花青素防治乳腺癌研究进展

罗丽萍，韩 彬，彭晓莉，余小平，刘卫华，李遂焰*

1西南交通大学生命科学与工程学院，成都 610031;2成都医学院公共卫生系，成都 610083

花青素(anthocyanidins)是存在于植物中的天然黄酮类化合物，是各种蔬菜和水果呈现蓝色、紫色、红色和橙色的天然水溶性色素，为植物的次级代谢产物。自然条件下，花青素主要以糖苷形式与单糖结合形成花色苷(anthoyanins)。花青素的结构母核是3，5，7-三羟基-2-苯基苯并吡喃，常见的有六种单体(图1)。

花青素在体内的吸收受糖苷配基的性质和苷元结构的影响，其抗癌活性主要决定于C环3位和B环 3＇、4＇和 5＇位的-OH［2］。花青素进入血液后多以原型、甲基化或酚酸代谢物等活性形式存在并发挥作用。花青素生物利用度较低，原因可能为:1、大多数花青素的结构不利于其在胃肠道内被葡糖醛酸糖苷酶水解，难以被肠道吸收;2、花青素在酸性(pH＜4)环境下稳定，在体内偏碱性的环境下极易降解;3、花青素能与外排转运蛋白(efflux transporters)结合，如与多药抗药性蛋白(multidrug resistance protein 1，MDR1)结合［3］后主动转运出小肠，致其血浆浓度降低。

作为天然植物多酚化合物，花青素因其具有良好的生物活性而受到肿瘤学家和营养学家越来越多的关注。目前研究发现，花青素具有很强的抗氧化和抗炎特性，对心脑血管疾病、关节炎、糖尿病、肥胖、视觉损伤等有很好的防治效果［1，4］。花青素还能通过非抗氧化和非抗炎途径防治乳腺癌、食管癌、肺癌、直肠癌、黑色素瘤等多种肿瘤的发生发展，且具有无毒、不致畸、不致癌、不致敏、不致突变等特性［1］。

1 花青素防治乳腺癌效应

1.1 人群研究

图1 物来源食物中花青素基本化学结构(引自［1］)Fig.1 Chemical structure of anthocyanidins in plant-derived food

目前，花青素防治乳腺癌的流行病学研究主要集中在食物中黄酮/花青素摄入量与乳腺癌患病风险相关性的研究。Torres等［5］采用病例对照研究，收集141例确诊的乳腺癌患者，按年龄匹配(+/-3年)对照，发现黄酮醇和类黄酮摄入量高的墨西哥女性绝经后乳腺癌患病风险较低，摄入量最高的第四分位组与摄入量最低的第一分位组相比，OR值分别为0.21(95%CI=0.07 －0.60，P ＜0.004)和0.29(95%CI=0.10 － 0.82，P ＜ 0.025)。Boggs等［6］采用食物频率表对21～69岁共51，928名美国黑人女性进行12年随访，研究发现蔬果摄入频繁可减少ER－/PR－型乳腺癌的患病风险(食用频率＞2次/天与＜4次/周的发病率比值为0.57)，表明蔬菜水果的摄入是调查人群ER－/PR－型乳腺癌患病的保护因素。在中国也有类似结果，Zhang等［7］采用病例对照研究对中国东南地区的756名乳腺癌患者与1，009名健康女性进行调查，发现异黄酮摄入量与乳腺癌患病风险存在负相关，且ER、PR表达情况一致时，保护效应更显著。以上研究结果均表明花青素等黄酮类天然植物化学成分对乳腺癌具有积极防治作用，但是对地域、种族及机制方面的流行学研究尚未见报道。

1.2 动物模型研究

药动学研究数据显示，人体能吸收至血液的花青素浓度(2～25 nmol/L)远低于体外发挥抗癌作用的浓度(10～200 μmol/L)，而花青素在动物实验中却表现出很好的抗癌效应，在人癌小鼠移植瘤模型饲料中添加花青素能显著抑制小鼠肿瘤生长、血管生成、细胞侵入和迁移定植等［8-10］。有报道，口服蓝莓花青素能使MDA-MB-231乳腺癌裸鼠的肿瘤体积减小75%，肺转移率降低70%，淋巴结转移降低25%［8］。Aiyer和 Gupta［11］对花青素防治小鼠乳腺癌的机制进行了研究，他们以分别含2.5%黑木莓(BRB)、2.5%蓝莓(BB)的饲料饲喂 17β 雌二醇(E2)处理的ACI母鼠，并用qRTPCR检测其对乳腺组织中与E2代谢相关酶类基因表达的影响。试验第6周，E2组与E2-BRB和E2-BB组相比，细胞色素P4501A1水平分别增加了12和21倍;E2-BRB和E2-BB组可将CYP1B1降至原水平的1/11;E2组的17β-羟基固醇脱氢酶增加了5倍，而添加了BRB、BB的试验组只增加了2倍。试验第18周，儿茶酚-O-甲基转移酶只在E2组小鼠中提高了两倍。饲料中添加花青素可降低E2诱导的乳腺肿瘤的发生率(10% ～30%)、生长体积(41% ～67%)和多样性(38%～51%)，但并不影响E2与类固醇受体的作用［11］。以上结果提示，花青素可能是通过调节代谢E2的酶类防治E2诱发的早期乳腺癌。

1.3 离体细胞研究

已有乳腺癌化疗药物大多会对正常组织造成损伤，研究显示花青素对正常细胞有一定保护作用。Li等［12］用野冬青果(Eugenia jambolana Lam.)的花青素提取物(JFE)处理MCF-7aro和MDA-MB-231乳腺癌细胞，72 h 的 IC50分别为 27 μg/ml和 40 μg/ml，而正常永生化MCF-10A对JFE引起的生长抑制和凋亡都比乳腺癌细胞耐受。同样结论还有，Dp能明显抑制 ER+、TN型(Triple-Negative，三阴性，［ER–，PR–，HER2–］)和 HER2高表达细胞的生长增殖，并诱导癌细胞凋亡，但是对正常的MCF-10A毒性却很小;还能抑制2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑［4，5-b］吡啶(2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo［4，5-b］pyridine)对 MCF-10A 细胞的转化［13］，是潜在的TN型乳腺癌防治药物。另有研究显示，花青素在足以引起抗癌效应的浓度下并不影响细胞活力［10，14-15］，但其机制尚不清楚。

新近研究表明，敲除ER阳性且Ron高表达小鼠的ER后，肿瘤生长受到抑制，但肝转移率却增加40%;靶向ER药物他莫昔芬(tamoxifen)治疗后也得到类似结果［16］。Faria［14］的研究在一定程度上解决了这一困境，蓝莓花青素及其丙酮酸加合物对MDA-MB-231(ER–)的生长抑制效果比 MCF-7(ER+)高30%，表明花青素防治乳腺癌效应是不依赖于ER的，该特性使其具有与ER靶向药物联用的潜能。

1.4 联合用药

研究报道，花青素与抗癌药物大多具有协同效应。2 μmol/L的芍药素-3-葡糖苷(Peonidin-3-Glucoside，P-3-G)和矢车菊素-3-葡糖苷(Cyanidin-3-Glucoside，C-3-G)与阿霉素(doxorubicin，DOX)联用，可将其 TC50从 0.36 μmol/L 分别降至 0.19 μmol/L 和 0.08 μmol/L［17］，显著提高了药效。同样，染料木黄酮(Genistein)和花青素联用对MCF-7细胞的促凋亡和生长抑制效果均比单独用药好，且具有时间和剂量依赖效应［18］。但也有研究指出，花青素与现有药物联用可能存在拮抗作用，黑米花色苷与紫杉醇(paclitaxel)联合作用MCF-7和HL-60细胞，并没有提高抗癌效应;与低剂量DOX联合作用HL-60细胞具有显著协同作用;但与较高剂量(＞0.1 μmol/L)DOX 联合作用 HL-60细胞时会拮抗DOX引起的生长抑制和细胞凋亡，抑制率最高分别可达12%和53%［19］。Ozbay等［13］的研究结果与此一致，Dp与ErbB2靶向药物Lapatinib和Herceptin(Trastuzumab，曲妥珠单抗)联合作用BT-474和SKBR-3乳腺癌细胞时，均表现为拮抗作用。

2 花青素防治乳腺癌机制

2.1 抑制受体酪氨酸激酶

花青素是酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)的广谱抑制剂，能通过干扰PTK催化活性结构中Lys721/Glu738离子对的形成，阻断PTK信号级联通路，发挥抗癌效应［20］。ErbB2/HER2属于PTK中的膜受体型酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，RTK)，其高表达往往伴随着乳腺癌的恶性增殖和高转移。Teller等［21］的研究发现，在无细胞系统(cell free system)中，低浓度的Dp即能抑制 EGFR，EGFR，ErbB2，VEGFR2，VEGFR3 和 IGF1R 的活性;在A431和PAE细胞中，还能抑制相应配体激活的上述受体的磷酸化，且对 ErbB3和VEGFR3有偏爱性。在乳腺癌防治中，花青素主要是通过抑制ErbB2的磷酸化调控下游信号通路，抑制癌细胞增殖和转移［13］。ERα 被雌激素(estrogen)激活后，部分向核转位起始相关基因的转录;其余则留在胞浆，激活的下游信号分子在乳腺癌的增殖、转移中起到了非常重要的作用。有报道指出，ErbB2高表达的乳腺癌细胞可在没有雌激素的情况下激活ERα［22］，而花青素可发挥RTK抑制剂活性阻断这一作用。

2.2 调控MAPK信号通路

研究显示，花青素可通过调控MAPK信号级联中的 MEK1/2-ERK1/2，MKK3/6-p38，MKK4/7-JNK通路发挥乳腺癌防治效应［13］。C-3-G能抑制乙醇诱导的ErbB2阳性乳腺癌细胞中ErbB2、cSrc、FAK(focal adhesion kinase，黏着斑激酶)的磷酸化，同时削弱 ErbB2/FAK，FAK/cSrc，FAK/p130Cas，cSrc/p130Cas以及 p130Cas/JNK间的相互作用，即抑制ErbB2-cSrc-FAK信号级联，降低细胞粘附和伪足形成能力［20］。黑米花青素能抑制MDA-MB-453细胞株HER2/neu受体的激活，阻断EGFR-Ras-MAPKERK1/2信号通路，降低促血管生成相关因子的表达［15］。Pull-down和竞争性结合实验证明，Dp是以与ATP竞争和非竞争方式分别与Raf1、MEK1和MEK4 结合，调节其磷酸化水平［23］，抑制 AP-1、Elk、NF-κB等转录因子的激活，导致癌细胞生长、转移和血管生成被抑制［10，13］。已有研究证实，花青素可激活线粒体凋亡途径［10］，ERK1/2被抑制后能解除对Bim的抑制，进一步促进癌细胞凋亡。

2.3 调控PI3K信号通路

PI3K-Akt途径是花青素防治乳腺癌中另一条最重要的信号通路。已有研究证实，PI3K信号通路会激活 NF-κB、Stat3、Elk等转录因子，促进细胞生长、转移与血管生成，该通路受阻会导致癌细胞DNA合成受阻，细胞周期停滞;同时，Akt受抑制会促进Bad和Caspase-9激活的线粒体凋亡途径。有报道指出，蓝莓花青素可降低MDA-MB-231细胞Akt和NF-κB的活性，MMP-9活性被抑制，uPA表达降低，而相应抑制剂TIMP和PAI的表达增加，导致癌细胞降解ECM的能力减弱;体内试验也证实蓝莓花青素使Ki67表达降低、caspase-3水平增加，降低肿瘤细胞增殖能力降低，促进细胞凋亡［8-9］。对ErbB2高表达的 MDA-MB-453细胞，EGF能促进NFκB 的核转运，增加 VEGF、MMP2、MMP9 和 uPA表达，黑米花青素在高浓度(100 μg/mL)时能将这一作用过程完全阻断［15］。关于花青素如何与靶标作用的研究较少，Kwon等［23］的研究认为，Dp是以与ATP竞争方式与PI3K结合，从而抑制其磷酸化。

3 小结

综上所述，由于人体对花青素的生物利用度较低，目前花青素抗乳腺癌的研究主要集中在动物模型和离体细胞研究，而有关对肿瘤患者人群干预试验研究报道较少。另外，花青素发挥抗乳腺癌效应是花青素复合物还是某一种或二种单体、甚或次生代谢产物尚不清楚，花青素与体内或细胞内相关蛋白结合发挥抗乳腺癌作用的分子机制尚未完全阐明。

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