植物甾醇抗腫瘤及其轉移機制研究進展

劉紫薇 黃 嬛 趙琳琪 周贏斌

（嘉興學院 浙江嘉興 314001）

植物甾醇普遍分布于多種食用植物中，類似于動物中的膽固醇，具有抗炎、保護心血管、抗氧化、延緩衰老、調節免疫、抗腫瘤等多種功效。植物甾醇種類繁多，目前發現近250種，從結構上可分為三類，其中以4-無甲基甾醇為主（如β谷甾醇、菜油甾烷醇、豆甾醇等）。近年來，廣大學者對植物甾醇在抗腫瘤活性方面進行了較多的研究，發現其對于乳腺癌、前列腺癌、肺癌、結腸癌等都具有一定的防治作用。本文即對植物甾醇抗腫瘤及其抑制腫瘤轉移作用機制方面的研究進展作一介紹。

一、植物甾醇抗腫瘤作用機制

1.腫瘤細胞膜的改變

植物甾醇能夠影響細胞膜的構成、細胞膜的流動性和與膜結合酶結合的能力。甾醇的結構多與生物膜的一種必不可少的脂質成分——膽固醇相似。研究表明，β-谷甾醇滲入人結腸癌細胞HT-29并沒有直接影響膽固醇在磷脂中的比例，也沒有使磷脂的濃度的改變。但是，β-谷甾醇的滲入導致了一些信號轉導通路的改變，從而影響了兩種磷脂濃度發生顯著變化，磷脂酰膽堿增加了8 %，而鞘磷脂減少50% 。[1-2]

另一方面，植物甾醇能夠滲入細胞膜中，使膜的流動性和膜結合酶的活性發生改變。細胞膜脂雙層結構發生變化，會影響細胞的流動性，A.I.Leikin等[3]發現，連續21天給大鼠喂養5% 的植物甾醇，由于β-谷甾醇滲入細胞膜，表現出肝細胞膜的流動性降低。由于膜流動性的降低代償性地引起一些肝脂肪酸去飽和酶活性的增加。研究表明，在給大鼠喂養混合在飲食中的2 %的植物甾醇，能夠引起肝和前列腺中5α-還原酶減少33-44 %，前列腺芳香酶減少55 %。這兩種膜結合酶能夠參與睪酮的代謝，導致雄激素和雌激素的水平升高，從而引起前列腺增生和前列腺癌[4-5]。并且，植物甾醇滲入腫瘤細胞的細胞膜，改變膜的流動性，提高膜結合酶PLD的活性，從而調節腫瘤細胞凋亡[6]。

2.腫瘤細胞信號轉導途徑的改變

植物甾醇通過作用于腫瘤細胞的信號轉導通路，從而影響腫瘤細胞生長和凋亡的過程。研究表明，MAPK途徑、PKC途徑和鞘磷脂循環途徑三條信號轉導途徑可能與植物甾醇參與腫瘤細胞生長和凋亡有關。Awad AB等發現，β-谷甾醇可能通過減少甲羥戊酸途徑合成的膽固醇和刺激MAPK通路來抑制MDA-MB-231細胞生長[7]。在體外試驗中表明，植物甾醇滲入細胞膜并沒有改變PKC通路的活性[8]。磷脂酶 C是 PKC通路中參與信號傳導的關鍵酶，而在體外對人結腸癌 HT-29細胞系的實驗中表明植物甾醇對磷脂酶 C的活性沒有影響[4]。植物甾醇能夠抑制HT-29細胞系的生長，其可能的機制是刺激鞘磷脂循環[9]。

植物甾醇刺激鞘磷脂循環能夠導致神經酰胺的增加，從而抑制腫瘤的生長[10]。Atif B.Awad等[6]發現，植物甾醇作用于前列腺癌LNCaP細胞，增加了SPh的活性并且減少了SPh-ase，因此神經酰胺的增加，能夠抑制腫瘤細胞的生長。這個過程與兩種關鍵酶有關——蛋白磷酸酶2A（PP2A）和磷脂酶D（PLD），神經酰胺的增加能夠促進PP2A和PLD的活性和表達。與膽固醇對照組相比，用16μM的植物甾醇處理LNCaP細胞，通過激活鞘磷脂途徑，PP2A的活性增加了50% 。但另一方面，PLD也顯著增加，可能是由于β-谷甾醇滲入細胞膜改變了膜流動性，加強了膜結合酶的活性。另外，有研究表明，Akt/PKB絲氨酸 - 蘇氨酸激酶家族（Akt1-3/PKBα，β，γ）是鞘磷脂循環信號轉導的關鍵[11]。植物甾醇能夠影響腫瘤細胞中microRNA的表達，作用于靶基因SKT4，從而促進細胞凋亡。SKT4是一種絲氨酸 - 蘇氨酸激酶家族的一員，能夠使髓鞘堿性蛋白磷酸化和經受自身磷酸化。SKT4自身磷酸化后，會轉移到細胞核中，使FOXO、LATS1/2、組蛋白H2B、JNK這些分子磷酸化，從而促進凋亡[12]。

3.腫瘤細胞凋亡

細胞凋亡即細胞程序性死亡，主要通過激活內源性DNA內切酶而發生的自動死亡過程，它是機體清除衰老或對機體有害細胞的重要機制。誘導細胞凋亡已成為植物甾醇治療腫瘤的方向。在細胞凋亡過程中，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase）起著重要的調控作用。張忠泉等[13]研究了β-谷甾醇誘導人肝癌細胞 HepG2細胞凋亡的機制，發現β-谷甾醇能上調 Bax及 tBid和下調 Bcl- XL表達，通過caspase-8、caspase-9等激活線粒體信號轉導通路，誘導人肝癌細胞凋亡。同時，檢測到胞漿中cytochrome c表達逐漸增加而線粒體中的cytochrome c表達逐漸減少，表明β-谷甾醇也能通過膜死亡受體途徑誘導該細胞凋亡。王娟等[14]研究發現，β-谷甾醇上調共刺激細胞PFP、GraB、IFN-γ的表達，活化 p- ERK1/2、Bcl-2，在一定濃度范圍內促進共刺激細胞的增殖，從而加強其對胃癌 SGC-7901細胞的殺傷活性。 Shanthi Sri Vundru等[15]證實，植物甾醇作用于人乳腺癌MDA- MB- M231細胞能引起該細胞線粒體細胞膜電位去極化，使Bax/ Bcl-2的比例上升，促進細胞凋亡。

4.對腫瘤細胞周期的影響

植物甾醇能影響細胞周期動力學，導致細胞周期停滯。研究表明，植物甾醇能誘導人肺癌A549細胞周期在G2期到M期停滯[16]。β-谷甾醇使人肝癌細胞SMMC-7721阻滯在G2/M期，豆甾醇則使其阻滯在S期或G2/M期，從而抑制細胞增殖和誘導細胞凋亡[17]。 Awad AB等證實β-谷甾醇可將人乳腺癌細胞 MDA- MB-231阻滯在 G2/ M期[18]，然而，有研究證實β-谷甾醇在 G0/ G1期對其也有阻滯作用[15]。王莉[19]發現，β-谷甾醇作用于人子宮頸癌細胞 SiHa，具有一定的抑制微管聚合和裝配作用，使細胞周期的S期積聚，因此抑制SiHa細胞的生長。

5.調節免疫系統

現代免疫學認為，人體免疫系統具有免疫監視的功能，具有識別、殺傷并及時清除機體內環境出現的突變細胞，防止腫瘤發生的功能。因此，腫瘤與機體的免疫系統狀態關系密切，增強免疫功能對于腫瘤的預防與治療有著重要的意義。

植物甾醇能增強機體的免疫功能，通過阻斷Th1細胞分泌細胞因子IL-10和IL-4進行免疫調節[20]。IL-2與IL-10是兩種重要的細胞因子，在機體免疫調控方面有著關鍵的作用。IL-10由Th2細胞分泌，腫瘤發生時IL-10的分泌增加，導致免疫功能抑制[21]。IL-2由Th1細胞分泌，被認為是最具有抗腫瘤活性的細胞因子[22]。陳浩等[23]發現，通過建立 HepG2荷瘤小鼠動物模型，對植物甾醇的體內抗腫瘤機理作用進行了初步探討研究，植物甾醇具有良好的抗腫瘤作用，IL-2升高（P<0.01）與 IL-10降低（P<0.01），提示了植物甾醇能增加荷瘤機體的抗腫瘤細胞因子（IL-2）的分泌，降低荷瘤機體的免疫抑制因子（IL-10）的分泌，從而達到抑制腫瘤的效果。

二、植物甾醇抗腫瘤轉移作用機制

腫瘤轉移是指腫瘤細胞離開原發生長部位，穿過細胞外基質和基底膜構成的組織屏障，侵襲到鄰近正常組織的過程，轉移的方式有通過淋巴管轉移到遠端組織并形成新的病灶、通過血管轉移到遠端組織和從原發病灶直接向周圍組織轉移[24]。腫瘤轉移是惡性腫瘤的重要的生物學信號標志，也因此導致了多數癌癥患者病情惡化甚至死亡。因此，腫瘤轉移的有效抑制對降低癌癥死亡率具有重要的意義。

1.抑制細胞外基質的降解

腫瘤轉移是多因素、多基因參與的多步驟的復雜過程，而惡性腫瘤細胞的侵襲與轉移能力是其與機體正常細胞相區別的最基本特征。目前研究表明[25-26]，腫瘤侵襲轉移分為四個過程：①腫瘤轉移脫離原發病灶；②腫瘤細胞遷移運動；③腫瘤細胞著床；④腫瘤新生血管形成。轉移灶的腫瘤細胞又能向新的組織轉移，從而在體內形成多處腫瘤。因此，只需阻斷上述4個重要環節的其中一個或多個環節，即可抑制腫瘤的轉移。

腫瘤細胞通過與細胞膜表面受體結合，再利用自身分泌的蛋白酶使基底膜降解，以便自身穿越破損的基底膜向遠處遷移。在轉移過程中腫瘤細胞分泌的蛋白酶為IV型膠原酶（MMPS），MMPS能降解IV型膠原，而IV型膠原是構成基底膜的主要成分，因此有利于腫瘤細胞侵襲。Awad AB等[18]證實，通過 Matrigel體外侵襲試驗發現，植物甾醇可減少MDA- MB-231細胞粘附在膠原Ⅰ、膠原Ⅳ、纖連蛋白和層粘連蛋白上，抑制腫瘤細胞的侵襲。也有研究表明，在體內試驗中，連續飼喂混有2%植物甾醇的食物的 SCID小鼠體內腫瘤比對照組的小40-43%，淋巴轉移和肺轉移的發生率也比對照組少20%。體外試驗中，菜油甾醇和β-谷甾醇都分別將 PC-3細胞的生長抑制了14%和70%，植物甾醇抑制了78%的 PC-3細胞侵入 Matrigel基底膜。PC-3細胞在含有植物甾醇的培養基中，腫瘤細胞穿越微孔的遷移率減少了60-93%，與粘連蛋白結合率降低了15-38%，與纖連蛋白結合率降低了36%[27]。

2.抑制腫瘤血管形成

腫瘤中的血管生成后，腫瘤細胞的營養供給和代謝物清除加快，為腫瘤的侵襲性生長和遠處轉移創造了條件。研究表明，腫瘤細胞釋放多種促血管生成旁分泌因子包括血管生成素、成纖維細胞生長因子（FGF）、血管內皮生長因子（VEGF）和轉化生長因子-β（TGF-β），而這些分泌因子促進了血管的生成。植物甾醇通過抑制bFGF的分泌和表達，抑制血管纖維生長，導致癌細胞營養供應減少和細胞壞死[28]。

結語

到目前為止，從廣大學者的研究成果來看，植物甾醇在抗腫瘤方面顯示出了很大的潛力和廣闊的前景。植物甾醇抗腫瘤作用機制主要有改變腫瘤細胞膜的性質、與膜結合酶結合、改變信號轉導通路、改變細胞周期、調節控制細胞凋亡、調節免疫系統等。另外，也有學者認為，植物甾醇對性激素的調節作用也能抑制腫瘤的生長。[29-30]在植物甾醇抑制腫瘤轉移方面的研究，目前發現的機制主要在抑制細胞外機制的降解和抑制腫瘤血管生成。雖然植物甾醇對多種癌癥有明確的體內外抗腫瘤作用，但確切抗腫瘤作用及抑制其轉移的機制研究卻很少。所以，植物甾醇抗腫瘤作用靶點和信號通路等，還需要更深入、更規范的研究。

[1]AB Awad,YC Chen,CS Fink,T.Hennessey.Beta-Sitosterol inhibits HT-29 human colon cancer cell growth and alters membrane lipid[J].Anticancer Research,1996,16(5A):2797-2804.

[2]A Downie,CS Fink,AB Awad.Effect of phytosterols on MDAMB-231 human breast cancer cell growth[J].1999.

[3]AL Leikin,RR Brenner.Fatty acid desaturase activities are modulated by phytosterol incorporation in microsomes[J].Biochimica Et Biophysica Acta,1989,1005(2):187-191.