摘要：天然花色素類(lèi)可以誘導多種腫瘤細胞凋亡。其主要作用機制是通過(guò)JNK信號傳導通路、活化CASPases、線(xiàn)粒體途徑、產(chǎn)生活性氧及阻止細胞增殖周期等多種途徑實(shí)現的。
關(guān)鍵詞：花青苷類(lèi)；腫瘤；細胞凋亡
Advances in the apoptosis of tumorcell induced by anthocyanidins.ZHANG Zhuo,ZHOU Bo.
Department of Preventive Medicine，Shenyang Medical College,Shenyang 110034 China

Abstract: Researches in recent years indicated that athocyanidins induced the apoptosis of many kinds of tumor cells. In this review was introduced the mechanism of apoptosis，including JNK pathway of signal transduction，activating CASPases pathway，mitochondrial apoptosis signaling pathway，reactive oxygen species and cell cycle block pathway,etc.
Keywords: Anthocyanidin; Tumor; Apoptosis.

天然花色素是一類(lèi)廣泛存在于植物中的水溶性色素，是植物的主要呈色物質(zhì)。自然條件下游離的花色素極少見(jiàn)，它們常以糖苷形式存在，稱(chēng)之花色苷。隨著(zhù)科學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現天然花色素類(lèi)物質(zhì)不僅保護植物自身的健康,而且也保護著(zhù)動(dòng)物乃至人類(lèi)的生命［1］。目前，其防癌、抗癌機制的研究已進(jìn)了分子水平，表明天然花色素類(lèi)物質(zhì)可通過(guò)一系列途徑誘導腫瘤細胞凋亡。現將有關(guān)天然花色素類(lèi)物質(zhì)致腫瘤細胞凋亡的文獻作一綜述，以了解天然花色素類(lèi)致腫瘤細胞凋亡的分子機制。
1 JNK信號傳導通路
cJun氨基末端激酶(cJun Nterminal Kinase，JNK)信號通路屬于絲裂原激活蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）通路，是細胞凋亡的主要信號轉導途徑之一。JNK通路的激活與細胞凋亡有密切關(guān)系［2］。JNK信號通路可被細胞外多種刺激所激活。JNK是位于胞質(zhì)、分子質(zhì)量為54ku的絲氨酸和（或）蘇氨酸蛋白激酶。JNK能與cJun N端的活化區結合并使其第63、73位絲氨酸殘基磷酸化，JNK通過(guò)其氨基酸殘基磷酸化而活化，一旦被激活，胞漿中的JNK移位到細胞核。活化的JNK可以和轉錄因子ATF2及cJun的氨基末端區域結合，使轉錄因子的活性區域發(fā)生磷酸化，促進(jìn)基因的表達及新蛋白質(zhì)的合成，新生蛋白質(zhì)可能作用于細胞凋亡途徑的某一環(huán)節而促進(jìn)或引起細胞凋亡，對于不同的刺激因素和不同的細胞類(lèi)型，作用的環(huán)節可能不同。在經(jīng)飛燕草色素處理的人前髓細胞性白血病細胞實(shí)驗中，JNK的磷酸化、cJun基因表達這樣的JNK途徑激活伴隨著(zhù)細胞凋亡［3］。
另外，飛燕草色素的干預也提高了細胞內活性氧物質(zhì)水平。Yeh［4］等在人肝瘤細胞HepG(2) 實(shí)驗中發(fā)現飛燕草色素在mRNA和蛋白水平可以分別刺激cJun和JNK磷酸化的表達。并且，飛燕草色素誘導的細胞凋亡伴隨著(zhù)Bax蛋白上調和Bcl2蛋白下調。可以看出花色素類(lèi)誘導腫瘤細胞凋亡的過(guò)程與JNK通路密切相關(guān)。
2 CASPases途徑
細胞質(zhì)門(mén)冬氨酸特異性蛋白酶系(Cytosolic AspartateSpecific Proteases，CASPases)參與細胞的程序性解體，使之成為凋亡體。目前已發(fā)現的CASPases有14種之多，分別記作CASPase1～14。CASPases在胞質(zhì)中以不活化的前體形式存在，大多通過(guò)蛋白裂解得以活化。CASPase8、CASPase9及CASPase3是位于凋亡通路上的3個(gè)關(guān)鍵因素。CASPase8對來(lái)自細胞外的凋亡誘導因子的刺激作出應答，以啟動(dòng)細胞解體。CASPase9對各種藥物和損傷引起的刺激作出應答，啟動(dòng)細胞色素C從線(xiàn)粒體中釋放，并與dATP、凋亡蛋白酶活化因子1和細胞色素C一起形成復合物，以啟動(dòng)細胞解體。CASPase3能放大CASPase8和CASPase9的信號，引起細胞全面自殺性解體。CASPase8和CASPase9都可以通過(guò)蛋白水解片斷活化CASPase3，而CASPase3則反過(guò)來(lái)使細胞內許多重要的蛋白質(zhì)(包括其余的CASPases成分)水解而得以活化。聚ADP核糖聚合酶是細胞凋亡中第一個(gè)被鑒定的由CASPase3水解的DNA修復相關(guān)酶。DNA修復功能的喪失,致使不能維系基因組的穩定，從而間接促使細胞凋亡。
Hou［5］等發(fā)現芙蓉屬花色苷可以激活CASPase3、CASPase8及CASPase9而使聚ADP核糖聚合酶失活，并且導致細胞色素C釋放，最終引起人前髓細胞性白血病細胞（HL60）凋亡。shih［6］用錦葵色素誘導的人胃腺癌（AGS）細胞凋亡，過(guò)程中存在凋亡小體的出現、CASPase3的激活和聚ADP核糖聚合酶水解這些形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)上的特征。在另一項研究中，飛燕草色素誘導HL60細胞凋亡是通過(guò)JNK途徑和CASPase3的激活而實(shí)現的［3］。
3 線(xiàn)粒體途徑
線(xiàn)粒體是真核細胞的重要細胞器，是動(dòng)物細胞生成ATP的主要地點(diǎn)。近年來(lái)發(fā)現線(xiàn)粒體在細胞凋亡過(guò)程中起到了重要作用，這里既有依賴(lài)CASPases的程序化死亡途徑，也存在不依賴(lài)CASPases活性的細胞死亡機制。有研究表明，幾種線(xiàn)粒體蛋白在程序化死亡信號傳導中扮演者中心角色［7］。
線(xiàn)粒體途徑的主要機制是細胞凋亡分子細胞色素C、Smac（Diablo）、凋亡誘導因子和核酸內切酶G從線(xiàn)粒體的釋放，然后產(chǎn)生級聯(lián)發(fā)應使細胞凋亡。細胞線(xiàn)粒體細胞色素C及其它凋亡分子的釋放受Bcl2蛋白家族的調控。Bcl2是一個(gè)很大的蛋白家族，分為兩個(gè)亞族——抗凋亡亞族和促凋亡亞族(如Bax和Bak)。其中促凋亡亞族(Bax)是P53激活轉錄的產(chǎn)物，可以促進(jìn)或誘導線(xiàn)粒體凋亡因子的釋放從而促進(jìn)凋亡。在正常情況下這些蛋白定位于細胞的非線(xiàn)粒體組分，一旦細胞受到凋亡因子的誘導，它們就以線(xiàn)粒體作為靶細胞器而向線(xiàn)粒體轉位，對凋亡進(jìn)行調控。
Yeh［4］等在實(shí)驗中發(fā)現飛燕草色素誘導人肝瘤細胞HepG（2）凋亡，并伴隨著(zhù)Bcl2下調和Bax上調。shih［6］在實(shí)驗中發(fā)現Bax／Bcl2的比率提升到1、6倍。Bcl2主要定位于哺乳動(dòng)物細胞中線(xiàn)粒體膜，Bcl2的下調減弱了Bcl2抗凋亡亞族的抗凋亡性，增加了凋亡的程度。同時(shí)Bax的增加與Bcl2結合并拮抗凋亡作用從而促進(jìn)了凋亡的發(fā)生。由此我們推則飛燕草色素誘導細胞凋亡的機制可能是經(jīng)過(guò)線(xiàn)粒體通路或至少與此通路緊密相關(guān)。
4 活性氧途徑
活性氧(Reactive oxygen species，ROS)是由外源性氧化劑或細胞內有氧代謝過(guò)程產(chǎn)生的具有很高生物活性的氧分子，細胞內ROS的產(chǎn)生主要是線(xiàn)粒體由狀態(tài)Ⅲ向狀態(tài)Ⅳ轉換中高氧的環(huán)境和高還原態(tài)的呼吸鏈使大量電子漏出并還原氧分子而形成。ROS很容易與大分子反應，可直接損傷或者通過(guò)一系列反應引起廣泛生物結構的破壞。關(guān)于ROS誘導細胞亡的機制，現在認為細胞產(chǎn)生的氧自由基可以通過(guò)不同的途徑誘導細胞的凋亡。①ROS可以直接損傷DNA而誘導細胞凋亡。②ROS可以攻擊蛋白質(zhì)，導致許多蛋白質(zhì)尤其是具有酶活性的蛋白質(zhì)功能的喪失，從而誘導凋亡。③ROS可以作用于細胞膜，誘發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化，從而影響細胞信號傳導系統，激發(fā)有關(guān)的調控基因導致細胞凋亡。④當線(xiàn)粒體內ROS大量產(chǎn)生，使其離子通透性喪失或者使線(xiàn)粒體膜通透性發(fā)生改變，導致線(xiàn)粒體膜勢能發(fā)生改變，進(jìn)而引起線(xiàn)粒體釋放凋亡誘導因子等細胞凋亡因子，發(fā)生級聯(lián)反應，從而誘導細胞凋亡。⑤另外，外源性或內源性ROS的大量生成也可導致細胞內氧化還原態(tài)的失衡，誘導某些基因表達，引起凋亡。
在飛燕草色素誘導HL60細胞凋亡實(shí)驗中，飛燕草色素的干預可提高細胞內ROS水平。當進(jìn)一步使用N乙酰L半胱氨酸和過(guò)氧化氫酶在內的抗氧化劑時(shí)，發(fā)現其能有效地阻斷飛燕草素誘導的JNK磷酸化作用、caspase3激活和DNA斷裂［3］。而且，花色素直接引起HL60產(chǎn)生細胞內過(guò)氧化氫。同樣的結果也出現在芙蓉屬花色苷實(shí)驗中［5］。
5 阻止細胞增殖周期
細胞增殖周期可分為G1期(DNA合成前期)、S期(DNA合成期)、G2期(DNA合成后期)和M期(有絲分裂期)。細胞周期機制破壞會(huì )導致腫瘤的產(chǎn)生。研究表明花色素類(lèi)能夠作用于細胞周期的某一個(gè)環(huán)節，而使細胞增殖周期受阻，誘導其發(fā)生凋亡。
有研究［8］發(fā)現飛燕草色素可以抑制子宮癌和結腸腺癌細胞的生長(cháng)，使細胞聚集在細胞周期的S期，阻斷了細胞從S期向G2期的過(guò)渡，并且有亞二倍體細胞和生物學(xué)特征為細胞核凝集、Annexin V染色、DNA“梯形帶”的出現。這些表明飛燕草色素誘導了腫瘤細胞的凋亡。
在Chen［9］等的研究中，矢車(chē)菊色素苷或芍藥色素苷可以顯著(zhù)抑制人乳腺癌細胞（HS578T）的生長(cháng)并誘發(fā)凋亡。其機制與細胞周期G2、M阻斷相關(guān)。在花色素（富含矢車(chē)菊色素和錦葵色素）誘導人單細胞白血病細胞凋亡中也出現相同的結果［10］。而在Malik［11］等的實(shí)驗中發(fā)現結腸癌細胞（HT29）被阻斷在細胞周期的G1和G2、M期。
6 其他途徑
Chang［12］等用芙蓉屬植物的花色苷誘導HL60細胞凋亡，發(fā)現這個(gè)過(guò)程是通過(guò)P38、cJun的磷酸化作用，tBid、Fas、FasL的表達和細胞色素c的釋放而實(shí)現的。他們進(jìn)一步使用SB203580（p38抑制劑），PD98059 (胞外信號調節蛋白激酶激活酶抑制劑)， SP600125 (JNK抑制劑)評價(jià)對HL60凋亡的影響，發(fā)現只有SB203580可以較強地抑制HL60細胞凋亡、相關(guān)蛋白表達和磷酸化作用。所以認為HAs介導的HL60凋亡是經(jīng)由p38到FasL和Bid途徑引起的。另外，Shih［6］等在實(shí)驗中發(fā)現錦葵色素可以明顯增加P38激酶的表達和抑制胞外信號調節蛋白激酶活性，并且CASPase3的激活可以分別被胞外信號調節蛋白激酶和P38的抑制劑所阻斷。因此認為腫瘤細胞凋亡可能與P38有關(guān)。
最近Matchett等［13］研究發(fā)現越桔中富含的類(lèi)黃酮物質(zhì)（大量花色苷和原花色素）可以下調人前列腺癌細胞（DU145）中基質(zhì)金屬蛋白酶活性的機制。這些細胞中金屬蛋白酶組織抑制因子1、2活性增加。在類(lèi)黃酮物質(zhì)介導的基質(zhì)金屬蛋白酶活性降低過(guò)程中可能有蛋白激酶C和MAPK途徑參與。 但是具體的機制仍然不清楚。
綜合上述，到目前為止，花色素類(lèi)誘導腫瘤細胞凋亡產(chǎn)生的途徑有如下幾個(gè)特點(diǎn)：①誘導的細胞凋亡途徑具有多樣性；②一種花色素可能同時(shí)通過(guò)多個(gè)途徑誘導細胞的凋亡；③花色素誘導細胞凋亡的不同途徑之間存在互相交叉點(diǎn)；④誘導細胞凋亡發(fā)生而真正起作用的可能只是某個(gè)組分。另一方面，花色素類(lèi)誘導腫瘤細胞凋亡的研究尚存在很多問(wèn)題：①一些文獻表明，很多花色素誘導細胞凋亡都存在劑量和（或）時(shí)間依賴(lài)性，但這種現象的機制還沒(méi)有一個(gè)很好的解釋?zhuān)虎诨ㄉ仡?lèi)誘導細胞凋亡過(guò)程中存在多途徑和不同途徑之間的交叉點(diǎn)，然而究竟各個(gè)途徑之間如何相互作用，現在還沒(méi)有真正清楚，需要深入研究；③同一種或幾種花色素是否對所有腫瘤細胞都具有凋亡作用，機制是否完全相同，亦需深入研究。
總之，花色素類(lèi)物質(zhì)誘導腫瘤細胞凋亡機制已經(jīng)在分子水平被論證了。但花色素類(lèi)物質(zhì)誘導腫瘤細胞凋亡作用的研究現在還只是開(kāi)端，期待相關(guān)內容的進(jìn)一步研究。
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