）發(fā)生異質型粘附增加，當其與ECM中的大分子產生作用后會分泌蛋白降解酶類繼而降解ECM成分，如此就形成了腫瘤細胞移動的通道，并以此為誘導血管生成的基礎；腫瘤細胞運動性增強，穿透ECM和血管壁的基底膜進入到循環(huán)中，在循環(huán)中躲避了免疫系統(tǒng)的識別與清除，在到達繼發(fā)部位后以新生血管生成作為前提繼而形成轉移灶。Xiao[22]等將人大腸癌（CRC）原位腫瘤移植小鼠后，發(fā)現小鼠口服染料木黃酮后不會抑制腫瘤的生長，但會抑制遠處轉移的形成，并且對小鼠無毒；隨后體外實驗及臨床CRC患者組織檢測均證實染料木黃酮下調了基質金屬蛋白酶2（MMP2）和Fms相關酪氨酸激酶4（FLT4），證明了染料木黃酮可以被作為人CRC轉移的抑制劑和FLT4表達的抑制劑。在染料木黃酮處理過的黑色素瘤細胞B16F10中，已觀察到可降低磷酸化粘著斑激酶（p-FAK）、磷酸化粘著斑復合蛋白（p-paxillin）、張力蛋白 2（tensin-2）、紐蛋白（vinculin）和 α- 輔肌動蛋白（α-actinin）的下調，通過FAK/paxillin途徑強烈下調了B16F10細胞的遷移和侵襲能力。此外，上皮-間質轉化相關轉錄因子Snail的基因表達也出現明顯降低[23]。另外，介于上皮-間質轉化（EMT）在腫瘤的侵襲和轉移中起著重要作用，Dai[24]等人在三種肝癌細胞系HepG2、SMMC-7721和Bel-7402的研究中發(fā)現，染料木黃酮增強了上皮性鈣粘附蛋白（E-cadherin）和α-連環(huán)蛋白（α-catenin）的表達，但在mRNA和蛋白質水平上均以劑量依賴的方式降低了神經性鈣粘附蛋白（N-cadherin）和波形蛋白（Vimentin）的表達，還抑制了轉化生長因子-β（TGF-β）誘導的EMT；另外，在HepG2細胞中，染料木黃酮降低了活化T細胞1（NFAT1）、ATP結合盒轉運蛋白A3（ABCA3）、自分泌運動因子（Autotaxin）、CD154和環(huán)氧化酶-2（Cox-2）的核因子的mRNA和蛋白表達；另一方面通過體內實驗也得出染料木黃酮通過逆轉EMT抑制肝內轉移，這與NFAT1減少有關。

2.3 抑制腫瘤新生血管的生成

不受控制的血管生成被認為是腫瘤生長、侵襲和轉移的關鍵步驟。該過程受多種血管生成誘導劑（如生長因子、趨化因子、血管生成酶和粘附分子等）以及各種內源性血管生成抑制劑（如血管抑素、內皮抑素和血小板反應蛋白等）的調節(jié)。當血管生成誘導劑和抑制劑調節(jié)作用失去了平衡時，可能就會導致病理改變進而誘發(fā)疾病，例如關節(jié)炎、哮喘、動脈粥樣硬化、神經退行性疾病等[25]。血管生成也被認為是腫瘤進展、增殖和轉移擴散的基本前提。血管內皮生長因子（VEGF）是血管生成的重要調節(jié)劑，抑制VEGF分泌或阻斷其受體與抑制血管形成有關[26]。Yasaman Yazdani[27]等從臨床手術患者中獲得高度和低度神經膠質瘤腫瘤組織樣品并提取細胞，將其暴露于染料木黃酮后通過實時定量PCR（qRTPCR）測定發(fā)現與未處理的細胞相比，染料木黃酮處理后高級神經膠質瘤細胞中VEGF轉錄降低4.7倍，但在低等級膠質瘤細胞中無明顯作用。另外，有研究者發(fā)現染料木黃酮可以在低氧條件下使缺氧誘導因子-1（HIF-1）受損及VEGF的mRNA水平降低，這個結果同樣在染料木黃酮暴露的胰腺癌Capan-1異種移植腫瘤模型中得到驗證[28]，因此染料木黃酮的抗血管生成活性可能是由抑制HIF-1介導的。染料木黃酮能夠抑制乳腺癌T47D和HFF-1細胞中基質金屬蛋白酶（MMP）-1、-3、-14、-13、-15和金屬蛋白酶組織抑制因子1（TIMP-1）的高表達，阻斷腫瘤血管生成，從而抑制腫瘤細胞侵襲轉移[29]。

2.4 抗氧化作用

活性氧（ROS）在癌變的發(fā)生階段發(fā)揮著重要作用，它可以引起細胞DNA、RNA及蛋白質等生物大分子出現氧化損傷，進而導致了細胞突變和癌變。當機體內雌激素缺乏時，抗氧化劑（如谷胱甘肽、硫氧環(huán)蛋白等）含量會降低，進而發(fā)生氧化脅迫的現象，最終導致細胞發(fā)生突變和癌變。染料木黃酮既可以與人白血病細胞所產生的超氧陰離子反應，終止由其引起的一系列鏈式反應從而發(fā)揮抗氧化作用，還可以對小鼠皮膚癌相關促癌基因的表達產生一定抑制作用[30]。研究發(fā)現，染料木黃酮在卵巢癌細胞（PA-1、MDAH2774、OVCAR-3）中通過ROS介導對AKT/mTOR信號傳導途徑進行抑制的同時，還可以由內源性ROS誘導細胞自噬，這都可以導致腫瘤細胞發(fā)生凋亡[31]。

2.5 弱雌激素與抗刺激素作用

由于其與類固醇激素17β-雌二醇的結構相似性，染料木黃酮與雌激素受體ERα和ERβ結合，對ERβ具有更高的親和力，并充當天然的選擇性雌激素受體調節(jié)劑。在以ERα為主的乳腺癌細胞中，染料木黃酮可充當ERα的激動劑，而在僅具有ERβ的細胞中，則有可能發(fā)揮抗雌激素作用[32]。ER-β在前列腺癌細胞中具有抗增殖和促凋亡作用，其水平隨腫瘤進展而下降，這與ER-β啟動子的高甲基化有關，染料木黃酮則可通過減少啟動子甲基化而增加ER-β的水平而對前列腺癌細胞發(fā)揮抑制作用[33]。金雀異黃素除了具有雌激素活性外，還可以調節(jié)前列腺癌中雄激素受體（AR）介導的途徑。有體外研究表明，在野生型雄激素受體（WTAR）存在下，低生理濃度的染料木黃酮會抑制細胞增殖以及AR表達和活性，更值得注意的是，已顯示染料木黃酮對AR表達的抑制作用也由ER-β介導[34]。

2.6 影響miRNA的表達和調控

microRNA（miRNA）是一類小的非編碼RNA，由19-24個核苷酸組成，可調節(jié)人類基因組中近60%的基因[35]?，F已有越來越多的證據表明，由于miRNA在幾乎所有人類腫瘤中均被解除管制，因此它們也被發(fā)現參與了腫瘤的標志形成過程，例如持續(xù)的增殖信號傳導、逃避生長抑制劑、活化的侵襲和轉移、復制永生、血管生成、抗性細胞死亡和逃避免疫破壞等[36]?；谙惹暗难芯?，miRNA也已被廣泛提議作為治療各種腫瘤的潛在靶標。因此，了解染料木黃酮如何影響人類癌細胞中miRNA的表達和調控尤為重要。Lynch[37]等的研究證明，在前列腺癌細胞系PC3中用40 μM染料木黃酮處理7天后，miR-200c的表達顯著增加，而miR-200c基因的甲基化水平降低。miR-200家族是一組靶向ZEB1、ZEB2和Slug基因的miRNA腫瘤抑制組，這些基因可驅動前列腺癌細胞的上皮-間質轉化和腫瘤進展[38-39]。De la Parra[40]等發(fā)現染料木黃酮在體內體外均可對發(fā)揮抗癌作用，5 μM的染料木黃酮顯著降低（約1.8倍）轉移性乳腺癌細胞MDA-MB-435中的致癌miR-155的表達，并在減少miR-155的同時，MDA-MB-435細胞中的染料木黃酮也可上調促凋亡和抗增殖蛋白的水平，例如叉頭盒03（FOXO3）、抑癌基因PTEN、酪蛋白激酶和細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p27。另外，喉癌相關研究表明染料木黃酮誘導了miR-1469的表達，進而促進了細胞凋亡并抑制了抗凋亡蛋白Mcl1的表達[41]。通過以上研究，可以得出結論，染料木黃酮可以誘導或減少癌細胞中miRNA的表達。然而，仍然需要進一步的研究來揭示其對miRNA調控的確切作用機理。

3 展望

綜上所述，染料木黃酮作為一種天然存在的植物雌激素，本身具有相對安全、不良反應少且價格低廉等優(yōu)點，它在治療和預防不同類型的腫瘤中具有廣闊作用和巨大潛力。一項近期的研究表明，染料木黃酮與化療藥物FOLFOX聯(lián)合治療轉移性結直腸癌具有顯著療效[42]。因此，使用染料木黃酮的協(xié)同方法可能在不久的將來有助于治療嚴重疾病，尤其是腫瘤。除了現存研究外，還需要對大型患者群體展開進一步的臨床研究，以廣泛研究染料木黃酮的化學預防和治療潛力，以及保障其在治療腫瘤患者中的長期安全性和有效性。