天然生物堿抗腫瘤研究

趙思偉，于 淼，3，柏云嬌，常鎧麟，陳鷹翔，季宇彬，3

(1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，哈爾濱150076;2.國(guó)家教育部抗腫瘤天然藥物工程研究中心，哈爾濱150076;3.黑龍江省發(fā)展和改革委員會(huì)天然藥物與仿生藥物工程實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150076)

生物堿廣泛存在與自然界中，是一類(lèi)堿性的含氮有機(jī)化合物，大多數(shù)生物堿含有像嘌呤，吲哚，吡啶等復(fù)雜的氮環(huán)結(jié)構(gòu)[1].大量研究表明生物堿具有顯著的抗腫瘤活性，其抗腫瘤作用機(jī)制主要包括抑制微管蛋白活性，抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶活性，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化，抑制腫瘤細(xì)胞增殖，改變腫瘤細(xì)胞膜特性，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能等[2].不同種類(lèi)的生物堿具有不同的抗腫瘤作用機(jī)制，即使是同一種生物堿往往也會(huì)有多種作用機(jī)制，本文將近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)生物堿抗腫瘤作用機(jī)制的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，希望能為后續(xù)研究提供信息和思路.

1 苦參堿類(lèi)

苦參堿類(lèi)生物堿在豆科植物苦參(Sophora flavescens)，苦豆子(Sophora alopecuroi－des L)中廣泛存在，主要包括苦參堿，氧化苦參堿，槐國(guó)堿，槐醇?jí)A等，苦參堿類(lèi)生物堿是在腫瘤治療領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的生物堿之一，它具有毒副作用小，并且能與多種化療藥物聯(lián)用的優(yōu)點(diǎn)[3].現(xiàn)在研究表明，苦參堿能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化，顯著抑制腫瘤細(xì)胞增殖，包括人紅白血病細(xì)胞株K－562[4]，人腎癌細(xì)胞系GRC－1細(xì)胞株[5]，人肝癌細(xì)胞株HepG2[6]，肺腺癌A549細(xì)胞[7]等，并且對(duì)上述細(xì)胞的抑制作用呈明顯的時(shí)間－劑量依賴(lài)關(guān)系，即隨著給藥時(shí)間的延長(zhǎng)和藥物濃度的增加，被給藥細(xì)胞的存活率不斷降低.目前的研究仍然沒(méi)有完全弄清楚苦參堿誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化和抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用機(jī)制，但有研究顯示，其機(jī)制可能與下列因素有關(guān):端粒酶[8]，細(xì)胞周期蛋白，CDK(周期蛋白依賴(lài)性激酶)和CDKI(CDK抑制因子)[9－11]，增殖相關(guān)癌基因(如C－myc，N－ras和p－53)[12－13]，細(xì)胞增殖代謝酶和PCNA，AFP[14]等.研究發(fā)現(xiàn)苦參堿不僅能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化并抑制其增殖，而且還能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡.用流式細(xì)胞儀檢測(cè)未給藥的HpeG2細(xì)胞的凋亡情況，顯示其凋亡率只有1.4%，而在使用苦參堿后，不僅凋亡率增加甚至出現(xiàn)凋亡峰[5].

誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化，抑制腫瘤細(xì)胞增殖，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡是苦參堿研究最多的抗腫瘤機(jī)理，除此之外它還具有以下作用:抑制腫瘤新生血管的形成，降低化療藥物的毒副作用，抑制腫瘤細(xì)胞粘附與侵襲轉(zhuǎn)移，逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥，阻止某些可引發(fā)腫瘤的慢性炎癥的發(fā)展及抑制某些致癌病毒等[16－18].有的研究還發(fā)現(xiàn)，苦參堿雖然具有較強(qiáng)的抗腫瘤作用，但體內(nèi)體外卻表現(xiàn)出一定的免疫抑制作用，可見(jiàn)苦參堿的抗腫瘤機(jī)制并不是通過(guò)提高機(jī)體的免疫功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的[19].

2 長(zhǎng)春花生物堿類(lèi)

長(zhǎng)春堿類(lèi)化合物是從長(zhǎng)春花(Catharanthus roseus)中提取出來(lái)的的吲哚類(lèi)生物堿，它有著典型的雙分子結(jié)構(gòu)，自從發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)春堿具有抗腫瘤活性以來(lái)，對(duì)其抗腫瘤作用的研究早已取得階段性進(jìn)展，已有長(zhǎng)春堿，長(zhǎng)春新堿，長(zhǎng)春地辛和長(zhǎng)春瑞賓等長(zhǎng)春堿類(lèi)化合物應(yīng)用于臨床，除此之外，正處于臨床研究中的還有長(zhǎng)春氟寧，長(zhǎng)春甘酯和脫水長(zhǎng)春堿等.

研究表明，長(zhǎng)春堿類(lèi)藥物抑制細(xì)胞的分裂和增殖的機(jī)制是通過(guò)干擾細(xì)胞周期的M期(有絲分裂間斷)實(shí)現(xiàn)的[20]，此類(lèi)藥物能夠與位于微管正端的異二聚體表面的微管蛋白的175～213氨基酸殘基結(jié)合，從而影響了新的異二聚體的加入，并且在新加入的異二聚體二聚體間界面產(chǎn)生彎曲，繼而導(dǎo)致直的原纖絲彎曲，影響原纖絲間的作用，使微管難以延長(zhǎng)[21]，概括來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)春堿類(lèi)藥物抑制腫瘤細(xì)胞的增殖的機(jī)制是:通過(guò)與微管蛋白結(jié)合來(lái)抑制微管聚合，阻礙紡錘體微管的形成，最終導(dǎo)致細(xì)胞分裂停滯在中期[22].雖然長(zhǎng)春堿類(lèi)藥物具有相似的作用機(jī)制，但是它們具有不同的抗腫瘤譜和細(xì)胞毒性[23].

3 喜樹(shù)堿及其衍生物

1966年，美國(guó)化學(xué)家Wall和Wani最先從珙桐科植物喜樹(shù)(Camptotheca acuminata)中提取出喜樹(shù)堿.喜樹(shù)堿是重要的廣譜抗癌活性天然產(chǎn)物，臨床上主要用于原發(fā)性肝癌，膀胱癌，大腸癌等的治療[24].

1985年，Y·H·Hisang等人發(fā)現(xiàn)喜樹(shù)堿及其衍生物能夠遏制DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(Topo I)，并且能夠有效抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，具有顯著的抗癌活性[25]，基于這一發(fā)現(xiàn)，從此對(duì)于喜樹(shù)堿抗腫瘤的研究開(kāi)始進(jìn)入全新階段.DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶在細(xì)胞核內(nèi)普遍存在，它參與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)等關(guān)鍵過(guò)程，在細(xì)胞增殖的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用[26].喜樹(shù)堿通過(guò)與DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶和DNA復(fù)合物結(jié)合在一起，形成了一個(gè)穩(wěn)定的三元復(fù)合物，從而避免了DNA自身的再次連接，最終導(dǎo)致了腫瘤細(xì)胞的死亡[27].在這一研究發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，目前已經(jīng)合成了多種喜樹(shù)堿類(lèi)似物，但是對(duì)于這些物質(zhì)具體的作用的機(jī)制仍然沒(méi)有完全弄不清楚[28].

喜樹(shù)堿雖然有明確的抗腫瘤作用，但是其毒副作用大，此外由于喜樹(shù)堿水溶性極差，因此研制出毒副作用小抗腫瘤活性強(qiáng)的喜樹(shù)堿類(lèi)衍生物成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn).目前，在國(guó)外，已有伊諾替康(CPT－11)和拓?fù)涮乜?TPT)兩種喜樹(shù)堿類(lèi)衍生物應(yīng)用于臨床，前者一般用于其它抗癌藥物無(wú)效的轉(zhuǎn)移的結(jié)腸，直腸癌，后者用于晚期難治性卵巢癌，另外還有9－氨基喜樹(shù)堿(9－AC)，9－硝基喜樹(shù)堿(9－NC)，GI147211和DX－8591f等幾種喜樹(shù)堿類(lèi)衍生物已處在早期臨床試驗(yàn)階段[29].

4 小檗堿

小檗堿(BR)屬于異喹啉類(lèi)生物堿，是一種季銨類(lèi)化合物，又被稱(chēng)作黃連素，是從黃連屬植物黃連(Coptis chinensis Franch)、黃柏(Cortex Phellodendri Chinensis)的根莖中提取出來(lái)的[30].20世紀(jì)50～60年代研究發(fā)現(xiàn)小檗堿可以通過(guò)抑制癌細(xì)胞對(duì)羥胺的利用來(lái)抑制嘌呤及核酸的合成[31].研究表明，小檗堿能夠顯著抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，經(jīng)小檗堿處理后的腫瘤細(xì)胞在DNA合成期的比例明顯減少[32]，細(xì)胞被阻滯于細(xì)胞周期的靜止期(G0期)和DNA合成前期(G1期)，延長(zhǎng)細(xì)胞增殖周期導(dǎo)致細(xì)胞增殖減慢[33].分別用吖啶橙染色和原位末端標(biāo)記法對(duì)用小檗堿處理處理過(guò)的人胃癌MGC－803細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞呈現(xiàn)出明顯的凋亡特性[34].現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)小檗堿是通過(guò)調(diào)控細(xì)胞周期和抑制能量產(chǎn)生來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞增殖的，而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡則可以通過(guò)線(xiàn)粒體/caspase途徑，凋亡基因，炎癥因子，環(huán)氧化酶等途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，另外小檗堿還可以通過(guò)斷裂DNA誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[35].現(xiàn)在部分學(xué)者認(rèn)為，小檗堿的抗腫瘤作用是通過(guò)影響某些與腫瘤發(fā)生，發(fā)展密切相關(guān)的酶來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些機(jī)制包括:針對(duì)拓?fù)洚悩?gòu)酶(topo I，topo II)，抑制環(huán)氧化酶－2(COX－2)，針對(duì)端粒酶，針對(duì)N－乙酰轉(zhuǎn)移酶(NAT)[36].

另外，小檗堿還可以通過(guò)影響癌基因和抑癌基因達(dá)到抗腫瘤的作用[37].除此之外，小檗堿還具有抑制腫瘤血管生長(zhǎng)[38]和腫瘤轉(zhuǎn)移的作用[39].

5 紫杉醇

紫杉醇最早是1971年由Wani等從短葉紅豆杉(Taxus brevifolia)的樹(shù)皮中分離出來(lái)的二萜類(lèi)生物堿成分，由于具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的二萜類(lèi)成分，難溶于水和多種藥用溶媒[40].紫杉醇屬于廣譜抗癌藥物，對(duì)一些普通抗癌藥物耐藥的晚期腫瘤有確切的療效，并且對(duì)多種臨床惡性腫瘤療效顯著[41]，廣泛應(yīng)用于肺腺癌，乳腺癌，食道癌等，特別是晚期卵巢癌的治療.紫杉醇主要通過(guò)抑制微管解聚成亞單位，凍結(jié)有絲分裂的紡錘體，使腫瘤細(xì)胞有絲分裂終止，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡[42].與傳統(tǒng)抗腫瘤藥不同，紫杉醇能夠結(jié)合于微管蛋白的特異性位點(diǎn)，促進(jìn)微管的聚合，并使之穩(wěn)定化，從而干擾微管的正常功能，如細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)等，但不會(huì)影響腫瘤細(xì)胞的遺傳物質(zhì)合成，不損傷DNA分子[43].

紫杉醇在表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性的同時(shí)，也存在著明顯的毒副作用，主要毒性包括骨髓抑制，神經(jīng)毒性和肌肉毒性，并且其毒性呈劑量依賴(lài)性[44]，這在一定程度上降低了紫杉醇臨床利用價(jià)值，為了避免或減少紫杉醇的毒副作用，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)紫杉醇的新劑型和給藥方法進(jìn)行了大量研究，已經(jīng)取得了階段性成果，新劑型有:乳劑，膠囊，包合物，脂質(zhì)體，納米粒，凝膠，植入劑和藥物釋放支架等，給藥方法有:靜脈給藥，腹腔給藥，每周給藥法等，另外聯(lián)合用藥研究也已進(jìn)行了廣泛研究.

6 結(jié)語(yǔ)

綜合當(dāng)前對(duì)生物堿抗腫瘤的研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)天然生物堿的抗腫瘤作用是通過(guò)多條途徑實(shí)現(xiàn)的，包括抑制腫瘤細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，逆轉(zhuǎn)多藥耐藥腫瘤細(xì)胞抗凋亡，抑制端粒酶活性，調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能，抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，抑制腫瘤血管生成，減輕化療不良反應(yīng)等[45]，但是對(duì)于一些生物堿的抗腫瘤機(jī)制仍不是十分明確，因此在不斷發(fā)現(xiàn)新的具有抗腫瘤活性的生物堿成分的同時(shí)，要進(jìn)一步闡明生物堿抗腫瘤的作用機(jī)制，相信研制和開(kāi)發(fā)新的天然生物堿抗腫瘤藥物將具有更廣泛的前景.

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