金雀異黃素誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的研究進(jìn)展

呂春秀綜述 汪治宇審校

1972年澳大利亞學(xué)者Kerr等[1]首先從形態(tài)學(xué)方面描述了1種與壞死完全不同的細(xì)胞死亡方式——凋亡(apoptosis)，它與細(xì)胞分裂增殖同屬于細(xì)胞最基本的生命活動(dòng)，對(duì)組織的生長(zhǎng)發(fā)育具有同等重要的調(diào)節(jié)作用，在維持機(jī)體平衡狀態(tài)方面有積極的生物學(xué)意義，尤其是在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中占有重要地位。1992年英國(guó)科學(xué)家Hickman等[2]提出誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡可以作為腫瘤治療研究中的主要目標(biāo)和手段。目前抗腫瘤藥物的研究主要集中于抑制腫瘤細(xì)胞增殖及誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡兩方面，其中誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

金雀異黃素(Genistein)又稱(chēng)染料木素，是1種存在于豆科植物和齒狀植物中的天然異黃酮化合物，其化學(xué)名為5，7，4’—三羥基異黃酮，具有多種生理或藥理活性，對(duì)多種腫瘤具有較強(qiáng)的抑制作用[3]。Genistein抗癌研究已經(jīng)成為世界熱門(mén)焦點(diǎn)，并取得很大的進(jìn)展。流行病學(xué)研究表明，大豆作為genistein惟一膳食來(lái)源，可能與中國(guó)、日本相對(duì)患乳腺癌、結(jié)腸癌、前列腺癌率低有關(guān)[4]。我們將近年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)金雀異黃素誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制綜述如下，從而為金雀異黃素抗腫瘤的治療提供依據(jù)。

1 Genistein的化學(xué)結(jié)構(gòu)及抗腫瘤作用

1.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)

Genistein(如圖1)是帶芳香A-環(huán)的三苯基化合物，在分子的相對(duì)兩極帶有2個(gè)酚羥基，結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量與雌二醇類(lèi)似，與ER結(jié)合，介導(dǎo)雌激素樣作用。主要分為ER-α型和ER-β型。Genistein對(duì)ER-β的親和力高于ER-α，故genistein僅影響部分ER。

圖1 金雀異黃素

1.2 抗腫瘤作用

Genistein是1種具有多種生物學(xué)作用的異黃酮類(lèi)物質(zhì)，自從Akiyama等[5]1987年首次報(bào)道Genistein是1種蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)特異性抑制劑以來(lái)，其抗癌活性引起廣泛關(guān)注。體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)及流行病學(xué)研究結(jié)果顯示，Genistein對(duì)多種腫瘤均有抑制作用[6]。Genistein不僅單獨(dú)對(duì)多種腫瘤有預(yù)防和抑制作用,還和許多抗腫瘤藥物(如他莫昔芬、順鉑、雙氯乙基亞硝脲、柔紅霉素、噻唑呋林)有協(xié)同抗腫瘤作用。

1.3 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用特點(diǎn)

Sarkar等[7]發(fā)現(xiàn)，Genistein能誘導(dǎo)MDA-MB-231、MDA-MB-435和MCF-7乳腺癌細(xì)胞，PC3、LNCaP前列腺癌細(xì)胞，H460和H322非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞以及HN4頭頸鱗癌細(xì)胞的凋亡。所有癌細(xì)胞在用不同濃度Genistein干預(yù)后，其凋亡率與對(duì)照組相比差異顯著，且在一定范圍內(nèi)呈時(shí)間-劑量依賴(lài)性。

2 Genistein誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制

2.1 通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

Akt是細(xì)胞內(nèi)信息傳導(dǎo)途徑中的1個(gè)重要的蛋白激酶，它是磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)下游的靶蛋白，是PI3K/Akt信號(hào)傳導(dǎo)途徑的中心環(huán)節(jié)，它在控制細(xì)胞存活和凋亡過(guò)程中具有重要作用[8]。Akt的持續(xù)活化是其發(fā)揮促細(xì)胞生存、抑制細(xì)胞凋亡功能的重要前提，而Ser473和(或)Thr308位點(diǎn)的磷酸化是Akt激活的必要條件。付榮霞等[9]研究Genistein對(duì)人胃腺癌細(xì)胞中Akt及其磷酸化蛋白表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)Genistein能顯著降低Akt的活性形式——p-Akt(Ser473)和p-Akt(Thr308) 2種磷酸化蛋白的表達(dá)，通過(guò)抑制Akt活性形式——磷酸化Akt的形成而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞增殖。以上資料證實(shí)金雀異黃素抑制了Akt和Akt激酶活性,從而導(dǎo)致對(duì)生存信號(hào)的抑制并誘導(dǎo)凋亡信號(hào)。

2.2 通過(guò)酪氨酸蛋白激酶途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡

酪氨酸蛋白激酶( tyrosine protein kinase，TPK)是生長(zhǎng)因子的受體， TPK引起的受體磷酸化和有絲分裂的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致癌細(xì)胞增殖受抑制。TPK是1種催化蛋白質(zhì)分子中酪氨酸殘基磷酸化的蛋白激酶，當(dāng)相應(yīng)的生長(zhǎng)因子如胰島素生長(zhǎng)因子-1(insulin like growth faetor- 1，IGF-1)、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)和EGFR與其受體結(jié)合后，即可誘導(dǎo)受體變構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致受體胞內(nèi)一定位置中的酪氨酸殘基自身磷酸化，并激活受體TPK活性。TPK激活后，相繼使其底物蛋白質(zhì)磷酸化，構(gòu)成激酶級(jí)聯(lián)，從而將胞外信息傳遞到細(xì)胞內(nèi)，對(duì)細(xì)胞分裂、分化及增殖、凋亡進(jìn)行調(diào)控[10，11]。研究發(fā)現(xiàn)，在胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF-1)調(diào)控下，Genistein可抑制人前列腺上皮細(xì)胞RWPE-1的增生，并顯著減少G0/G1期細(xì)胞百分比,增加G2/M期細(xì)胞百分比,影響細(xì)胞周期，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[12]。

2.3 通過(guò)NF-κB途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

在細(xì)胞凋亡方面,核因子NF-κB(nuclearfactor-κB,NF-κB)引起人們的關(guān)注。NF-κB廣泛存在于真核細(xì)胞內(nèi),是將信息從胞質(zhì)傳至胞核引起相應(yīng)基因表達(dá)的重要的轉(zhuǎn)錄因子。最近發(fā)現(xiàn)NF-κB的異常核內(nèi)表達(dá)與惡性腫瘤的發(fā)生密切相關(guān),NF-κB在腫瘤細(xì)胞的凋亡中起到重要作用[13]。NF-κB的異常激活可誘導(dǎo)促癌基因c-myc的激活,使其過(guò)量表達(dá)而抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)和繁殖。NF-κB的異常激活還可啟動(dòng)cyclin D1的轉(zhuǎn)錄,促進(jìn)G1/G0期向S期轉(zhuǎn)換,促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制凋亡,最終使細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化、癌變。抑制NF-κB活性,則可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。文獻(xiàn)報(bào)道金雀異黃素具有抑制腫瘤細(xì)胞NF-κB活性,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡作用[14]。

2.4 通過(guò)有絲分裂原激活的蛋白激酶途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

有絲分裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activatedp rotein kinasps,MAPK)是細(xì)胞內(nèi)的1類(lèi)富含絲/蘇氨酸殘基的蛋白激酶家族，是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)之一。根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同，可以分成3類(lèi)多成員的亞家族：細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)、C—Jun—N2末端激酶(JNK)和p38MAPK等，他們通過(guò)相互獨(dú)立的信號(hào)途徑激活下游信號(hào)分子從而激活MAPK[15]。激活的MAPK可以磷酸化多種轉(zhuǎn)錄因子，在將細(xì)胞外刺激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞及其核內(nèi)，在多種受體信號(hào)傳遞途徑中具有關(guān)鍵作用。研究表明多種刺激因子通過(guò)激活MAPK途徑參與細(xì)胞的凋亡過(guò)程。Agarwal[16]用100～200 μmol的genistein作用于非雄激素依賴(lài)的人前列腺癌細(xì)胞DU145，發(fā)現(xiàn)呈濃度依賴(lài)性的抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，免疫印跡法發(fā)現(xiàn)ERK 1/2的活性受到不同程度抑制，同時(shí)伴隨細(xì)胞周期負(fù)性調(diào)節(jié)因子p21和p27的表達(dá)上調(diào)，而細(xì)胞周期蛋白激酶CDK2、CDK4的表達(dá)卻減少。genistein還可通過(guò)抑制MAPK信號(hào)途徑增加腫瘤對(duì)放療的敏感性。

2.5 通過(guò)蛋白激酶CK2途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

蛋白激酶CK2是1種在真核細(xì)胞中普遍存在的信使非依賴(lài)性絲/蘇氨基酸蛋白激酶，它與許多生物活性有關(guān),在許多惡性腫瘤中過(guò)表達(dá),它可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞中抗凋亡因子NF-κB的活性[17，18]。NF-κB是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的重要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，其廣泛存在于細(xì)胞中，與腫瘤的發(fā)生發(fā)展和侵襲轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系。乳腺癌的發(fā)病機(jī)制就與轉(zhuǎn)錄因子NF-κβ的異?；罨嘘P(guān)。有研究表明，在人原發(fā)性乳腺癌和培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞中，蛋白激酶CK2和NF-κB的必需調(diào)節(jié)物IκKβ及IκKα活性增高,NF-κB的另一種新的活化劑——IKKī/IKKε的表達(dá)也增高，而高表達(dá)的CK2可增加IKKī/IKKε的MRNA和蛋白表達(dá)水平，而且CK2能催化NF-κB的抑制蛋白IκB磷酸化能加速羧基端PEST區(qū)的降解，有利于NF-κB活化,促進(jìn)抗凋亡基因的轉(zhuǎn)錄[19～21]。因此，CK2具有上調(diào)NF-κB的活性，這是乳腺癌發(fā)生的1個(gè)重要因素。而研究表明，抑制蛋白激酶CK2，阻斷Wnt信號(hào)傳導(dǎo)，進(jìn)而抑制NF-кB，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[22]是金雀異黃素的全新抗腫瘤機(jī)理。

2.6 通過(guò)磷脂酰肌醇途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)通路信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常增強(qiáng)，表現(xiàn)為催化這一通路的生化反應(yīng)關(guān)鍵酶PI激酶、PI-磷酸(phosphatidylinositol-4-phosphate,PIP)激酶活性增強(qiáng)和第二信使分子三磷酸肌醇(inositol 1,4,5-trisphosphate,IP3)和二?；视?diacylglycerol,DG)產(chǎn)生增加。genistein能對(duì)通過(guò)多種機(jī)理對(duì)多種腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)揮抑制增殖、誘導(dǎo)凋亡的作用，能降低肝癌細(xì)胞PIP激酶活性,抑制肝癌細(xì)胞增殖，研究證實(shí)[23～25]， genistein能抑制磷酸肌醇通路信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)肝癌細(xì)胞凋亡。

2.7 通過(guò)凋亡信號(hào)傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

細(xì)胞內(nèi)外的多種信號(hào)刺激可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，這些信號(hào)傳導(dǎo)途徑是多種多樣，研究發(fā)現(xiàn)genistein抑制胃癌細(xì)胞SGC-7901的增殖的機(jī)制主要是阻斷信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[26]。Genistein可以增強(qiáng)癌細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，直接抑制CYP24酶活性來(lái)阻止前列腺癌細(xì)胞增殖[27]。

2.8 通過(guò)細(xì)胞周期途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

細(xì)胞周期調(diào)控異常是腫瘤發(fā)生的1個(gè)重要原因，因其既能影響細(xì)胞分裂增殖又可能誘發(fā)細(xì)胞凋亡。已有許多研究表明，很多抗腫瘤藥物能作用于細(xì)胞周期的某一環(huán)節(jié)使細(xì)胞增殖受阻，從而誘導(dǎo)其凋亡。研究發(fā)現(xiàn)genistein抑制乳腺癌細(xì)胞增殖的機(jī)制之一是將腫瘤細(xì)胞阻滯在S期，減少進(jìn)入G2/M期的細(xì)胞數(shù)目，抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)代謝，減少有絲分裂，并導(dǎo)致受影響的腫瘤細(xì)胞快速凋亡[28]。大量研究表明分裂期阻滯是誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的重要誘因。據(jù)此推測(cè)，金雀異黃素可能作用于細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)點(diǎn)，從而干擾和阻滯腫瘤細(xì)胞的增殖，誘發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡。

綜上所述，Genistein具有誘導(dǎo)多種腫瘤細(xì)胞凋亡的作用，是很有潛力的腫瘤防治生物活性成分，其誘導(dǎo)凋亡作用涉及影響多種凋亡基因和不同的凋亡信號(hào)途徑，各種因子之間以及各種信號(hào)途徑之間又相互影響、相互作用，構(gòu)成復(fù)雜的凋亡調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，但還有許多環(huán)節(jié)的分子機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。隨著現(xiàn)代分子生物技術(shù)的迅速發(fā)展，必將為Genistein的抗腫瘤機(jī)制研究起到巨大推動(dòng)作用，而伴隨此機(jī)制的研究定將為腫瘤的治療開(kāi)辟新途徑。

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