β-紫羅蘭酮抗癌活性研究進展

石遠洋 綜述 劉家仁 審校

β-紫羅蘭酮(β-Ionone，BI)結(jié)構式為4-(2，6，6-三甲基-1-環(huán)己烯基)-3-丁烯-2-酮，分子式為C13H20O，分子量為192.2973。BI有α-、β-和γ-BI三種異構體，其天然存在的形式為α-、β-異構體的混合物。α-BI為無色油狀液體，有花香香氣，氣味類似紫羅蘭花，常用于調(diào)配日化、皂用香精，可溶于乙醇、乙醚和丙酮。而BI是一種淺黃至無色液體的粘稠狀液體，具有紫羅蘭香味，但以木香香韻更為突出，易溶于乙醇、乙醚、丙二醇，微溶于水和甘油，主要用于合成視黃酸、視黃醇、β-胡蘿卜素和維生素A等的前體化合物。

近年來，越來越多研究不僅關注植物化學物在癌癥化學預防中的作用[1-2]，而且還關注在臨床方面的應用[3]。BI是植物化學物中的一類環(huán)化異戊二烯，也是β-類胡蘿卜素的末端環(huán)類似物，廣泛分布于水果和蔬菜中，如胡蘿卜、茶、橘子和番茄等。BI具有多種生物功能，如抗癌作用[4-9]、抗微生物作用[10]和降血脂作用[11]等。本文主要就BI近年來抑癌作用的研究進展情況進行簡要綜述。

1 抗癌活性1.1 細胞實驗模型

1.1.1 抑制乳腺癌細胞生長 劉家仁等[12]用BI(25～200 μmol/L)孵育人乳腺癌細胞(MCF-7)24 h和48 h后，采用生長曲線、集落形成等實驗發(fā)現(xiàn)BI不僅抑制MCF-7細胞的核分裂，降低DNA合成，而且還呈時間和劑量依賴性地抑制MCF-7細胞的增殖，其半抑制濃度(50% inhibitory concentration，IC50)為104 μmol/L；董宏偉等[13]同樣也發(fā)現(xiàn)不同濃度BI顯著地降低MCF-7細胞的增殖，也呈現(xiàn)出時間-劑量反應關系，同時還明顯的降低PCNA蛋白的表達；劉家仁等[7]用不同濃度的BI(25～200 μmol/L)作用于雌激素受體陰性的人乳腺癌細胞(MDA-MB 435)細胞，孵育7天后發(fā)現(xiàn)MDA-MB 435細胞的抑制率分別為45.65%、71.24%、81.53%和84.93%，DNA合成率以及核分裂百分比均明顯地下降，并呈現(xiàn)出時間-劑量反應關系，其IC50值為42.0 μmol/L。從以上可見，BI不僅對雌激素受體陽性的乳腺癌細胞有明顯地抑制作用，而且也對雌激素受體陰性的乳腺癌細胞也有明顯地抑制作用。

1.1.2 抑制胃癌細胞生長 Liu等[5-6]發(fā)現(xiàn)，BI對人胃腺癌細胞(SGC-7901)也有抑制增殖的作用，呈劑量依賴性。用不同濃度的BI(25～200 μmol/L)孵育SGC-7901細胞8天后，通過MTT實驗發(fā)現(xiàn)，SGC-7901細胞生長抑制率分別為25.9%、28.2%、74.4%和90.1%，其IC50值為89 μmol/L；Liu等[4]和Dong等[14]用MB法檢測也證實了BI不僅對SGC-7901細胞增殖有顯著地抑制作用，其半最大效應濃度(Concentration for 50% of maximal effect，EC50)為167.45±36.23 μmol/L，而且還抑制SGC-7901細胞的DNA合成。因此，BI同樣也表現(xiàn)出對人胃腺癌細胞表現(xiàn)出很強的抑制作用。

1.1.3 抑制肝癌細胞生長 Kim等[15]發(fā)現(xiàn)，BI濃度在50～400 μmol/L范圍內(nèi)對人肝癌Hep3B細胞和HepG2細胞的增殖也有抑制作用，也呈明顯地劑量-反應關系；當BI濃度高于400 μmol/L時，對肝癌細胞有明顯的細胞毒性作用；Huang等[16]也發(fā)現(xiàn)當BI濃度在1～50 μmol/L范圍內(nèi)，BI可降低人肝癌SK-Hep-1細胞的增殖能力，也呈劑量-反應關系。因此，BI在較低濃度時，同樣對人肝癌細胞增殖有明顯的抑制作用。

1.1.4 抑制前列腺癌細胞生長 Jones等[17]發(fā)現(xiàn)不同濃度BI對人前列腺癌DU145、LNCaP和PC-3細胞的增殖均有顯著的抑制作用，它們的IC50值分別為210、130和130 μmol/L。Xie等[18]用不同濃度的BI孵育LNCaP、DU145、C4-2、PC-3和CWR22Rv1細胞后，發(fā)現(xiàn)BI僅對AR和PSGR受體陽性的LNCaP和C4-2細胞的抑制作用更為明顯，并隨著BI濃度升高，抑制率也明顯的增加。因此，BI對人前列腺癌細胞增殖的抑制作用具有明顯的選擇性。

1.1.5 其他 He等[19]用不同濃度的BI孵育小鼠黑色素瘤細胞(B16)48 h后，觀察到BI在50～150 μmol/L范圍內(nèi)，對B16細胞有明顯的抑制作用，其IC50值為120～150 μmol/L范圍內(nèi)。Mo等[20]發(fā)現(xiàn)BI還對HL-60細胞、人類結(jié)腸癌細胞(Caco-2)和結(jié)腸成纖維細胞(CCD-18Co)等細胞增殖均有明顯的抑制作用。Zhu等[21]用MTT法檢測不同濃度的BI處理人骨肉瘤U2OS細胞不同時間后，發(fā)現(xiàn)BI在50～400 μmol/L范圍內(nèi)，可抑制U2OS細胞增殖，并具有濃度-時間依賴性，其IC50值為175 μmol/L。

因此，BI對人腫瘤細胞的抑制作用具有廣泛性，不僅對人乳腺癌細胞、胃癌細胞和肝癌細胞等有明顯的抑制作用，而且對血液腫瘤細胞如HL-60也有明顯的抑制作用。

1.2 體內(nèi)試驗模型

1.2.1 抑制乳腺癌形成 Liu等[8]用7，12-二甲基苯蒽(DMBA)誘導雌性SD大鼠乳腺癌模型，在AIN-76A飲食中，添加不同劑量的BI(0、9、18和36 mmol/kg)24周后，陽性對照組腫瘤發(fā)生率為82.1%，BI組腫瘤發(fā)生率分別為53.3%、25.9%和10.0%，隨著BI濃度升高，乳腺腫瘤形成發(fā)生率也越低，呈明顯的劑量依賴性。因此，BI對DMBA誘導大鼠乳腺癌形成具有明顯地抑制作用。

1.2.2 抑制肝癌形成 Espindola等[11]用二乙基亞硝胺(DENA)和2-乙酰氨基芴(2-AAF)誘導雄性Wistar大鼠肝癌模型，與對照組相比，不同劑量BI(8 mg/kg和16 mg/kg)組對大鼠肝癌啟動階段的可見肝結(jié)節(jié)發(fā)生率、數(shù)量和大小有明顯的抑制作用，并隨著BI劑量增加，這些抑制作用明顯地增強；Mnica等[22]也采用同樣的大鼠肝癌模型，觀察BI(16 mg/kg)在肝癌形成的促長階段的抑制作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)BI可顯著地抑制致癌物引起的肝損傷，使肝內(nèi)小結(jié)節(jié)的形成明顯減少；Mohamed等[23]用DENA誘導雄性Wistar大鼠肝細胞癌(HCC)模型，觀察BI(160 mg/kg/天)對該模型的影響，結(jié)果可見BI顯著地抑制大鼠肝內(nèi)多形性的結(jié)節(jié)形成，降低肝損傷程度。因此，BI不僅抑制肝癌形成的啟動階段，而且對肝癌形成促長階段也有抑制作用。

1.2.3 抑制肺癌形成 Selvamani等[24]用苯并芘[B(a)P]誘導雄性Swiss albino小鼠肺癌模型，用灌胃方式給予小鼠BI(160 mg/kg)，一周兩次，連續(xù)16周，發(fā)現(xiàn)BI可降低肺癌形成率達到80%，每只動物平均肺腫瘤數(shù)是對照組的1/4。由此可見，BI還可以明顯降低B(a)P誘導肺癌形成作用。

1.2.4 其他 Xie等[18]將前列腺癌C4-2細胞接種雄性裸鼠皮下，建立前列腺癌移植瘤模型，腹腔給予BI(75 mg/kg)，連續(xù)4周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)BI以時間依賴性抑制移植瘤的體積，并顯著地降低前列腺癌移植瘤的生長；He等[19]在C57BL雌性小鼠體內(nèi)植入黑色素瘤細胞(B16)建立黑色素瘤模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)BI顯著地抑制B16的生長，與對照組相比(存活中位數(shù)15天)，BI明顯的延長小鼠存活時間達35%(存活中位數(shù)23天)；由此可見，BI同樣也對裸鼠移植瘤有抑制作用。

因此，BI可抑制多種器官的癌形成，包括乳腺癌、肝癌和肺癌等，不僅對癌形成的起始階段和促長階段有抑制作用，而且對接種裸鼠移植瘤同樣也有很強地抑制作用。

2 抗癌活性可能機制

2.1 阻滯細胞周期

Duncan等[25]用BI(100 μmol/L)孵育MCF-7細胞后，發(fā)現(xiàn)BI抑制MCF-7細胞增殖，阻滯細胞周期的G0/G1期，但在高濃度時，也阻滯細胞周期的G2/M期，呈劑量反應性的降低MCF-7細胞周期中的CDK2/4和Cyclin D1/E/A的表達，但對P21cip1和P27kip1表達沒有影響；Dong等[26]還發(fā)現(xiàn)BI可阻滯MCF-7細胞周期在S期，并以劑量依賴性降低MCF-7細胞的PCNA蛋白的表達，同時還下調(diào)了Cyclin D1和CDK4的表達；Jones等[17]觀察到BI抑制DU145和PC-3細胞的增殖，通過阻滯它們的細胞周期停在S期，并以劑量依賴性的方式抑制CDK4和Cyclin D1表達；BI抑制SGC-7901細胞增殖還可通過阻滯SGC-7901細胞周期在G 0/G 1期，降低Cyclin B1/D1、CDK4和增加P27蛋白的表達來實現(xiàn)[14]；Zhu等[21]發(fā)現(xiàn)BI以劑量依賴性的抑制人骨肉瘤U2OS細胞增殖，是通過增加U2OS細胞周期G0/G1比值，降低S期的細胞百分比來實現(xiàn)的；另外，在DMBA誘導大鼠乳腺癌模型中[8]，BI可通過劑量反應性的降低Cyclin D1蛋白和PCNA蛋白的表達來抑制大鼠乳腺癌形成；這些結(jié)果表明，BI抑制腫瘤細胞增殖與腫瘤細胞周期調(diào)控密切相關。

2.2 誘導細胞凋亡

Mo等[20]發(fā)現(xiàn)B16、Caco-2和HL-60細胞經(jīng)BI處理后，細胞形態(tài)出現(xiàn)細胞腫脹、細胞核碎裂，促使這些細胞產(chǎn)生凋亡；Liu等研究顯示[4]，BI抑制SGC-7901細胞的增殖是通過增加Bax蛋白表達和降低Bcl-2蛋白的表達，從而激活cleaved-caspase-3途徑來誘導SGC-7901細胞凋亡；Dong等[13，26]也發(fā)現(xiàn)BI處理MCF-7細胞后，同樣呈劑量依賴性上調(diào)了細胞色素C、cleaved-caspase-3和p-P38蛋白的表達，導致乳腺癌細胞的線粒體功能異常，DNA合成減少，并誘導細胞凋亡；另外，BI還可以通過下調(diào)U2OS細胞中Bcl-2蛋白的表達，來抑制U2OS細胞的增殖[21]；在DMBA誘導大鼠乳腺癌模型中[8]，BI是通過劑量反應性地增加Bax蛋白表達和降低Bcl-2蛋白的表達來抑制大鼠乳腺癌形成；BI在DENA誘導雄性Wistar大鼠HCC模型中[23]，通過增加肝組織中Bax蛋白表達和降低Bcl-2蛋白的表達來抑制肝腫瘤細胞的增殖從而抑制大鼠肝腫瘤形成；因此，BI通過誘導腫瘤細胞產(chǎn)生凋亡來發(fā)揮抗癌作用，這也是BI抗癌活性機制之一。

2.3 增強抗氧化酶活性

在DMBA誘導大鼠乳腺癌模型中[27]，BI還可劑量反應性地降低大鼠血清中的脂質(zhì)過氧化物(LPO)，增加血清中酶類抗氧化劑和非酶類抗氧化劑，如SOD、CAT、GPx、GST和GSH等的水平；在B(a)P誘導小鼠肺癌形成模型中[24]，與B(a)P對照組相比，BI組不僅明顯地降低血清和肺組織中的LPO和組織標記酶如芳基烴羥化酶，γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(γ-GT)，5′核苷酸酶和乳酸脫氫酶等，而且也明顯地改善肺組織中酶類抗氧化劑和非酶類抗氧化劑如SOD、CAT、GPX、GST、GSH、GR、維生素E和C等的水平；在DENA誘導雄性Wistar大鼠HCC模型中[28]，BI明顯地降低脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物-丙二醛(MDA)，增加GSH含量，改善SOD、CAT、GPX、GST等活性，改善肝功能酶學如ALT、AST、γ-GT等；因此，BI抑制由致癌物誘導的癌形成不僅是通過抑制LPO的產(chǎn)生，而且還可增加酶類抗氧化劑和非酶類抗氧化劑來清除體內(nèi)產(chǎn)生的自由基等氧化物，保護靶器官避免氧化應激損傷。

2.4 抑制環(huán)氧合酶-2(COX-2)活性

COX-2是花生四烯酸代謝和前列腺素E2(PEG2)生成的限速酶，在肺癌、乳腺癌和胃癌等多種癌癥中均有高表達，并在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起重要的作用[28]。Dong等[26]研究，BI不僅抑制由PMA誘導COX-2細胞模型中的COX-2蛋白的表達和PEG2的釋放到培養(yǎng)液中，而且對DMBA誘導大鼠乳腺癌模型中乳腺腫瘤組織的COX-2蛋白表達也有抑制作用，呈現(xiàn)明顯地劑量反應關系。因此，BI對胃癌和乳腺癌中COX-2活性也有明顯地抑制作用。

2.5 抑制腫瘤細胞轉(zhuǎn)移

腫瘤細胞轉(zhuǎn)移是腫瘤惡化的一大特征，基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)和MMP-9主要參與腫瘤細胞黏附其他組織細胞進行基底膜的降解，促進腫瘤侵襲，而基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑家族(TIMP)則抑制MMPs的活性，調(diào)節(jié)腫瘤的轉(zhuǎn)移作用。Liu等[6，29]發(fā)現(xiàn)BI可明顯地抑制SGC-7901細胞的轉(zhuǎn)移作用，通過上調(diào)TIMP-1、TIMP-2和nm23-H1 mRNA的表達來抑制SGC-7901細胞的轉(zhuǎn)移，但對MMP-2和MMP-9的活性沒有影響；Huang等[16]研究中，發(fā)現(xiàn)BI可抑制SK-Hep-1細胞遷移、粘附和侵襲作用，通過下調(diào)MMP-2、MMP-9、尿激酶型纖溶酶原激活劑和遷移相關蛋白如粘著斑激酶(FAK)、p-FAK和Cdc42的表達，上調(diào)TIMP-1、TIMP-2和纖溶酶原激活物抑制劑-1的表達，從而抑制SK-Hep-1細胞的轉(zhuǎn)移；因此，BI參與了腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移過程，并抑制相關因子如MMP-2、MMP-9等和促進TIMP-1，TIMP-2等表達，達到抑制腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的目的，這也是BI發(fā)揮抗癌作用的主要途徑之一。

2.6 影響細胞信號途徑

2.6.1 PI3K-AKT途徑 磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)通路對多種腫瘤細胞、增殖和細胞信號轉(zhuǎn)導起重要調(diào)控作用，AKT是一種多功能絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶，作為PI3K的主要下游信號重要分子，是PI3K在人類癌癥中發(fā)揮作用的關鍵靶點[30]。Liu等[4]發(fā)現(xiàn)BI誘導SGC-7901細胞產(chǎn)生凋亡是通過劑量依賴性地降低p-PI3K(p85和p55)和p-AKT蛋白的表達，來增加凋亡相關蛋白的表達，抑制SGC-7901細胞增殖；由此可見，PI3K-AKT途徑是BI抑制腫瘤細胞增殖重要途徑之一。

2.6.2 MAPK途徑 MAPK家族有ERK、P38和JNK三個主要成員，參與多種細胞活動，包括細胞增殖、轉(zhuǎn)化、凋亡等[31]。Dong等[14]發(fā)現(xiàn)BI阻滯SGC-7901細胞周期是通過抑制pERK蛋白的表達，增加p-P38和pJNK蛋白的表達，來影響SGC-7901細胞的MAPK信號途徑；劉家仁等[7]發(fā)現(xiàn)BI還可以抑制雌激素陰性乳腺癌細胞的生長和DNA合成，同樣可抑制MAPK途徑中相關蛋白如ERK、JNK、MEK-1、MKP-1等蛋白的表達；同樣，Dong等[7]還發(fā)現(xiàn)BI也可通過劑量依賴性的方式上調(diào)了MCF-7細胞中p-P38蛋白的表達，激活了P38-MAPK通路，從而抑制乳腺癌細胞凋亡和增殖。

2.6.3 PSGR途徑 前列腺特異性G蛋白偶聯(lián)受體(PSGR)是一類G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)，并在前列腺上皮細胞中特異性表達，其表達與前列腺癌進展相關[32]。據(jù)研究報道[18]，BI是PSGR的配體，可激活PSGR抑制前列腺癌細胞的增殖，也可通過雄激素受體(AR)的Ser650殘基磷酸化抑制AR向細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)位而進一步抑制前列腺癌細胞的生長；因此，BI抑制前列腺癌細胞的生長也與激活PSGR有關。

2.6.4 其他 前炎性細胞轉(zhuǎn)錄因子(NF-κB)活化與腫瘤細胞增殖和分化密切相關。Kim等[15]發(fā)現(xiàn)BI可抑制TRAIL對NF-κB的激活，下調(diào)抗凋亡相關蛋白如XIAP和IAP-1/2等的表達，增加肝癌細胞對TRAIL的敏感性，來誘導肝癌細胞凋亡；Scolastici等[33]發(fā)現(xiàn)BI明顯的抑制了肝癌大鼠模型早期階段中TGF-α和NF-κB活性，減少NF-κB與DNA結(jié)合，誘導肝腫瘤細胞產(chǎn)生凋亡，降低HCC形成；然而，BI是如何降低NF-κB活性，目前還不清楚。

3 小結(jié)與展望

來源于天然食物中的BI，明顯對多種腫瘤細胞具有抑制作用，不僅阻滯腫瘤細胞周期，誘導腫瘤細胞產(chǎn)生凋亡，而且還可激活/抑制多種信號途徑如PI3K-AKT、MAPK以及COX-2等蛋白活性；因此，BI及其類似物具有強大的抗腫瘤效應[34]，并有望在基礎研究和臨床應用上都有潛在的前景。