抗腫瘤新化合物鹽霉素殺傷腫瘤細胞的作用機制

張郭娟(綜述)，王 毅，肖 暉(審校)

(1.南華大學(xué)第二臨床學(xué)院，湖南 衡陽 421001； 2.南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院泌尿外科，湖南 衡陽 421001；3.中國科學(xué)院巴斯德所免疫信號調(diào)節(jié)實驗室，上海 200031)

鹽霉素是一種從白色鏈霉菌屬提取的羧基聚醚類鉀離子載體抗生素，其過去常常被用作禽類抗球蟲和促生長藥。鹽霉素假環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的聚醚部分能夠與金屬陽離子結(jié)合形成復(fù)合物，其分子表面的親脂層又可以轉(zhuǎn)運這些離子復(fù)合物穿過生物的細胞膜，使得鹽霉素具有殺死革蘭陽性菌和抗禽類球蟲病的作用[1]。在一次高通量篩選實驗中發(fā)現(xiàn)，鹽霉素能夠選擇性靶向殺傷乳腺癌干細胞，并能抑制其在體內(nèi)的生長與轉(zhuǎn)移[2]。另外，鹽霉素對肺癌、子宮內(nèi)膜癌、胃癌等腫瘤細胞也具有殺傷作用[3-5]。盡管人們對鹽霉素抗腫瘤機制還不完全了解，但研究者們在近幾年的研究工作中提出了以下幾種機制。

1 鹽霉素與腫瘤干細胞

腫瘤干細胞(cancer stem cells,CSCs)是一種存在于腫瘤的特殊亞群細胞，其擁有自我更新和分化成腫瘤細胞的能力，因此能夠使腫瘤產(chǎn)生惡性異質(zhì)性細胞系。由于其特殊的生物學(xué)活性，存在于腫瘤中的CSCs可以耐受常規(guī)化療藥物、靶向治療藥物以及放射治療，這使得腫瘤在經(jīng)過多種治療后仍然能夠存活并發(fā)生轉(zhuǎn)移[6]。在Gupta等[2]的實驗中，以CD44highCD24low作為篩選CSCs的標志物發(fā)現(xiàn)，鹽霉素能以高于常規(guī)化療藥物紫杉醇100倍以上的效力殺傷乳腺癌CSCs，這為鹽霉素殺傷CSCs的研究奠定了基礎(chǔ)。在肺癌細胞系A(chǔ)549中，鹽霉素對流式細胞術(shù)分選出的醛脫氫酶(aldehyde dehydrogenase,ALDH)陽性的肺癌CSCs同樣具有抑制作用，并且使Oct-4、Nanog、Sox2等干細胞標志基因同步下調(diào)[3]。無論是在正常細胞還是腫瘤細胞，上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)被認為是誘導(dǎo)富含干細胞樣性能的原因之一[2]。子宮內(nèi)膜癌中經(jīng)歷了EMT的細胞被看作是CSCs，鹽霉素作用于細胞后，EMT相關(guān)基因Bcl-2、淋巴細胞增強子結(jié)合因子1顯著下調(diào)，細胞周期蛋白D和纖連蛋白作為EMT相關(guān)蛋白也受到了抑制，促凋亡蛋白Bax隨著鹽霉素濃度的增高表達逐漸增強[4]。同樣，鹽霉素對高ALDH的胃癌CSCs、CD133+的胰腺癌CSCs以及CD133+的結(jié)直腸癌CSCs均呈濃度梯度抑制作用[5,7-8]。

2 鹽霉素與ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體

ATP結(jié)合盒(ATP-binding cassette,ABC)轉(zhuǎn)運體屬于高保守跨膜蛋白超家族的細胞膜糖蛋白，最早在細菌中發(fā)現(xiàn)，跨膜蛋白超家族中的成員含有2個ATP結(jié)合區(qū)，通過與ATP結(jié)合發(fā)生二聚化，使ATP水解后解聚，將化療藥物等從細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運出去。ABC轉(zhuǎn)運體的表達是導(dǎo)致腫瘤抗藥性的原因之一[9]。在急性粒細胞性白血病細胞中，鹽霉素的處理導(dǎo)致ABC轉(zhuǎn)運體、P糖蛋白等高表達，誘導(dǎo)早幼粒細胞性白血病細胞凋亡，并抑制ABC轉(zhuǎn)運體介導(dǎo)的對化療藥物的“排出”作用。鹽霉素作為離子載體型抗生素與細胞接觸后迅速嵌入細胞質(zhì)膜和線粒體膜，這使得鹽霉素能夠躲避ABC轉(zhuǎn)運體的“排出”、有效的作用于細胞[10]。

3 鹽霉素與Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路

經(jīng)典的Wnt/β聯(lián)蛋白通路在腫瘤的發(fā)生及治療中起重要作用，該通路的異常激活會引起腫瘤的發(fā)生。當(dāng)Wnt通路被激活后，細胞外的Wnt配體與受體卷曲蛋白家族成員相互作用，尤其是單通道跨膜蛋白低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白(lipoprotein receptor-related protein，LRP)5和6。Wnt與卷曲蛋白結(jié)合可以激活亂磷蛋白，以招募axin并形成破壞型復(fù)合物結(jié)腸腺瘤樣息肉/糖原合酶激酶3β/軸蛋白(adenomatous polyposis coli/glycogen synthases kinase 3 beta/axin,APC/GSK3β/axin)至細胞膜上。axin與胞質(zhì)尾區(qū)的LRP5和LRP6結(jié)合后逐漸降解，從而減弱了其對β聯(lián)蛋白的降解作用。亂磷蛋白的激活也可抑制GSK3β，這也減少了β聯(lián)蛋白的磷酸化和降解。β聯(lián)蛋白在胞質(zhì)內(nèi)的水平上升后進入細胞核，作用于T細胞因子家族并激活靶基因[11]。在慢性淋巴細胞性白血病細胞中，鹽霉素能夠下調(diào)Wnt的靶基因，如淋巴細胞增強子結(jié)合因子1、周期蛋白D1和纖連蛋白等的表達，從而抑制細胞的生長。在轉(zhuǎn)染了Wnt的HEK293細胞中，鹽霉素能抑制LRP6的磷酸化并誘導(dǎo)其降解，這說明鹽霉素可通過干擾白血病細胞中LRP6的磷酸化而抑制Wnt/β聯(lián)蛋白通路的激活[12]。在骨肉瘤中，鹽霉素處理后，β聯(lián)蛋白降解增多，Wnt/β聯(lián)蛋白通路同樣受到抑制[13]。

4 鹽霉素與活性氧類

活性氧類(reactive oxygen species,ROS)產(chǎn)生于正常新陳代謝和接觸有害異物之后，其對細胞的作用取決于水平的高低。少量的ROS在細胞信號調(diào)節(jié)中充當(dāng)“氧化還原信使”的角色，而一旦積聚過量，則會誘導(dǎo)細胞大分子氧化修飾，從而使某些蛋白功能喪失及細胞死亡[14]。鹽霉素通過促進前列腺癌細胞內(nèi)ROS水平的上升，破壞細胞內(nèi)氧化還原平衡。ROS積聚發(fā)出的促凋亡信號能引發(fā)線粒體釋放細胞色素C和凋亡誘導(dǎo)因子等促凋亡蛋白，從而激活凋亡蛋白酶。與此同時，鹽霉素還能引起線粒體膜的去極化而增強胱天蛋白酶(caspase)3的活性[15]。

5 鹽霉素與Akt/NF-κB信號通路

Akt又稱蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)，是絲氨酸/蘇氨酸的特定蛋白激酶，它在細胞代謝、增殖、轉(zhuǎn)移、凋亡中起重要作用。Akt通過結(jié)合核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)和Bcl-2家族蛋白調(diào)控細胞的生存和代謝，也可以通過調(diào)節(jié)IκB激酶激活NF-κB。IκB蛋白被降解后，能夠釋放NF-κB，并使其轉(zhuǎn)移至細胞核中，從而抑制細胞死亡[16]。在多種腫瘤細胞中發(fā)現(xiàn)Akt/NF-κB信號通路的異常激活，如前列腺癌。前列腺癌細胞及其干細胞中的NF-κB處于激活狀態(tài)，當(dāng)其受到抑制時會誘導(dǎo)細胞凋亡[17]。鹽霉素通過抑制NF-κB的活性誘發(fā)氧化應(yīng)激，從而抑制前列腺癌細胞的生長和轉(zhuǎn)移[18]。在卵巢癌中鹽霉素也起到類似的作用。Akt誘導(dǎo)的NF-κB激活在一定程度上決定了卵巢癌的抗藥性。鹽霉素通過抑制Akt的表達而抑制NF-κB的核轉(zhuǎn)移，通過下調(diào)Akt/NF-κB信號通路解決了卵巢癌耐受順鉑治療的問題[16]。

6 鹽霉素與細胞自噬

細胞自噬是一種高度保守的溶酶體降解通路，其能將已破壞的細胞器吞沒至雙層膜囊泡自噬體中，當(dāng)自噬體與溶酶體融合后，其包裹的細胞器會降解，而降解的小分子會被細胞重新利用。這也是自噬能夠使細胞維持自穩(wěn)態(tài)的原因[19]。自噬與細胞的生長、分化、免疫、衰老及死亡息息相關(guān)，越來越多的研究顯示其與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[20]。在肺癌細胞A549中，低水平的鈣黏蛋白1可誘導(dǎo)上皮EMT，并導(dǎo)致CSCs富集。鹽霉素作用于鈣黏蛋白1基因下調(diào)的A549細胞，可抑制細胞自噬，從而誘導(dǎo)細胞凋亡。鹽霉素處理后的肺癌細胞、乳腺癌細胞以及前列腺癌細胞均會引起細胞自噬，因此將鹽霉素與自噬抑制劑共同作用于細胞，可有效避免自噬激活，從而有效地殺死腫瘤細胞[19-21]。

7 鹽霉素與DNA損傷

電離輻射、阿霉素作用等可引起DNA損傷，腫瘤抑制因子p53是DNA損傷修復(fù)通路所需的重要蛋白，它能抑制細胞周期、并誘導(dǎo)DNA損傷修復(fù)[22]。除p53外，PH2AX、pBRCA1、pChk1等因子被認為是DNA損傷程度的標志蛋白，這些蛋白的磷酸化程度反映了DNA斷裂和損傷程度。研究者發(fā)現(xiàn)，鹽霉素與阿霉素及依托泊苷共同作用于腫瘤細胞后能激活DNA損傷相關(guān)蛋白PH2AX、pBRCA1、pChk1、p53BP1[23]。鹽霉素單獨處理細胞后發(fā)生DNA斷裂、PH2AX蛋白水平升高及DNA損傷灶形成，它通過抑制DNA依賴蛋白激酶，增強DNA損傷從而誘導(dǎo)細胞凋亡[23]。

8 鹽霉素與細胞周期停滯

細胞周期分為DNA合成前期(G1期)、DNA合成期(S期)、DNA合成后期(G2期)和細胞分裂期(M期)。在G1期，代謝、應(yīng)激及環(huán)境刺激均能影響細胞分裂甚至整個細胞的發(fā)展過程，細胞周期是進入S期還是被終止于G1則取決于這一期細胞的改變。換句話說，G1期從一定程度上決定了細胞的自我更新、分化以及死亡[24]。細胞周期素D1是一種對G1向S期轉(zhuǎn)換起正向調(diào)節(jié)作用的因子，細胞周期素依賴激酶抑制劑p27Kip1則對細胞周期有抑制作用。p27Kip1是在蛋白水平被調(diào)節(jié)的，S期激酶相關(guān)蛋白2(S-phase kinase-associated protein 2,Skp2)通過泛素化p27促進其被蛋白酶體降解。Skp2作為一種致瘤蛋白與多種腫瘤細胞相關(guān)，是引起腫瘤抑制蛋白p27Kip1降解的關(guān)鍵因子。近期研究發(fā)現(xiàn)，在卵巢癌細胞中，鹽霉素通過將細胞滯留在G1期誘導(dǎo)細胞凋亡[25]。鹽霉素作用于細胞后能夠下調(diào)細胞周期素D1和Skp2的表達，從而使抑瘤蛋白p27Kip1在細胞內(nèi)大量堆積，最終導(dǎo)致細胞周期停滯與細胞凋亡[25]。

9 鹽霉素與死亡受體

死亡受體(death receptor,DR)是一類包含胞內(nèi)死亡域的腫瘤壞死因子受體超家族中的一員，DR4和DR5可以啟動細胞內(nèi)的自殺裝置。在體外，DR4和DR5的過表達能夠誘導(dǎo)無配體結(jié)合的細胞凋亡[26]。線粒體非依賴性信號通路可以直接激活caspase-8，然后caspase-8進一步激活caspase-3。Caspase-3激活后進一步誘導(dǎo)聚ADP-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase,PARP)的剪切，PARP的切割是經(jīng)典級聯(lián)凋亡反應(yīng)的標志物。在耐受順鉑治療的卵巢癌細胞中，鹽霉素可以通過激活DR5、caspase-8和Fas-相關(guān)死亡域蛋白誘導(dǎo)細胞凋亡[27]。

10 鹽霉素與非甾體消炎藥激活基因1

許多腫瘤細胞在接受了γ射線輻照、細胞毒藥物以及非甾體類消炎藥等的治療后，其非甾體消炎藥-激活基因1(non-steroidal anti-inflammatory drug-activated gene-1,NAG-1)的表達明顯上調(diào)。NAG-1也稱為巨噬細胞抑制因子或生長分化因子，它是轉(zhuǎn)化生長因子β超家族中的一員[28]。NAG-1與心血管疾病、炎癥、體質(zhì)量變化以及癌癥都有著密切的聯(lián)系，血清中的NAG-1水平對心血管疾病以及癌癥的診斷和預(yù)后判斷起到了一定的幫助[29]。研究發(fā)現(xiàn)，NAG-1作為一種抗腫瘤發(fā)生因子能夠抑制腫瘤生長，并在腫瘤早期誘導(dǎo)其凋亡。在人非小細胞肺癌中，鹽霉素的處理可引起NAG-1的表達的增強，并減弱肺癌細胞的侵襲能力[28]。

11 展 望

鹽霉素能夠抑制耐受普通抗腫瘤治療的生長，并誘導(dǎo)程序性凋亡。關(guān)于鹽霉素抗腫瘤的作用，雖然有多種機制被提出，但在分子細胞水平的確切機制仍需更多的實驗加以證實。作為新型抗腫瘤化合物，鹽霉素使用的安全性及其代謝特點也有待于進一步研究。鹽霉素因其高效殺傷腫瘤的能力以及易提取、價格廉的特點，具有良好的成藥潛能。相信經(jīng)過研究者們的共同努力，鹽霉素能在不久的將來投入臨床使用并為人類抗腫瘤治療開啟新的篇章。

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