青蒿素及其衍生物抗腫瘤作用研究進展

周潔蕓，朱 焰

上海市計劃生育科學研究所生殖藥理組國家衛(wèi)生與計劃生育委員會計劃生育藥具重點實驗室 上海生殖健康藥具工程技術(shù)研究中心，上海 200032

惡性腫瘤是嚴重威脅人類健康的常見病和多發(fā)病。根據(jù)世界衛(wèi)生組織報告，全世界每年有1000 萬新增癌癥病例，因腫瘤而死亡者達700 多萬人，到2020 年，全世界癌癥發(fā)病率將是現(xiàn)在的兩倍。目前對惡性腫瘤的藥物治療以化學合成藥物為主，但其開發(fā)費用昂貴、毒副作用大，病人常難以承受。近年來，植物來源的藥物引起人們關(guān)注，它們不僅具有獨特的生理活性，較好的療效和較低的毒性，更為化學合成，化學修飾提供了新穎獨特的化學結(jié)構(gòu)。

青蒿素(artemisinin)又名黃蒿素，是從菊科植物黃花蒿(Artemisia annua L.)中提取分離得到的一種具有過氧橋結(jié)構(gòu)的倍半萜內(nèi)酯類化合物［1］。常見青蒿素衍生物(圖1)如二氫青蒿素(dihydroartemisinin)、青蒿琥酯(artesunate)、蒿甲醚(artemether)，均是治療瘧疾的有效單體，目前已成為治療瘧疾的一線藥物［1，2］。隨著對青蒿素及其衍生物藥理作用研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)其還具有抗腫瘤活性方面的巨大價值。近年來，一些結(jié)構(gòu)新穎的新型青蒿素衍生物被合成，它們多具有更高的抗腫瘤活性并逐漸引起人們的關(guān)注。本文就青蒿素衍生物最新合成狀況、抗腫瘤作用的基礎(chǔ)與臨床研究予以綜述。

1 新型青蒿素衍生物的合成狀況

1973 年，我國科學家屠呦呦為主首創(chuàng)的第一個青蒿素衍生物——二氫青蒿素成功問世，隨后研究發(fā)現(xiàn)，在保留過氧的條件下，內(nèi)酯環(huán)的羰基還原成羥基可以增效，再在羥基上引進乙?；?，抗瘧活性可進一步提高，提示在保留過氧基團的情況下，修飾部分結(jié)構(gòu)可提高生物活性，這為青蒿素衍生物的創(chuàng)制提供了新思路。目前，對青蒿素的結(jié)構(gòu)改造都是在保留過氧基團的基礎(chǔ)上進行的，主要集中在9 位、10位，其中，以10 位的修飾最為常見。這些青蒿素衍生物主要分為:酯類、醚類、肽類、二聚體及多聚體等。任彥榮［3］將溴代乙?；桥c二氫青蒿素醚在四丁基硫酸氫銨催化下合成了5 種糖基化青蒿素衍生物3a～3e(圖1)，這些衍生物具有水溶性具有水溶性高，毒性低的優(yōu)點。蒿甲醚、蒿乙醚存在半衰期短、生物利用度差、毒副作用較高的缺點，但青蒿素10 位取代基以碳原子代氧原子，可增強水解穩(wěn)定性，并可延長半衰期并降低毒副作用。O'Neill PM［4］合成了一系列10 位碳取代含氟青蒿素衍生物(圖2)，這些化合物除具有以上優(yōu)點外，還顯示出很好的抗瘧活性。另外，增加過氧橋結(jié)構(gòu)的數(shù)量能增強其抗瘧和抗腫瘤活性，Wang SS［5］合成了6 種青蒿素二聚體衍生物6a～6f(圖3)，其中6h 的抗腫瘤活性比青蒿琥酯高出600 倍。

圖1 糖基化青蒿素衍生物3a～3eFig.1 Glycosylated Artemisinin Derivatives

圖2 含氟青蒿素衍生物Fig.2 Fluorinated Artemisinin Derivatives

圖3 青蒿素二聚體衍生物6a～6fFig.3 Artemisinin Dimmer Derivatives 6a～6f

2 青蒿素衍生物抗腫瘤生物活性研究現(xiàn)狀

2.1 體外研究

國內(nèi)外大量研究表明，新型青蒿素衍生物對體外培養(yǎng)的多種腫瘤細胞均具有較強的抑制作用。這些新型青蒿素衍生物與常見的青蒿素衍生物相比，抗腫瘤活性大大增強，有些甚至優(yōu)于目前常用的化療藥物。Galal AM 等［6］合成了12 種雙氫青蒿素縮醛二聚體6～17(圖4)，并由美國國立癌癥研究所(National Cancer Institute，NCI)對60 種人腫瘤細胞株進行體外抗腫瘤活性測定，顯示對白血病、非小細胞肺癌、結(jié)腸癌、中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、黑素瘤、卵巢癌、腎癌、前列腺癌、乳腺癌敏感，細胞生長半數(shù)抑制濃度(GI50)在0.019～8.7 μM 范圍內(nèi)。Goswami A［7］以10 位脫氧青蒿素醛為先導化合物，通過Baylis–Hillman 反應合成了7 種青蒿素衍生物6、7a、7b、8、9a、9b、10(圖5)，在50 μM 濃度下，化合物10 對結(jié)腸癌(colo-205)生長抑制率(GI)達100%，對非小細胞肺癌(A-549)GI 達85%;化合物7b 對前列腺癌(PC-3)GI 達78%;化合物9a、9b 對前列腺癌(PC-3)GI 達71%，抗腫瘤活性高于紫杉醇、阿霉素等抗腫瘤藥物。Blazquez AG［8］在雙氫青蒿素結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上對C10 位進行結(jié)構(gòu)修飾，合成了8 種新型青蒿素衍生物AD1～AD8(圖6)，并對其進行體外抗腫瘤和抗病毒實驗，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)AD5 不但具有毒性較低的優(yōu)點，而且對肝癌細胞(HepG2、SK-HEP-1)和結(jié)腸癌細胞(LS174T)有很強的抑制增殖的作用，IC50在1～5 μM 范圍內(nèi)。另有5 種衍生物(AD1＞AD2 ＞AD7 ＞AD3 ＞AD8)能抑制BVDV 病毒RNA 釋放;AD1 和AD4 在無毒性濃度下能抑制HBV 病毒DNA 釋放。

圖4 青蒿素縮醛二聚體6～17Fig.4 Artemisinin Acetal Dimer Derivatives 6-17

圖5 青蒿素衍生物6、7a、7b、8、9a、9b、10Fig.5 Artemisinin Derivatives 6、7a、7b、8、9a、9b、10

圖6 青蒿素衍生物AD1～AD8Fig.6 Artemisinin Derivatives AD1-AD8

2.2 體內(nèi)研究

目前針對動物體內(nèi)試驗多集中于某些常見的青蒿素衍生物，如二氫青蒿素、青蒿琥酯等。人們發(fā)現(xiàn)，這些衍生物不但在動物體內(nèi)具有較好的抗腫瘤活性，效果與化療藥物相當，而且動物對其耐受性高于化療藥物［9］。青蒿素衍生物還能增強化療藥物的療效，且對某些耐藥株的增效效果更強［10］。一些新型青蒿素衍生物在體外研究的基礎(chǔ)上，動物體內(nèi)研究也逐步開展起來。Galal AM［6］根據(jù)體外研究結(jié)果，選擇了四種新型青蒿素二聚體12、14、15、16(圖4)，由美國NCI 對12 種人腫瘤細胞株進行動物體內(nèi)抗腫瘤活性評價，通過中空纖維測定法(hollow fiber assay)初步評價其藥效，結(jié)果顯示化合物14 的抗腫瘤活性最強，療效同紫杉醇相當，且化合物12、14、16 對白血病動物移植瘤模型的最大相對腫瘤增值率T/C%均低于40%。李英［11］最新合成的一種新型青蒿素二聚體SM1052(圖7)，以10 mg/ kg，每周腹腔注射給予3 次，用于治療子宮內(nèi)膜癌(RL95-2)移植瘤裸鼠，連續(xù)給藥4 周后，抑瘤率達63.5%。Ren YR［12］通過糖基化作用合成出一種青蒿素糖苷，發(fā)現(xiàn)這種新型衍生物對宮頸癌U14 裸鼠移植瘤有較好的抑制作用，且抑瘤效果呈現(xiàn)出時間-劑量依賴效應。

圖7 青蒿素二聚體衍生物SM1052Fig.7 Artemisinin Dimmer Derivatives SM1052

2.3 臨床研究現(xiàn)狀

青蒿素及其衍生物進入生物體內(nèi)，具有吸收快、分布廣、排泄快的特點。目前在臨床上主要應用于惡性瘧、多藥抗性瘧、腦性瘧的治療。近年來在大量實驗室研究基礎(chǔ)上已經(jīng)初步開展了一些常見青蒿素衍生物抗腫瘤的臨床應用研究。新型青蒿素衍生物由于還需進一步進行動物體內(nèi)藥效及安全性評估研究，目前臨床報道鮮見。Singh NP［13］最先報道青蒿琥酯治療1 例Ⅱ期喉鱗狀上皮癌病人，治療前15 d每天肌內(nèi)注射60 mg 青蒿琥酯，并在第1 d 口服硫酸亞鐵150 mg 和葉酸0.5 mg，其后每天口服青蒿琥酯片50 mg，治療2 周后吞咽困難和發(fā)音障礙明顯減輕，頸部淋巴結(jié)節(jié)減小，2個月后腫瘤體積縮小70%。隨后，他又報道用蒿甲醚治療1 例垂體大腺瘤患者，每日1 次口服蒿甲醚40 mg，治療12個月后，腫瘤密度明顯降低(由治療前72～77 HU 降至51～59 HU)，患者視覺、聽覺、行動明顯改善［14］。Berger TG［15］以青蒿琥酯輔助標準化療法治療1 例Ⅳ黑色素瘤患者，在應用達卡巴嗪(Dacarbazine)聯(lián)合青蒿琥酯后，脾臟和肺部轉(zhuǎn)移灶逐漸消退，治療生存期長達47個月，遠遠超過Ⅳ期黑色素瘤患者2～5個月的中位生存期。在國內(nèi)，一項對120 例中晚期非小細胞肺癌的隨機對照研究顯示［16］:青蒿琥酯(120 mg，靜注，1 次/天，第1～8 d)聯(lián)合NP 化療方案治療至少2個周期后的1 年生存率比單純NP 化療方案提高13%，同時聯(lián)合化療組可顯著提高患者疾病控制率并延長疾病進展時間。胡莉文［17］用青蒿鱉甲湯煎劑聯(lián)合常規(guī)化療方案(VDP 或VDLP)治療11 例急性B 淋巴細胞白血病，治療4 周后，患者骨髓細胞CD34、幼稚細胞表達率及CD22、CD19 表達顯著下降，且降幅較常規(guī)化療組更明顯。張妮［18］最新研究也發(fā)現(xiàn)青蒿鱉甲湯聯(lián)合抗腫瘤藥和唑來膦酸治療30 例肺癌骨轉(zhuǎn)移患者可明顯緩解疼痛，提高活動能力，改善生活質(zhì)量，減輕放化療等治療引起的不良反應。青蒿素衍生物雖然在臨床抗腫瘤治療上已初見療效，但是仍缺乏新藥臨床藥理評價，今后還有待進一步進行Ⅰ～Ⅳ期臨床試驗研究，為青蒿素類抗腫瘤藥物上市做前期準備。

3 青蒿素衍生物抗腫瘤機理研究進展

近年來對青蒿素類化合物抗腫瘤機制的研究眾多，但其確切的作用機制仍未知。目前研究表明，其抗腫瘤機制主要包括氧化損傷、誘導腫瘤細胞周期阻滯、引發(fā)細胞凋、抑制新生血管生成、抑制細胞侵襲和轉(zhuǎn)移、阻斷細胞信號轉(zhuǎn)導通路等多個方面。

3.1 氧化損傷反應

青蒿素是一種帶過氧基團的新型倍半萜內(nèi)酯類化合物，“過氧基團”是其發(fā)揮抗瘧作用的有效部位。青蒿素及其衍生物能在二價鐵離子存在下誘導青蒿素過氧鍵斷裂，產(chǎn)生大量活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)和以青蒿素碳原子為中心的自由基，這些自由基引起細胞氧化性損傷，最終導致細胞死亡［19］。Moore JC［20］最先報道了口服聯(lián)合應用二氫青蒿素和硫酸亞鐵，能顯著抑制大鼠移植性纖維肉瘤的生長，而單用二氫青蒿素的抑制效果不明顯。Lu JJ 等［21］發(fā)現(xiàn)去鐵敏預處理人白血病細胞(HL-60)6 h，可有效拮抗二氫青蒿素引起的細胞凋亡。惡性腫瘤細胞對鐵的需求量比正常細胞大得多，細胞對鐵的吸收與細胞表面轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(TfR)有關(guān)，增殖旺盛的腫瘤細胞通過高表達TfR 獲得大量鐵用于自身增殖。利用轉(zhuǎn)鐵蛋白(Tf)和TfR 特異性結(jié)合原理，Xie WL［22］制備出一種新的青蒿素衍生物與Tf 偶聯(lián)的靶向藥物DBAH-Tf，并用MTT 分析DBAH-Tf 對人乳腺癌細胞(MCF-7)和正常乳腺細胞的殺傷作用，結(jié)果表明DBAH-Tf 對MCF-7 的殺傷作用是正常乳腺細胞的286 倍，具有很好的靶向作用。

3.2 誘導腫瘤細胞周期阻滯、細胞凋亡

細胞周期調(diào)控異常與細胞癌變密切相關(guān)，有學者提出腫瘤是一類細胞周期疾病(cell cycle disease)。誘導細胞周期阻滯是抑制腫瘤細胞增殖的重要機制。大量研究表明［23-26］，青蒿素能引起乳腺癌、皮膚癌A431、前列腺癌、胰腺癌(BxPC-3、PANC-1)細胞停滯于G0/G1期。Jiang Z［24］指出，這種調(diào)節(jié)機制是通過下調(diào)細胞周期蛋白A1、B、D1和蛋白激酶Cdk2、4、6，上調(diào)周期阻滯蛋白p21、p27 的表達，從而使細胞阻滯在G0/G1期。另外，NF-kappaB 失活導致下游蛋白如細胞周期蛋白D1和c-MYC 的減少也可能是其主要機制［26］。青蒿素也能誘導細胞發(fā)生G2/M 期阻滯。如青蒿琥酯能下調(diào)細胞周期蛋白B1的mRNA 表達，使肺癌細胞A549 引起G2/M 期細胞阻滯［27］。二氫青蒿素對肝癌細胞的體內(nèi)和動物體外抑制實驗表明，周期阻滯蛋白p21 表達增多、細胞周期蛋白B 和CDC25C 磷酸酶表達下降，使細胞發(fā)生G2/M 期阻滯抑制細胞增殖［28］。青蒿素能引起腫瘤細胞不同時期的細胞周期阻滯，這種差異可能與細胞來源、給藥劑量的不同有關(guān)，但青蒿素能誘導腫瘤細胞周期阻滯已被多數(shù)學者認同，使人們對細胞增殖及其與癌癥的關(guān)系有了更深刻的理解。

誘導腫瘤細胞凋亡是大多數(shù)抗腫瘤藥物共同機制之一，是抑制細胞增殖的另一重要機制。研究表明，青蒿素類化合物可誘導多種不同來源的腫瘤細胞凋亡。Mao ZG［29］用青蒿琥酯作用于大鼠垂體腺瘤GH3 細胞，用DNA 熒光染料對細胞染色，可觀察到凋亡小體，且凋亡率呈時間依賴效應。Zhang CZ［28］經(jīng)體外試驗證實二氫青蒿素能誘導肝癌細胞(HepG2、PLC/PRF/5、Hep3B)凋亡，通過線粒體膜去極化，從而釋放細胞色素C、激活caspase3、caspase9，并導致DNA 斷裂。另外，p53 和Bcl-2 家族蛋白也參與了誘導凋亡的過程。青蒿琥酯能通過Bak 介導caspase 非依賴性途徑誘導人肺癌細胞(ASTC-a-1、A549)的凋亡［30］。He Q［31］報道了二氫青蒿素可激活死亡受體DR5 和線粒體介導的細胞凋亡通路，并可增強死亡配體TRAIL/Apo-2L 對前列腺癌細胞的殺傷作用。青蒿素類化合物誘導細胞凋亡是多環(huán)節(jié)、多途徑的，它們之間的相互作用關(guān)系，確切作用的靶點，目前還不是很清楚，有待進一步研究。

3.3 抑制腫瘤新生血管生成

腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移依賴血管生成，建立豐富的血液循環(huán)，以供應腫瘤組織異常旺盛的生化代謝以及瘤細胞的繁殖與轉(zhuǎn)移。因此，抑制血管生成能有效地抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，抗血管生成療法成為了治療腫瘤的新策略。Cheng R［32］等通過堿燒傷法建立大鼠角膜血管生成模型，在給予青蒿琥酯治療11 天后發(fā)現(xiàn)能顯著抑制角膜新生血管的生成，并指出可能通過誘導血管內(nèi)皮細胞凋亡發(fā)揮作用。青蒿素類化合物也具有抗腫瘤新生血管生成的作用［10，33］。血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)是最強的促腫瘤血管生成因子，在人類多種腫瘤細胞中呈現(xiàn)高表達。VEGF 作為最重要的血管生長因子之一，成為近年來的研究熱點。二氫青蒿素能呈濃度-時間依賴性抑制人神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞U87 增殖，同時還可抑制U87 遷移、管腔形成和VEGF mRNA 表達［33］。二氫青蒿素還可抑制VEGF 受體KDR/flk-1 mRNA 和蛋白表達水平［34］。TNF-α 和組織缺氧能激活VEGF mRNA 表達并促進VEGF 的合成。青蒿琥酯能抑制Akt 磷酸化，通過抑制激活PI3-K/Akt 從而抑制由TNF-α 和組織缺氧引起的缺氧誘導因子(HIF-1α)和VEGF 高表達［35］。

3.4 抑制腫瘤細胞侵襲、轉(zhuǎn)移等

侵襲(invasion)、轉(zhuǎn)移(metastasis)是惡性腫瘤最本質(zhì)的特性，因此，有效控制侵襲和轉(zhuǎn)移時治療腫瘤的有效途徑之一。Tan WF 證明［36］，青蒿素能顯著抑制腫瘤細胞侵襲和轉(zhuǎn)移。劃痕實驗表明青蒿素能顯著抑制肝癌細胞(HepG2、SMMC-7721)遷移進入受傷裸露區(qū)的數(shù)量。重組基底膜侵襲實驗亦顯示青蒿素顯著抑制HepG2、SMMC-7721 的遷移。青蒿素通過抑制金屬基質(zhì)蛋白酶MMP2、誘導金屬基質(zhì)蛋白酶組織抑制劑TIMP2 蛋白表達、激活E-鈣連接素發(fā)揮作用。多藥耐藥(multidrug resistance，MDR)是一種在許多惡性腫瘤中都有高表達的現(xiàn)象，在臨床化療中是難以克服的問題。Michaelis M［37］指出青蒿琥酯能有效抑制耐藥神經(jīng)母細胞瘤的生長。Reiter C［38］最新合成了一種新的青蒿素衍生物，在體外用于P-糖蛋白高表達的人白血病細胞，發(fā)現(xiàn)這種衍生物可逆轉(zhuǎn)腫瘤細胞的多藥耐藥性，且不存在交叉耐藥現(xiàn)象。另外，有研究報道青蒿琥酯還具有放射增敏作用［39］，目前其作用機制還不是很清楚，有待進一步研究。

3.5 阻斷腫瘤細胞信號轉(zhuǎn)導通路

腫瘤發(fā)生與發(fā)展是一個多因素、多基因參與，經(jīng)多個階段才最終形成的，及其復雜的生物學現(xiàn)象。信號傳導的異常能夠引起細胞過度增殖、浸潤與轉(zhuǎn)移、血管形成以及凋亡的抑制。最新研究成果表明，二氫青蒿素在濃度為3 μM 時，能顯著抑制橫紋肌肉瘤細胞(Rh30、RD)的增殖，其作用機制主要是通過阻斷mTORC1 介導的信號轉(zhuǎn)導通路途徑抑制腫瘤細胞生長，是一個新型mTORC1 抑制劑［40］。Thanaketpaisarn O［41］指出，青蒿琥酯能增強TRAIL誘導的人子宮頸癌細胞(Hela)凋亡，其作用機制可能與抑制NF-kB 和PI3K/Akt 信號轉(zhuǎn)導通路途徑相關(guān)。信號傳導藥物具有選擇性強、不良反應小等優(yōu)點，尤其對晚期或轉(zhuǎn)移癌可能具有獨特的療效，正成為極具吸引力的研究熱點。隨著青蒿素類化合物對腫瘤細胞信號轉(zhuǎn)導通路研究的不斷深入，將其研制成新型信號傳導抑制劑也是一個非常值得開發(fā)的領(lǐng)域。

4 青蒿素及其衍生物的毒性和不良反應

經(jīng)過長期、大規(guī)模臨床臨床應用，青蒿素被認為是低毒安全的藥物［42，43］。自1991～1995 年在泰國進行的一項研究顯示，對3662 名患有惡性瘧疾受試者口服給予青蒿琥酯或蒿甲醚12 mg/kg，連續(xù)服用超過7 天后，未發(fā)現(xiàn)任何與藥物相關(guān)的毒副作用［43］。2001 年報道的兩例口服青蒿琥酯出現(xiàn)嚴重變態(tài)反應的病例，是迄今最嚴重的毒副作用的報道［44］。在動物試驗中，長期并大劑量使用青蒿素及其衍生物具有神經(jīng)毒性。Akinlolu AA［45］對20 只成年Wistar 大鼠肌內(nèi)注射25 mg/kg 蒿甲醚，連續(xù)7 d后，腦干斜方體損傷密度明顯增多，動物平衡和協(xié)調(diào)能力差。White TE 指出，妊娠第10～14 d 是大鼠器官發(fā)生敏感期，此期間每天口服給予青蒿琥酯30 mg/kg 至妊娠第21 d，有明顯的胚胎毒性，能導致心血管和骨骼發(fā)育畸形［46］。目前雖然在臨床上沒有致畸的報道，WHO 建議在妊娠前3個月的孕婦避免使用青蒿素類藥物。Efferth T［47］認為，由于至今缺乏針對青蒿素罕見的，但可能存在顯著毒性的臨床大規(guī)模監(jiān)測數(shù)據(jù)，所以還不能最終確定青蒿素類藥物的安全性。另外，肌內(nèi)注射油制劑由于釋放緩慢，藥物暴露時間長，毒性更大?？诜o藥消除迅速，血藥濃度維持時間短，所以更安全。

青蒿素類藥物抗腫瘤譜廣，在體內(nèi)、外對多種腫瘤細胞的生長均具有明顯抑制作用，一些新型青蒿素衍生物治療效果甚至優(yōu)于目前常用的化療藥物;對部分多藥耐藥株亦具有殺傷作用，聯(lián)合化療時能使藥效協(xié)同增強，同時還具有放療增敏作用;并且其毒副作用小、成本較低，預示其極可能成為具有臨床應用價值的抗癌新藥。隨著對腫瘤細胞惡性變化過程中新靶點和調(diào)控關(guān)鍵點的深入發(fā)現(xiàn)，開發(fā)具有靶向性青蒿素類藥物將成為今后的研究熱點。對青蒿素類藥物抗腫瘤分子機制研究的不斷深入，由于該類化合物存在一定的神經(jīng)和胚胎毒性，通過結(jié)構(gòu)修飾或劑型改變開發(fā)具有靶向性青蒿素類藥物以期獲得更好療效和更低毒性，也應是未來努力的方向。此外，還應加強青蒿素類藥物臨床前安全性評價以及抗腫瘤臨床研究，進一步明確青蒿素類藥物抗腫瘤性質(zhì)及不良反應，確定最佳給藥方案、劑量。我們期待青蒿素類藥物能為惡性腫瘤的治療帶來新的曙光，造福于人類。

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