叶黄素抗肿瘤作用的研究进展

刘会芳,赵元华,王淑静，尉爱红(综述),何荣霞(审校)

(兰州大学第二医院妇产科，兰州 730000)



叶黄素抗肿瘤作用的研究进展

刘会芳△,赵元华△,王淑静△，尉爱红(综述),何荣霞※(审校)

(兰州大学第二医院妇产科，兰州 730000)

摘要：叶黄素广泛存在于自然界中，是一种安全的天然色素，其可以通过抑制肿瘤细胞增殖、诱导分化及促进凋亡等方面发挥抗肿瘤作用。叶黄素为含有紫罗酮环的类胡萝卜素，有多个共轭双键，因此具有很强的清除自由基的能力，其在抗氧化、预防白内障、延缓动脉硬化以及抗肿瘤等多方面发挥生物学功能。该文就叶黄素在国内外抗肿瘤中的研究现状予以综述。

关键词：叶黄素；抗肿瘤；抗氧化性；类胡萝卜素

叶黄素是一种含氧类胡萝卜素，是构成蔬菜、水果、花卉等植物色素的主要组分,其在甘蓝、菠菜等深绿色叶菜及金盏花等花卉中含量较高；其分子式为C40H56O2,相对分子质量为568.88,没有维生素A活性；研究表明，叶黄素游离羟基与脂肪酸酯化可增强对热和紫外线的稳定性，因此商品化叶黄素产品多为叶黄素酯型；叶黄素酯进入人体后可被高效地水解并释放出游离叶黄素,从而发挥生物学功效[1]。叶黄素独特的化学结构及组成决定了其独特的生物学功能，在抗氧化、预防白内障、延缓动脉硬化以及抗肿瘤等方面具有重要作用[2-3]。有学者发现，叶黄素对乳腺癌、胃癌、食管癌、口腔上皮癌等多种肿瘤具有明显抑制作用[4-7]。现就叶黄素在抗肿瘤方面的研究进展予以综述。

1抑制肿瘤细胞增殖及诱导分化

孙震等[7]研究证实，叶黄素和玉米黄素具有抑制口腔上皮细胞癌增殖的作用，可促进口腔癌KB细胞DNA损伤、降解，阻断口腔癌细胞由G1期向S期转变，明显抑制人口腔癌细胞株KB中Bcl-2基因的蛋白表达。王若仲等[8]采用噻唑兰比色法、活性氧荧光定量法和高压液相色谱法研究证实，叶黄素对人肝癌细胞HepG2具有明显抑制作用，其机制与降低活性氧类水平和腺苷三磷酸水平有关。细胞周期蛋白(cyclin) D1和cyclin E是调节细胞周期的主要蛋白之一，cyclin D1在调节细胞由G0期进入G1期的过程中起重要作用[9]。cyclin E 与CDK2结合，CDK2激活后使pRb蛋白磷酸化，这对于DNA复制的启动十分重要；研究发现，叶黄素能通过抑制cyclin D1及cyclin E1抑制食管癌EC-9706细胞增殖[10-11]。冀波[5]提示，核因子κB是wnt、notch、hedgehog等受调蛋白水解酶依赖的一条受体信号转导通路，在调节炎症反应、肿瘤形成、细胞凋亡及自身免疫性疾病方面发挥重要作用，而IκB-α是核因子κB抑制蛋白之一；叶黄素可以通过上调IκB-α表达，下调核因子κB蛋白表达进而抑制胃癌SGC-7901细胞的增殖。增殖细胞核抗原与细胞周期中DNA复制有关，增殖细胞核抗原表达程度直接反应细胞周期中DNA的复制程度，因此可作为评价细胞增殖状态的重要指标[12]。Cheng等[13]研究表明，类胡萝卜素可以通过抑制增殖细胞核抗原和cyclin D1的表达来抑制口腔癌KB细胞的增殖。以上证据说明，叶黄素可以通过不同途径抑制肿瘤细胞的增殖。

2诱导肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡是为维护内环境稳定，由基因控制的细胞自主的、有序的死亡，涉及Bcl-2家族、胱天蛋白酶(caspase)家族、癌基因c-myc、抑癌基因p53等的激活、表达及调控作用[14]。Bcl-2和Bax同属于Bal-2家族，前者为抗凋亡蛋白，后者为促凋亡蛋白[15]。王若仲等[8]研究显示，叶黄素通过上调凋亡基因Bax和p53信使RNA的表达，从而抑制人肝癌细胞HepG2的生长。冀波[5]采用Western blot检测细胞内Bcl-x1蛋白的表达，同样证实，经过叶黄素干预处理胃癌SGC-7901细胞24 h 后，抗凋亡蛋白Bcl-x1的表达显著下降，且呈剂量依赖性。胡婵丽[10]和裴迎新等[11]通过研究叶黄素对食管癌EC-9706 细胞凋亡的影响及机制，提示叶黄素可通过下调Bcl-2蛋白和上调Bax蛋白，诱导人食管癌细胞株EC-9706凋亡。以上说明叶黄素能通过调节Blc-2家族蛋白表达诱导肿瘤细胞凋亡。caspase家族是介导凋亡信号转导通路的关键效应分子，其中caspase-3是目前已知与凋亡关系最密切的成员之一[16]。脂肪酸合成酶属于神经生长因子/肿瘤坏死因子受体超家族成员，是一种促进凋亡的相关基因[17]。付蕾等[18]研究叶黄素对SGC-7901细胞凋亡诱导作用，采用流式细胞仪检测细胞凋亡及caspase-3活性；结果显示，叶黄素呈剂量依赖性上调caspase-3活性，进而诱导胃癌SGC-7901细胞的凋亡。刘蕾和付蕾[19]研究提示，叶黄素作用于乳腺癌MCF-7细胞时，经过160 mg/L的叶黄素处理6 h后caspase-3活性增加，24 h达到峰值，然后开始下降，但48 h后仍高于正常。随后，李莉等[6]研究也发现，叶黄素作用于食管癌EC-7901细胞脂肪酸合酶蛋白表达显著增加，且呈时间、剂量依赖性；增殖细胞核抗原蛋白和cyclin D1蛋白表达显著减少，提示上调caspase-3蛋白及脂肪酸合酶蛋白的表达及下调增殖细胞核抗原蛋白和cyclin D1蛋白表达，可能是叶黄素促进肿瘤细胞凋亡的机制。上述研究提示，叶黄素可以促进肿瘤细胞的凋亡。

3叶黄素在抗肿瘤中的应用

叶黄素分子含有一条40个碳原子长链，其中包括共轭双键，以及2个羟基，因此叶黄素有鲜明的颜色并具有清除自由基能力[20]。

叶黄素独特的化学结构不仅决定其颜色，也决定其独特的理化性质。长期的慢性炎症被认为是很多癌症的危险因素(如胃癌、宫颈癌、肝细胞癌等)[21]。虽然相关的机制并不明确，但众所周知，慢性炎症可诱导氧化剂产生相关的酶和后继氧自由基和氮自由基[22]。内源性的抗氧化酶(如锰超氧化物歧化酶和抗氧化物质类胡萝卜素及维生素E)被公认在细胞氧化应激中能发挥防御作用[23]。叶黄素为含有紫罗酮环的类胡萝卜素，具有更强的清除自由基的能力；研究表明，叶黄素及其氧化产物均能表现出清除自由基的活力，且呈剂量依赖性；而氧化叶黄素可能有更高的活性，因为通过2,2′-偶氮(2-甲基丙基咪)二盐酸盐氧化产生的过氧自由基离子可以和叶黄素的共轭多烯链反应，推测可能因此而表现出对Hela细胞更高的抗氧化和细胞毒作用[24]。流行病学已调查出饮食和营养状况对宫颈癌变的影响，但抗氧化微量元素对宫颈瘤变保护作用的证据还不充分；Cho等[25]通过多中心、病例对照研究血清中抗氧化物质与宫颈瘤变的关系；结果显示，抗氧化微量元素能起到预防宫颈癌的作用，其通过修改锰超氧化物歧化酶的基因型来降低疾病的风险[26]。通过大量食物调查问卷及荟萃分析提示，摄食含叶黄素的食物能降低Barrett食管及食管癌的发生风险[27-28]；其能通过升高抗氧化酶(如过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶及谷胱甘肽)的水平保护酒精所导致的胃溃疡[29]，降低胃癌的风险[30]。Sun和Yao[31]研究叶黄素及玉米黄素二乙酰化后对抗肿瘤增殖活性的影响；结果显示，二乙酰化后的叶黄素和玉米黄素组对口腔癌细胞的抑制率较叶黄素和玉米黄素组低，而且未见明显对细胞增殖的抑制作用，提示叶黄素及玉米黄素的羟基在抗肿瘤中发挥了极大作用。在叶黄素与乳腺癌的研究中提示，叶黄素能降低乳腺癌的风险，尤其是吸烟和乳腺密度较高的女性[4,32-33]。由于缺少膳食类胡萝卜素与雌孕激素受体状态的乳腺癌风险的研究，Zhang等[34]对此进行了前瞻性的队列研究，结果提示，膳食类胡萝卜素与孕激素受体表达阳性或阴性的乳腺癌无明显相关性；与雌激素受体表达阴性的乳腺癌呈明显负相关，而与雌激素受体表达阳性的乳腺癌并无此关联[35]。另有研究报道，摄入抗氧化的维生素在乳腺癌的发病风险以及雌激素受体中的表达差异无统计学意义[36]。基于分析结果的不一致性，Aune等[37]对血液中类胡萝卜素浓度与乳腺癌的发病风险进行了前瞻性的系统回顾及荟萃分析，结果提示，血液中总类胡萝卜素能降低乳腺癌发病风险。血浆中高浓度的类胡萝卜素还能降低膀胱尿路上皮癌的风险，尤其是侵袭性的膀胱尿路上皮癌；研究证实，叶黄素也能降低非侵袭性膀胱尿路上皮癌的风险[38]。目前的研究表明叶黄素能对抗多种肿瘤细胞，但还需要更深入进行研究,从而获取更多实验数据和结果的支持。

4小结

叶黄素因其独特的结构而具有特殊的功能，如抗癌、保护视力、预防动脉粥样硬化等。作为一种天然色素，在绿色革命呼声越来越高的今天势必会有良好的发展前景。最近有研究报道，叶黄素在不同水平表现出抗氧化—促氧化的双重作用，且其抗氧化性和光吸收能力对人体的重要性因年龄而异[39]。因此，还需要更多有说服力的研究证据支持叶黄素临床应用剂量和推荐摄入量的制定，也还需进行大量实验研究和流行病学调查以证实其功效。

参考文献

[1]郑樱,马爱国.叶黄素安全性与生物学功能研究进展[J].青岛大学医学院学报,2011,47(4):283-284，287.

[2]Olmedilla B,Granado F,Blanco I,etal.Lutein,but not α-tocopherol,supplementation improves visual function in patients with age-related cataracts:a2-y double-blind,placebo-controlled pilot study[J].Nutrition,2003,19(1):21-24.

[3]Karppi J,Nurmi T,Kurl S,etal.Lycopene,lutein and beta-carotene as determinants of LDL conjugated dienes in serum[J].Atherosclerosis,2010,209(2):565-572.

[4]Mignone LI,Giovannucci E,Newcomb PA,etal.Dietary carotenoids and the risk of invasive breast cancer[J].Int J Cancer, 2009,124(12):2929-2937.

[5]冀波.Lutein对胃癌SGC-7901细胞的作用及分子机制研究[D].郑州：郑州大学,2012.

[6]李莉,任广伟,赵昱,等.叶黄素对体外培养的人食管癌Ec-9706细胞增殖和凋亡的影响[J].河北医科大学学报,2013,34(3)：249-252.

[7]孙震,奚海燕,李博,等.叶黄素和玉米黄素抑制口腔上皮细胞癌增殖的实验研究[J].食品科学,2006,27(6):207-211.

[8]王若仲,沈新南,施冬云,等.叶黄素对人肝癌细胞HepG2的抑制作用及其机制研究[J].营养学报,2012,34(4):332-335.

[9]Guo ZY,Hao XH,Tan FF,etal.The elements of human cyclin D1 promoter and regulation involved[J].Clin Epigenetics,2011,2(2):63-76.

[10]胡婵丽.叶黄素对食管癌EC9706细胞增殖抑制和诱导分化效应及机制研究[D].郑州：郑州大学,2007.

[11]裴迎新,衡正昌,段广才,等.叶黄素对人食管鳞癌细胞诱导分化效应与机制探讨[J].四川大学学报:医学版,2007,38(4):629-632.

[12]Gallego-Sánchez A,Andrés S,Conde F,etal.Reversal of PCNA ubiquitylation by Ubp10 in Saccharomyces cerevisiae[J].PLoS Genet,2012,8(7):e1002826.

[13]Cheng HC,Chien H,Liao CH,etal.Carotenoids suppress proliferating cell nuclear antigen and cyclin D1 expression in oral carcinogenic models[J]J Nutr Biochem,2007,18(10):667-675.

[14]张勤丽,牛侨.细胞凋亡机制概述[J].环境与职业医学,2007,24(1):102-107.

[15]戴宏宇，刘琳，何向明，等.洛铂体外诱导人结肠癌细胞株LOVE 细胞凋亡及其作用机制的研究[J].癌症杂志，2010,20(11)：837-841.

[16]Vegran F,Boidot R,Solary E,etal.A short caspase-3 isoform inhibits chemotherapy-induced apoptosis by blocking apoptosome assembly[J].PLoS one,2011,6(12):e29058.

[17]Mertlikova-Kaiserova H,Votruba I,Matousova M,etal.Role of caspases and CD95/Fas in the apoptotic effects of a nucleotide analog PMEG in CCRF-CEM cells[J].Anticancer Res,2010,30(7):2791-2798.

[18]付蕾,刘蕾,张楠,等.叶黄素对 SGC-7901细胞增殖抑制及凋亡诱导作用[J].中国药理学通报,2009,25(7):976-977.

[19]刘蕾,付蕾.叶黄素对MCF-7增殖抑制作用及其机制的实验研究[J].药学科研，2010，16(4):435-438.

[20]裴莹,刘伟,张志博，等.植物黄体素-叶黄素作用研究[J].实用中医内科杂志,2011,25(4):22-23.

[21]Moss SF,Blaser MJ.Mechanisms of disease:inflammation and the origins of cancer[J].Nat Clin Pract Oncol,2005,2(2):90-97.

[22]Bartsch H,Nair J.Chronic inflammation and oxidative stress in the genesis and perpetuation of cancer:role of lipid peroxidation,DNA damage,and repair[J].Langenbecks Arch Surg,2006,391(5):499-510.

[23]Bag A,Bag N.Target sequence polymorphism of human manganese superoxide dismutase gene and its association with cancer risk:a review[J].Cancer Epidemiol Biomarkers Prev,2008,17(12):3298-3305.

[24]Lakshminarayana R,Aruna G,Sathisha UV,etal.Structural elucidation of possible lutein oxidation products mediated through peroxyl radical inducer 2,2′-Azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride:antioxidant and cytotoxic influence of oxidized lutein in HeLa cells[J].Chem Biol Interact,2013,203(2):448-455.

[25]Cho HB,Kim MK,Lee JK,etal.Relationship of serum antioxidant micronutrients and sociodemographic factors to cervical neoplasia:a case-control study[J].Clin Chem Lab Med,2009,47(8):1005-

1012.

[26]Tong SY,Lee JM,Song ES,etal.Functional polymorphism in manganese superoxide dismutase and antioxidant status:their interactions on the risk of cervical intraepithelial neoplasia and cervical cancer[J].Gynecol Oncol,2009,115(2):272-276.

[27]Jiao L,Kramer JR,Rugge M,etal.Dietary intake of vegetables,folate,and antioxidants and the risk of Barrett′s esophagus[J].Cancer Causes Control,2013,24(5):1005-1014.

[28]Ge XX,Xing MY,Yu LF,etal.Carotenoid intake and esophageal cancer risk:a meta-analysis[J].Asian Pac J Cancer Prev,2013,14(3):1911-1918.

[29]Sindhu ER,Kuttan R.Carotenoid lutein protects rats from gastric ulcer induced by ethanol[J].J Basic Clin Physiol Pharmacol,2012,23(1):33-37.

[30]Larsson SC,Bergkvist L,Näslund I,etal.Vitamin A,retinol,and carotenoids and the risk of gastric cancer:a prospective cohort study[J].Am J Clin Nutr,2007,85(2):497-503.

[31]Sun Z,Yao H.The influence of di-acetylation of the hydroxyl groups on the anti-tumor-proliferation activity of lutein and zeaxanthin[J].Asia Pac J Clin Nutr,2007,16(Suppl 1):447-452.

[32]Tamimi RM,Colditz GA,Hankinson SE.Circulating carotenoids,mammographic density,and subsequent risk of breast cancer[J].Cancer Res,2009,69(24):9323-9329.

[33]Wang L,Li B,Pan MX,etal.Specific carotenoid intake is inversely associated with the risk of breast cancer among Chinese women[J].Br J Nutr,2014,111(9):1686-1695.

[34]Zhang X,Spiegelman D,Baglietto L,etal.Carotenoid intakes and risk of breast cancer defined by estrogen receptor and progesterone receptor status:a pooled analysis of 18 prospective cohort studies[J].Am J Clin Nutr,2012,95(3):713-725.

[35]Eliassen AH,Hendrickson SJ,Brinton LA,etal.Circulating carotenoids and risk of breast cancer:pooled analysis of eight prospective studies[J].J Natl Cancer Inst,2012,104(24):1905-1916.

[36]Wang C,Baumgartner RN,Yang D,etal.No evidence of association between breast cancer risk and dietary carotenoids,retinols,vitamin C and tocopherols in Southwestern Hispanic and non-Hispanic White women[J].Breast Cancer Res Treat,2009,114(1):137-145.

[37]Aune D,Chan DS,Vieira AR,etal.Dietary compared with blood concentrations of carotenoids and breast cancer risk:a systematic review and meta-analysis of prospective studies[J].Am J Clin Nutr 2012,96(2):356-373.

[38]Ros MM,Bueno-de-Mesquita HB,Kampman E,etal.Plasma carotenoids and vitamin C concentrations and risk of urothelial cell carcinoma in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition[J].Am J Clin Nutr, 2012,96(4):902-910.

[39]苏卿,李谦,陈浩，等.叶黄素的抗氧化促氧化作用研究[J].食品工业科技杂志，2014，35(9)：68-71.

Research Progress in the Anti-Tumor of LuteinLIUHui-fang,ZHAOYuan-hua,WANGShu-jing,WEIAi-hong,HERong-xia. (DepartmentofGynecologyandObstetrics,theSecondHospitalofLanzhouUniversity，Lanzhou730000，China)

Abstract：Lutein is widely found in nature,a safe and natural pigments,which can play an important anti-tumor role by inhibiting tumor cell proliferation,inducing differentiation and promotingapoptosis.Lutein is a carotenoid contained ionone ring,with multiple conjugated double bonds,so it has a strong ability of free radical scavenging,which can also play many biological functions in antioxidant,preventing cataracts,delaying atherosclerosis and anti-tumor process.Here is to make a review of the research status in lutein′s anti-tumor function in the domestic and overseas field.

Key words：Lutein; Anti-tumor; Antioxidant; Carotenoids

收稿日期：2014-07-01修回日期：2014-09-20编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.09.044

中图分类号:R73-3

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)09-1654-03