β-紫罗兰酮抗癌活性研究进展

石远洋 综述 刘家仁 审校

β-紫罗兰酮(β-Ionone，BI)结构式为4-(2，6，6-三甲基-1-环己烯基)-3-丁烯-2-酮，分子式为C13H20O，分子量为192.2973。BI有α-、β-和γ-BI三种异构体，其天然存在的形式为α-、β-异构体的混合物。α-BI为无色油状液体，有花香香气，气味类似紫罗兰花，常用于调配日化、皂用香精，可溶于乙醇、乙醚和丙酮。而BI是一种浅黄至无色液体的粘稠状液体，具有紫罗兰香味，但以木香香韵更为突出，易溶于乙醇、乙醚、丙二醇，微溶于水和甘油，主要用于合成视黄酸、视黄醇、β-胡萝卜素和维生素A等的前体化合物。

近年来，越来越多研究不仅关注植物化学物在癌症化学预防中的作用[1-2]，而且还关注在临床方面的应用[3]。BI是植物化学物中的一类环化异戊二烯，也是β-类胡萝卜素的末端环类似物，广泛分布于水果和蔬菜中，如胡萝卜、茶、橘子和番茄等。BI具有多种生物功能，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近年来抑癌作用的研究进展情况进行简要综述。

1 抗癌活性1.1 细胞实验模型

1.1.1 抑制乳腺癌细胞生长 刘家仁等[12]用BI(25～200 μmol/L)孵育人乳腺癌细胞(MCF-7)24 h和48 h后，采用生长曲线、集落形成等实验发现BI不仅抑制MCF-7细胞的核分裂，降低DNA合成，而且还呈时间和剂量依赖性地抑制MCF-7细胞的增殖，其半抑制浓度(50% inhibitory concentration，IC50)为104 μmol/L；董宏伟等[13]同样也发现不同浓度BI显著地降低MCF-7细胞的增殖，也呈现出时间-剂量反应关系，同时还明显的降低PCNA蛋白的表达；刘家仁等[7]用不同浓度的BI(25～200 μmol/L)作用于雌激素受体阴性的人乳腺癌细胞(MDA-MB 435)细胞，孵育7天后发现MDA-MB 435细胞的抑制率分别为45.65%、71.24%、81.53%和84.93%，DNA合成率以及核分裂百分比均明显地下降，并呈现出时间-剂量反应关系，其IC50值为42.0 μmol/L。从以上可见，BI不仅对雌激素受体阳性的乳腺癌细胞有明显地抑制作用，而且也对雌激素受体阴性的乳腺癌细胞也有明显地抑制作用。

1.1.2 抑制胃癌细胞生长 Liu等[5-6]发现，BI对人胃腺癌细胞(SGC-7901)也有抑制增殖的作用，呈剂量依赖性。用不同浓度的BI(25～200 μmol/L)孵育SGC-7901细胞8天后，通过MTT实验发现，SGC-7901细胞生长抑制率分别为25.9%、28.2%、74.4%和90.1%，其IC50值为89 μmol/L；Liu等[4]和Dong等[14]用MB法检测也证实了BI不仅对SGC-7901细胞增殖有显著地抑制作用，其半最大效应浓度(Concentration for 50% of maximal effect，EC50)为167.45±36.23 μmol/L，而且还抑制SGC-7901细胞的DNA合成。因此，BI同样也表现出对人胃腺癌细胞表现出很强的抑制作用。

1.1.3 抑制肝癌细胞生长 Kim等[15]发现，BI浓度在50～400 μmol/L范围内对人肝癌Hep3B细胞和HepG2细胞的增殖也有抑制作用，也呈明显地剂量-反应关系；当BI浓度高于400 μmol/L时，对肝癌细胞有明显的细胞毒性作用；Huang等[16]也发现当BI浓度在1～50 μmol/L范围内，BI可降低人肝癌SK-Hep-1细胞的增殖能力，也呈剂量-反应关系。因此，BI在较低浓度时，同样对人肝癌细胞增殖有明显的抑制作用。

1.1.4 抑制前列腺癌细胞生长 Jones等[17]发现不同浓度BI对人前列腺癌DU145、LNCaP和PC-3细胞的增殖均有显著的抑制作用，它们的IC50值分别为210、130和130 μmol/L。Xie等[18]用不同浓度的BI孵育LNCaP、DU145、C4-2、PC-3和CWR22Rv1细胞后，发现BI仅对AR和PSGR受体阳性的LNCaP和C4-2细胞的抑制作用更为明显，并随着BI浓度升高，抑制率也明显的增加。因此，BI对人前列腺癌细胞增殖的抑制作用具有明显的选择性。

1.1.5 其他 He等[19]用不同浓度的BI孵育小鼠黑色素瘤细胞(B16)48 h后，观察到BI在50～150 μmol/L范围内，对B16细胞有明显的抑制作用，其IC50值为120～150 μmol/L范围内。Mo等[20]发现BI还对HL-60细胞、人类结肠癌细胞(Caco-2)和结肠成纤维细胞(CCD-18Co)等细胞增殖均有明显的抑制作用。Zhu等[21]用MTT法检测不同浓度的BI处理人骨肉瘤U2OS细胞不同时间后，发现BI在50～400 μmol/L范围内，可抑制U2OS细胞增殖，并具有浓度-时间依赖性，其IC50值为175 μmol/L。

因此，BI对人肿瘤细胞的抑制作用具有广泛性，不仅对人乳腺癌细胞、胃癌细胞和肝癌细胞等有明显的抑制作用，而且对血液肿瘤细胞如HL-60也有明显的抑制作用。

1.2 体内试验模型

1.2.1 抑制乳腺癌形成 Liu等[8]用7，12-二甲基苯蒽(DMBA)诱导雌性SD大鼠乳腺癌模型，在AIN-76A饮食中，添加不同剂量的BI(0、9、18和36 mmol/kg)24周后，阳性对照组肿瘤发生率为82.1%，BI组肿瘤发生率分别为53.3%、25.9%和10.0%，随着BI浓度升高，乳腺肿瘤形成发生率也越低，呈明显的剂量依赖性。因此，BI对DMBA诱导大鼠乳腺癌形成具有明显地抑制作用。

1.2.2 抑制肝癌形成 Espindola等[11]用二乙基亚硝胺(DENA)和2-乙酰氨基芴(2-AAF)诱导雄性Wistar大鼠肝癌模型，与对照组相比，不同剂量BI(8 mg/kg和16 mg/kg)组对大鼠肝癌启动阶段的可见肝结节发生率、数量和大小有明显的抑制作用，并随着BI剂量增加，这些抑制作用明显地增强；Mnica等[22]也采用同样的大鼠肝癌模型，观察BI(16 mg/kg)在肝癌形成的促长阶段的抑制作用，结果发现BI可显著地抑制致癌物引起的肝损伤，使肝内小结节的形成明显减少；Mohamed等[23]用DENA诱导雄性Wistar大鼠肝细胞癌(HCC)模型，观察BI(160 mg/kg/天)对该模型的影响，结果可见BI显著地抑制大鼠肝内多形性的结节形成，降低肝损伤程度。因此，BI不仅抑制肝癌形成的启动阶段，而且对肝癌形成促长阶段也有抑制作用。

1.2.3 抑制肺癌形成 Selvamani等[24]用苯并芘[B(a)P]诱导雄性Swiss albino小鼠肺癌模型，用灌胃方式给予小鼠BI(160 mg/kg)，一周两次，连续16周，发现BI可降低肺癌形成率达到80%，每只动物平均肺肿瘤数是对照组的1/4。由此可见，BI还可以明显降低B(a)P诱导肺癌形成作用。

1.2.4 其他 Xie等[18]将前列腺癌C4-2细胞接种雄性裸鼠皮下，建立前列腺癌移植瘤模型，腹腔给予BI(75 mg/kg)，连续4周，结果发现BI以时间依赖性抑制移植瘤的体积，并显著地降低前列腺癌移植瘤的生长；He等[19]在C57BL雌性小鼠体内植入黑色素瘤细胞(B16)建立黑色素瘤模型，结果发现BI显著地抑制B16的生长，与对照组相比(存活中位数15天)，BI明显的延长小鼠存活时间达35%(存活中位数23天)；由此可见，BI同样也对裸鼠移植瘤有抑制作用。

因此，BI可抑制多种器官的癌形成，包括乳腺癌、肝癌和肺癌等，不仅对癌形成的起始阶段和促长阶段有抑制作用，而且对接种裸鼠移植瘤同样也有很强地抑制作用。

2 抗癌活性可能机制

2.1 阻滞细胞周期

Duncan等[25]用BI(100 μmol/L)孵育MCF-7细胞后，发现BI抑制MCF-7细胞增殖，阻滞细胞周期的G0/G1期，但在高浓度时，也阻滞细胞周期的G2/M期，呈剂量反应性的降低MCF-7细胞周期中的CDK2/4和Cyclin D1/E/A的表达，但对P21cip1和P27kip1表达没有影响；Dong等[26]还发现BI可阻滞MCF-7细胞周期在S期，并以剂量依赖性降低MCF-7细胞的PCNA蛋白的表达，同时还下调了Cyclin D1和CDK4的表达；Jones等[17]观察到BI抑制DU145和PC-3细胞的增殖，通过阻滞它们的细胞周期停在S期，并以剂量依赖性的方式抑制CDK4和Cyclin D1表达；BI抑制SGC-7901细胞增殖还可通过阻滞SGC-7901细胞周期在G 0/G 1期，降低Cyclin B1/D1、CDK4和增加P27蛋白的表达来实现[14]；Zhu等[21]发现BI以剂量依赖性的抑制人骨肉瘤U2OS细胞增殖，是通过增加U2OS细胞周期G0/G1比值，降低S期的细胞百分比来实现的；另外，在DMBA诱导大鼠乳腺癌模型中[8]，BI可通过剂量反应性的降低Cyclin D1蛋白和PCNA蛋白的表达来抑制大鼠乳腺癌形成；这些结果表明，BI抑制肿瘤细胞增殖与肿瘤细胞周期调控密切相关。

2.2 诱导细胞凋亡

Mo等[20]发现B16、Caco-2和HL-60细胞经BI处理后，细胞形态出现细胞肿胀、细胞核碎裂，促使这些细胞产生凋亡；Liu等研究显示[4]，BI抑制SGC-7901细胞的增殖是通过增加Bax蛋白表达和降低Bcl-2蛋白的表达，从而激活cleaved-caspase-3途径来诱导SGC-7901细胞凋亡；Dong等[13，26]也发现BI处理MCF-7细胞后，同样呈剂量依赖性上调了细胞色素C、cleaved-caspase-3和p-P38蛋白的表达，导致乳腺癌细胞的线粒体功能异常，DNA合成减少，并诱导细胞凋亡；另外，BI还可以通过下调U2OS细胞中Bcl-2蛋白的表达，来抑制U2OS细胞的增殖[21]；在DMBA诱导大鼠乳腺癌模型中[8]，BI是通过剂量反应性地增加Bax蛋白表达和降低Bcl-2蛋白的表达来抑制大鼠乳腺癌形成；BI在DENA诱导雄性Wistar大鼠HCC模型中[23]，通过增加肝组织中Bax蛋白表达和降低Bcl-2蛋白的表达来抑制肝肿瘤细胞的增殖从而抑制大鼠肝肿瘤形成；因此，BI通过诱导肿瘤细胞产生凋亡来发挥抗癌作用，这也是BI抗癌活性机制之一。

2.3 增强抗氧化酶活性

在DMBA诱导大鼠乳腺癌模型中[27]，BI还可剂量反应性地降低大鼠血清中的脂质过氧化物(LPO)，增加血清中酶类抗氧化剂和非酶类抗氧化剂，如SOD、CAT、GPx、GST和GSH等的水平；在B(a)P诱导小鼠肺癌形成模型中[24]，与B(a)P对照组相比，BI组不仅明显地降低血清和肺组织中的LPO和组织标记酶如芳基烃羟化酶，γ-谷氨酰转肽酶(γ-GT)，5′核苷酸酶和乳酸脱氢酶等，而且也明显地改善肺组织中酶类抗氧化剂和非酶类抗氧化剂如SOD、CAT、GPX、GST、GSH、GR、维生素E和C等的水平；在DENA诱导雄性Wistar大鼠HCC模型中[28]，BI明显地降低脂质过氧化产物-丙二醛(MDA)，增加GSH含量，改善SOD、CAT、GPX、GST等活性，改善肝功能酶学如ALT、AST、γ-GT等；因此，BI抑制由致癌物诱导的癌形成不仅是通过抑制LPO的产生，而且还可增加酶类抗氧化剂和非酶类抗氧化剂来清除体内产生的自由基等氧化物，保护靶器官避免氧化应激损伤。

2.4 抑制环氧合酶-2(COX-2)活性

COX-2是花生四烯酸代谢和前列腺素E2(PEG2)生成的限速酶，在肺癌、乳腺癌和胃癌等多种癌症中均有高表达，并在肿瘤的发生发展中起重要的作用[28]。Dong等[26]研究，BI不仅抑制由PMA诱导COX-2细胞模型中的COX-2蛋白的表达和PEG2的释放到培养液中，而且对DMBA诱导大鼠乳腺癌模型中乳腺肿瘤组织的COX-2蛋白表达也有抑制作用，呈现明显地剂量反应关系。因此，BI对胃癌和乳腺癌中COX-2活性也有明显地抑制作用。

2.5 抑制肿瘤细胞转移

肿瘤细胞转移是肿瘤恶化的一大特征，基质金属蛋白酶2(MMP-2)和MMP-9主要参与肿瘤细胞黏附其他组织细胞进行基底膜的降解，促进肿瘤侵袭，而基质金属蛋白酶抑制剂家族(TIMP)则抑制MMPs的活性，调节肿瘤的转移作用。Liu等[6，29]发现BI可明显地抑制SGC-7901细胞的转移作用，通过上调TIMP-1、TIMP-2和nm23-H1 mRNA的表达来抑制SGC-7901细胞的转移，但对MMP-2和MMP-9的活性没有影响；Huang等[16]研究中，发现BI可抑制SK-Hep-1细胞迁移、粘附和侵袭作用，通过下调MMP-2、MMP-9、尿激酶型纤溶酶原激活剂和迁移相关蛋白如粘着斑激酶(FAK)、p-FAK和Cdc42的表达，上调TIMP-1、TIMP-2和纤溶酶原激活物抑制剂-1的表达，从而抑制SK-Hep-1细胞的转移；因此，BI参与了肿瘤细胞的转移过程，并抑制相关因子如MMP-2、MMP-9等和促进TIMP-1，TIMP-2等表达，达到抑制肿瘤细胞转移的目的，这也是BI发挥抗癌作用的主要途径之一。

2.6 影响细胞信号途径

2.6.1 PI3K-AKT途径 磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)通路对多种肿瘤细胞、增殖和细胞信号转导起重要调控作用，AKT是一种多功能丝氨酸苏氨酸蛋白激酶，作为PI3K的主要下游信号重要分子，是PI3K在人类癌症中发挥作用的关键靶点[30]。Liu等[4]发现BI诱导SGC-7901细胞产生凋亡是通过剂量依赖性地降低p-PI3K(p85和p55)和p-AKT蛋白的表达，来增加凋亡相关蛋白的表达，抑制SGC-7901细胞增殖；由此可见，PI3K-AKT途径是BI抑制肿瘤细胞增殖重要途径之一。

2.6.2 MAPK途径 MAPK家族有ERK、P38和JNK三个主要成员，参与多种细胞活动，包括细胞增殖、转化、凋亡等[31]。Dong等[14]发现BI阻滞SGC-7901细胞周期是通过抑制pERK蛋白的表达，增加p-P38和pJNK蛋白的表达，来影响SGC-7901细胞的MAPK信号途径；刘家仁等[7]发现BI还可以抑制雌激素阴性乳腺癌细胞的生长和DNA合成，同样可抑制MAPK途径中相关蛋白如ERK、JNK、MEK-1、MKP-1等蛋白的表达；同样，Dong等[7]还发现BI也可通过剂量依赖性的方式上调了MCF-7细胞中p-P38蛋白的表达，激活了P38-MAPK通路，从而抑制乳腺癌细胞凋亡和增殖。

2.6.3 PSGR途径 前列腺特异性G蛋白偶联受体(PSGR)是一类G蛋白偶联受体(GPCR)，并在前列腺上皮细胞中特异性表达，其表达与前列腺癌进展相关[32]。据研究报道[18]，BI是PSGR的配体，可激活PSGR抑制前列腺癌细胞的增殖，也可通过雄激素受体(AR)的Ser650残基磷酸化抑制AR向细胞核内转位而进一步抑制前列腺癌细胞的生长；因此，BI抑制前列腺癌细胞的生长也与激活PSGR有关。

2.6.4 其他 前炎性细胞转录因子(NF-κB)活化与肿瘤细胞增殖和分化密切相关。Kim等[15]发现BI可抑制TRAIL对NF-κB的激活，下调抗凋亡相关蛋白如XIAP和IAP-1/2等的表达，增加肝癌细胞对TRAIL的敏感性，来诱导肝癌细胞凋亡；Scolastici等[33]发现BI明显的抑制了肝癌大鼠模型早期阶段中TGF-α和NF-κB活性，减少NF-κB与DNA结合，诱导肝肿瘤细胞产生凋亡，降低HCC形成；然而，BI是如何降低NF-κB活性，目前还不清楚。

3 小结与展望

来源于天然食物中的BI，明显对多种肿瘤细胞具有抑制作用，不仅阻滞肿瘤细胞周期，诱导肿瘤细胞产生凋亡，而且还可激活/抑制多种信号途径如PI3K-AKT、MAPK以及COX-2等蛋白活性；因此，BI及其类似物具有强大的抗肿瘤效应[34]，并有望在基础研究和临床应用上都有潜在的前景。