石榴皮多酚抗腫瘤活性及其機制研究進展

李 佳,李建科

(陜西師范大學食品工程與營養科學學院,陜西西安 710062)

石榴皮多酚抗腫瘤活性及其機制研究進展

李 佳,李建科*

(陜西師范大學食品工程與營養科學學院,陜西西安 710062)

現代研究表明,石榴皮多酚在預防和治療癌癥方面都表現出了良好的生物學活性,安石榴苷和鞣花酸作為其主要成分也分別具有良好的抗腫瘤活性。本文就近年來國內外對石榴皮多酚、安石榴苷和鞣花酸的抗腫瘤活性和機制研究進展進行綜述,以期為石榴資源的充分利用提供參考。

石榴皮多酚,安石榴苷,鞣花酸,抗腫瘤機制

石榴(學名:PunicagramtumL.)為石榴科石榴屬植物,在我國栽培歷史悠久,種植范圍廣、產量大。石榴多酚具有抗氧化、抗腫瘤和調節血脂等保健和藥用功效[1-2],在石榴果皮、果肉和種子中都具有較為豐富的含量,其中,石榴皮中多酚含量最高(46.58 mg/g)[3]。天然狀態下石榴皮多酚的主要成分為安石榴苷(含量可達65%～70%)[4-6],而安石榴苷是石榴鞣花酸的低聚聚合物,很容易水解,在提取過程中安石榴苷通常會降解成為鞣花酸(含量可達90%以上)[7],因而石榴皮多酚提取物最常見的兩大主要成分是安石榴苷和石榴鞣花酸。近年來,隨著對石榴皮多酚保健功能和藥理活性的深入探究,安石榴苷和鞣花酸的抗腫瘤活性研究也被廣泛研究,對于石榴皮多酚、安石榴苷和鞣花酸抗腫瘤方面的研究已有較多報道。本文著重對石榴皮多酚及其主要成分安石榴苷和鞣花酸的抗腫瘤活性和機制做一綜述,以期為深度開發利用石榴皮資源提供參考。

1 石榴皮多酚的抗腫瘤活性

1.1 石榴皮多酚

石榴皮多酚對多種癌細胞均表現出良好的抑制活性。楊濱等[8]采用MTT法和Transwell方法研究了石榴皮多酚提取物對人宮頸癌HeLa細胞增殖和侵襲的影響,對HeLa細胞的半數抑制濃度IC50為78.13 μg/mL,而未經石榴皮多酚提取物處理的Hela細胞存活率未受影響。實驗證明,石榴皮多酚提取物對HeLa細胞的增殖和侵襲具有較強的抑制作用。王春梅等[9]采用MTT法測定了不同質量濃度的石榴皮多酚對人前列腺癌PC-3細胞作用不同時間的影響,結果顯示,純度為61.72%的石榴皮多酚分別以0.0625、0.125、0.25、0.5、1、2、4 mg/mL在PC-3細胞上作用24、48、72 h,半數抑制濃度依次為4.30、1.47、0.73 mg/mL,結果表明,石榴皮多酚對人前列腺癌細胞PC-3有顯著的增殖抑制作用,并且表現出一定的時間-劑量依賴效應。章迅等[10]采用MTT法和流式細胞儀分析石榴皮多酚對人乳腺癌細胞MDA-MB-231增殖及凋亡的影響。結果表明,石榴皮多酚能抑制ERα陰性乳腺癌細胞MDA-MB-231的增殖,并能誘導其凋亡,使癌細胞周期被阻滯在G2/M期。

1.2 安石榴苷

由于安石榴苷作為一種可水解的聚合單寧,在酸、堿、光照和高溫等條件下不穩定,會最終逐級降解為鞣花酸,在人體內的代謝吸收形式也主要是其水解產物鞣花酸[11-12],因而一直以來,鞣花酸的抗腫瘤活性都倍受國內外學者重視,而對安石榴苷的活性研究則較少,近年來,國外對安石榴苷的研究逐步發現其具有很強的抗腫瘤活性。Seeram等[13]研究了安石榴苷、鞣花酸、石榴總單寧和石榴汁對惡性腫瘤細胞的增殖抑制和誘導腫瘤細胞凋亡作用,發現這四種物質都具有誘導結腸腫瘤細胞HT-29凋亡的活性,除此之外,還采用發光法細胞活力檢測試劑盒檢測了不同濃度的安石榴苷對人口腔癌細胞(KB、CAL27)、人結腸癌細胞(HT-29、HCT116、SW480、SW620)和人前列腺癌細胞(RWPE-1、22Rv1)的細胞增值抑制效果,研究發現當安石榴苷在這些腫瘤細胞上以12.5、25、50、100 μg/mL的濃度作用48 h后,均對細胞的存活率產生了抑制,并且濃度越大,抑制效果越明顯。CHEN等[14]研究了安石榴苷對人早幼粒白血病細胞HL-60的作用,證實了安石榴苷能抑制HL-60細胞的增殖,半數抑制濃度IC50為42.2 μmol/L,并且能將HL-60細胞的細胞周期阻滯在G0/G1期從而誘導細胞產生凋亡。Seeram等[13]和MALIK等[15]通過實驗證實了100 mg/L的安石榴苷可誘導前列腺癌細胞產生凋亡。

1.3 鞣花酸

有研究表明,人口服石榴皮提取物后,只有鞣花酸可以直接被人體吸收利用,在血漿中的代謝終產物以尿石素A和尿石素B等形式存在[16],雖然石榴皮中天然存在的鞣花酸含量較低,但由于其可以由安石榴苷水解而來,因此鞣花酸也作為石榴皮多酚另一大主要成分,成為了近十年來國內外很多研究機構大力開發的保健食品功能因子之一。鞣花酸有優異的抗突變、抗癌變功效,并且具有作為化學致癌物質抑制劑的性質,對很多惡性腫瘤細胞有良好的抑制作用[17]。Li等[18]通過體外實驗,分析了鞣花酸作用于人膀胱癌細胞T24后,該細胞的細胞存活率、細胞周期、caspase-3活性和基因表達量的變化,研究結果表明,鞣花酸可以顯著抑制細胞增殖,上調p53、p21和CDK2的基因表達量,使細胞周期阻滯在G0/G1期,并且提高caspase-3活性,引起細胞凋亡。Narayanan等[19]研究發現10～5 mol/L的鞣花酸能在48 h以內使人宮頸癌CaSki細胞的周期阻滯在G1期,72 h后細胞增殖受到抑制并產生凋亡。還有研究證明,100 μmol/L的鞣花酸在24 h內能抑制人結腸癌細胞CaCo-2、人乳腺癌細胞MCF-7、人乳腺癌細胞Hs578T和人前列腺癌細胞DU145等腫瘤細胞的生長擴散[20]。

2 石榴皮多酚及其主要成分的抗腫瘤機制

2.1 誘導癌細胞凋亡作用

無限制地生長繁殖是腫瘤細胞的基本特征,其主要原因是腫瘤細胞的增殖紊亂和凋亡機制發生障礙[21],因此,通過誘導細胞發生凋亡并阻滯細胞周期是抑制腫瘤細胞無限增殖的一個有效機制[22]。細胞凋亡又稱程序性細胞死亡,是一種特殊的細胞死亡類型,常通過多基因共同參與調控引起,如細胞凋亡調控因子Bcl-2家族、轉錄調節因子p53等。目前已知的細胞凋亡機制主要涉及三條通路,即線粒體通路、死亡受體通路和內質網通路[23],每條通路都有一系列對應的調控基因,其中線粒體通路是異常重要的一條通路,主要調控凋亡的基因為Bcl-2家族(Bcl-xl、Bax、Bad等),Bax/Bcl-2對藥物誘導的細胞凋亡起著決定性作用[24],死亡受體通路中主要由Fas、FasL和TNFR1等調控[25],在細胞發生凋亡時,這三條通路往往是互相聯系的。Settheetham等[26]研究發現石榴皮多酚提取物作用于人類伯基特氏淋巴瘤時能改變其細胞周期,其機制可能與調節細胞周期變化的某些因子的表達量有關(例如WAF1/p21基因表達量的上調)[27]。LARROSA等[28]研究了安石榴苷和鞣花酸對人結腸癌細胞Caco-2和正常結腸細胞CCD-112CoN細胞的影響,結果表明,安石榴苷和鞣花酸都能使Caco-2的細胞周期素A、B1下調,細胞周期素E上調,使細胞周期阻滯在S期,并且通過線粒體凋亡通路引起細胞凋亡。在安石榴苷和鞣花酸的促凋亡過程中,抗細胞凋亡因子bcl-XL蛋白的表達量下調,并伴隨著線粒體中的細胞色素c釋放到細胞質中,激活了caspase-9的活性,從而進一步引起caspase-3活性增加,最終引起細胞凋亡。然而,安石榴苷和鞣花酸對于正常結腸細胞CCD-112CoN并沒有產生影響。綜上所述,石榴皮多酚和安石榴苷、鞣花酸單體都能使調控腫瘤細胞凋亡的基因表達量改變,同時阻滯細胞分裂周期,從而起到誘導癌細胞凋亡的作用。

2.2 抑制腫瘤新生血管形成

新生血管形成是血管內皮增生、延伸繼而形成新血管的過程,是機體許多生理活動所必需的,其形成受到嚴格的調控,在機體正常的情況下保持著規律的生長與分化。但在腫瘤發生時,由于新生血管的形成能為腫瘤組織生長提供充足豐富的血液和養料,此時血管形成會變得不受控制,因此,通過抑制或阻斷腫瘤新生血管的形成來阻止腫瘤的生長或使腫瘤細胞凋亡,是抗腫瘤的又一個重要機制[29]。關于石榴皮多酚對癌細胞的抗腫瘤活性是否涉及這一機制,國內外還未見報道,但Sartippour等[30]通過體內和體外實驗首次證實了富含鞣花單寧的石榴多酚能抑制腫瘤新生血管的形成。在體外實驗中,分別在正常供氧和缺氧的條件下,將富含鞣花單寧的石榴多酚提取物加入人前列腺癌LNCaP細胞和人臍血管內皮細胞HUVEC細胞中,發現在有氧和無氧的條件下,石榴多酚提取物都會對LNCaP細胞和HUVEC細胞產生顯著的增殖抑制作用,并發現在缺氧條件下,缺氧誘導因子(HIF-1α)和血管內皮生長因子(VEGF)的蛋白表達量會降低。在體內實驗中,對嚴重免疫缺陷鼠皮下注射人前列腺癌LNCaP細胞,兩周之后,給小鼠飼喂石榴皮多酚提取物,從第7 d開始測量腫瘤尺寸,每周測三次,持續治療四周之后,發現腫瘤尺寸減小,腫瘤中血管密度、VEGF和HIF-1α的蛋白表達量都顯著降低。雖然目前為止關于石榴皮多酚的這一機制還未見研究結果,但由于石榴皮多酚的主要成分也為鞣花單寧,因而抑制腫瘤新生血管形成很可能也是石榴皮多酚發揮抗癌活性的重要機制之一。

2.3 抑制腫瘤細胞侵襲

惡性腫瘤的一個主要特征就是腫瘤細胞很容易從原發部位轉移至其他部位繼續生長,而腫瘤細胞的轉移和形成新病灶都與其對局部組織的攻擊密切相關。Albrecht等[31]和Lansky等[32]分別研究了不同部位的石榴多酚對人前列腺癌細胞PC-3的影響。前者發現石榴皮多酚能抑制無胸腺小鼠體內PC-3移植瘤的生長擴散。后者在體外實驗中發現,與對照組相比,石榴皮多酚可使只有約30%的PC-3細胞透過人造MatrigelTM膜,即對細胞的侵襲抑制率可達到70%左右,而讓石榴皮多酚、發酵的石榴汁和石榴籽油三者中任意兩種按3 μg/mL的終濃度混合,就能將這種侵襲抑制的效果由70%提高到90%,說明將不同的多酚組份混合會起到一定的協同作用。而關于前列腺癌細胞侵襲和轉移的分子機制,有研究表明,由于腫瘤細胞中的花生四烯酸會被磷脂酶PLA2水解成前列腺素和血栓素[33],而前列腺素又能通過激活PI3K/Akt通路來刺激癌細胞的存活和侵襲能力,加速腫瘤生長擴散[34],因此,在前列腺癌細胞中花生四烯酸可作為細胞侵襲轉移的衡量指標,其代謝率遠高于正常前列腺細胞[35-36]。而石榴皮多酚提取物可以顯著降低PC-3細胞中PLA2的表達量[31],從而降低前列腺素生成量,達到抑制PC-3細胞侵襲的效果。由此可知,石榴皮多酚提取物對人前列腺癌細胞的侵襲抑制是通過阻斷花生四烯酸的代謝通路實現的。

2.4 誘導腫瘤細胞分化

腫瘤細胞的分化程度代表著其惡性程度,一般惡性腫瘤分化程度較低,因而通過一些中藥材或植物的活性成分,誘導腫瘤細胞分化為正?；蚪咏＜毎?也可以有效地發揮其抗腫瘤活性[37]。Kawaii等[38]用石榴皮多酚提取物對人早幼粒白血病細胞作用后,采用硝基四唑氮藍實驗,檢測非特異性酯酶、特異性酯酶和吞噬細胞的活性,對石榴皮多酚提取物治療后HL-06細胞的分化程度進行評估,結果表明,HL-06細胞的分化程度得到明顯改善,而用鮮石榴汁對腫瘤細胞的分化影響效果相對較弱。由此可知,石榴皮多酚可以通過誘導腫瘤細胞分化而起到有效的抗腫瘤活性。

2.5 選擇性阻斷信號轉導通路

細胞信號轉導在細胞的生長、分裂、分化和死亡過程中都起著重要作用,隨著對腫瘤研究的深入,人們已經認識到腫瘤發生發展的本質是細胞信號轉導通路失調,導致細胞無限增值[39]。AFAQ等[40]研究了安石榴苷對TPA(12-O-十四烷酰佛波醇-13-醋酸酯)介導的皮膚癌CD-1小鼠的作用,發現其可以使ERK1/2、p38和JNK1/2磷酸化,激活NF-kappaB和IKKalpha,通過調節MAPK和NF-kappaB信號通路,從而抑制CD-1小鼠的癌細胞增殖。

3 展望

到目前為止,石榴很多明確的藥理作用已見報道,其抗腫瘤作用和機制也受到了國內外學者的廣泛關注和深入研究。我國石榴資源豐富,石榴汁、石榴酒等產品深受廣大消費者喜歡,而在這些產品加工過程中,占石榴重量20%～30%又富含多酚的果皮被大量丟棄,造成了資源浪費。同時,雖然石榴皮多酚、安石榴苷和鞣花酸因具有消炎、抗氧化和抗腫瘤等多種醫療保健價值而被人們較為廣泛地認識,但它們在食品、化妝品和醫藥等各個領域中還沒有被廣泛應用,其價值沒有得到充分展現。因此,本文對石榴皮多酚及其主要成分安石榴苷和鞣花酸的抗腫瘤活性和機制加以綜述,以期為石榴資源的深度加工利用和開發新型抗腫瘤藥物提供理論基礎。

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Research progress in the anti-tumor activities and related mechanisms of pomegranate peel polyphenols

LI Jia,LI Jian-ke*

(College of Food Engineering and Nutritional Science,Shaanxi Normal University,Xia’an 710062,China)

Modern researches showed that pomegranate peel polyphenols has shown good biological activities in the prevention and treatment of cancer. Its main components,punicalagin and ellagic acid,also had anti-tumor activities. In order to provide reference for making full use of the resource of pomegranate,the research progress in the anti-tumor activities and related mechanisms of pomegranate peel polyphenols,punicalagin and ellagic acid were summarized in this paper in recent years.

pomegranate peel polyphenol;punicalagin;ellagic acid;anti-tumor mechanism

2015-01-23

李佳(1989-)，女，碩士研究生,研究方向:營養與食品衛生學,E-mail:JiaLee0509@gmail.com。

*通訊作者:李建科(1960-)，男，博士，教授，研究方向:營養與食品衛生學,E-mail:jiankel@snnu.edu.cn。

國家自然科學基金項目(31171677)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)21-0381-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.071