白藜蘆醇在腫瘤放療增敏機制中的研究進展

楊壹羚 綜述，張 恒 審校

(1.天津醫(yī)科大學附屬腫瘤醫(yī)院 國家腫瘤臨床醫(yī)學研究中心 天津市腫瘤防治重點實驗室 乳腺病理研究室，天津 300060；2.天津市人民醫(yī)院 放射治療科，天津300121)

放射治療是目前惡性腫瘤的重要治療手段，提高腫瘤放療敏感性可以提高放療患者依從性，改善預后，是當前研究的熱點。白藜蘆醇(Resveratrol，Rev)是一種非黃酮多酚類化合物，具有抗氧化、抗衰老、抗凋亡的作用，Rev在放射治療中具有阻斷腫瘤的發(fā)生和進展的特性，其分子機制的得到廣泛的研究。Rev對活性氧系統(tǒng)的功能具有二像性，一方面可以對等地生成苯酚和間苯二酚相關的2個峰，對多種腫瘤細胞具有顯著的殺傷作用，另一方面可以強有力地清除氧自由基保護正常組織；Rev可以與DNA直接結合，生成具有遺傳毒性、可代謝的活性氧(reactive oxygen species,ROS)，調節(jié)DNA代謝、維持和修復系統(tǒng)，抑制末端轉移酶端粒和拓撲異構酶；此外，Rev還能通過多種途徑促進腫瘤細胞凋亡。

白藜蘆醇(Resveratrol,Rev)是一種非黃酮多酚類化合物，化學名為3,5,4’-三羥基反-二苯代乙烯(3,5,4’-trihydroxy-trans-stilbene)，分子量228.24，分子式為C14H12O3，主要來源于蓼科植物虎杖(Polygonumcuspidatum)的根莖提取物，還廣泛存在于葡萄、花生等植物中。Rev是一種天然的抗氧化劑，可降低血液粘稠度，抑制血小板凝結；防治動脈粥樣硬化、冠心病、缺血性心臟病、高血脂癥；對神經退行性疾病也具有治療或改善預后的作用；對多種生物具有延長壽命的作用。近期研究表明，Rev對腫瘤細胞具有增加放療敏感性的作用。本文擬從氧化還原、DNA損傷、凋亡等方面綜述白藜蘆醇對腫瘤放療敏感性的分子機制。

1 對氧化-還原系統(tǒng)的作用

細胞內源ROS的來源主要是線粒體內氧化磷酸化途徑生成的O2-和NO。細胞可以通過自身的抗氧化系統(tǒng)消除這些有害的自由基，O2-被超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)轉化為活性較低的H2O2，H2O2可以在谷胱甘肽過氧化物酶(GPX1)和過氧化氫酶(CATALASE)的催化下轉化為無害的H2O和O2。

Rev緩沖活性氧系統(tǒng)的功能具有二像性。在自由基電化學中，Rev的氧化是復雜、不可逆和pH依賴的過程，可以對等地生成苯酚和間苯二酚相關的2個峰，對多種腫瘤細胞具有顯著的殺傷作用[1]。另一方面，Rev可以強有力地清除O2-自由基、羥自由基·OH、過氧亞硝酸鹽ONOO-等，在RAW264.7單核細胞中，Rev清除O2-自由基的速率達到9.45×108M-1s-1[2]。將前髓細胞性白血病(HL-60)細胞用

4-8 μM的Rev孵育，可以使細胞內O2-自由基水平輕度升高，卻能阻斷H2O2誘導的細胞酸化、caspase活化和凋亡[3]。高濃度的Rev可以使腫瘤細胞生成大量自由基，破壞細胞內環(huán)境平衡，導致細胞死亡[4]。Rev對NADPH依賴的O2-生成具有雙向調節(jié)作用，并與PI3K活化相關[5]。Rev對抗氧化酶和代謝酶具有調節(jié)作用，通過酶修飾作用或調控氧化-還原相關基因的轉錄發(fā)揮對自由基的滅活作用，對基因的調節(jié)主要是通過轉錄因子AP-1、NRF-2、FOXO和SP-1調節(jié)的。Rev可以穿透血腦屏障，腹腔注射可以降低腦內的丙二醛水平，增強SOD和過氧化物酶的活力[6]。通過多種給藥途徑，Rev可以在腦組織中增強錳SOD的表達和活力，通過對抗氧化系統(tǒng)的調節(jié)而起到保護神經系統(tǒng)的作用，Rev對錳SOD的調節(jié)可能是通過活化NAD+/sirtuin，并活化FOXO3A實現的[7]。

2 Rev和DNA損傷

核酸損傷包括DNA鏈斷裂、堿基缺如、堿基和核糖損傷和DNA蛋白交聯(lián)。在不同的濃度下，Rev可以發(fā)揮多種作用：與DNA直接結合；生成具有遺傳毒性、可代謝和炎性的ROS；調節(jié)DNA代謝、維持和修復系統(tǒng)；抑制末端轉移酶端粒和拓撲異構酶。使用紫外光譜分析和傅里葉變換紅外光譜技術發(fā)現，Rev與DNA是通過氫鍵結合的[8]。在淋巴細胞中，Rev可以誘導DNA損傷，細胞周期阻滯和S期的細胞凋亡[9]。X射線照射細胞用Rev干預，可以減少細胞凋亡，減少射線引起的G2周期阻滯。Rev能降低H2O2孵育細胞的凋亡[10]，但Rev與紫外線聯(lián)合可干預HaCaT細胞導致DNA的氧化損傷[11]。

在腫瘤細胞中，低濃度的Rev可以通過線粒體途徑生成過量ROS造成細胞處于氧化應激狀態(tài)并導致細胞復制壓力，誘導細胞衰老[12]，p38 MAPK、p53、p21和ATM激酶都參與了這一過程。腫瘤抑制基因BRCA家族與DNA損傷修復相關，在乳腺癌的發(fā)病和遺傳中起重要作用[13]，在微克濃度下，Rev可以在乳腺癌細胞系(MCF-7、HBL-100和MDA-MB 231)中增加BRCA1和BRCA2的表達[14]。研究發(fā)現SIRT1-BRCA1途徑調控DNA損傷修復SIRT1+/-BRCA1+/-小鼠具有多發(fā)腫瘤的傾向，使用Rev激活SIRT1可以消除該小鼠的腫瘤發(fā)生傾向[15]。BRCA1與 SIRT1的啟動子結合，使SIRT1抑制Survivin的表達，在BRCA1突變腫瘤細胞中SIRT1不能抑制Survivin的表達[16]。在沒有BRCA1作用下，使用Rev可以激活SIRT1，起到抑制細胞增殖的作用。Rev可以通過非生長和凋亡調節(jié)功能抑制HR和NHEJ過程，但呈ATM/ATR、p53和Nbs1依賴性[17]。

3 Rev與凋亡

細胞質膜上有很多細胞凋亡促進因子，包括受體、脂類、分泌蛋白和自由基。細胞膜上的脂類參與多種信號轉導通路，如磷脂酰絲氨酸和線粒體心肌磷脂可以在時間和空間上通過脂筏調節(jié)受體，使PI3K/AKT-PTEN通路活化，導致細胞增殖或死亡。

Rev可以下調線粒體Ca2+閾值，打開線粒體膜上的跨膜孔，自由進入線粒體并發(fā)揮調節(jié)作用[18]。Rev可以通過F1催化域抑制F1FO-ATP酶泵[19]，Rev還可以調節(jié)構成KATP通道的磺酰脲受體1(SUR)[20]，起到促凋亡的作用[21,22。使用L6大鼠骨骼肌細胞研究發(fā)現，Rev可以增加鈉-質子交換蛋白1(NHE-1)的表達，NHE-1可以通過離子和H2O2依賴途徑活化Caspase-3和Caspase-6而調節(jié)pH值[23]，但Rev直接和間接活化caspase的機制任未得到闡明。在腫瘤細胞中，Rev活化caspase-2，觸發(fā)Bax/Bak和線粒體介導凋亡，與NF-κB和caspase-8無關[24]。

Rev可以通過調整細胞周期阻滯誘導細胞凋亡。這一作用與多種機制相關，包括增強caspase的活力，細胞周期阻滯在G1期，阻止細胞從S期進入G2期，降低cyclin D1、Cdk4、Bcl-2和Bcl-XL的蛋白表達水平，增加Bax水平，誘導p21表達。在細胞內，抗凋亡機制取決于促凋亡因子和促存活因子功能的動態(tài)平衡，如Bcl-2家族和IAPs因子的平衡[25]。Rev可以調節(jié)細胞凋亡抑制蛋白家族成員，其中Survivin具有雙向作用，可以調節(jié)細胞有絲分裂及細胞死亡。Rev可以通過降解和抑制轉錄途徑降低Survivin的水平，可以抑制腫瘤細胞增殖并提高放化療敏感性[26]。

綜上所述，Rev在放射治療中具有改變腫瘤細胞的生理學特性，阻斷腫瘤的發(fā)生和進展的作用。宮頸癌細胞株HeLa、SiHa和白血病細胞株K562的研究發(fā)現，輻射暴露前用Rev孵育可以抑制細胞增殖，阻斷細胞在S期，增強輻射對腫瘤細胞的殺傷作用，并與Rev呈劑量相關性[27]。此外，在腫瘤細胞系NCL-H838中，Rev的放療增敏作用與抑制NF-κB和S期阻滯相關；在具有輻射抗性的前列腺癌細胞系DU145中，用Rev孵育后可以增加其輻射敏感性[28]。由此可見，在多種類型的腫瘤細胞中，Rev具有放療增敏的作用，未來運用于臨床有望提高放療患者依從性、改善預后。

作者簡介：楊壹羚，女，博士，講師，從事腫瘤分子診斷及研究。

參考文獻：

[1]Kwon JY,Seo SG,Yue S,et al.An inhibitory effect of resveratrol in the mitotic clonal expansion and insulin signaling pathway in the early phase of adipogenesis[J].Nutr Res,2012,32(8):607.

[2]Liu L,Gu L,Ma Q,et al.Resveratrol attenuates hydrogen peroxide-induced apoptosis in human umbilical vein endothelial cells[J].Eur Rev Med Pharmacol Sci,2013,17(1):88.

[3]Soto BL,Hank JA,Darjatmoko SR,et al.Anti-tumor and immunomodulatory activity of resveratrol in vitro and its potential for combining with cancer immunotherapy[J].Int Immunopharmacol,2011,11(11):1877.

[4]Khan HY,Zubair H,Ullah MF,et al.Oral administration of copper to rats leads to increased lymphocyte cellular DNA degradation by dietary polyphenols:implications for a cancer preventive mechanism[J].Biometals,2011,24(6):1169.

[5]Spanier G,Xu H,Xia N,et al.Resveratrol reduces endothelial oxidative stress by modulating the gene expression of superoxide dismutase 1 (SOD1),glutathione peroxidase 1 (GPx1) and NADPH oxidase subunit (Nox4)[J].J Physiol Pharmacol,2009,60 Suppl 4:111.

[6]Zhang W,Xue J,Ge M,et al.Resveratrol attenuates hepatotoxicity of rats exposed to arsenic trioxide[J].Food Chem Toxicol,2013,51:87.

[7]Robb EL,Winkelmolen L,Visanji N,et al.Dietary resveratrol administration increases MnSOD expression and activity in mouse brain[J].Biochem Biophys Res Commun,2008,372(1):254.

[8]Kim JH,Chen C,Tony Kong AN.Resveratrol inhibits genistein-induced multi-drug resistance protein 2 (MRP2) expression in HepG2 cells[J].Arch Biochem Biophys,2011,512(2):160.

[9]Denissova NG,Nasello CM,Yeung PL,et al.Resveratrol protects mouse embryonic stem cells from ionizing radiation by accelerating recovery from DNA strand breakage[J].Carcinogenesis,2012,33(1):149.

[10]Quincozes-Santos A,Andreazza AC,Goncalves CA,et al.Actions of redox-active compound resveratrol under hydrogen peroxide insult in C6 astroglial cells[J].Toxicol In Vitro,2010,24(3):916.

[11]Liu GS,Zhang ZS,Yang B,et al.Resveratrol attenuates oxidative damage and ameliorates cognitive impairment in the brain of senescence-accelerated mice[J].Life Sci,2012,91(17-18):872.

[12]Rusin M,Zajkowicz A,Butkiewicz D.Resveratrol induces senescence-like growth inhibition of U-2 OS cells associated with the instability of telomeric DNA and upregulation of BRCA1[J].Mech Ageing Dev,2009,130(8):528.

[13]Titus S,Li F,Stobezki R,et al.Impairment of BRCA1-Related DNA Double-Strand Break Repair Leads to Ovarian Aging in Mice and Humans[J].Sci Transl Med,2013,5(172):172ra21.

[14]Hilbers FS,Meijers CM,Laros JF,et al.Exome sequencing of germline DNA from non-BRCA1/2 familial breast cancer cases selected on the basis of aCGH tumor profiling[J].PLoS One,2013,8(1):e55734.

[15]Wang RH,Sengupta K,Li C,et al.Impaired DNA damage response,genome instability,and tumorigenesis in SIRT1 mutant mice[J].Cancer Cell,2008,14(4):312.

[16]Wang RH,Zheng Y,Kim HS,et al.Interplay among BRCA1,SIRT1,and Survivin during BRCA1-associated tumorigenesis[J].Mol Cell,2008,32(1):11.

[17]Gatz SA,Keimling M,Baumann C,et al.Resveratrol modulates DNA double-strand break repair pathways in an ATM/ATR-p53- and -Nbs1-dependent manner[J].Carcinogenesis,2008,29(3):519.

[18]Delmas D,Rebe C,Micheau O,et al.Redistribution of CD95,DR4 and DR5 in rafts accounts for the synergistic toxicity of resveratrol and death receptor ligands in colon carcinoma cells[J].Oncogene,2004,23(55):8979.

[19]Pandey NR,Renwick J,Rabaa S,et al.An induction in hepatic HDL secretion associated with reduced ATPase expression[J].Am J Pathol,2009,175(4):1777.

[20]Chen YR,Yi FF,Li XY,et al.Resveratrol attenuates ventricular arrhythmias and improves the long-term survival in rats with myocardial infarction[J].Cardiovasc Drugs Ther,2008,22(6):479.

[21]Burke MA,Mutharasan RK,Ardehali H.The sulfonylurea receptor,an atypical ATP-binding cassette protein,and its regulation of the KATP channel[J].Circ Res,2008,102(2):164.

[22]Sattiraju S,Reyes S,Kane GC,et al.K(ATP) channel pharmacogenomics:from bench to bedside[J].Clin Pharmacol Ther,2008,83(2):354.

[23]Jhumka Z,Pervaiz S,Clement MV.Resveratrol regulates the expression of NHE-1 by repressing its promoter activity:critical involvement of intracellular H2O2 and caspases 3 and 6 in the absence of cell death[J].Int J Biochem Cell Biol,2009,41(4):945.

[24]Zhang W,Wang X,Chen T.Resveratrol induces apoptosis via a Bak-mediated intrinsic pathway in human lung adenocarcinoma cells[J].Cell Signal,2012,24(5):1037.

[25]Wight RD,Tull CA,Deel MW,et al.Resveratrol effects on astrocyte function:relevance to neurodegenerative diseases[J].Biochem Biophys Res Commun,2012,426(1):112.

[26]Athar M,Back JH,Kopelovich L,et al.Multiple molecular targets of resveratrol:Anti-carcinogenic mechanisms[J].Arch Biochem Biophys,2009,486(2):95.

[27]Nambiar D,Rajamani P,Singh RP.Effects of phytochemicals on ionization radiation-mediated carcinogenesis and cancer therapy[J].Mutat Res,2011,728(3):139.

[28]Busch F,Mobasheri A,Shayan P,et al.Resveratrol modulates interleukin-1beta-induced phosphatidylinositol 3-kinase and nuclear factor kappaB signaling pathways in human tenocytes[J].J Biol Chem,2012,287(45):38050.