青蒿素及其衍生物對細胞凋亡機制影響的研究綜述*

徐志慧 代 勇 孫雪英 韓 韜 梁 昊

1成都中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院碩士研究生2012級,成都 610075

2成都中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院副教授,成都 610075

青蒿素(artemisinin，ART)是我國科學(xué)家在1972年首次從菊科植物黃花蒿中提取的含有過氧基團的倍半萜內(nèi)酯類化合物，其衍生物主要有青蒿琥酯(artesunate)、蒿甲醚(artemether)、蒿乙醚(arteether)、雙氫青蒿素(dihydroartemisinin)等，最初開發(fā)運用于瘧疾的治療。近期的研究[1]發(fā)現(xiàn)其還有更廣泛的作用，包括抗腫瘤、抗孕、抗纖維化、抗血吸蟲、抗弓形蟲、抗心律失常以及抗細胞毒性等，其中誘導(dǎo)細胞凋亡是其重要的作用機制。目前研究最多的是青蒿素及其衍生物在誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡的作用。本文針對青蒿素及其衍生物對細胞凋亡的調(diào)控的實驗和機制研究作一綜述。

1 細胞凋亡的概念

細胞凋亡的概念是病理學(xué)家Kerr等在Cancer雜志上首次提出的。所謂細胞凋亡是指有核細胞在一定條件下通過啟動其自身內(nèi)部遺傳機制，主要通過內(nèi)源性DNA內(nèi)切酶的激活而發(fā)生的細胞自然死亡過程[2]。其是程序性細胞死亡的一種表現(xiàn)形式，也是機體生長發(fā)育、細胞分化、生理及病理性死亡的重要機制。細胞凋亡對多細胞生物正常的生理過程，如機體的發(fā)育、免疫穩(wěn)定、防止器官硬化、抵御病毒入侵、防止細胞癌變等方面都有著重要的作用。目前針對細胞凋亡機制的研究有很多，主要集中在細胞凋亡信號傳導(dǎo)機制、酶學(xué)機制、線粒體的作用以及基因調(diào)控機制幾個方面。

2 青蒿素及其衍生物誘導(dǎo)細胞凋亡的實驗研究及臨床應(yīng)用研究

在青蒿素及其衍生物的動物實驗研究中，Moore等[3]首先報道了聯(lián)合應(yīng)用硫酸亞鐵和雙氫青蒿素可顯著抑制鼠移植性纖維肉瘤的生長，而單獨應(yīng)用二者之一則作用不大。馬振秋等[4]報道5 μmol/L的雙氫青蒿素(DHA)作用于體外培養(yǎng)的大鼠膠質(zhì)瘤細胞(C6細胞)24 h后，開始抑制C6細胞的生長，作用48 h后細胞凋亡率可達30%；25 μmol/L的DHA作用48 h后，凋亡率接近50%。郭燕等[5]報道在誘導(dǎo)小鼠淋巴管瘤形成后，分離并培養(yǎng)小鼠淋巴管內(nèi)皮細胞(LEC)，再用不同濃度的青蒿素(ART)處理后，LEC細胞出現(xiàn)明顯的凋亡特征。戰(zhàn)曉農(nóng)等[6]報道對接種人結(jié)直腸癌LoVo細胞的人結(jié)直腸癌Balb/c裸鼠分別用高、中、低劑量雙氫青蒿素(120，60，30 mg/kg)處理，結(jié)果顯示對裸鼠移植瘤的抑制率分別為36.54%、26.55%和12.43%，并且高劑量組的Bcl-2的陽性表達率為63.66%。謝紅等[7]研究雙氫青蒿素對人白血病細胞K562細胞增殖及凋亡的作用，實驗結(jié)果顯示用不同濃度(1×10-4、1×10-5、1×10-6mol/L)的藥物處理K562細胞，可見K562細胞生長均受到抑制，并呈劑量依賴性；用Hoechst 33342/PI雙熒光染色，在熒光顯微鏡下觀察到經(jīng)雙氫青蒿素處理細胞24 h后可見細胞凋亡現(xiàn)象；Western blot檢測顯示，1×10-5mol/L濃度的雙氫青蒿素作用K562細胞24 h后，可見胞質(zhì)中細胞色素C的含量明顯增多，而線粒體中細胞色素C則明顯減少。孫雅潔等[8]用青蒿素、雙氫青蒿素、蒿甲醚和青蒿琥酯分別體外抑制人肺癌細胞(A549)、人胃癌細胞(BGC823)、人結(jié)腸癌細胞(HCT116)、人紅白血病細胞(K562)和人肝癌細胞(SMMC7721)，實驗結(jié)果顯示，青蒿素、雙氫青蒿素、蒿甲醚及青蒿琥酯對5株腫瘤細胞有選擇性的抑制作用，且對每株腫瘤細胞的抑制活性不同。其中，雙氫青蒿素和青蒿琥酯對5株腫瘤細胞均有抑制作用，且青蒿琥酯的抑制作用較強；蒿甲醚對5株腫瘤細胞中的BGC823、HCT116和SMMC7721等3株細胞有不同程度的抑制作用；青蒿素僅對5株腫瘤細胞中的SMMC7721有抑制作用，且抑制活性較弱。

同時，近年來已經(jīng)有一些青蒿素抗腫瘤的臨床應(yīng)用研究。Singh等[9]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，12個月后患者臨床癥狀明顯改善，受損的視力、聽力逐漸恢復(fù)。CT掃描顯示瘤體密度明顯降低，腫瘤體積減小。Berger等[10]用青蒿琥酯輔助標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)治療2例用標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)治療無法控制病情的晚期轉(zhuǎn)移性黑素瘤患者，其中1例患者治療期間多次檢查結(jié)果顯示癥狀改善，脾、肺中轉(zhuǎn)移灶消退，47個月后仍存活，遠遠超過晚期黑素瘤患者2～5個月的中位生存期。國內(nèi)還有經(jīng)超聲引導(dǎo)瘤體注射青蒿琥酯治療18例原發(fā)性中晚期肝癌的報道[11]，治療前后比較，其甲胎蛋白(alpha-fetoprotein，AFP)水平、腫塊大小、回聲改變、肝臟血供等均顯著改善，患者疼痛等癥狀也減輕明顯。張祖貽等[12]在試用青蒿琥酯聯(lián)合長春瑞濱與順鉑治療中晚期非小細胞肺癌的臨床隨機對照試驗中發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合用藥組可顯著提高患者的疾病控制率，同時延長疾病進展時間。

3 青蒿素及其衍生物誘導(dǎo)細胞凋亡的作用機制

對于青蒿素及其衍生物誘導(dǎo)細胞凋亡尤其是腫瘤細胞凋亡的作用機制，目前尚未完全明了，一般認(rèn)為青蒿素及其衍生物是通過下面幾種方式誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡。

3.1 調(diào)節(jié)腫瘤相關(guān)基因的表達誘導(dǎo)凋亡

研究[13]表明青蒿素類藥物誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡可能與Bcl-2、Bax、p53等基因有關(guān)。Bcl-2與Bax是Bcl-2家族中功能相反的2個重要成員，Bcl-2阻止凋亡，Bax促進細胞凋亡。在陳先國等[14]的青蒿琥酯對佐劑性關(guān)節(jié)炎滑膜的實驗中，數(shù)據(jù)表明青蒿琥酯可上調(diào)滑膜組織中Fas/FasL、Bax及下調(diào)Bcl-2的表達，以此來達到誘導(dǎo)滑膜細胞凋亡的目的。p53為抑癌基因，其生物學(xué)功能是在G1期監(jiān)視細胞基因組DNA的完整性，可阻止DNA突變的細胞通過G1和G2期限制點，誘導(dǎo)細胞生長停滯于G1期，使這些細胞凋亡。謝茹燕等[15]用蒿甲醚(ART)作用于人胃癌細胞株SGC-7901和MKN-45及胰腺癌細胞株SW-1990和BXPC-3，實驗發(fā)現(xiàn)5 mg/ml的ART作用于SGC-7901細胞株，細胞周期變化主要表現(xiàn)為G0/G1期增加，S期減少；當(dāng)1.25 mg/ml的ART作用于MKN-45、BXPC-3、SW-1990細胞株，細胞周期變化也均表現(xiàn)為G0/G1期增加，S期減少。p53是Bcl-2/Bax的上游調(diào)控基因，通過其下游蛋白質(zhì)產(chǎn)物p21WAF1/CIP1 下調(diào)Bcl-2、上調(diào)Bax，促進細胞凋亡過程。但也有研究學(xué)者認(rèn)為p53并非凋亡發(fā)生必不可少的調(diào)控基因。

3.2 激活caspase誘導(dǎo)細胞凋亡

細胞凋亡是一系列胞內(nèi)蛋白水解酶的活化和功能發(fā)揮作用所致，其中caspase活化是導(dǎo)致細胞凋亡的中心環(huán)節(jié)，而caspase-3是凋亡級聯(lián)反應(yīng)中最關(guān)鍵性的效應(yīng)蛋白酶之一。研究表明，青蒿素及其衍生物誘導(dǎo)細胞凋亡與激活caspase通路有關(guān)。謝紅等[16]在用雙氫青蒿素處理K562細胞的實驗中發(fā)現(xiàn)，雙氫青蒿素處理K562細胞48 h后，反轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)可以檢測到caspase-3的表達，同時可以檢測到胞質(zhì)中的細胞色素C(Cyt-C)的含量明顯增多，而線粒體中Cyt-C則明顯減少。由此可以表明雙氫青蒿素在誘導(dǎo)人白血病細胞過程中激活了效應(yīng)蛋白酶caspase-3的表達，同時可能通過促進Cyt-C的釋放，可進一步激活caspase-3，促進細胞凋亡的級聯(lián)反應(yīng)來誘導(dǎo)白血病細胞凋亡。

3.3 線粒體膜電位下降誘導(dǎo)細胞凋亡

線粒體膜電位是線粒體電化學(xué)梯度的主要組成成分，常態(tài)的膜電位對維持線粒體功能是必不可少的。線粒體膜電位下降可導(dǎo)致促凋亡物質(zhì)釋放、caspase激活，導(dǎo)致細胞凋亡增多。董海鷹等[17]用青蒿素作用于體外培養(yǎng)的人紅白血病K562細胞，用熒光分光光度計檢測，在給藥后細胞線粒體膜電位下降，且呈藥物濃度和作用時間的依賴關(guān)系。

3.4 端粒酶活性下降誘導(dǎo)凋亡

端粒酶是一種特殊的核糖核蛋白多聚酶，端粒酶的活化可以彌補復(fù)制造成的端?？s短，端粒酶活性的增加與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。端粒酶活性下降可以促進細胞的程序性死亡過程，端粒酶活性抑制劑不僅可以增加腫瘤細胞的凋亡率，而且可以增加其他化療藥物的臨床療效。劉加軍等[18]用不同濃度的青蒿素作用于體外培養(yǎng)的K562細胞，實驗發(fā)現(xiàn)隨藥物濃度的增加及作用時間的延長，細胞凋亡逐漸升高，但是細胞端粒酶活性卻逐漸下降，其中在6 μmol/L的青蒿素引起的端粒酶活性下降最為明顯，而且細胞凋亡率也相對較高。

除了通過上述的幾個機制誘導(dǎo)細胞凋亡之外，青蒿素及其衍生物可能還有其他未知的機制對細胞凋亡進行調(diào)節(jié)。

4 小結(jié)

綜上所述，細胞凋亡本身就是一個很復(fù)雜的機制，實驗研究已經(jīng)確定青蒿素及其衍生物確實可以引起多種細胞特別是腫瘤細胞的凋亡，但是其誘導(dǎo)機制復(fù)雜，涉及到多種凋亡調(diào)控基因、蛋白酶的表達，以及相關(guān)信號傳導(dǎo)途徑，尚需進一步的研究證實。

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