天然藥物中生物堿類成分抗腫瘤活性

宮 爽,孫佳明，田淋淋，張 輝

(長春中醫(yī)藥大學，長春 130117)

生物堿，又名植物堿，是一類含氮的有機堿性化合物。生物堿多數(shù)結構復雜，有含氮雜環(huán)，只有少數(shù)生物堿為結構簡單的胺類化合物。大部分生物堿能與有機酸結合以鹽的形式存在，但極少數(shù)生物堿則以酰胺和糖苷以及有機酸酯的形式存在。由科研結果可知，生物堿具有鎮(zhèn)痛、緩解痙攣、抗菌、消除炎癥、降血壓、平喘、抗腫瘤等[1]功效。而其抗腫瘤活性的研究前景最為寬廣，生物堿的抗腫瘤活性具有高效、低毒的的特點，因而成為國內外學者關注的熱點。中國現(xiàn)階段已進行了千余種天然藥用植物抗腫瘤藥理篩選，其中近百種中草藥具有抗腫瘤藥理作用。結果證明，具有主要抗腫瘤活性的成分為生物堿類成分。目前具有抗腫瘤功效的生物堿主要有以下幾大類:異喹啉類生物堿、吲哚類生物堿、吡啶類生物堿、喹喏里西啶類生物堿、萜類生物堿、有機胺類生物堿等。常見的生物堿主要有原小檗堿、喜樹堿、長春堿、苦參堿、龍葵總堿、槐定堿類、一葉裻堿、巴豆堿、玫瑰樹堿、秋水仙堿、三尖杉酯堿等[2-8]。生物堿的抗腫瘤機制存在多樣性，包括直接誘導癌細胞凋亡或者作用癌細胞內酶影響其活性及影響癌細胞生長周期等多個方面。總之天然藥物中優(yōu)良抗癌成分及新藥的出現(xiàn)為腫瘤的治療開辟了廣闊的天地。歸納總結其抗腫瘤活性研究進展如下。

1 吲哚類(indole)生物堿

吲哚類生物堿主要有從長春花中提取的長春堿類、吳茱萸Evodiarutaecarpa(Juss.)Benth.中提取得到的吳茱萸堿類、馬錢科植物馬錢Strychnosnux-vomicaL.中提取得到的馬錢子堿類以及海洋生物堿駱駝蓬堿等，其中以長春堿類最具代表性。

長春花Catharanthusroseus(L.)G.Don，夾竹桃科植物，從中提取分離得到雙分子結構吲哚類生物堿——長春堿類。目前長春堿類化合物主要包括：長春堿、長春新堿、長春羅辛、長春羅定、長春地辛、長春瑞賓、長春氟寧、長春甘酯、脫水長春堿等。其中長春堿是第一個植物來源的生物堿類抗腫瘤藥，20世紀60年代于美國上市，標志著生物堿類抗腫瘤藥物的階段性進展。長春堿類抗腫瘤作用活性顯著，目前長春瑞賓、長春堿、長春新堿、長春地辛以作為抗腫瘤藥物上市并用于臨床[4]其他長春堿類也處于臨床研究中。

長春堿類藥物抗腫瘤作用機制是抑制細胞的分裂和增殖。通過藥物與微管蛋白結合來抑制微管聚合，阻礙紡錘體微管的形成[9]，干擾細胞周期的M期使有絲分裂間斷[10]。最終導致細胞分裂停滯在中期。此外半合成生物堿長春瑞賓的抗腫瘤機制則是通過令Bcl-2失活從而促進Bax的表達增強,進而引起腫瘤細胞凋亡。長春堿類藥物的抗腫瘤作用機制相似，但由于它們抗腫瘤譜和細胞毒性存在差異[11]。故每種長春堿類生物堿類藥物應用于不同的腫瘤疾病。長春堿VLB是一種特異性腫瘤化療藥物,主要作用于腫瘤細胞M期[12]。VLB一般用于治療實體瘤,主要包括:非何杰金氏淋巴瘤何杰、金氏病、包括睪丸癌、乳腺癌等。長春新堿VCR主要用于治療乳腺癌、成神經細胞瘤、肝母細胞瘤、胚胎性橫紋肌母細胞瘤、急性淋巴細胞白血病等疾病。長春地辛VDS的抗腫瘤活性與上述兩種長春堿類相似，常用于治療非何杰金氏淋巴瘤、小細胞肺癌、粒細胞白血病以及小兒急性淋巴白血病。長春瑞平VRB主要對何杰金氏病和乳腺癌及非小細胞肺癌等有治療作用。而半合成的長春瑞賓具有特殊的8環(huán)結構，不同于天然長春花生物堿的傳統(tǒng)9環(huán)結構，這樣使其神經毒性大大降低，增強了非小細胞肺癌的抗腫瘤活性[13]。在腫瘤疾病治療過程中，長春堿類藥物常與化療聯(lián)合應用，可減少化療的毒性反應，從而提高治療效果。例如在泌尿道上皮癌的治療中,長春堿VLB便與甲氨喋吟、順鉑被聯(lián)使用，治療效果良好，此配伍被作為首選藥物配伍[14]。

2 異喹啉類(isoquinoline)生物堿

在抗腫瘤生物堿中異喹啉類生物堿種類最多，被應用也最為廣泛。這一類生物堿廣泛的存在天然藥物中，如防己科、小檗科、罌粟科、毛茛科等植物類群中均有發(fā)現(xiàn)。異喹啉類生物堿的結構具有多樣性，共分為二十幾類，如原小檗堿類、茚并異喹啉類、雙芐基異喹啉類等。比較常見的有小檗堿及罌粟堿和漢防己甲素等。此類生物堿具有抗癌、抑菌、緩解疼痛、降血壓、調節(jié)免疫力、抗凝血等生理活性。主要介紹小檗堿和罌粟堿。

2.1 小檗堿(berberine) 小檗堿(黃連素)屬于季銨類化合物,黃連、黃柏、黃檗、小檗中均含有此生物堿[15]。20世紀中期，已有研究證明小檗堿抗癌作用廣泛，對包括結腸癌、肝癌、胃癌、肺癌、膀胱癌等在內的多種腫瘤細胞均有抑制活性。小檗堿抗腫瘤作用機制是調控細胞增值周期和抑制腫瘤細胞復制增長能量。小檗堿可以抑制腫瘤細胞中核酸和嘌呤的合成[16]，從而抑制腫瘤細胞生長以及誘導腫瘤細胞凋亡。實驗發(fā)現(xiàn)，經小檗堿處理后,處于DNA合成期的癌細胞數(shù)量明顯減少[17]，腫瘤細胞被阻滯在細胞周期的靜止期和合成前期，這樣延長了腫瘤細胞增殖周期，進而達到減慢腫瘤細胞增殖的目的。此外，小檗堿還能夠抑制癌細胞轉移，抑制癌細胞的擴散速度[18]。并且小檗堿在抗腫瘤治療中存在時間和劑量上的依賴性。

2.2 罌粟堿(papaveringe hydrochloride) 罌粟堿，通用名鹽酸罌粟堿，屬于鴉片類生物堿，主要存在于天山紫堇、山紫堇、籽紋紫堇、伏生紫堇、延胡索、紫堇、白屈菜等罌粟科植物中。這些植物中均有抗腫瘤活性明顯的化學成分[19]。罌粟堿有松弛血管、心臟平滑肌以及抗腫瘤藥理作用。

3 吡啶類(pyridine)生物堿

吡啶類生物堿主要由哌啶或吡啶衍生而成。共分為吡啶類和哌啶類、吲哚里西啶等。此類生物堿主要存在豆科植物中，如苦參、苦豆子等。主要包括苦參堿和氧化苦參堿及槐定堿等。此類生物堿均具有四環(huán)喹嗪啶類骨架結構均，具有良好的抗腫瘤活性?？鼓[瘤作用機制主要是直接對腫瘤細胞長生殺傷作用、誘導某些腫瘤細胞向正常細胞分化、誘導腫瘤細胞凋亡。主要介紹此類生物堿中最具代表性生物堿苦參堿。

苦參堿類生物堿是腫瘤治療領域中應用最為廣泛的生物堿之一，主要有苦參堿、槐定堿、氧化苦參堿、槐果堿、槐醇堿等。此類生物堿毒副作用小，在抗腫瘤治療過程中不損傷人體正常細胞，甚至能升高白細胞數(shù)、增強機體免疫功能，這一點很大程度上優(yōu)于其他抗腫瘤化療藥物。故在抗腫瘤治療中，苦參堿常常與其他化療藥物聯(lián)合應用，效果良好[20]。研究發(fā)現(xiàn)苦參類生物堿對人體肝癌細胞、腎癌細胞、肺腺癌細胞等均有抑制作用[21-24]。其作用機制主要有：第一，抑制腫瘤細胞增殖并誘導其分化。研究發(fā)現(xiàn)經苦參堿處理的腫瘤細胞，有絲分裂前期的癌細胞比例明顯增高，中期的癌細胞比例降低，表明苦參堿具有抑制腫瘤細胞進入中期的作用，從而抑制腫瘤細胞增殖[25]。第二，促進癌細胞凋亡。經過試驗研究,腫瘤細胞用1 mg/mL濃度苦參堿處理后經流式細胞儀檢測，癌細胞凋亡率達18.8%[26]。并且苦參堿的濃度改變細胞凋亡率也發(fā)生改變，這說明苦參堿類藥物在抗腫瘤治療中存在明顯的濃度依賴性。第三，抗腫瘤細胞浸潤轉移與腫瘤細胞黏附。試驗研究結果證明，肺癌細胞(肺巨腫瘤細胞)用苦參堿處理，癌細胞的內皮細胞通透性下降，癌細胞表達量明顯減少。這表明苦參堿可使腫瘤細胞的黏附性降低，腫瘤內皮細胞的通透性下降，進而抑制腫瘤擴散及轉移。研究發(fā)現(xiàn)苦參堿在一定濃度范圍內能夠降低人肝癌細胞黏附力、纖連蛋白黏附力、肝癌細胞穿膜運動力、基底膜降解力。經苦參堿處理后的癌細胞基因表達減弱，癌細胞的擴散受到抑制，這說明了苦參堿具有抗轉移活性。除了以上三點外，苦參堿類生物堿還具有抑制腫瘤新生血管的形成、抑制及逆轉腫瘤的耐藥性，促進腫瘤宿主細胞的抗腫瘤免疫反應、抑制某些致癌病毒及炎癥、降低化療藥物的毒副作用、預防性化療等作用。由此可見，苦參堿類生物堿是一類非常具有研究價值的抗腫瘤藥物，其應用意義與開發(fā)前景尤為廣闊，這將對抗腫瘤研究具有重大意義。

4 萜類(diterpenes)生物堿

這類生物堿抗腫瘤作用明顯，多為二萜類生物堿，主要存在短葉紅豆杉、鞘柄烏頭(AconitumvaginatumPritz.)等植物中。此類生物堿主要有紫杉醇(taxol)、紫杉次堿(taxotine)等。此類生物堿主要對子宮癌、乳癌、卵巢癌、肺癌、食道癌等有明顯療效。此類生物堿中最具代表性的是二萜類生物堿紫杉醇。

20世紀70年代，歐美科學家在短葉紅豆杉的樹皮中分離出紫杉醇，為此化合物的首次發(fā)現(xiàn)。紫杉醇屬于二萜類生物堿，結構獨特且復雜，故其溶解性不好[27]。紫杉醇是一種廣譜抗腫瘤藥[28]，對多種臨床惡性腫瘤療效顯著，尤其適用于腫瘤晚期，對產生耐藥性的腫瘤細胞活性明顯[29]。紫杉醇主要治療子宮癌、卵巢癌(尤其晚期卵巢癌)、乳腺癌、肺腺癌，食道癌等，其中對子宮癌、卵巢癌、乳腺癌具有特殊療效。紫杉醇的抗腫瘤作用機制主要包括：抑制微管解聚、促進微管聚合，目前為止僅有紫杉醇有此功效。具體過程為促使微管蛋白結合到微管上，抑制微管亞單位的形成，凍結有絲分裂的紡錘體，從而使細胞有絲分裂終止，導致腫瘤細胞凋亡[30]。與傳統(tǒng)抗腫瘤藥不同的是，紫杉醇特異性結合微管蛋白使微管的聚合穩(wěn)定，干擾微管細胞的運動和細胞內轉運等正常功能，但在此過程中不會影響和損傷癌細胞的遺傳物質。

雖然紫杉醇有著良好的抗腫瘤活性，但也存在著明顯的毒副作用，主要會產生骨髓抑制、肌肉毒性、神經毒性等毒性，并且呈現(xiàn)劑量依賴性[31]，這使紫杉醇臨床利用價值受到了影響，為了解決這一難題，國內外學者對如何降低紫杉醇毒副作用進行了大量研究。法國羅納普朗克樂安公司就開發(fā)了多西紫杉醇(taxotere)，它屬于半合成紫杉醇衍生物。它與紫杉醇一樣均具有抑制微管解聚、促進微管聚合的作用，但與紫杉醇相比，多西紫杉醇具有更廣泛的抗腫瘤作用，活性更明顯，對乳腺癌的治療效果優(yōu)于紫杉醇[32-33]，并且已是非小細胞肺癌和晚期卵巢癌的首選藥物。目前此藥物已制劑成型上市應用。另外，也可以通過改變紫杉醇劑型和給藥方法來降低紫杉醇的毒副作用。目前已有的新劑型包括乳劑、包合物、納米粒、脂質體、緩釋劑、植入劑等。原始的給藥方法已發(fā)展為包括腹腔給藥、靜脈給藥、周給藥法等多種新的給藥方式。目前在降低紫杉醇毒副作用研究方面已取得階段性成果。紫杉醇是一種具有廣闊開發(fā)前景的抗腫瘤藥物，除此之外在紅豆杉屬植物中還發(fā)現(xiàn)紫杉次堿，其抗腫瘤效果也較為明顯。故在醫(yī)藥領抗癌藥物的研究中，紅豆杉屬植物已成為研究重點[34]。這也將對人類醫(yī)藥事業(yè)的發(fā)展產生深遠的意義。

5 有機胺類(amines)生物堿

有機胺類生物堿也是一類重要的生物堿，這類生物堿的結構獨特，其生物堿氮原子不結合在環(huán)狀結構內。此類生物堿存在多種不同的氨基酸中。秋水仙堿、甜菜堿、麻黃堿、秋水仙胺、益母草堿等都屬于此類生物堿。下面主要介紹一下秋水仙堿和甜菜堿。

5.1 秋水仙堿(colchicine) 秋水仙堿主要存在麗江山慈菇、百合科植物秋水仙中，其性狀為粉末或針狀晶體，顏色為淺黃色或白色，秋水仙堿毒性較大。秋水仙堿是一種廣譜的抗腫瘤藥，應用較為廣泛。其抗腫瘤機制主要是在微管蛋白形成過程中，秋水仙堿與其二聚體結合以阻止其轉換，從而抑制癌細胞有絲分裂中期紡錘體的形成，使有絲分裂終止，從而導致腫瘤細胞死亡[35]。但因為其毒性較大，其用法用量是一個關鍵性問題，有待進一步研究。

5.2 甜菜堿(betaine) 抗腫瘤、降血壓、抗?jié)儭⒖刮改c功能障礙是甜菜堿最為主要的幾項藥理作用。在抗腫瘤研究中發(fā)現(xiàn)甜菜堿主要對人肝癌細胞具有活性。其作用機制主要是促使癌細胞遺傳物質(DNA)甲基化，改變腫瘤細胞生長周期,誘導腫瘤細胞的凋亡[36]。

6 結語

綜合當前天然植物中生物堿類成分及其抗腫瘤活性研究進展，生物堿作為主要的抗腫瘤活性物質具有廣闊的開發(fā)及研究前景，天然生物堿類抗癌藥物的應用將降低化療藥物所產生的毒副作用，提高抗腫瘤治療效果。但當今研究階段，還有一部分生物堿的抗癌機制還不健全完善，有待進一步研究。生物堿抗癌作用機制的深入研究將為今后醫(yī)學中抗腫瘤新藥的研制提供重要的指導和依據(jù)。生物堿類抗腫瘤藥物的研究與開發(fā)將為人類醫(yī)學事業(yè)的發(fā)展做出巨大貢獻，具有深淵的意義。

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