芹菜素對癌細胞作用機理的研究進展

陳況況，章宏慧，陳健初

(浙江大學食品科學與營養系，浙江杭州310058)

黃酮類化合物屬多酚化合物，廣泛存在于植物的根、葉、皮及果實中，主要以苷類形式存在，部分呈游離形式。芹菜素又名芹黃素，是芹菜含有的一種重要的黃酮類物質，在大蒜、蘋果、桔子等蔬菜水果中也有發現，芹菜素分子式為C15H10O5，化學名稱為5，7，4’-三羥基黃酮，相對分子質量為 270，熔點 345～347℃，純品為淺黃色或黃色微綠針晶粉末，溶于乙醇、甲醇、稀堿溶液，與HCl-Mg、HCl-Zn反應呈紅色，遇三氯化鐵反應呈深綠色。可通過高效液相色譜、薄層色譜掃描、質譜、光譜分析對其進行分離和鑒定。芹菜素分子結構見圖1，其苯環上的三個羥基和C2=C3雙鍵決定芹菜素具有多種生理活性［1］。A、B 環4′、5、7位上的羥基可與活性自由基結合，從而清除自由基，C2=C3雙鍵對氧化性也有一定影響。芹菜素具有清除自由基、螯合金屬離子作用、可抑制NO的生成、DNA氧化損傷及脂質過氧化作用，此外，大量體內體外實驗證明其具有抗炎抗癌生物活性［2］。芹菜素主要通過控制癌細胞基因表達，影響其蛋白質活性從而誘導細胞凋亡，起到抗癌作用，對不同的癌細胞其作用機理也有所不同。本文通過檢索、整理近幾年來對芹菜素抗癌機理的研究成果，綜述了芹菜素對不同癌細胞的作用機理，為進一步研究闡明芹菜素抗癌機理提供理論參考。

圖1 芹菜素分子結構Fig.1 Structure of apigenin

1 誘導細胞凋亡

細胞凋亡是指為維持內環境穩定，由基因控制的細胞自主的有序的死亡，它涉及一系列基因的激活、表達及調控。許多抗癌藥物對癌細胞的作用都表現在能夠促進細胞凋亡上，芹菜素對癌細胞促凋亡作用是通過多種途徑實現的，其中包括參與癌細胞凋亡基因調控，調節蛋白質表達，阻滯細胞周期，干擾信號傳導等。

1.1 對細胞凋亡基因調控

抑癌基因是一類抑制細胞過度生長、增殖從而抑制腫瘤形成的基因，這種基因與調控生長的基因相互制約，當抑癌基因表達受到影響或失活，腫瘤就有可能發生。黃酮類化合物對細胞凋亡的基因調控主要是通過對轉錄調節因子如Rb、p53及周期蛋白依賴性激酶抑制因子如p15、p16、p21等。

Choi［3］用芹菜素處理乳腺癌細胞 SK-BR-3，在50μmol/L濃度以上芹菜素顯著抑制細胞增殖，經過濃度為50和100μmol/L的芹菜素48h處理后，細胞周期在G2/M期停滯，經過濃度為50和100μmol/L芹菜素處理72h后，G2/M期的細胞的積累導致CDK1和細胞蛋白A、B含量下降，p53的積累增加，p21水平提高。杜俊瑤等［4］用芹菜素處理卵巢癌細胞CAOV3，細胞周期在G2/M期停滯，并且存活素(survivin)mRNA的表達下調，p21 mRNA的表達上調。APC是一種與大腸直腸癌發生有關的腫瘤抑制基因，它的功能失調對于芹菜素誘導細胞周期停滯有關鍵作用。在人直腸癌細胞中，芹菜素使APC的表達上調，促使了癌細胞凋亡［5］。

胰腺癌由于化療對其效果甚微，成為具有較低存活率的癌癥。芹菜素處理胰腺癌細胞后，p53翻譯后的修正，p21上調都加強了。盡管胰腺癌細胞中p53發生了停用突變，芹菜素處理后它的一些功能還保持并得到一定加強［6］。

芹菜素對凋亡基因的調控使得一些失活或者受到抑制的基因重新增強表達，從而反饋抑制原癌基因表達，達到誘導癌細胞程序性死亡的目的。

1.2 調節參與凋亡的蛋白質和酶的表達

細胞周期的正常運行離不開各種蛋白質和酶的參與，其中細胞周期蛋白(cyclin)和細胞周期蛋白依賴激酶(CDK)好比細胞周期調控的發動機，二者必須結合形成復合物才能發揮調控細胞周期的作用。一旦這兩種因子其中一種表達受到影響，或者它們二者結合受到影響，細胞分裂就不能正常進行，細胞周期就會停滯。CDK是一組絲氨酸/蘇氨酸激酶，在細胞周期控制，轉錄活動和細胞凋亡等過程中參與。由cyclin D激活的CDK-6促進細胞增殖，它可以成為理論上抗癌的靶點［7］。

為了研究芹菜素的藥理干預是否對植入了人體前列腺腫瘤的無胸腺小鼠產生直接的抑癌作用，Shukla［8］等給小鼠灌喂芹菜素，發現 WAF1/p21，KIP1/p27，INK4a/p16和 INK4c/p18這四種蛋白質表達增加，cyclin-D1，D2，E和激酶的表達降低，cyclin-D1向WAF1/p21和KIP1/p27結合率增加，cyclin-E向CDK結合率降低。該研究表明在體內，細胞周期調節蛋白作為芹菜素的潛在作用目標參與抑癌作用。

Survivin是一種凋亡抑制蛋白，它可能主要通過兩條途徑抑制細胞凋亡:直接抑制細胞凋亡蛋白酶Caspase-3和Caspase-7的活性來阻斷各種刺激誘導的細胞凋亡過程(其中caspase能選擇性切割某些蛋白質造成細胞凋亡);Survivin與周期蛋白激酶CDK4，CDK2相互作用阻斷凋亡信號轉導通路。姚善華［9］研究發現芹菜素能明顯抑制膀胱癌細胞株BIU-87的生長，并促進細胞發生凋亡，細胞Survivin mRNA表達顯著減少(p＜0.05)，Survivin蛋白表達亦顯著減少(p＜0.05)，Caspase-3蛋白表達則明顯增加。

Bcl-2是一種抗凋亡蛋白，Bax是一種促凋亡蛋白，Bax/Bcl2蛋白比率反映了細胞凋亡的狀態。芹菜素處理結腸癌細胞后，Bax/Bcl2蛋白比率上調，caspase-3 活化，細胞凋亡增加［10］。李衛林［11］探討了芹菜素對人前列腺癌PC-3細胞裸鼠移植瘤凋亡相關蛋白Bax、Bcl-2表達的影響，結果表明芹菜素中、高劑量組能促進Bax蛋白的表達，抑制Bcl-2蛋白的表達。

各種與細胞存活和凋亡有關的蛋白和酶在細胞凋亡上共同作用，相互促進，相互聯系。Hussain［12］研究芹菜素對淋巴瘤細胞系的影響，發現淋巴瘤細胞用芹菜素處理引起p-Bad蛋白去磷酸化，抗凋亡蛋白Bcl-2蛋白和細胞凋亡蛋白抑制劑(IAPs)下調，Bax/Bcl2比率增加，同時Bax蛋白構象改變，從細胞質移位到線粒體，引起線粒體膜電位下降，隨后細胞色素c釋放，激活caspase-9和caspase-3。

1.3 與活性氧產生有關途徑

在白血病細胞中芹菜素能夠使細胞內活性氧積累而發揮促氧化作用，這種促氧化作用可能通過苯氧基形成而使一系列硫醇氧化，因此在流產凋亡通路轉變為壞死細胞死亡的過程中發揮重要作用［13］。活性氧被認為是芹菜素導致細胞死亡的重要機制。但是在一項研究中發現［14］，芹菜素處理白血病細胞(U937，THP-1和HL60)后，活性氧的含量上升，而用抗氧化劑谷胱甘肽處理卻可以完全減弱活性氧產生。但是抗氧化劑的處理并未使凋亡細胞復原。因此研究指出，芹菜素同時抑制了端粒酶的活性。端粒位于真核生物染色體的末端，是一種核酸蛋白復合，其結構發生變化會引起細胞衰老和死亡，端粒功能障礙也誘導細胞增殖。端粒酶在保持端粒長度穩定和誘導細胞無限增殖方面起關鍵作用。很多癌細胞的端粒酶活性很強，因此其不斷增生引起腫瘤發生。芹菜素抑制端粒酶活動，活性氧產生會增加，從而對細胞有直接毒性作用。以人體子宮頸上皮癌細胞和在人體肺上皮癌細胞系作為研究對象，發現中低劑量的芹菜素和紫杉醇具有協同促凋亡作用。其機制是芹菜素使癌細胞對紫杉醇通過抑制SOD作用更敏感，導致活性氧積累和半胱天冬酶的裂解，所以芹菜素和紫杉醇共用可以減少紫杉醇的使用量［15］。

1.4 干擾信號傳導

AMPK是真核生物體內的能量傳感器，近年來研究反應AMPK抑制哺乳動物雷帕霉素靶點信號傳導，所以它可能是癌癥預防和治療的潛在靶點。芹菜素誘導人體角質細胞沉默信息調節因子蛋白激酶(AMPK)活化，進一步抑制哺乳動物雷帕霉素靶點信號傳導從而使人體角質細胞自我吞噬［16］。蔡婧［17］等用不同濃度的芹菜素處理Huh-7細胞后，細胞周期G2/M期停滯，細胞凋亡增加，定量PCR和蛋白質印跡結果表明白細胞介素-4受體因子(IL-4R)和泛素蛋白酶基因(USP18)下調，趨化因子受體2上調。

2 抑制癌細胞增殖、入侵和轉移

2.1 抑制細胞增殖

由于癌細胞需要尋找營養供給，血管發生成為癌細胞生長的基礎。在人體乳腺癌細胞中孕激素與血管內皮生長因子(VEGF)的誘導作用有關，Mafuvadze［18］研究發現芹菜素(50 或者 100μmol/L)阻礙了BT-474細胞血管內皮生長因子的mRNA和蛋白質的表達，減少了孕酮受體水平，反過來又刺激血管再生，并且顯著抑制了孕激素改變血管再生途徑的其它成分如孕酮受體和VEGF受體的表達。

癌細胞和正常細胞一樣需要各種生物大分子如葡萄糖、蛋白質來提供能量。Melstrom［19］研究發現芹菜素對兩種胰腺癌細胞系CD18和S2-013的葡萄糖攝取有顯著抑制作用，因為它抑制了葡萄糖轉運蛋白-1(GLUT-1)mRNA和蛋白質的表達。他的另一項研究表明無論是在有氧還是缺氧的情況下芹菜素都會阻礙缺氧誘導因子-1α，GLUT-1和VEGF這三種蛋白質的表達［20］。

2.2 抑制癌細胞入侵和轉移

肝細胞生長因子和其受體蛋氨酸對乳腺癌患者是否能存活至關重要。Lee［21］使用肝細胞生長因子作為侵入誘導劑來探究四種黃酮類化合物芹菜素，柚皮素，染料木素和山奈酚對人體乳腺癌細胞MDA-MB-231依賴肝細胞生長因子的生長作用。結果表明芹菜素最有潛力抵抗遷移和入侵，并能抑制肝細胞生長因子-1介導的細胞移動和分散。

胰島素生長因子信號(IGF)促進癌細胞入侵和轉移，它的下調在防治前列腺癌形成中有重要作用。Shukla［22］通過體內和體外的實驗發現芹菜素對能夠抑制胰島素樣生長因子信號傳遞以及 P13/Akt通路。另一項研究中［23］，小鼠攝入一定劑量芹菜素后，其IGF-1水平下降，IGFBP-3(胰島素樣生長因子結合蛋白)水平提高，顯著抑制VEGF，溶酶原激活因子uPA，基質金屬蛋白酶MMP-2和MMP-9，因此芹菜素減弱IGF-1/IGFBP-3信號傳導有效抑制前列腺癌發生。所以芹菜素在抑制前列腺癌細胞IGF信號軸上的效果值得進一步探討。

Franzen［24］使用活細胞成像技術發現芹菜素降低細胞移動的速度并影響其方向，抑制前列腺癌細胞的移動和入侵，使細胞更緊密地粘著在細胞外基質，擾亂肌動蛋白細胞骨架組織，降低粘著斑激酶和酪氨酸蛋白激酶的活性。

3 其它

3.1 發揮激素樣作用

在與生殖系統有關的癌細胞形成過程中，各種性激素起到一定調節作用。Long［25］研究了芹菜素對雌激素敏感的MCF7乳腺癌細胞和對抗雌激素敏感的MCF7細胞亞系的影響，發現芹菜素在一定劑量下具有雌激素和抗雌激素的作用。在低濃度(1μmol/L)，芹菜素刺激MCF7細胞生長但是對抗雌激素MCF7亞系沒有影響。相反，高濃度(＞1μmol/L)時抑制MCF7細胞和抗雌激素MCF7亞系生長。

3.2 與其它抗癌劑協同作用

任環宇［26］研究發現芹菜素可以顯著抑制4種肺癌細胞的增殖，芹菜素的過夜預處理可以大大提高抗癌藥物奧沙利鉑(oxaliplatin)和博來霉素(bleomycin)在4種肺癌細胞中的IC50，并且與抗癌藥物存在協同作用。Watanabe［27］將人體肺癌細胞的SQ-5細胞在加入芹菜素后培養，然后用X射線照射，再加入芹菜素培養。結果表明經過芹菜素處理的細胞培養后輻射敏感度和凋亡水平更高，其WAF1/p21蛋白表達增加，Bcl-2蛋白表達減少。芹菜素通過腫瘤壞死因子受體和Bcl-2途徑誘導細胞凋亡，提高頭部和頸部鱗狀癌細胞(SCC25)對5-氟尿嘧啶和順鉑的敏感性［28］。

3.3 保護細胞受外界因素致癌

電離輻射對細胞內大分子產生不同種類的損傷，其引起的DNA雙鏈打開是染色體畸變的主要原因。流行病研究表明，攝入富含蔬菜和水果的飲食的人體內DNA受到輻射損傷和染色體畸變的幾率較低。Begum［29］培養的人體血淋巴細胞用芹菜素進行預處理后再對其進行伽馬射線照射，其DNA損傷降低，由輻射引起的細胞質分裂阻斷微核的異常現象減少。因此，芹菜素減緩伽馬射線輻射引起的細胞遺傳學的改變。

4 結語

惡性腫瘤是由于不正常的細胞增殖，慢性炎癥，細胞凋亡途徑的缺失和有害的血管再生引起的。從分子水平來講，腫瘤的發生是一系列信號分子之間相互作用的結果。從基因突變修復失敗到細胞分裂增殖失控到腫瘤的發生、侵襲和轉移，這一系列過程中有多種信號分子、信號途徑之間的相互作用［30］。黃酮類化合物對腫瘤的作用機制一般為抑制細胞增殖、誘導細胞凋亡，阻滯細胞周期，調節細胞因子，發揮激素樣作用，干預細胞信號轉導途徑中的蛋白激酶如細胞周期蛋白依賴性激酶，絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶類等［31］。同樣，芹菜素抑制癌癥的作用機理是多方面的，其中有抗增殖，抗炎，促凋亡，抗血管新生，其中涉及到得因子有凋亡相關基因(p53，Bcl-2，Bax，Caspase-3，9)，增殖因子(PCNA，Cyclin D1)，血管因子(VEGF)和炎癥因子(NF-κB，COX-2)等［32］。

芹菜素作為一種天然存在的黃酮類化合物，其對腫瘤的化學預防作用及其機制已得到較深入的研究，然而，芹菜素的抗癌作用研究大多處于體外實驗和動物模型階段，許多作用機制還沒有得到系統而完整地闡釋，對芹菜素的研究還須進一步深入，使其能夠早日進入臨床應用［33］。

［1］潘輪，徐溢.芹菜素抗腫瘤作用的研究狀態［J］.中國醫藥指南，2009，7(12):57-58.

［2］孫秀琴，李榮華，唐濤.芹菜素抗氧化作用研究進展［J］.中國現代醫生，2009，47(27):34-35.

［3］Choi Eun Jeong，Gun-Hee Kim.Apigenin causes G2/M arrest associated with the modulation of p21 and Cdc2 and activates p53-dependent apoptosis pathway in human breast cancer SK-BR-3 cells［J］.Journal of Nutritional Biochemistry，2009，20:285-290.

［4］杜俊瑤，辛彥.芹菜素對人卵巢癌細胞系CAOV3細胞增殖周期的影響［J］.中國使用婦科與產科雜志，2008，24(6):456-458.

［5］Chung C S，Jiang Y，Cheng D.Impact of Adenomatous Polyposis Coli(APC)tumor supressor gene in human colon cancer cell lines on cell cycle arrest by apigenin［J］.Molecular Carcinogenesis，2007，46:773-782.

［6］King J C，Lu Qing-Yi，Li Gang，et al.Evidence for activation of mutated p53 by apigenin in human pancreatic cancer［J］.Biochimica et Biophysica Acta，2012，1823:593-604.

［7］Khuntawee W，Rungrotmongkol T，Hannongbua S.Molecular dynamic behavior and binding affinity of flavonoid analogues to the cyclin dependent kinase 6/cyclin D complex［J］.Journal of Chemical Information and Modeling，2012，52:76-83.

［8］Shukla S，Gupta S.Molecular targets for apigenin-induced cell cycle arrest and apoptosis in prostate cancer cell xenograft［J］.Molecular Cancer Therapy，2006，5:843-852.

［9］姚善華，胡自力，鄧新軍.芹菜素誘導膀胱癌細胞株BIU-87凋亡及機制的研究［J］.重慶醫科大學學報，2010，35(8):1194-1197.

［10］Murthy K N C，Kim J，Vikram A，et al.Differential inhibition of human colon cancer cells by structurally similar flavonoids of citrus［J］.Food Chemistry，2012，132:27-34.

［11］李衛林，李峰.芹菜素對人前列腺癌裸鼠移植瘤Bax和Bcl-2 表達的影響［J］.溫州醫學院學報，2011，41(6):553-555.

［12］Hussain A R，Khan A S，Ahmed SO，et al.Apigenin induces apoptosis via downregulation of S-phase kinase-Associated protein 2-mediated induction of p27Kip1 in primary effusion lymphoma cells［J］.Cell Proliferation，2010，43:170-183.

［13］Miyoshi N，Naniwa K，Yamada T，et al.Dietary flavonoid apigenin is a potential inducer of intracellular oxidative stress:The role in the interruptive apoptotic signal［J］.Archives of Biochemistry and Biophysics，2007，466:274-282.

［14］Jayasooriya R G PT，Kang Sang-Hyuck，Chang-Hee，et al.Apigenin decreases cell viability and telomerase activity in human leukemia［J］ .Food and Chemical Toxicology，2012，50:2605-2611.

［15］Xu Y，Xin Y，Diao Y，et al.Synergistic Effects of Apigenin and Paclitaxel on Apoptosis of Cancer Cells.PloS ONE(2011):http://e29169.doi:10.1371/journal.pone.0029169，2011.06.12.

［16］Tong X，Smith K A，Pelling JC.Apigenin，a Chemopreventive Bioflavonoid，Induces AMP-Activated Protein Kinase Activation in Human Keratinocytes［J］.Molecular Carcinogenesis，2012，51:268-279.

［17］蔡婧，劉安文，趙向麗，等.芹菜素對肝癌細胞生長及基因表達的影響［J］.世界華人消化雜志，2010，18(6):542-549.

［18］Mafuvadze B，Benakanakereect I，Hyder S M.Apigenin blocks induction of vascular endothelial growth factor mRNA and protein in progestin-treated human breast cancer cells［J］.The North American Menopause Society，2010，5(17):1055-1063.

［19］Melstrom L G，Salabat M R，Ding Xian-Zhong，et al.Apigenin Inhibits the GLUT-1 Glucose Transporter and the Phosphoinositide 3-Kinase/Akt Pathway in Human Pancreatic Cancer Cells［J］.Pancreas，2008，37(4):426-431.

［20］Melstrom L G，Salabat M R，et al.Apigenin Down-Regulates the Hypoxia Response Genes:HIF-1α，GLUT-1，and VEGF in Human Pancreatic Cancer Cells［J］.Journal of Surgical Research，2011，167:173-181.

［21］Lee W，Chen W，Wang C，et al.Apigenin inhibits HGF-promoted invasive growth and metastasis involving blocking PI3K/Akt pathway andβ4 integrin function in MDA-MB-231 breast cancer cells［J］.Toxicology and Applied Pharmacology，2008，226:178-191.

［22］Shukla S，Gupta S.Apigenin suppresses insulin-like growth faxtor 1 receptor signaling in human prostate canceran in vitro and in vivo study［J］.Molecular Carcinogenesis，2009，48:243-252.

［23］Shukla S，MacLennan G T，Fu Pingfu，et al.Apigenin attenuates insulin-like growth factor-1 signaling in an autochthonous mouse prostate cancer model［J］.Pharm Res，2012，29:1506-1517.

［24］Franzen C A，Amargo E，Todorovic V，et al.The chemopreventive bioflavonoid apigenin inhibits prostate cancer motility through the focal adhesion kinase/src signaling mechanism［J］.Cancer Prevention Research，2009，2(9):830-843.

［25］Long Xinghua，Fan Meiyun，Robert.Apigenin inhibits Antiestrogen-resistant breast cancer cell growth through estrogen receptor- α -independent mechanisms［J］.Molecular Cancer Therapeutics，2008，7:2096-2108.

［26］任環宇，唐修文.芹菜素對肺癌細胞的抗增殖作用和抗腫瘤藥物的增敏作用［J］.浙江大學學報，2011，40(5):508-514.

［27］ Watanabe N，Hirayam R，Kubota N，et al.The chemopreventive flavonoid apigenin confers radiosensitizing effect in human tumor cells grown as monolayers and spheroids［J］.Journal of Radiation Research，2007，48:45-50.

［28］Chan Leong-Perng，Chou Tzung-Han，Ding Hsiou-Yu，et al.Apigenin induces apoptosis via tumor necrosis factor receptorand Bcl-2-mediated pathway and enhances susceptibility of head and neck squamous cell carcinoma to 5-fluorouracil and cisplatin［J］.Biochimica et Biophysica Acta，2012，1820:1081-1091.

［29］Begum N，Prasad N R，Kanimozhi G et al.Apigenin ameliorates gamma radiation-induced cytogenetic alterations in cultured human blood lymphocytes［J］.Mutation Research，2012，747:71-76.

［30］楊博，李志裕，尤啟冬.黃酮類化合物的抗腫瘤作用機制研究進展［J］.藥學進展，2008，32(9):391-401.

［31］周晨，謝宛玉.黃酮類化合物誘導腫瘤細胞凋亡分子機制研究進展［J］.中國醫藥導報，2010，7(10):18-20.

［32］Silvan S，Manoharan S.Apigenin prevents deregulation in the expression pattern of cell-proliferative，apoptotic，inflammatory and angiogenic markers during 7，12-dimethylbenz［a］anthracene-induced hamster buccal pouch carcinogenesis.Archives of Oral Biology (2012)， http://dx.doi.org/10.1016/j.archoralbio，2012.06.005.

［33］Patel D，Shukla S，Gupta S.Apigenin and cancer chemoprevention:Progress，potential and promise(Review)［J］.International journal of oncology，2007，30(1):233-245.