《Frontiers in Pharmacology》：Targeting cancer with delphinidin: from molecular insights to therapeutic implications
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这篇前沿综述系统性阐述了天然花青素——飞燕草素（Delphinidin）的抗癌潜力。文章聚焦其多靶点作用机制，包括抑制增殖、诱导凋亡、调控自噬、抑制转移与血管生成、调节肿瘤免疫微环境（TME）及增敏化疗等。尽管在多种癌症（如乳腺、肺、肝、结直肠癌等）临床前研究中展现出前景，但其临床转化面临口服生物利用度低、稳定性差等药理学挑战。文章指出，纳米递送系统、结构修饰等新兴策略有望克服这些瓶颈，为飞燕草素在癌症预防、治疗及联合疗法中的应用指明了方向。
引言：癌症挑战与天然产物的希望
癌症是全球健康与死亡的主要威胁。尽管靶向药物和免疫检查点抑制剂带来了革命性进展，但患者的总体预后仍不理想。因此，开发安全、低毒的新型抗癌药物是全球科研人员关注的热点。天然化合物，特别是类黄酮，因其多样的生物活性和对健康组织的低毒性，已成为有前景的抗癌剂。作为水溶性的类黄酮，花青素表现出强大的抗炎、抗氧化、抗肿瘤、视力保护和降血糖等作用。在已鉴定的20多种天然花青素苷元中，飞燕草素是其中一种，广泛存在于蓝莓、黑莓、茄子等色彩鲜艳的水果蔬菜中。其独特的B环三羟基化结构使其具有强大的抗氧化能力，并构成了其显著生物学功能的基础。
结构与生物合成：多羟基化赋予强大活性
飞燕草素的化学名称为3,5,7,3′,4′,5′-六羟基黄烊阳离子，分子式为C15H11O7+。其核心化学结构是一个带正电荷的苯并吡喃环（花青素核），B环上有三个羟基（3‘，4‘，5’-三羟基）。在自然界中，飞燕草素很少以游离苷元形式存在，通常通过其3-位或5-位的羟基与葡萄糖、半乳糖等糖分子以糖苷键结合，形成更稳定、水溶性的衍生物，如飞燕草素-3-葡萄糖苷。B环的三羟基化结构被认为是其氧化还原和促凋亡活性的关键决定因素。
在植物中，飞燕草素的生物合成始于苯丙氨酸，经过一系列酶催化步骤，包括苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸-4-羟化酶（C4H）、4-香豆酰辅酶A连接酶（4CL）、查尔酮合酶（CHS）、查尔酮异构酶（CHI）、类黄酮3-羟化酶（F3H）和关键的花青素合酶（ANS）等。其中，类黄酮3‘，5’-羟化酶（F3’5’H）在B环上引入额外的羟基，形成3‘，4’，5‘-三羟基化结构，这是飞燕草素的直接前体。最后，通过糖基化和酰化等修饰，飞燕草素被转化为稳定的衍生物。
抗癌机制：多靶点协同作战
飞燕草素通过协调调控控制增殖、凋亡、自噬、转移、血管生成、免疫反应和化疗增敏的关键信号网络，发挥多方面的抗癌作用。这些通路并非孤立，而是形成了一个完整的信号架构。
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抑制增殖：飞燕草素同时调控多个汇聚于细胞周期调控的平行信号通路。它通过下调IKKα靶向核因子κB（NF-κB）通路，从而抑制IκBα磷酸化和NF-κB p65核转位，导致G2/M期细胞周期阻滞。同时，它促进β-连环蛋白（β-catenin）磷酸化，减少其核转位，并下调Wnt靶基因，如细胞周期蛋白D1（cyclin D1）和c-myc。此外，它还独立地抑制其他致癌级联反应，包括磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）、细胞外信号调节激酶（ERK）1/2、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和信号转导与转录激活因子3（STAT-3）信号传导。
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诱导凋亡：在六种主要的花青素苷元中，只有B环具有邻二羟基苯结构的才显示出促凋亡活性。飞燕草素是其中最有效的，它通过引发氧化应激诱导凋亡。这是通过细胞内活性氧（ROS）生成、抗氧化剂耗竭、脂质过氧化和单链DNA断裂实现的，这些过程由c-Jun氨基末端激酶（JNK）信号通路介导。值得注意的是，飞燕草素在氧化还原调节中表现出环境依赖性双重作用：在正常细胞中，它作为抗氧化剂维持氧化还原稳态；在癌细胞中，它转变为促氧化剂，诱导ROS积累和线粒体介导的凋亡。此外，飞燕草素已被鉴定为一种天然的组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂，可通过caspase介导的HDAC3切割导致p53乙酰化和稳定化。它有效上调p53正向调节的促凋亡基因，下调多种抗凋亡基因的表达，从而诱导细胞凋亡。
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调控自噬：自噬是一种自我降解过程，其中细胞质货物被运送到溶酶体进行降解。飞燕草素调节癌细胞中的自噬，其功能结果从细胞保护到细胞毒性不等，具体取决于癌症类型和细胞环境。在人表皮生长因子受体2（HER2）阳性乳腺癌和骨肉瘤细胞中，飞燕草素通过靶向雷帕霉素机制靶蛋白（mTOR）和腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）通路诱导保护性自噬，导致自噬体形成增加和自噬标志物微管相关蛋白1轻链3-II（LC3-II）水平升高。在肝细胞癌细胞中，飞燕草素阻断自噬流，导致自噬体显著积累，随后凋亡增加。作为一种糖基化类黄酮，紫薯飞燕草素-3-芸香苷（PSPD3R）触发过度的自噬，直接促进胶质母细胞瘤细胞凋亡，这一效应由Akt/Creb/miR-20b-5p/Atg7轴介导。
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抑制迁移与侵袭：飞燕草素通过干扰控制细胞运动和侵袭的关键信号节点发挥抗转移作用。它作为一种有效的透明质酸酶抑制剂，直接损害酶活性以降低癌细胞运动性。它还干扰表皮生长因子（EGF）诱导的表皮生长因子受体（EGFR）激活，从而抑制其下游效应子Akt和ERK，这导致基质金属蛋白酶-2（MMP-2）抑制和细胞运动性与侵袭降低。此外，它通过抑制Akt磷酸化和随后的NF-κB核转位来减弱脑源性神经营养因子（BDNF）促进的信号传导。通过这些对受体和酶的直接作用，飞燕草素抑制了关键的下游级联反应。具体而言，它通过降低ERK和p38的磷酸化来阻断MAPK通路，并通过协同抑制NF-κB信号通路来降低基质金属蛋白酶-9（MMP-9）的表达。在多种花青素中，飞燕草素是最有效的上皮-间质转化（EMT）抑制剂。它通过抑制转化生长因子-β（TGF-β）通路显著抑制癌细胞迁移，从而改变纤连蛋白和Snail等间质标志物的水平。飞燕草素还通过上调E-钙粘蛋白（E-cadherin）和下调波形蛋白（Vimentin）和Snail来逆转EGF驱动的EMT特征。此外，飞燕草素恢复下调的MicroRNA-204-3p的表达，后者抑制αVβ3-整合素/黏着斑激酶（FAK）信号通路，进一步抑制EMT和转移。
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抗血管生成：抑制肿瘤血管生成是延缓或阻断肿瘤生长的有效策略。在常见的花青素苷元中，飞燕草素表现出最强的抗血管生成活性。其抗血管生成活性主要通过抑制血管内皮生长因子（VEGF）/血管内皮生长因子受体-2（VEGFR-2）轴实现。它阻断VEGF诱导的VEGFR-2磷酸化及随后的ERK1/2信号激活。动物研究表明，飞燕草素抑制EGF诱导的新生血管形成，并下调异种移植瘤中的血管生成标志物CD31和VEGF。在人工脐静脉内皮细胞（HUVECs）中，飞燕草素通过抑制细胞迁移和通过G0/G1期细胞周期阻滞减少增殖来抵消VEGF刺激。
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调节免疫微环境：免疫疗法的应用是当今癌症治疗领域最令人兴奋的突破之一。飞燕草素可通过促进抗肿瘤免疫细胞的活化和增殖来增强对肿瘤的免疫反应。它通过激活钙释放激活钙（CRAC）通道和活化T细胞核因子（NFAT）来激活细胞因子产生，对T细胞发挥免疫刺激作用。程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）/程序性死亡配体1（PD-L1）是临床应用最广泛的免疫检查点抑制剂之一。飞燕草素-3-O-葡萄糖苷（D3G）及其代谢物飞燕草素降低肿瘤细胞中PD-L1蛋白的表达，激活肿瘤微环境内的免疫反应，并诱导癌细胞凋亡。飞燕草素可能通过抑制JAK2/STAT3信号通路，下调肿瘤细胞和外泌体中PD-L1的表达，从而潜在地恢复T细胞活性并调节肿瘤微环境。鉴于其抑制PD-L1表达的能力，飞燕草素可能增强免疫检查点抑制剂的疗效，值得对此类联合策略进行进一步研究。
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化疗增敏：化疗耐药是晚期癌症患者预后不良的主要原因。目前，大多数肿瘤多药耐药逆转药物具有严重的副作用，阻碍了癌症治疗的步伐。据报道，飞燕草素可增强癌细胞对化疗药物的敏感性。P-糖蛋白（P-gp）是一种外排转运蛋白，可将化疗药物泵出癌细胞，导致化疗耐药。在正常组织的恶性转化过程中，由多药耐药基因1（MDR1）编码的P-gp转运蛋白表达增加。通过抑制MDR1和促肿瘤辅助因子DEAD-box解旋酶17（DDX17）的表达，并促进如cleaved caspase-3等执行蛋白的激活，飞燕草素共同增强了肿瘤细胞的凋亡反应。计算对接表明，飞燕草素是一种潜在的P-gp抑制剂，这一发现值得进一步的实验验证。当与顺铂联合使用时，飞燕草素通过抑制MDR1表达显著增强顺铂的化疗效果。甲基鸟嘌呤甲基转移酶（MGMT）是一种介导替莫唑胺耐药的DNA修复酶。飞燕草素-3-葡萄糖苷通过抑制关键的NF-κB/MGMT通路来抵消替莫唑胺耐药。
癌症类型特异性效应：广谱抗癌的分子地图
飞燕草素通过因癌症类型而异的多种机制，在多种肿瘤类型中发挥广谱抗癌作用。鉴于飞燕草素在乳腺癌中的机制研究十分丰富，我们构建了详细的图示来整合这些复杂的信号网络。
飞燕草素通过靶向PI3K/Akt/mTOR和MAPK/ERK信号轴，持续抑制多种癌症类型的癌细胞增殖。在卵巢癌、胰腺癌和乳腺癌细胞中观察到PI3K/AKT和ERK1/2信号传导的抑制，伴随着增殖能力的降低。在前列腺癌中，飞燕草素通过抑制NF-κB激活来抑制增殖。在结直肠癌中，飞燕草素通过抑制STAT-3和MAPK（p38， ERK1/2）磷酸化来抑制细胞增殖。在非小细胞肺癌中，飞燕草素通过抑制EGFR/VEGFR2通路减少细胞增殖并诱导凋亡。飞燕草素处理导致细胞周期阻滞，在HER2阳性乳腺癌、肺癌、结直肠癌、前列腺癌和卵巢癌细胞中诱导G2/M期阻滞，从而抑制肿瘤生长。
除了增殖控制，飞燕草素还通过多种机制积极促进凋亡。在乳腺癌中，它抑制ERK和NF-κB，同时激活JNK以促进线粒体凋亡。它在白血病和肝癌中激活JNK介导的凋亡信号并调节Bcl-2家族蛋白。在飞燕草素处理后，在白血病、前列腺癌、胶质瘤和骨肉瘤细胞中也观察到caspase依赖性凋亡。
自噬在飞燕草素的反应中扮演着环境依赖性的角色。它在乳腺癌中通过mTOR/AMPK通路诱导保护性自噬，但在肝癌中通过抑制MDR1/DDX17破坏自噬流以促进凋亡。
飞燕草素通过多种环境依赖性机制有效抑制肿瘤细胞迁移和侵袭。它在乳腺癌中抑制NF-κB依赖性MMP-9表达，降低侵袭能力。在结直肠癌中，它阻断整合素/FAK信号传导以抑制肺转移。在卵巢癌中，它减弱BDNF诱导的细胞运动性。飞燕草素还通过靶向肝细胞癌中的EGFR/AKT/ERK、骨肉瘤中的MAPK通路和胶质瘤中的TGF-β信号传导来抵消EMT。
抗血管生成作用是飞燕草素最保守的活性之一。在A549肺癌细胞中，飞燕草素通过抑制缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）和VEGF表达来抑制血管生成。它还阻断VEGF/VEGFR-2轴和下游ERK1/2激活，并抑制体内碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）诱导的血管生成。此外，飞燕草素降低异种移植瘤中CD31和VEGF的表达，并抑制EGF诱导的新生血管形成。这些抗转移和抗血管生成活性共同使飞燕草素成为肿瘤扩散的有效抑制剂。
除了这些经典通路，飞燕草素在多种癌症中作为表观遗传调节剂发挥作用。在前列腺癌中，它抑制HDAC3活性并促进p53乙酰化，诱导p53介导的凋亡。在皮肤癌中，它使核因子E2相关因子2（Nrf2）启动子去甲基化以激活抗氧化反应。它还通过靶向乳腺癌中的HOX转录反义RNA（HOTAIR）/miR-34a轴、上调let-7b以抑制黑色素瘤中的细胞周期蛋白D1，以及与胶质瘤中miR-137上调协同作用来调节非编码RNA。
新兴证据进一步凸显了飞燕草素作为免疫调节剂和代谢调节剂的作用。在乳腺癌中，它通过JAK2/STAT3/PD-L1轴增强T细胞杀伤作用。在结直肠癌中，飞燕草素-3-O-葡萄糖苷下调PD-L1以刺激抗肿瘤免疫反应。在代谢方面，飞燕草素抑制6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6PGD），这是一种在乳腺癌中过表达的戊糖磷酸途径酶。它通过谷胱甘肽耗竭使白血病细胞对砷敏感，并与糖酵解抑制剂3-溴丙酮酸在卵巢癌中产生协同作用。
最后，飞燕草素增强了多种常规疗法的疗效。它在肝癌中与顺铂、在肺癌中与木蝴蝶素A、在胶质瘤中与替莫唑胺和5-氮杂-2‘-脱氧胞苷、在白血病中与亚砷酸盐表现出协同效应。值得注意的是，它在紫杉醇耐药的卵巢癌细胞中仍保持疗效，这表明了克服化疗耐药性的潜力。
局限、挑战与前景：跨越转化的鸿沟
花青素，包括飞燕草素，表现出极低的口服生物利用度，这是由于它们在胃肠道吸收差，以及广泛的肠道和肝脏首过代谢，导致血浆浓度有限。此外，飞燕草素在高pH条件下容易降解，导致生物活性降低。因此，飞燕草素面临着一个根本性挑战，即其有效的体外浓度与实际体内暴露水平之间存在巨大差距。人体示踪研究表明，母体花青素的血浆浓度通常处于低纳摩尔范围且持续时间短。然而，本文综述的体外研究中飞燕草素的有效浓度大多在微摩尔范围。这比人体实际暴露水平高出数百至数千倍。这种“转化鸿沟”是天然产物研究未能取得临床成功的核心原因。
人们提出了几种策略来应对这些局限性。一系列递送系统，如纳米乳剂、纳米脂质体、微胶囊和水凝胶，可以有效增强飞燕草素的溶解度和稳定性，从而提高其生物利用度。此外，结构修饰如糖基化、酰化、吡喃化已被证明可增强其生物利用度和功效。一项研究利用小细胞外囊泡（sEVs）的特性来改善飞燕草素的稳定性和功效。载有飞燕草素的sEVs已被证明在血管生成的不同步骤中发挥作用，表明sEVs可能是一种有前景的将飞燕草素递送至包括癌症在内的血管生成相关疾病靶点的方法。一种由越橘花青素、壳聚糖和果胶组成的配方被证明通过“生物刺激”调节肠道菌群，增加丁酸盐等有益代谢物，并促进抗肿瘤T细胞浸润。这显著增强了PD-L1免疫检查点抑制剂对结直肠癌的疗效。
尽管飞燕草素在临床前研究中显示出有前景的抗癌前景，但支持其临床转化的试验数据仍然不足，这仍然是其发展的主要障碍。马基果（智利酒果）被认为是飞燕草素最丰富的天然来源，从中提取飞燕草素并标准化至25%的浓度。在一项双盲随机对照临床试验中，涉及Delphinol?的干预被证明可以改善健康成人、超重个体和成年吸烟者的氧化应激状态。在另一项针对健康日本女性的试验中，每日摄入被证明有助于面部皮肤健康。此外，Delphinol?在糖尿病前期个体中显著且呈剂量依赖性地降低了空腹血糖水平和胰岛素浓度。未来有必要进行研究飞燕草素抗癌特性的临床试验，以得出可靠的结论并促进临床转化。
结论：多面手天然产物的抗癌新征程
作为一种天然植物化合物，飞燕草素近年来在肿瘤治疗中逐渐受到关注。现有研究表明，飞燕草素可以通过多种机制抑制肿瘤生长和进展。它可能是一种潜在的天然化疗药物或化疗增敏剂。将飞燕草素与常规化疗药物联合使用，有望增强治疗反应并减轻副作用。飞燕草素的抗血管生成和免疫微环境调节作用表明，它可能作为抗肿瘤治疗的辅助药物展现出有前景的应用前景。
尽管飞燕草素在抗肿瘤治疗中显示出广阔前景，但它仍面临一些挑战。飞燕草素在不同癌症类型中的潜在作用机制仍未完全了解。未来的研究应侧重于阐明其在各种癌症中的作用模式，以促进临床转化。此外，有必要进一步探索飞燕草素的最佳剂量、给药途径以及与其他药物的最佳组合。由于与飞燕草素抗癌特性相关的临床试验数量有限，其临床应用的安全性和长期效应无法验证，因此需要大规模临床试验进行研究。
总之，飞燕草素通过各种机制证明了抗癌效果，凸显了其在肿瘤学研究中的巨大潜力。因此，未来的努力应优先考虑从临床前研究向临床试验的过渡，旨在评估其安全性和有效性，最终为癌症患者提供创新的治疗策略。
