香精與香料(54)—紫羅蘭酮(ionone)

紫羅蘭酮-又稱香堇酮，屬于玫瑰酮類化合物家族的一分子，是從類胡蘿卜素降解得來。有α，β，γ三種異構(gòu)物，但只有α、β才是天然的，多半同時存在于紫羅蘭、桂花、鳶尾草精油中，γ為人工合成物質(zhì)。紫羅蘭酮是單獨聞并不特別香的成分，但是只要和其他芳香分子混合后，優(yōu)雅的紫羅蘭花香就會迸發(fā)出來。

紫羅蘭酮是一種由13個碳組成的酮類化合物，具有一個單環(huán)萜類骨架。ionone這個術(shù)語來源于“iona”(希臘語中紫羅蘭的意思)，指的是紫羅蘭的氣味，而“酮”則與它的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

在自然界中存在多種異構(gòu)體，包括α-紫羅蘭酮、β-紫羅蘭酮等。紫羅蘭酮是植物的次生代謝產(chǎn)物，與甲戊酸有共同的前體。它們廣泛存在于含有β-胡蘿卜素的水果和蔬菜中，并在植物精油中被發(fā)現(xiàn)，例如矮牽牛(Petunia hybrida)、波羅尼花(Boronia megastigma Nees)和尤其是香堇菜(Viola odorata)的精油中。它存在于牛乳中，是牛在食用苜蓿牧草后被動轉(zhuǎn)移所至。

α-紫羅蘭酮和β-紫羅蘭酮分別被2,6,6-三甲基-2-環(huán)己烯-1-基和2,6,6-三甲基-1-環(huán)己烯-1-基取代的3-丁烯-2-酮。紫羅蘭酮立體異構(gòu)體α-紫羅蘭酮和β-紫羅蘭酮是淡黃色到黃色的液體，具有木香花香。然而，前者有額外的蜂蜜氣味方面。α-紫羅蘭酮和β-紫羅蘭酮具有相似的理化性質(zhì)。它們均可溶于大多數(shù)固定油、醇和丙二醇，但不溶于或極微溶于甘油/水。

α-紫羅蘭酮和β-紫羅蘭酮的化學(xué)結(jié)構(gòu)

α-紫羅蘭酮和β-紫羅蘭酮都被廣泛用于各種行業(yè)的芳香成分，包括化妝品(如洗發(fā)水、肥皂)和非化妝品(如家用洗滌劑和清潔劑)產(chǎn)品。香精和提取物制造商協(xié)會(FEMA)宣布，當(dāng)用作調(diào)味劑時，這兩種紫羅蘭酮通常被認(rèn)為是安全的(GRAS)。美國食品藥品監(jiān)督管理局也批準(zhǔn)了它們作為調(diào)味劑的使用。

紫羅蘭酮的維基百科

紫羅蘭酮（Ionone），又稱香堇酮，是一種萜類物質(zhì)，根據(jù)雙鍵位置不同有三種異構(gòu)體。香堇酮的詞源是希臘語?ον（íon），意思是香堇菜。中文常將香堇菜誤譯為紫羅蘭，兩者實為不同物種。

紫羅蘭酮屬于玫瑰酮，存在于包括玫瑰精油的多種花精油中。β-紫羅蘭酮是玫瑰香氣的主要貢獻物，雖然其在精油中含量相對較低。紫羅蘭酮是一個重要的香料化學(xué)品，用于香水，香料和調(diào)味料。[1]紫羅蘭酮在生物中來源于類胡蘿卜素的降解。

胡蘿卜素包括α-胡蘿卜素，β-胡蘿卜素，γ-胡蘿卜素，葉黃素和β-隱黃質(zhì)，都含有β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)，具有維生素A的活性，它們在動物體內(nèi)可轉(zhuǎn)化成視黃醇。無β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)的類胡蘿卜素則不能被轉(zhuǎn)換為視黃醇，沒有維生素A活性。

IUPAC名：α: (3E)-4-(2,6,6-Trimethylcyclohex-2-en-1-yl)but-3-en-2-one

β: (3E)-4-(2,6,6-Trimethylcyclohex-1-en-1-yl)but-3-en-2-one

γ: (3E)-4-(2,2-Dimethyl-6-methylenecyclohexyl)but-3-en-2-one

別名：Cyclocitrylideneacetone, irisone, jonon

CAS號：79-76-5  ；α: 127-41-3；β: 79-77-6；γ: 79-76-5

化學(xué)式：C13H20O

分子量：192.30 g/mol

密度：α: 0.933 g/cm3；β: 0.945 g/cm3

熔點：β: ?49 °C

沸點：β: 126–128 °C at 12 mmHg

紫羅蘭酮的化學(xué)合成

從植物精油提取的方法得到的量微且昂貴，紫羅蘭酮主要通過化學(xué)合成。

檸檬醛和丙酮在氧化鈣催化下縮合得假性紫羅蘭酮（pseudoionone）：[2][3]

機理如下，是一個典型的羥醛縮合反應(yīng)：

再由酸催化關(guān)環(huán)，發(fā)生碳正離子重排，得香堇酮的各種異構(gòu)體。機理如下：

磷酸催化主要得α-異構(gòu)體，硫酸催化主要得β-異構(gòu)體，三氟化硼催化主要得γ-異構(gòu)體。

空氣中微量香堇酮就能被嗅覺捕獲。α-香堇酮的閾值為3ppb（3×10?7mg/L），β-香堇酮位0.12ppb、(R)-γ-香堇酮為11ppb、(S)-γ-香堇酮為0.07ppb。[4]

紫羅蘭酮的內(nèi)源性合成

β-胡蘿卜素氧合酶1(BCO1)

類胡蘿卜素是水果和蔬菜中天然存在的化合物。它們是一類具有長共軛雙鍵鏈結(jié)構(gòu)的異戊二烯類化合物。在人體中，天然發(fā)現(xiàn)的主要類胡蘿卜素是α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、β-隱黃質(zhì)、番茄紅素和葉黃素。β-胡蘿卜素在中央15,15 '雙鍵處的氧化裂解產(chǎn)生兩個全反式視黃醛對映異構(gòu)體。然后，全反式視黃醛分別被氧化為全反式視黃酸或還原為全反式視黃醇(維生素A)。這一過程由胞漿酶β-胡蘿卜素氧合酶1 (BCO1)完成，也被鑒定為β-胡蘿卜素-15,15 ' -單氧合酶1 (BCMO1)。綜上所述，類胡蘿卜素要轉(zhuǎn)化為維生素A，必須至少含有一個非取代的β-紫羅蘭酮環(huán)，因此BCO1只能促進β-隱黃質(zhì)、α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的裂解。

β-胡蘿卜素氧合酶1 (BCO1)和β-胡蘿卜素氧合酶2 (BCO2)對β-胡蘿卜素的酶解作用。BCO1催化β-胡蘿卜素在15,15 '雙鍵的中心裂解，形成兩個全反式視網(wǎng)醛對映異構(gòu)體分子。β-胡蘿卜素9,10雙鍵的不對稱裂解在BCO2的催化下產(chǎn)生了β-紫羅蘭酮和β-10 ' -阿樸胡蘿卜素醛(apocarotenal)。在9 '，10 '雙鍵上的另一次裂解產(chǎn)生了另外的β-紫羅蘭酮部分和薔薇烯。

β-胡蘿卜素氧合酶2 (BCO2)介導(dǎo)合成

德國弗萊堡大學(xué)的Vogt和von Lintig首次描述了紫羅蘭酮的內(nèi)源性合成，這種合成是通過酶介導(dǎo)的β-胡蘿卜素的不對稱裂解實現(xiàn)的。然而，美國凱斯西儲大學(xué)的von Lintig對這種酶進行了進一步的研究。β-紫羅蘭酮和β-apo-10 ' -胡蘿卜素是β-胡蘿卜素不對稱裂解的產(chǎn)物。這種在9 ',10 '雙鍵的裂解是由β-胡蘿卜素氧合酶2 (BCO2)促進的，也被稱為β-胡蘿卜素-9 ',10 ' -雙氧合酶2 (BCDO2)。另一個在9 ',10 '雙鍵處的裂解產(chǎn)生額外的β-紫羅蘭酮部分和薔薇烯，薔薇烯是一種自然存在于玫瑰中的化合物。BCO2和BCO2酶之間的差異并不局限于它們的拆分機制。BCO2可以不對稱地拆分含有羥基化紫羅蘭酮和非環(huán)類胡蘿卜素(包括非維生素原A類胡蘿卜素)的類胡蘿卜素，如番茄紅素和葉黃素，因此具有更廣泛的底物特異性。此外，BCO2定位于線粒體內(nèi)膜，而BCO1是胞質(zhì)蛋白。BCO1和BCO2之間的這些差異表明了BCO2獨特的生理作用。

β-胡蘿卜素的中心裂解(通過BCO1)是類視黃醇(retinoid)生成的主要途徑。同時，β-胡蘿卜素的不對稱裂解(通過BCO2)是類視黃醇(retinoid)生成的補充途徑。后來有報道稱BCO1基因敲除的小鼠重組BCO2后，具有維生素A缺乏癥。此外，前列腺和子宮內(nèi)膜結(jié)締組織、內(nèi)分泌胰腺、心臟和骨骼肌中只表達BCO2，不表達BCO1。值得注意的是，其中一些組織對維生素A缺乏并不敏感，因此BCO2被認(rèn)為是獨立于維生素A合成發(fā)揮生理作用的；這表明β-紫羅蘭酮(BCO2的產(chǎn)物之一)可能參與了其他潛在的生物功能。BCO2可能對肝脂肪變性起到一定的預(yù)防作用。BCO2缺乏/突變導(dǎo)致各種動物脂肪組織和小鼠模型線粒體中類胡蘿卜素的積累。類胡蘿卜素反過來又會引起氧化應(yīng)激，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。因此，BCO2可以保護細(xì)胞免受類胡蘿卜素誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激帶來的凋亡。β-紫羅蘭酮水平與BCO2突變之間的關(guān)系尚未被研究。BCO2的突變或缺失可能導(dǎo)致β-紫羅蘭酮水平的降低，并可能導(dǎo)致上述疾病的發(fā)病機制。此外，β-紫羅蘭酮內(nèi)源性合成的發(fā)現(xiàn)表明，β-紫羅蘭酮可能具有尚未揭示的生理作用。統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)表明，大量攝入含有揮發(fā)性異戊二烯類物質(zhì)的水果和蔬菜，可以降低患癌癥的風(fēng)險。目前的研究主要集中在BCO2和β-紫羅蘭酮產(chǎn)生的原胡蘿卜素(apocarotenoids)的生物學(xué)作用，而對β-紫羅蘭酮的研究較少。

由蒎烯合成紫羅蘭酮的可能性

松節(jié)油的主要成分是蒎烯。從松樹油脂中提取的松節(jié)油被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和葡萄酒中作為防腐劑和增味劑。人們注意到，食用松節(jié)油會使尿液的氣味帶有紫羅蘭香。據(jù)傳，埃及艷后克利奧帕特拉曾用松節(jié)油來達到這個目的。然而，將松節(jié)油與尿液混合并不能使尿液散發(fā)出紫羅蘭般的氣味。人們認(rèn)為紫羅蘭酮是產(chǎn)生紫羅蘭氣味的化合物。因此，松節(jié)油中最常見的化合物蒎烯應(yīng)該轉(zhuǎn)化為紫羅蘭酮，然后紫羅蘭酮必須從腎臟排出，以產(chǎn)生尿液中的紫羅蘭氣味。肝酶(細(xì)胞色素P450)可能參與了蒎烯向紫羅蘭酮的轉(zhuǎn)化。

Al-Tel和他的同事提出了α和β-蒎烯轉(zhuǎn)化為α和β-ionone的可能代謝途徑(下圖)。首先，CYP酶會氧化α和β-蒎烯生成中間產(chǎn)物(1)和(a)。β-蒎烯(a)生成的中間體經(jīng)過自由基重排生成中間體(b)。β-蒎烯(a)生成的中間體(b)從CYP中得到一個氫自由基生成中間體(c)。

然后CYP從中間體(c)中提取氫自由基。至此，可以假設(shè)這兩條途徑通過中間體1的形成而相遇。隨后自由基重排和環(huán)丁基環(huán)的裂解應(yīng)該產(chǎn)生中間體2。后者氧化成醇3，再氧化成醛4。中間體4與丙酮發(fā)生克腦文蓋爾縮合反應(yīng)(Knoevenagel，指含有活潑亞甲基的化合物與醛或酮在弱堿催化下，發(fā)生失水縮合生成α,β-不飽和羰基化合物及其類似物)生成5。中間體5的sigma重排會生成中間體6。后者可以重新排列形成中間產(chǎn)物7，中間產(chǎn)物7又可以重新排列形成α-或β-紫羅蘭酮。在這一推測的蒎烯向紫羅蘭酮的代謝轉(zhuǎn)化中，丙酮是一個關(guān)鍵的角色。它可以在生物體內(nèi)通過乙酰乙酸脫羧或2-丙醇脫氫生成。前者是哺乳動物中丙酮的主要來源。所提出的催化反應(yīng)是由計算的物理化學(xué)性質(zhì)支持的。α-和β-紫羅蘭酮的親水性高于α-和β-蒎烯，表明蒎烯轉(zhuǎn)化為紫羅蘭酮有利于腎臟排泄。通過CYP亞型預(yù)測的蒎烯代謝位點為:1A2、3A4、2C19和2D6。

嗅覺受體

嗅覺受體(OR)是檢測揮發(fā)性物質(zhì)的G蛋白偶聯(lián)受體。在嗅覺神經(jīng)元中，OR與Golf(類似于Gαs的G蛋白)結(jié)合后激活腺苷酸環(huán)化酶并產(chǎn)生cAMP，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子的增加。1992年，Parmentier和他的同事在哺乳動物生殖細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了第一個OR基因轉(zhuǎn)錄本。進一步的研究表明，OR的表達并不局限于嗅上皮，但它們在迄今研究的所有人體組織中都有表達，如結(jié)腸、肺、卵巢、肝臟、腎臟、淋巴結(jié)、心臟、血液、睪丸、骨骼肌、皮膚、脂肪、腎上腺、大腦、乳房、前列腺和甲狀腺。已經(jīng)鑒定出40多種不同的OR，它們被發(fā)現(xiàn)在多于45種不同的人體組織中表達。OR的這種異位表達表明OR的功能不僅僅是氣味的檢測和辨別。有研究報道了異位表達OR的各種功能，如調(diào)節(jié)腸嗜鉻細(xì)胞的血清素釋放、癌細(xì)胞增殖、胞質(zhì)分裂、血壓、腎臟的酶分泌和精子的趨化。

幾項研究表明，紫羅蘭酮與OR51E2結(jié)合。OR51E2本質(zhì)上是屬于OR家族51和E亞家族的紫羅蘭酮受體，它的成員2在哪里?OR51E2不僅是mRNA水平上表達最多的ORs之一；它存在于許多組織中。OR51E2在前列腺組織(3-∞FPKM)中含量最高，而在肝臟(0-0.01 FPKM)、大腦(0.01-0.1 FPKM)、睪丸(0.1-1 FPKM)和結(jié)腸(1-3 FPKM)中含量較低。

OR51E2在前列腺癌中表達增強。因此，它也被鑒定為前列腺特異性G蛋白偶聯(lián)受體(PSGR)，并被認(rèn)為是前列腺腫瘤的標(biāo)記物。然而，Cao等人報道，PSGR在前列腺上皮內(nèi)瘤變中表達較高，但隨著疾病進展為前列腺癌而降低。在前列腺癌患者中，發(fā)現(xiàn)低PSGR表達與較差的總生存期相關(guān)。OR51E2在人類黑色素瘤細(xì)胞中的數(shù)量要高于黑色素細(xì)胞。此外，最近的另一項研究表明OR51E2是人類成人和胎兒視網(wǎng)膜色素上皮中表達最多的OR轉(zhuǎn)錄本。有趣的是，OR51E2不僅存在于質(zhì)膜中，還存在于良性和惡性前列腺上皮細(xì)胞、視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞和黑色素細(xì)胞的胞漿中;特別是在黑素細(xì)胞的早期核內(nèi)體抗原1中。

紫羅蘭酮的香氣與藥理活性

β-紫羅蘭酮具有多種藥理作用，包括抗癌、化學(xué)預(yù)防、促癌、促黑、抗炎和抗菌活性。幾種機制和細(xì)胞內(nèi)信號級聯(lián)已被報道解釋這些效應(yīng)。β紫羅酮激活OR51E2和調(diào)節(jié)細(xì)胞周期調(diào)控蛋白的活動或表現(xiàn),促進細(xì)胞凋亡(pro-apoptotic)和抗凋亡蛋白,β-還原酶和促炎介質(zhì)。

1、激活OR51E2-調(diào)控效果

研究表明β-紫羅蘭酮通過激活OR51E2抑制前列腺癌細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)其侵襲，而β-紫羅蘭酮介導(dǎo)的OR51E2激活抑制黑素細(xì)胞增殖和遷移并誘導(dǎo)黑素生成。令人驚訝的是，β-紫羅蘭酮介導(dǎo)的OR51E2激活增加視網(wǎng)膜色素細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，激活p44/42和蛋白激酶B (AKT)蛋白。

β-紫羅蘭酮激活OR51E2導(dǎo)致激酶活性的調(diào)節(jié)和細(xì)胞內(nèi)鈣離子的增加(圖1)。Neuhaus團隊發(fā)現(xiàn)，β-紫羅蘭酮激活OR51E2(而不是雄激素受體(AR))導(dǎo)致前列腺癌原發(fā)上皮細(xì)胞和前列腺癌細(xì)胞株細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的增加(LNCaP)。進一步的實驗表明，β-i紫羅蘭酮通過磷酸化p38和應(yīng)激活化蛋白激酶/Jun氨基末端激酶(SAPK/JNK)發(fā)揮抗增殖作用，它們是絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族的成員。另一項研究發(fā)現(xiàn)β-紫羅蘭酮通過調(diào)節(jié)MAPK通路抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖。

圖1. β-紫羅蘭酮介導(dǎo)的膜和胞質(zhì)OR51E2受體的激活導(dǎo)致鈣離子的增加和調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移和黑素生成的各種激酶的作用。(OR51E2，嗅覺受體51E2;BCO2， β-胡蘿卜素氧合酶2;cAMP，環(huán)磷酸腺苷;PKA，蛋白激酶A;TRP鈣通道，瞬時受體電位鈣通道;Pyk2，富含脯氨酸的酪氨酸激酶2;MAPK，絲裂原活化蛋白激酶;SAPK/JNK，應(yīng)激活化蛋白激酶/Jun氨基末端激酶;NDRG1, N-myc下游調(diào)控基因1;基于“增大化現(xiàn)實”技術(shù),雄激素受體;AKT，蛋白激酶B;PI3K?，磷酸肌醇3-激酶gamma)。[5]

Wiese等人表明，富含脯氨酸的酪氨酸激酶2 (Pyk2)在OR51E2激活后啟動的信號級聯(lián)中發(fā)揮關(guān)鍵作用(圖1)。β-紫羅蘭酮通過OR51E2)激活前列腺癌細(xì)胞中的Pyk2，可能是通過細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的增加介導(dǎo)的。Pyk2增加p38 MAPK的磷酸化和N-myc下游調(diào)控基因1 (NDRG1)的去磷酸化。后者和Pyk2被認(rèn)為負(fù)責(zé)β-紫羅蘭酮介導(dǎo)的前列腺癌細(xì)胞的抗增殖作用。此外，本研究發(fā)現(xiàn)β-紫羅蘭酮激活OR51E2可調(diào)控前列腺癌細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和離子轉(zhuǎn)運等過程中的各種蛋白。

Jones等人支持β-紫羅蘭酮的抗增殖作用與AR無關(guān)的觀點。然而，Xie等人最近的一項研究表明AR的存在是β-紫羅蘭酮激活OR51E2所必需的。OR51E2刺激β-紫羅蘭酮誘導(dǎo)的前列腺癌細(xì)胞株(LNCaP, C4-2和DU145)發(fā)生鈣內(nèi)流。然而，它僅抑制LNCaP和C4-2細(xì)胞的前列腺癌增殖，而這兩種細(xì)胞在DU145細(xì)胞中不表達AR，值得注意的是，β-紫羅蘭酮誘導(dǎo)的OR51E2的激活通過p38和jnk介導(dǎo)的AR磷酸化抑制了AR核轉(zhuǎn)位(圖1)。AR轉(zhuǎn)位的抑制導(dǎo)致了AR轉(zhuǎn)位激活的減少，從而阻礙了前列腺癌細(xì)胞的生長。這進一步得到了體內(nèi)研究的支持，該研究表明β-紫羅蘭酮抑制小鼠腫瘤生長，并引起AR、p38和JNK磷酸化的增加。

然而，Sanz報道β-紫羅蘭酮通過激活OR51E2刺激介導(dǎo)的磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸3-激酶-?(PI3K?)誘導(dǎo)前列腺癌(LNCaP)細(xì)胞侵襲(圖1)。G蛋白的β?亞基激活PI3K?。Cao等的一項研究表明，β-紫羅蘭酮介導(dǎo)的OR51E2的激活抑制了C4-2細(xì)胞的增殖，但促進了它們的侵襲，這與LNCaP細(xì)胞的報道數(shù)據(jù)一致。值得注意的是，β-紫羅蘭酮對前列腺腫瘤小鼠也能誘導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)移。另一方面，另一項研究發(fā)現(xiàn)β-紫羅蘭酮聯(lián)合索拉非尼(一種多激酶抑制劑)對人肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移具有協(xié)同抑制作用。這是通過β-紫羅蘭酮誘導(dǎo)組織抑制劑基質(zhì)金屬蛋白酶-1和-2表達上調(diào)來介導(dǎo)的，這是一種被廣泛接受的轉(zhuǎn)移抑制方法。

研究表明β-紫羅蘭酮還通過激活OR51E2抑制黑素細(xì)胞的增殖。然而，β-紫羅蘭酮通過誘導(dǎo)凋亡降低了lpa誘導(dǎo)的遷移，并延緩了垂直生長期(vertical-growth phase, VGP)黑色素瘤細(xì)胞的生長。β-紫羅蘭酮則增加了黑素細(xì)胞的黑色素水平和兩樹突以上細(xì)胞的百分比。β-紫羅蘭酮激活OR51E2介導(dǎo)黑素生成，激活腺苷酸環(huán)化酶，從而增加cAMP和蛋白激酶A (PKA)的激活。PKA可能負(fù)責(zé)上調(diào)黑素生成酶酪氨酸酶(圖1)。此外，活化的MAPK (p44/42和p38)也可能是黑素生成的調(diào)節(jié)因子。結(jié)果表明，外部信號是由細(xì)胞膜上的OR51E2而不是細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的OR51E2接收的。在此基礎(chǔ)上，假定OR51E2通過β-紫羅蘭酮對黑素細(xì)胞的重復(fù)刺激被插入細(xì)胞膜。

為此，研究探討了OR51E2刺激下前列腺癌細(xì)胞鈣離子增加的機制。瞬時受體電位香草樣6 (transient receptor potential vanilloid type 6, TRPV6)通道在β-紫羅蘭酮介導(dǎo)的OR51E2激活下游被激活。Src激酶在β-紫羅蘭酮介導(dǎo)的鈣內(nèi)流中起關(guān)鍵作用；OR51E2直接激活Src激酶而不依賴于G蛋白的激活(圖1)。

β-紫羅蘭酮也可引起黑色素細(xì)胞和轉(zhuǎn)移性和VGP培養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)鈣濃度的增加，在前列腺腫瘤細(xì)胞中有報道。這一過程也通過激活表面OR51E2介導(dǎo)。來自細(xì)胞外空間和細(xì)胞內(nèi)儲存的鈣是鈣水平升高的原因，然而，發(fā)現(xiàn)前者是主要的顯著貢獻者(圖1)。細(xì)胞外鈣通過瞬時受體電位通道特別是TRPM注入，而不是前列腺癌細(xì)胞中報道的TRPV。

另一項研究表明β-紫羅蘭酮誘導(dǎo)視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞內(nèi)鈣離子的增加；鈣起源于細(xì)胞外空間。鈣的增加是通過激活cAMP通路介導(dǎo)的。雖然沒有發(fā)現(xiàn)鈣通道，但推測與之有關(guān)的是l型鈣通道或TRP通道(如前列腺和黑色素細(xì)胞)。

看來，通過飲食和香味提供的外源性β-紫羅蘭酮可能會激活質(zhì)膜中的OR51E2。然而，有人提出，線粒體內(nèi)BCO2內(nèi)源性產(chǎn)生的β-紫羅蘭酮也可能激活細(xì)胞內(nèi)OR51E2。上述細(xì)胞中已經(jīng)出現(xiàn)OR51E2的胞內(nèi)定位。根據(jù)β-紫羅蘭酮的疏水特性，它可以穿越細(xì)胞膜，因此，這似乎表明外源性、內(nèi)源性β-紫羅蘭酮均可能激活質(zhì)膜，或胞質(zhì)存在的OR51E2。

2、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白介導(dǎo)的作用

β紫羅酮可以抑制乳腺癌細(xì)胞增殖，前列腺癌，人類結(jié)腸癌，人類胃腺癌，小鼠黑色素瘤B16細(xì)胞，人類白血病和結(jié)腸腺癌細(xì)胞株和體內(nèi)乳腺癌腺，通過誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯。

β-紫羅蘭酮已被證明可通過使乳腺癌細(xì)胞系的細(xì)胞周期停滯在G1/G0期、人類結(jié)腸癌和前列腺癌細(xì)胞系（DU145、PC-3細(xì)胞）的G1期[以及人類胃癌和乳腺癌細(xì)胞系的G1/G0和G2/M期來抑制細(xì)胞增殖。

細(xì)胞增殖受細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)。細(xì)胞周期蛋白、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（CDK）和CDK抑制劑（CdkI）在調(diào)節(jié)細(xì)胞周期方面起著關(guān)鍵作用。細(xì)胞周期停滯是由細(xì)胞周期蛋白D1、細(xì)胞周期蛋白E、細(xì)胞周期蛋白B1、細(xì)胞周期蛋白A、Cdk2、Cdk4的減少解釋的（圖2）。Cdk對參與細(xì)胞周期進展的蛋白質(zhì)進行磷酸化。Cdk只有在與細(xì)胞周期蛋白復(fù)合形成Cdk-細(xì)胞周期蛋白復(fù)合體時才會被激活。Cdk4-環(huán)蛋白D、Cdk2-環(huán)蛋白E、Cdk2-環(huán)蛋白A、Cdk1-環(huán)蛋白A和Cdk1-環(huán)蛋白B分別調(diào)節(jié)早期G1期、晚期G1期、S期的進展、G2/進入M期和M期的進展（圖2）。

圖2. β-紫羅蘭酮調(diào)節(jié)幾個細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白，導(dǎo)致各種癌細(xì)胞的細(xì)胞周期停滯（Cdk-1，細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶-1；Cdk-2，細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶-2；Cdk-4，細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶-4；p27，細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑；p21，細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑）。

此外，有報道稱β-紫羅蘭酮增強了p27的表達，這也可以解釋細(xì)胞周期停滯，從而導(dǎo)致細(xì)胞生長遲緩。據(jù)認(rèn)為，β-紫羅蘭酮在七癌認(rèn)知的早期階段針對持久性腫瘤前病變的p53。P53主要通過p21的轉(zhuǎn)錄激活來調(diào)節(jié)細(xì)胞周期停滯。P21和p27是CdkI，與Cdk-周期素(cyclin)復(fù)合物結(jié)合并阻斷其活性，特別是涉及周期素(cyclin) A、B、D和E的復(fù)合物（圖2）。此外，有人提出，細(xì)胞周期停滯可能是通過MAPK途徑調(diào)節(jié)的；如Dong等人表明，β-紫羅蘭酮抑制了細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶的表達，并誘導(dǎo)了p38和SAPK/JNK的表達。

3、凋亡的影響

β-紫羅蘭酮通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)乳腺癌腺體和乳腺癌、白血病和人類胃腺癌細(xì)胞系的細(xì)胞凋亡。β-紫羅蘭酮誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡是通過減少抗凋亡蛋白Bcl-2的表達和增加促凋亡蛋白Bax的表達來實現(xiàn)的（圖3）。此外，β-紫羅蘭酮增加了乳腺癌和人類胃腺癌細(xì)胞系中裂解的胱天蛋白酶(Caspase)-3的表達。據(jù)認(rèn)為，在肝癌發(fā)生的早期階段，β-紫羅蘭酮針對持久性腫瘤前病變中的p53具有靶向作用（圖3）。然而，β-紫羅蘭酮誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用以前被證明是獨立于突變的p53功能的。

圖3 β-紫羅蘭酮調(diào)節(jié)促凋亡和抗凋亡通路的機制。(OR51E2，嗅覺受體51E2;BCO2， β-胡蘿卜素加氧酶2;JNK, Jun氨基末端激酶;AKT，蛋白激酶B;PI3K,磷酸肌醇3-kinase;Apaf-1，凋亡蛋白酶活化因子1;TRAIL，腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體;DR4/5，死亡受體4/5;NF - Bк-κB核因素;轉(zhuǎn)錄因子SP1;特異性蛋白1;DR5啟動子，死亡受體5啟動子)

此外，有報道稱PI3K(磷酸肌醇3-激酶)磷酸化蛋白和AKT表達水平降低。PI3K-AKT通路也可以解釋細(xì)胞凋亡，該通路參與細(xì)胞增殖、生存和細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(圖3)。進一步的研究證實了MAPK通路在細(xì)胞增殖和凋亡中的作用，磷酸化p38的增加被證實。這些研究表明，細(xì)胞凋亡可能通過MAPK或PI3K-AKT途徑介導(dǎo)。

Liu等人發(fā)現(xiàn)，β-紫羅蘭酮對大鼠的乳腺癌發(fā)生有劑量依賴性的抑制作用；腫瘤的繁殖率下降，腫瘤出現(xiàn)時間增加。此外，還發(fā)現(xiàn)增殖細(xì)胞核抗原的減少和核分裂的增加。此外，發(fā)現(xiàn)β-紫羅蘭酮能使細(xì)胞對TRAIL（腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體）刺激的凋亡敏感。這是通過增加轉(zhuǎn)錄因子Sp1與DR5啟動子位點的直接結(jié)合，取消NF-κB的激活和減少抗凋亡蛋白的表達而介導(dǎo)的（圖3）。另一項研究發(fā)現(xiàn)，β-紫羅蘭酮在肝癌發(fā)生的早期階段，針對頑固的腫瘤前病變的NF-коB。

Janakiram等人發(fā)現(xiàn)，β-紫羅蘭酮可能通過在人類結(jié)腸癌細(xì)胞中作為視黃醇X受體-α（RXR-α）的配體而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。β-紫羅蘭酮被發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞中劑量依賴性地增加RXR-α mRNA的表達水平。此外，RXR-α的表達在其他癌細(xì)胞中也被發(fā)現(xiàn)有所減少。值得注意的是，RXR-α mRNA的表達不僅在大鼠結(jié)腸腺癌中減少，而且在前列腺癌的基底細(xì)胞中也減少；提出它對癌癥進展的影響。β-紫羅蘭酮和β-胡蘿卜素/維生素A之間的結(jié)構(gòu)相似性進一步支持了這一點，β-紫羅蘭酮被認(rèn)為可以與RXRs結(jié)合。然而，β-紫羅蘭酮在體內(nèi)對大鼠結(jié)腸異常隱窩的影響是有爭議的，因為研究報告顯示對異常隱窩的抑制或沒有影響。

4、HMG CoA還原酶介導(dǎo)的效果

3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A（HMG CoA）還原酶負(fù)責(zé)合成甲羥戊酸。甲羥戊酸是甾醇分子（如膽固醇）和非甾醇異構(gòu)體（如多萜醇、泛醌、焦磷酸法尼基和焦磷酸香葉香葉基）的前體。膽固醇在膜的完整性中起著重要的作用，而非固醇類異戊二烯類化合物則參與了各種細(xì)胞過程。香葉香葉基焦磷酸酯和法尼基焦磷酸酯使蛋白質(zhì)（翻譯后修飾），如Ras、Rho和Rac GTP酶家族，這又在細(xì)胞增殖、血管生成和生存中起著重要作用。

抑制HMG CoA還原酶與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期停止和增殖抑制有關(guān)。據(jù)報道，他汀類藥物是公認(rèn)的HMG-CoA還原酶的抑制劑，具有抗癌活性。在腫瘤細(xì)胞中，HMG-CoA還原酶對甾醇調(diào)節(jié)的反饋抑制有抵抗力（圖4），因此其在各種類型的癌癥中上調(diào)。然而，腫瘤細(xì)胞中的HMG CoA還原酶對由非甾醇化合物介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后抑制很敏感。還發(fā)現(xiàn)異戊二烯類化合物可以轉(zhuǎn)錄后抑制HMG-CoA還原酶的活性。

圖4. β-紫羅蘭酮介導(dǎo)的對HMG-CoA還原酶的抑制導(dǎo)致了抗增殖作用和膽固醇水平的降低。(OR51E2，嗅覺受體51E2；BCO2，β-胡蘿卜素加氧酶-2；HMG CoA，3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A；PP，焦磷酸）。

飲食中的β-紫羅蘭酮可以抑制雞的血清總膽固醇水平和HMG CoA活性，同時提高HDL水平。β-紫羅蘭酮對大鼠乳腺癌發(fā)生的化學(xué)預(yù)防作用與它對HMG-CoA還原酶的抑制作用平行。Espindola等人報告說，較高劑量的β-紫羅蘭酮（16毫克/100克）可抑制腫瘤前病變的細(xì)胞增殖，并在肝癌發(fā)生的初始階段引起較小的可見肝細(xì)胞結(jié)節(jié)。值得注意的是，血漿總膽固醇的水平隨著更高劑量的β-紫羅蘭酮的給藥而下降。其他研究發(fā)現(xiàn)，β-紫羅蘭酮對小鼠B16黑色素瘤、乳腺癌、人類白血病、人類結(jié)腸腺癌和前列腺腫瘤細(xì)胞系生長的抑制是通過降低HMG CoA還原酶的活性來實現(xiàn)的。β-紫羅蘭酮酮與洛伐他汀或反式、反式法尼醇（參與抑制還原酶的化合物）之間報告的協(xié)同抗增殖活性進一步證實了這一點。

β-紫羅蘭酮對HMG-CoA活性的抑制是通過轉(zhuǎn)錄后作用介導(dǎo)的。β-紫羅蘭酮對HMG CoA活性的抑制是通過間接促進HMG CoA的降解來解釋的。這是通過誘導(dǎo)焦磷酸戊酯焦磷酸酶的活性來介導(dǎo)的，而焦磷酸戊酯焦磷酸酶又會增加法尼醇的水平，法尼醇是一種非甾體的甲狀腺素產(chǎn)物，可降解HMG CoA還原酶（圖4）。此外，β-紫羅蘭酮和洛伐他汀影響了核纖層蛋白B的翻譯后修飾，而核纖層蛋白B是在間期組裝核膜的一個重要作用。因此，有人認(rèn)為β-紫羅蘭酮介導(dǎo)的對HMG CoA-還原酶的抑制抑制了核纖層蛋白B的核定位，從而導(dǎo)致DNA易受內(nèi)切酶的影響。這種作用將導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，正如β-紫羅蘭酮和洛伐他汀所描繪的那樣。此外，β-紫羅蘭酮和洛伐他汀引起細(xì)胞周期停止在G1期。因此，β-紫羅蘭酮和斯達汀共同調(diào)節(jié)HMG-CoA和協(xié)同抗增殖作用支持β-紫羅蘭酮作為癌癥的輔助治療，以減少斯達汀的副作用。

我們認(rèn)為β-紫羅蘭酮可能以類似于斯達汀的方式直接抑制HMG-CoA還原酶，因為β-紫羅蘭酮看起來與斯達汀的藥理結(jié)構(gòu)有相似的骨架（圖4）。此外，最近的一項研究表明，與斯達汀結(jié)構(gòu)完全不同的化合物也能夠抑制HMG-CoA還原酶。

盡管如此，Duncan和他的同事表明，β-紫羅蘭酮可以抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖和細(xì)胞周期，而不影響HMG CoA還原酶的活性。β-紫羅蘭酮被發(fā)現(xiàn)具有化學(xué)保護作用，因為它減少了可見肝細(xì)胞結(jié)節(jié)的平均數(shù)量，以及持續(xù)的腫瘤前病變，在大鼠肝癌發(fā)生的整個起始階段造成DNA損傷。值得注意的是，β-紫羅蘭酮增加了肝癌大鼠的肝臟HMG-CoA還原酶mRNA水平，但降低了血漿總膽固醇的水平。這種還原酶mRNA水平的增加可能是HMG CoA降解后的一種補償機制。法尼醇對HMG CoA還原酶和膽固醇有類似的影響，這支持了所記錄的法尼醇可以調(diào)節(jié)β-紫羅蘭酮的活性的結(jié)論。

5、抗氧化劑介導(dǎo)的效果

Asokkumar提出，β-紫羅蘭酮的抗增殖活性可歸因于其抗氧化特性。苯并(a)芘是一種著名的致癌物，被選擇來誘發(fā)小鼠肺癌，因為它被認(rèn)為會產(chǎn)生活性氧并啟動增殖變化。β-紫羅蘭酮的抗增殖作用是通過減少增殖細(xì)胞核抗原的表達和恢復(fù)癌癥標(biāo)志酶（癌胚抗原和神經(jīng)元特異性烯醇化酶）的正常水平來顯示的。對小鼠施用β-紫羅蘭酮可使酶（如過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽還原酶（GR）和超氧化物歧化酶（SOD））和非酶抗氧化劑（如谷胱甘肽（GSH）、維生素E和C）的活性恢復(fù)到苯并（a）芘處理前的水平（圖5）。

圖5. β-紫羅蘭酮抑制促炎癥介質(zhì)和誘導(dǎo)/恢復(fù)抗氧化劑引起抗增殖和抗炎作用。(OR51E2，嗅覺受體51E2；BCO2，β-胡蘿卜素氧合酶-2；MAPK，有絲分裂原激活的蛋白激酶；JNK，Jun氨基末端激酶；AKT，蛋白激酶B；NF-кB，核因子-κB。Erk1/2，細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2；SOD，超氧化物歧化酶；CAT，過氧化氫酶；GPx，谷胱甘肽過氧化物酶；GST，谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶；GR，谷胱甘肽還原酶；GSH，谷胱甘肽）。

另一項研究表明，β-紫羅蘭酮具有化學(xué)保護作用，并抑制了7,12-二甲基苯(a)蒽誘導(dǎo)的大鼠乳腺癌的發(fā)生。它增加了抗氧化酶（GPx、GR、SOD）和GSH的活性。β-紫羅蘭酮的抗氧化作用進一步得到了脂質(zhì)過氧化、丙二醛（氧化應(yīng)激的標(biāo)志物）和一氧化氮（一種活性氮物種）的減少的證明。Dong等人表明，在Hepa1c1c7細(xì)胞上應(yīng)用β-紫羅蘭酮可以增強醌還原酶的活性，這是一種第二階段的解毒酶。β-紫羅蘭酮如何產(chǎn)生抗氧化作用的確切機制仍不清楚。然而，對醌還原酶的影響可能是通過對p38的調(diào)節(jié)來解釋的，p38是第二階段解毒酶激活的一個負(fù)面調(diào)節(jié)器。

6、促炎癥分子介導(dǎo)的影響

β-紫羅蘭酮抑制COX-2在人類胃癌細(xì)胞和大鼠乳腺腫瘤組織中的表達，這可能解釋了其抗增殖作用。此外，人胃癌細(xì)胞中前列腺素E2（PGE2）的釋放也有所減少。Kang支持β-紫羅蘭酮對脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的促炎癥介質(zhì)的表達有抑制作用。據(jù)報道，在LPS誘導(dǎo)的BV2小膠質(zhì)細(xì)胞中，β-紫羅蘭酮減弱了一氧化氮（NO）、前列腺素E2（PGE2）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的釋放以及誘導(dǎo)性NO合成（iNOS）、環(huán)氧化酶-2和TNF-α的蛋白質(zhì)和mRNA表達。研究發(fā)現(xiàn)，β-紫羅蘭酮通過抑制NF-κB和MAPK途徑調(diào)節(jié)這些炎癥介質(zhì)（圖5）。作者表明，β-紫羅蘭酮通過延緩Akt的活性降低了NF-κB的DNA結(jié)合活性。此外，β-紫羅蘭酮抑制了MAPKs（Erk、p38和JNK）的磷酸化，而MAPKs是釋放促炎癥介質(zhì)的重要調(diào)節(jié)器。

7、抗菌作用

Griffin和他的同事研究了結(jié)構(gòu)基團在決定幾種萜類化合物的抗菌活性中的作用。β-紫羅蘭酮對大腸桿菌和白色念珠菌有抑制活性。β-紫羅蘭酮抑制了黃曲霉的生長和黃曲霉和寄生蟲的孢子繁殖。此外，暴露在β-紫羅蘭酮下，無性繁殖結(jié)構(gòu)的形態(tài)發(fā)生了改變。值得注意的是，黃曲霉的孢子中的黃曲霉毒素積累量急劇減少。

8、α-紫羅蘭酮

如前所述，β-紫羅蘭酮作為OR51E2的激動劑。另一方面，α-紫羅蘭酮對OR51E2的活性并不明確。一些研究報告說，α-紫羅蘭酮拮抗OR51E2，它阻止或抑制了β-紫羅蘭酮的作用，特別是它被用來證實OR51E2被β-紫羅蘭酮激活。例如，Neuhaus發(fā)現(xiàn)α-紫羅蘭酮對細(xì)胞內(nèi)鈣濃度沒有影響，它抑制了β-紫羅蘭酮誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)鈣的增加和對前列腺癌細(xì)胞的抗增殖作用。

相反，Sanz等人表明，α-紫羅蘭酮是OR51E2的真正激動劑。值得注意的是，α-紫羅蘭酮主要誘導(dǎo)LNCaP細(xì)胞和小鼠前列腺腫瘤的生長，而β-紫羅蘭酮則增加細(xì)胞的侵襲性。這些發(fā)現(xiàn)與GPCR的偏向激動現(xiàn)象相一致。因此，有人提出，每種離子素誘導(dǎo)不同的下游信號級聯(lián)，取決于G蛋白或β-抑制蛋白(arrestin)的耦合。

此外，α-紫羅蘭酮根據(jù)其劑量引起不同的反應(yīng)；中等劑量可增強LNCaP細(xì)胞的侵襲性，而高劑量則沒有（相反，它可維持細(xì)胞生長）。有人提出，α-紫羅蘭酮會根據(jù)劑量的不同調(diào)節(jié)不同的細(xì)胞信號級聯(lián)。例如，α-紫羅蘭酮可能部分或完全激活了OR51E2，從而引發(fā)了不同的下游信號級聯(lián)。這也可能意味著α-紫羅蘭酮在較高的劑量下會拮抗OR51E2。然而，在轉(zhuǎn)染的HEK293細(xì)胞中，較高劑量的α-紫羅蘭酮激活OR51E2支持前一種假設(shè)。

紫羅蘭酮，特別是β-紫羅蘭酮，可以通過BCO2內(nèi)源性產(chǎn)生或通過飲食外源性提供。無論是內(nèi)源性的還是外源性的，β-紫羅蘭酮都具有抗癌、化學(xué)預(yù)防、抑制黑色素生成、抗炎和抗菌的活性。β-紫羅蘭酮通過激活OR51E2和調(diào)節(jié)HMG CoA還原酶、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白、促凋亡和抗凋亡途徑、促炎癥細(xì)胞因子和抗氧化酶來介導(dǎo)這些作用。OR51E2的激活導(dǎo)致調(diào)節(jié)各種激酶的活性和細(xì)胞內(nèi)鈣離子的增加。OR51E2的激活導(dǎo)致前列腺癌細(xì)胞的抗增殖作用和轉(zhuǎn)移，黑色素細(xì)胞的抗增殖作用和黑色素生成以及視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。

歸因于β-紫羅蘭酮的廣泛效應(yīng)和各種信號級聯(lián)可能是由于不同的細(xì)胞匯合體而產(chǎn)生。此外，β-紫羅蘭酮可能與廣泛的受體相互作用，不限于OR51E2，如報道的與AR和RXR-α的相互作用。此外，β-紫羅蘭酮可能在不同的細(xì)胞內(nèi)區(qū)劃中激活細(xì)胞質(zhì)OR51E2。這是基于β-紫羅蘭酮的疏水特性，使其能夠穿越細(xì)胞膜。

β-紫蘿蘭酮和α-紫羅蘭酮衍生物表現(xiàn)出抗炎、抗微生物和抗癌作用。建議進一步研究β-和α-紫羅蘭酮衍生物與各種報道的生理作用之間的結(jié)構(gòu)活性關(guān)系。然而，大多數(shù)研究都同意，連接在β-紫羅蘭酮上的環(huán)狀分子上的電子抽出取代基會產(chǎn)生更好的抗癌和抗微生物活性。

總的來說，這些數(shù)據(jù)表明，β-紫羅蘭酮是一個有前途的治療癌癥、炎癥和傳染病研究的骨架結(jié)構(gòu)，因此它不僅僅是一個紫羅蘭的香味。

參考文獻

[1] Rose (Rosa damascena) , John C. Leffingwell

[2] NODA, C., ALT, G. P., WERNECK, R. M.; 等. Aldol Condensation of Citral with Acetone on Basic Solid Catalysts. Braz. J. Chem. Eng. 1998, 15 (2). doi:10.1590/S0104-66321998000200004.

[3] Alfred Russell and R. L. Kenyon. Pseudoionone. Organic Syntheses, Coll. Vol. 3: 78. [2013-09-15].

[4] Elisabetta Brenna, Claudio Fuganti, Stefano Serra, and Philip Kraft, Optically Active Ionones and Derivatives: Preparation and Olfactory Properties, Eur. J. Org. Chem., 2002, S. 967–978.

[5] Aloum L, Alefishat E, Adem A, Petroianu G. Ionone Is More than a Violet’s Fragrance: A Review. Molecules. 2020; 25(24):5822. https://doi.org/10.3390/molecules25245822