紫草素及其衍生物抗腫瘤作用的研究進(jìn)展

李運(yùn)延 審校 胡國華 上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬上海市中醫(yī)醫(yī)院 2008級(jí)碩士研究生(上海 200071)

紫草是常用的傳統(tǒng)中藥材:研究表明紫草具有抗生育、抗病原微生物、抗炎及抗過敏、解熱、抗腫瘤、保肝、止血、降血糖、鎮(zhèn)靜和影響免疫功能等作用[1]。紫草素(shikonin)是從天然紫草中提取的萘醌類(naphthoquinone)化合物,具有廣譜的生物學(xué)和藥理學(xué)活性[2]。紫草主要的抗癌有效成分為萘醌類色素化合物 ,即紫草素及其衍生物,尤其以乙酰紫草素和 β,β-二甲基丙烯紫草素為主要抗癌成分[3]。紫草素及其衍生物對多種腫瘤細(xì)胞的生長具有抑制作用,并且呈時(shí)間和劑量的依賴性。

1 體外實(shí)驗(yàn)

1.1 對細(xì)胞增殖的影響 蔣英麗[4]新疆紫草素(shikonin)誘導(dǎo)人大腸癌細(xì)胞的凋亡,結(jié)果顯示新疆紫草素對CCL229細(xì)胞有生長抑制作用,這種作用隨著藥物濃度的升高和作用時(shí)間的延長而增強(qiáng)。方武[5]當(dāng)藥物濃度增加時(shí),細(xì)胞的增殖抑制率上升,凋亡率上升,差異顯著(P＜0.01)。徐坤山[6]紫草素對 4種乳腺癌細(xì)胞株均有顯著的生長抑制作用,并呈時(shí)間和劑量的依賴性。紫草素對 MCF-7、SK-BR-3、M DA-MB-231、 MCF-7/ADR細(xì)胞的 IC50分別是 (4.79± 0.42)、 (6.79±0.45)、 (9.27± 0.54)、(5.23± 0.39)μ mol/L-1。 王英麗 等[7]紫草素對宮頸癌細(xì)胞系 HeLas3和卵巢腫瘤細(xì)胞系 OVCAR-3的體外增殖呈共育時(shí)間和藥物濃度的依賴性。半效抑制濃度為 2.58-0.19μg/mL。馬海鷗[8]紫草素對體外培養(yǎng)的人絨癌耐藥細(xì)胞株的抑制作用隨著紫草素劑量的增加和作用時(shí)間的延長,對絨癌耐藥細(xì)胞生長的抑制率也明顯增加。郭云蔚[9]隨著紫草素濃度升高及作用時(shí)間延長,對 HepG2細(xì)胞增殖的抑制率也隨之升高。其中紫草素在作用 24h、48h、72h的 IC50分別為 2.11μg/mL、 0.83μg/mL、0.29μg/mL。

1.2 對細(xì)胞凋亡的影響 細(xì)胞凋亡(apoptosis)是一種由基因控制的細(xì)胞自主死亡方式。經(jīng)紫草素的處理的細(xì)胞在檢測時(shí)都會(huì)呈現(xiàn)出一定得凋亡特征:細(xì)胞核 DN A呈梯狀降解 ,流式細(xì)胞儀檢測可見明顯細(xì)胞周期的亞二倍體峰以及細(xì)胞凋亡率的升高,形態(tài)上的變化等。王英麗等[7]新疆紫草素誘導(dǎo)OV CAR-3凋亡伴隨其濃度的升高,亞二倍體峰細(xì)胞明顯增加。蔣英麗等[4]研究新疆紫草素對人大腸癌細(xì)胞 CCL229作用時(shí)結(jié)果顯示:新疆紫草素 1μ g/mL作用于 CCL229細(xì)胞不同時(shí)間(24、48、72h)后,DNA瓊脂糖凝膠電泳呈現(xiàn)細(xì)胞凋亡的典型梯形條帶圖譜,FCM出現(xiàn)明顯的亞二倍體峰,TUNEL染色可見細(xì)胞凋亡的特征性棕黃色顆粒。方武[5]紫草素作用 T24細(xì)胞24h,當(dāng)藥物濃度由 25μmol/L上升至 75μmol/L時(shí) ,凋亡率由27.69%上升至 46.23%,75μmol/L紫草素分別作用 12h和48h,凋亡率由 32.89%上升至 66.64%。徐坤山[6]紫草素致 4種乳腺癌細(xì)胞株發(fā)生形態(tài)變化及染色質(zhì)濃縮凝集,紫草素誘導(dǎo)其出現(xiàn)周期阻滯及亞二倍體峰。馬海鷗[8]紫草素對體外培養(yǎng)的人絨癌耐藥細(xì)胞株,隨著藥物濃度增加凋亡率亦增加,并可見典型的凋亡細(xì)胞核形態(tài)學(xué)變化。細(xì)胞周期分布也呈濃度依賴性改變,一方面增高 G0/G1期細(xì)胞比例,另一方面降低 S期和 G2/M期細(xì)胞比例。張卓琦[10]發(fā)現(xiàn)紫草素可顯著提高凋亡細(xì)胞百分率,呈時(shí)間和劑量依賴性,可見典型的凋亡細(xì)胞核形態(tài)學(xué)變化。

2 體內(nèi)實(shí)驗(yàn) 胡煜[11]紫草素對裸鼠皮下絨癌移植瘤的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí):紫草素在體內(nèi)可以有效地抑制 hCG的分泌及腫瘤組織的增長,同時(shí)能夠使腫瘤組織發(fā)生大面積壞死。曾云[12]紫草素對 S180荷瘤小鼠抑瘤作用的提示紫草素的體內(nèi)抑瘤活性可能與其能夠直接殺死腫瘤細(xì)胞相關(guān)?？娛览13]乙酰紫草素注射液對小鼠 Lewis肺癌生長有明顯的生長抑制作用。謝冰芬[14]用多種紫草素衍生物研究其對小鼠艾氏腹水瘤(ESC)和肉瘤(S180)的作用,證明這些衍生物有明顯的抑瘤作用,并且強(qiáng)于天然紫草素。趙穎[15]乙酰紫草素對小鼠肝癌移植性腫瘤的抑制作用初步研究顯示:表明乙酰紫草素注射液可以抑制肝癌的生長。但對免疫器官的抑制作用較弱,表明其抗瘤作用時(shí)對機(jī)體的免疫系統(tǒng)的毒性作用較目前的細(xì)胞毒抗腫瘤藥物小。

3 紫草素及其衍生物抗腫瘤作用的機(jī)制 紫草素及其衍生物是中藥紫草的有效化學(xué)成分,它能抑制多種腫瘤細(xì)胞的生長,其機(jī)理可能與通過激活 Caspse蛋白酶家族、引起 Bal-2蛋白家族變化、抑制 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶 I和抑制腫瘤血管生成等有關(guān)。

3.1 激活 Caspase蛋白酶家族啟動(dòng)凋亡

Caspase蛋白酶(半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶)家族在 Fas和TN F-受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮重要作用,與細(xì)胞凋亡關(guān)系密切。目前報(bào)道的 Caspase家族共有 14個(gè)成員,其中,活化的Capase2、8、9、10被認(rèn)為是凋亡的起始者去水解活化 Capase3、6、7,而后者則進(jìn)一步裂解其相應(yīng)的底物,如 PARP、ICAD等。PARP裂解被認(rèn)為是細(xì)胞凋亡的一個(gè)早期分子標(biāo)志。徐坤山[9]紫草素誘導(dǎo)乳腺癌株細(xì)胞凋亡致 PARP裂解,并且廣譜caspase抑制劑能夠較好地抑制 PARP的裂解,這一結(jié)果初步揭示了紫草素誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制即乳腺癌細(xì)胞凋亡可能經(jīng) caspase途徑。而吳振等[16]發(fā)現(xiàn)紫草素誘導(dǎo) Hela細(xì)胞凋亡過程中,caspause3、8活性升高,并伴有 ICAD表達(dá)下降及裂解,為經(jīng)典的 caspase依賴性的死亡途徑,以紫草素處理直腸癌細(xì)胞株 colo-205的結(jié)果也表明,紫草素通過激活 caspase3致 PARP和 DF45降解從而啟動(dòng)靶細(xì)胞凋亡。

3.2 引起 Bal-2蛋白家族變化 在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中,細(xì)胞凋亡受兩類蛋白家族調(diào)控:B細(xì)胞白血病原/淋巴瘤 2家族(Bc1-2)和凋亡抑制蛋白家族(inhibitor of apoptosis proteins,IAP)。凋亡受阻是腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性的重要機(jī)制。Bcl-2表達(dá)與腫瘤細(xì)胞的抗藥性關(guān)系密切 ,隨著 Bcl-2表達(dá)的提高,患者的生存時(shí)間縮短,預(yù)后不良。紫草素逆轉(zhuǎn) JAR/M TX細(xì)胞對 M TX產(chǎn)生耐藥機(jī)制是恢復(fù)絨癌多藥耐藥細(xì)胞 JAR/M TX對 M TX的敏感性,其逆轉(zhuǎn)耐藥并非單一機(jī)制,其中重要一方面是通過使抑制凋亡基因 survivin及 Bcl-2表達(dá)量下降,使細(xì)胞凋亡增加實(shí)現(xiàn)的。

3.3 抑制 DN A拓?fù)洚悩?gòu)酶 DN A拓?fù)洚悩?gòu)酶是一種基本核酶,它可催化 DN A的超螺旋狀態(tài)與解螺旋狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換過程,而超螺旋解旋是 DN A復(fù)制與轉(zhuǎn)錄前的必要準(zhǔn)備。崔越宏[17]實(shí)驗(yàn)證明紫草素及其衍生物具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性,其有類似 DNA拓樸異構(gòu)酶Ⅰ抑制劑的活性。

3.4 抑制腫瘤血管生成 血管新生是在原有血管的基礎(chǔ)上形成新的血管,涉及內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移、基底膜降解、血管管腔形成等一系列復(fù)雜的生物學(xué)過程[18]。袁定芬[19]紫草素可在體外抑制內(nèi)皮細(xì)胞的血管新生性,20μ mol? L-1的紫草素對內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移及管腔形成能力的抑制率分別為 38.66%±0.05%、79.69%±0.03%及 80.95%±0.05%。表明紫草素可直接作用于內(nèi)皮細(xì)胞,通過抑制其增殖、遷移及管腔形成而發(fā)揮其抗血管新生作用。

4 小 結(jié)

紫草素對多種腫瘤細(xì)胞的生長具有抑制作用,通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡來實(shí)現(xiàn)它對細(xì)胞的增殖抑制作用,其抗腫瘤的機(jī)制是多靶點(diǎn)多方位的,其在抗腫瘤方面的研究也越來越受到人門的重視,但是由于可引起細(xì)胞凋亡的因素很多,細(xì)胞凋亡的信號(hào)傳導(dǎo)途徑極其復(fù)雜,因此其具體機(jī)制還有待進(jìn)一步探討。

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