蔬菜水果中植物化學(xué)物質(zhì)防治肺癌作用及機(jī)制研究現(xiàn)狀

郭甜甜 劉聰敏 高肇妤 賀宇彤

肺癌是目前全球發(fā)病率與死亡率均居第一位的惡性腫瘤。據(jù)GLOBOCAN 2012估計，全球肺癌新發(fā)病例為182萬，占全部惡性腫瘤的12.9%；死亡病例159萬，占全部惡性腫瘤的19.4%[1]。在我國，肺癌也是發(fā)病率和死亡率最高的惡性腫瘤，2015年肺癌發(fā)病例數(shù)達(dá)73萬，死亡例數(shù)達(dá)61萬[2]。

研究表明肺癌與環(huán)境因素以及生活方式密切相關(guān)。Tu等[3]和Vieira等[4]運用流行病學(xué)的方法研究了蔬菜水果與肺癌發(fā)生風(fēng)險之間的關(guān)系。其中Tu等[3]進(jìn)行了一項涉及到2,139例非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）病例和2,163例在食物食用頻率與肺癌病例匹配的對照人群，研究結(jié)果顯示蔬菜水果可以降低32%的肺癌風(fēng)險比值比（odds ratio, OR），為0.68，95%CI為0.55-0.85。Vieira等[4]也進(jìn)行了一項蔬菜水果與肺癌發(fā)生風(fēng)險相關(guān)的meta分析，蔬菜水果高劑量與低劑量進(jìn)行比較得出蔬菜水果總相對危險度（relative risk, RR）值為0.86（95%CI:0.78-0.94），蔬菜的RR為0.92（95%CI: 0.87-0.97），水果的RR值為0.82（95%CI: 0.76-0.89）。Li等[5]還研究了蔬菜水果在中國男性肺癌患者生存預(yù)后中的意義。結(jié)果顯示雖然新鮮蔬菜水果的攝入與肺癌死亡風(fēng)險之間沒有統(tǒng)計學(xué)意義，但是在NSCLC、小細(xì)胞肺癌亞組中的分析結(jié)果顯示，與小細(xì)胞肺癌患者相比，NSCLC患者食用蔬菜水果的頻率較低（OR=0.62, 95%CI: 0.41-0.95）。有研究[7,8]提示蔬菜水果降低肺癌發(fā)生風(fēng)險可能的機(jī)制是蔬菜水果中含有豐富的植物化學(xué)物質(zhì)，例如異硫氰酸酯類、吲哚類、黃酮類等，植物化學(xué)物質(zhì)可以通過不同的機(jī)制調(diào)節(jié)與抗腫瘤相關(guān)的通路從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，降低肺癌發(fā)生的危險性。本文旨在綜述蔬菜水果中植物化學(xué)物質(zhì)在肺癌發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制，從而更好地為預(yù)防和治療肺癌提供方向。

1 異硫氰酸酯類

異硫氰酸酯（isothiocyanate, ITC）是由硫代葡萄糖苷經(jīng)黑芥子酶水解形成的天然小分子，廣泛存在于十字花科蔬菜中。大量研究表明異硫氰酸酯可以通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞周期阻滯、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡；誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞自噬；誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生等多種機(jī)制抑制腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移[9]。

Mori等[10]為了研究異硫氰酸酯與肺癌發(fā)生風(fēng)險之間的關(guān)系，進(jìn)行了一項前瞻性調(diào)查研究。該研究主要對82,330名（男性：38,663名，女性：43,667名）年齡在45歲-74歲的參與者進(jìn)行研究，對所有參與者每日攝入的138種食物的食用頻率進(jìn)行問卷調(diào)查，其中包括6種十字花科蔬菜以及3種腌制的十字花科蔬菜。經(jīng)過14.9年的隨訪后，共有1,499名（男性1,087名，女性412名）參與者發(fā)生了肺癌。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示十字花科蔬菜攝入與肺癌風(fēng)險之間存在顯著負(fù)相關(guān)，分層分析發(fā)現(xiàn)從未吸煙者風(fēng)險比（hazard ratio, HR）為0.49（95%CI: 0.27-0.87, P=0.04）；過去吸煙者的HR為0.59（95%CI: 0.35-0.99, P=0.10）。

蘿卜硫素（SFN）是ITCs的一種，近年來，有很多的研究者致力于探索其在肺癌發(fā)生發(fā)展中的作用。早期研究表明，SFN通過抑制1期代謝酶和誘導(dǎo)2期代謝酶阻斷腫瘤的起始階段，影響腫瘤發(fā)生和發(fā)展[11,12]。隨后，Zhou等[13]用SFN處理宣威肺腺癌細(xì)胞株（XWLC-05）細(xì)胞，觀察到G0期/G1期細(xì)胞的百分比下降，G2期/M期細(xì)胞的百分比增加，細(xì)胞凋亡百分比達(dá)到27.6%。Liang等[14]和Zuryn等[15]也對SFN抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡方面進(jìn)行了研究，其中Zuryn等[15]使用不同濃度的SFN處理NSCLCA549細(xì)胞株后，同樣可觀察到G2期/M期細(xì)胞數(shù)量增加。Jiang等[16]利用SFN處理兩種不同的肺癌細(xì)胞A549和H1299 48 h，結(jié)果顯示SFN不僅可以增加G0期/G1期和G2期/M期的細(xì)胞數(shù)量，使細(xì)胞停滯在S期，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，SFN還能抑制組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylase inhibitor, HDAC）的活性，提高肺癌細(xì)胞乙?；M蛋白H3和H4的水平，從而減緩肺癌細(xì)胞的生長速度。

近年來，研究者們從分子機(jī)制方面對SFN的抗腫瘤作用進(jìn)行了探討。Zhu等[17]用不同濃度的SFN處理人肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549和H1299 7 d后，發(fā)現(xiàn)SFN通過抑制miR-19的水平從而使Wnt/β-連環(huán)蛋白途徑的負(fù)調(diào)節(jié)因子GSK3β的水平升高，繼而降低Wnt/β-連環(huán)蛋白途徑的活性，而Wnt/β-連環(huán)蛋白途徑對于保持腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cells, CSCs）的活性是至關(guān)重要的，所以SFN最終可抑制肺CSCs的活性。Li等[18]的研究同樣表明SFN可抑制CSCs的活性，該研究用SFN處理H460細(xì)胞，通過比較對照組和SFN處理組的miRNA表達(dá)譜，可觀察到經(jīng)SFN處理的H460細(xì)胞中miR-214、miR-145、miR-199a和miR-199b顯著上調(diào)，進(jìn)一步的研究結(jié)果顯示SFN是通過上調(diào)miR-214從而作用于c-MYC的編碼區(qū)，繼而抑制NSCLC的CSCs發(fā)揮作用。另外Wang等[19]同樣用不同濃度的SFN處理具有高轉(zhuǎn)移潛力的95D和H1299細(xì)胞株，可觀察到這兩種細(xì)胞的遷移能力減弱。通過尾靜脈將95D和H1299細(xì)胞注射到裸鼠中，與對照組相比，可觀察到經(jīng)SFN處理的小鼠肺轉(zhuǎn)移發(fā)生率明顯降低。Wang等[19]研究進(jìn)一步證明SFN可以通過組蛋白修飾降低miR-616-5p的表達(dá)水平，繼而使得GSK3β/β連環(huán)蛋白通路失活，此外該過程還抑制了上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transition, EMT）過程。

因此，以SFN為例的異硫氰酸酯類主要通過抑制細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，影響HDAC的水平從而抑制肺癌細(xì)胞的生長。在分子機(jī)制方面，SFN主要通過抑制miR-19繼而降低Wnt/β-連環(huán)蛋白的活性，或通過上調(diào)miR-214從而作用于c-MYC的編碼區(qū)來抑制NSCLC的CSCs的活性；SFN還可以通過降低miR-616-5p的表達(dá)水平，使得GSK3β/β連環(huán)蛋白通路失活抑制肺癌轉(zhuǎn)移。

2 吲哚類

吲哚-3-甲醇（indole-3-carbinol, I3C）是十字花科蔬菜如白菜、甘藍(lán)中一種主要的植物化學(xué)物質(zhì)，且具有防癌和抗癌作用。早期的研究表明I3C在肺癌發(fā)生發(fā)展中的作用主要是抑制細(xì)胞的增殖以及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。例如Kassie等[20]為了觀察I3C對4-（甲基亞硝基氨基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）加苯并（a）芘（BaP）誘導(dǎo)的A/J小鼠肺腫瘤的抑制作用，通過管飼給予小鼠NNK加BaP（每個2 μmol）的混合物每周2次，可引起每只小鼠發(fā)生（21.1±5.2）個肺癌病灶。在給予致癌物階段同時給予小鼠含有不同濃度I3C的飲食，可觀察到小鼠的肺癌病灶數(shù)目隨著I3C濃度的增加而減少，最高可達(dá)75%，進(jìn)一步分析結(jié)果顯示，I3C可以降低由NNK+BaP所誘導(dǎo)的Akt活化水平以及其下游靶標(biāo)BAD的磷酸化表達(dá)水平，這是一種細(xì)胞質(zhì)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，通過抑制凋亡從而發(fā)揮重要作用。此外I3C還可以降低增殖相關(guān)核抗原Ki-67以及PCNA的表達(dá)，該研究表明I3C對肺腫瘤的抑制作用部分是通過抑制細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)凋亡來實現(xiàn)的。2010年Choi等[21]用I3C處理肺癌A549細(xì)胞株后同樣也觀察到I3C顯著抑制了細(xì)胞的增殖以及誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡，進(jìn)一步的研究結(jié)果顯示，I3C通過增加P53以及細(xì)胞周期蛋白依賴激酶抑制劑（cylin dependent kinases inhibitors, CDKIs）的表達(dá)水平而使細(xì)胞停滯在G0期/G1期，并通過Fas以及半胱天冬酶-8級聯(lián)通路的激活誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。這也是I3C對A549肺癌細(xì)胞凋亡作用分子機(jī)制的首次報道。

近幾年，研究者們從放療敏感性和化學(xué)預(yù)防效果等方面對I3C在肺癌發(fā)生中的作用進(jìn)行了探討。Xiao等[22]用I3C預(yù)處理EGFR表達(dá)陽性的人肺腺癌H1975和人肺鱗癌H226細(xì)胞，結(jié)果顯示I3C明顯降低了上述兩種肺癌細(xì)胞對γ-射線照射的放射敏感性，還增加了兩種細(xì)胞中EGFR蛋白的表達(dá)水平和Y845位點的磷酸化水平，而I3C對EGFR表達(dá)陰性的人肺鱗癌NIH-H520細(xì)胞的放射敏感性的影響非常小。在Qian等[23]的研究中，他們利用煙草致癌物誘導(dǎo)的A/J小鼠肺癌模型來評估I3C對肺腺癌的化學(xué)預(yù)防效果，結(jié)果表明，I3C是通過作用于受體酪氨酸激酶/PI3K/Akt信號通路來發(fā)揮作用的。但是在Dagne等[24]的研究中指出，雖然I3C在A/J小鼠中有降低肺癌發(fā)生的作用，但是這種作用隨著體重的增加反而會減小，所以他們進(jìn)一步研究了低劑量I3C與水飛薊素的結(jié)合物是否同樣存在著抑制肺癌的作用，結(jié)果表明I3C與水飛薊素的結(jié)合物可以降低肺癌的發(fā)生，而兩者單獨作用時效果并不顯著，另外兩者的混合物還降低了細(xì)胞增殖相關(guān)蛋白ERK和Akt的表達(dá)水平，表明I3C與水飛薊素可以通過調(diào)節(jié)這些蛋白質(zhì)的水平從而降低肺癌的發(fā)生。Song等[25]和Qian等[26]從炎癥誘發(fā)肺癌的角度進(jìn)一步研究了I3C與水飛薊素結(jié)合物所發(fā)揮的作用，其中Song等用煙草中的炎癥因子4-甲基亞硝胺-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NMK）與脂多糖（lipopolysaccharides, LPS）處理的小鼠發(fā)生了（14.7±4.1）個肺癌病灶，而用NNK+LPS處理并給予I3C和水飛薊素組合的小鼠的肺癌病灶數(shù)目為（7.1±4.5）個，降低了52%。此外，還觀察到I3C與水飛薊素結(jié)合物在降低腫瘤數(shù)目方面的作用也大于單獨使用I3C。進(jìn)一步研究表明I3C與水飛薊素結(jié)合物的抗增殖作用也高于單個化合物，這些作用是通過靶向細(xì)胞周期蛋白D1、CDK2、CDK4和CDK6以及pRB實現(xiàn)的。提示我們I3C與水飛薊素結(jié)合物對吸煙者肺癌的化學(xué)預(yù)防作用具有較重大的意義。

總之，I3C可以通過影響細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡過程中的相關(guān)物質(zhì)來抑制肺癌細(xì)胞的生長；增加EGFR表達(dá)陽性肺癌細(xì)胞中EGFR蛋白表達(dá)水平降低肺癌細(xì)胞的放射敏感性；通過作用于受體酪氨酸激酶/PI3K/Akt信號通路發(fā)揮化學(xué)預(yù)防作用。

3 黃酮類

研究[27]表明，經(jīng)常攝入富含黃酮類化合物的蔬菜和水果可以降低肺癌、大腸癌和乳腺癌等腫瘤的發(fā)生率。木樨草素是一類天然的黃酮類化合物，廣泛存在于蔬菜水果中，木樨草素降低肺癌危險性的機(jī)制主要包括抑制細(xì)胞增殖、細(xì)胞轉(zhuǎn)移、促進(jìn)細(xì)胞凋亡等方面。Chian等[28]的研究表明，裸鼠口服木樨草素后明顯抑制了裸鼠中皮下生長的NSCLC細(xì)胞株A549細(xì)胞的異種移植瘤的生長。該研究進(jìn)一步表明木樨草素不僅可以在體外抑制Nrf2通路，而且還可以在體內(nèi)抑制Nrf2通路，從而抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。Tan等[29]的研究是利用香煙煙霧提取物誘導(dǎo)正常人支氣管上皮細(xì)胞，進(jìn)而評估木樨草素對細(xì)胞的保護(hù)作用。結(jié)果顯示木樨草素不僅可以降低氧化物的水平，同樣可以抑制Nrf2通路。Chen[30]和Ruan等[31]的研究均表明木樨草素可以作用于EMT，抑制E-鈣粘蛋白的下降，從而降低癌細(xì)胞的遷移能力。Choi等[32]用白介素4（interleukin-4, IL-4）處理鼠巨噬細(xì)胞細(xì)胞株RAW 264.7，而后用不同濃度的木樨草素處理細(xì)胞，可觀察到木樨草素以一種劑量依賴的形式表現(xiàn)出對IL-4所誘導(dǎo)的STAT6的磷酸化的抑制作用，繼而可以抑制M2樣腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor-associated macrophage,TAM）表型。木樨草素還可抑制由IL-4刺激所增強(qiáng)的趨化因子（C-C基序）配體2（CCL2）的分泌。結(jié)果表明木樨草素可通過抑制TAM分泌的IL-4增強(qiáng)的CCL2發(fā)揮出抑制單核細(xì)胞募集以及肺癌細(xì)胞的遷移作用。Lee等[33]從TAM受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase, RTK）Tyro3、Axl和MerTK方面展開研究，A549和H460細(xì)胞以及順鉑耐藥A549/CisR和H460/CisR細(xì)胞經(jīng)木樨草素處理后可觀察到木樨草素以劑量依賴的方式降低A549和A549/CisR細(xì)胞中TAM RTK的三種蛋白質(zhì)水平，同樣的，H460和H460/CisR細(xì)胞中，木樨草素處理后Ax1和Tyro3的蛋白水平也降低。該研究表明TAM RTKs是木樨草素抑制細(xì)胞增殖的治療靶點，并降低了NSCLC細(xì)胞的化學(xué)耐藥性。關(guān)于木樨草素促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡的研究，Park[34]和Lee等[35]的細(xì)胞學(xué)研究表明，木樨草素可觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的凋亡和細(xì)胞非正常自噬，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Cho等[36]也研究了木樨草素在誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞凋亡中的機(jī)制，從改善放射治療效果角度出發(fā)，用木樨草素處理NCI-H460和NCI-H1299兩種NSCLC細(xì)胞株，之后對細(xì)胞進(jìn)行γ-電離輻射（infrared radiation,IR）的照射。結(jié)果顯示在促進(jìn)NSCLC細(xì)胞死亡方面，木樨草素/IR的組合比單獨的使用木樨草素或IR處理更有效。木樨草素和IR聯(lián)合治療可以促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，該過程與Bcl-2的下調(diào)和半胱天冬酶-3、-8和-9的活化有關(guān)，此外兩者的聯(lián)合作用還可以抑制p38 MAPK通路從而降低ROS的產(chǎn)生，無論是抑制p38 MAPK還是減少ROS的含量均可以減少細(xì)胞的凋亡和半胱天冬酶-8和-9的活化。另外在裸鼠NCI-H460細(xì)胞異種移植瘤模型中，與對照組相比，木樨草素/IR實驗組的腫瘤生長延遲了21.8 d，細(xì)胞的凋亡同樣增加?？傊撗芯拷Y(jié)果顯示木樨草素通過激活p38/ROS/半胱天冬酶級聯(lián)來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而可以作為放射增敏劑。

Ma等[37]用不同濃度梯度的木樨草素處理NCI-H460細(xì)胞，結(jié)果顯示木樨草素以濃度依賴的方式誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡，調(diào)節(jié)蛋白Bax/Bcl-2的表達(dá)水平，抑制凋亡相關(guān)蛋白Bad的表達(dá)。另外Sirt1的表達(dá)水平經(jīng)木樨草素處理后同樣降低，而Sirt1調(diào)節(jié)著NCI-H460細(xì)胞的凋亡。Meng等[38]的研究同樣表明木樨草素可以抑制肺癌細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡，此過程伴隨著半胱天冬酶-3和-9的活化增加、Bcl-2的降低、Bax表達(dá)的升高以及MEK及其下游激酶ERK的磷酸化以及Akt的激活。進(jìn)一步研究表明木樨草素通過激活MEK-ERK信號通路，顯著抑制肺癌細(xì)胞的遷移。除了上述研究外，還有一些研究者探索了木樨草素在致癌物誘導(dǎo)的模型中所發(fā)揮的作用。Kasala等[39]在動物水平上評估了木樨草素對苯并（a）芘誘導(dǎo)的肺癌發(fā)生的抗氧化和抗腫瘤潛力。苯并（a）芘處理的小鼠體內(nèi)的脂質(zhì)過氧化物升高，抗氧化物水平下降，而經(jīng)過木樨草素處理后，這些抗氧化物的表達(dá)水平顯著提高，并維持細(xì)胞的正常狀態(tài)。此外，木樨草素還能有效地抵消苯并（a）芘誘導(dǎo)的PCNA，細(xì)胞色素P450 1A1（recombinant cytochrome P450 1A1, CYP1A1）和核因子κB（nuclear factor kappa B, NF-κB）的升高。以上這些發(fā)現(xiàn)提示木樨草素對苯并（a）芘誘導(dǎo)的肺癌具有化學(xué)預(yù)防的潛力。此外，木樨草素在六價鉻[Cr（VI）]所誘導(dǎo)的肺癌發(fā)病中也發(fā)揮著作用，木樨草素通過清除ROS以及調(diào)節(jié)與ROS相關(guān)的多種細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路保護(hù)肺部細(xì)胞免受鉻的損害[40]。

綜上，以木樨草素為例的黃酮類，主要通過抑制Nrf2通路抑制肺癌的生長，通過抑制EMT、CCL2激活MEKERK通路等降低肺癌的遷移能力，可觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的凋亡和細(xì)胞非正常自噬，影響凋亡相關(guān)蛋白水平誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，降低TAM RTK蛋白水平以降低化學(xué)耐藥性，通過激活p38/ROS半胱天冬酶級聯(lián)來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而可以作為放射增敏劑。

本文主要綜述了蔬菜水果中主要植物化學(xué)物質(zhì)在降低肺癌發(fā)生風(fēng)險方面的研究，這些植物化學(xué)物質(zhì)不僅可以抑制肺癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移，誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡，還可以改善放射治療效果，降低化學(xué)耐藥性，在一定程度上起到化學(xué)預(yù)防的作用，雖然這些研究目前還都停留在細(xì)胞以及動物水平上，但這也為今后這些有益的植物化學(xué)物質(zhì)應(yīng)用于臨床提供了方向，應(yīng)引起學(xué)者的廣泛關(guān)注并進(jìn)行深入研究，為預(yù)防治療肺癌提供理論依據(jù)。