鹽霉素抗腫瘤機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展

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(南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院泌尿外科，湖南 衡陽(yáng) 421001)

·文獻(xiàn)綜述·

鹽霉素抗腫瘤機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展

黃龍，王毅*，汪翼

(南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院泌尿外科，湖南 衡陽(yáng) 421001)

腫瘤干細(xì)胞(CSCs)是一群存在于腫瘤細(xì)胞中的亞群,具有自我更新和產(chǎn)生新的不同分化程度的腫瘤細(xì)胞。干細(xì)胞亞群的存在使得腫瘤可以逃避化療藥物、靶向治療藥物以及放射治療等治療手段的殺傷作用,也是腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的重要原因之一。鹽霉素是由白色鏈霉菌發(fā)酵產(chǎn)生的屬于聚醚類的一元羧酸，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)鹽霉素能高效殺死多種腫瘤干細(xì)胞,并對(duì)多種腫瘤有明顯的抑制作用，是一種很有開(kāi)發(fā)潛力的抗腫瘤藥物。其作用機(jī)制可能與誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞凋亡與抑制有關(guān)。

鹽霉素； 細(xì)胞凋亡； 抗腫瘤； 藥物

鹽霉素(Salinomycin)屬于聚醚類一元羧酸，由白色鏈霉菌(Streptomyces albus)發(fā)酵產(chǎn)生，具有特殊的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，類似苯環(huán)樣，鹽霉素假環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的聚醚部分能夠與金屬陽(yáng)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(yùn)這些離子復(fù)合物穿過(guò)生物細(xì)胞膜,使得鹽酶素具有殺死革蘭陽(yáng)性菌和抗禽類球蟲(chóng)病的作用，更是賦予了其穩(wěn)定的生化特性，是一種典型的離子載體抗生素，上世紀(jì)70年代起，鹽霉素主要用于抗雞球蟲(chóng)病和促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)[1]。2009年,Gupta等[2]在藥物篩選實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，鹽霉素能選擇性殺傷乳腺癌的腫瘤干細(xì)胞，提示鹽霉素有望成為新型抗腫瘤藥物。國(guó)內(nèi)外近年來(lái)的研究亦發(fā)現(xiàn)鹽霉素能顯著抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡；對(duì)多種腫瘤均有明顯的抑制作用，鹽霉素作為腫瘤干細(xì)胞的“殺手”，已經(jīng)在多種細(xì)胞模型上得到了驗(yàn)證。Dong等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌的腫瘤干細(xì)胞中檢測(cè)其對(duì)鹽霉素的敏感，結(jié)果顯示,運(yùn)用鹽霉素后，癌癥細(xì)胞伴有上皮細(xì)胞等標(biāo)志物的表達(dá)上調(diào)和抑制波形蛋白(間充質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志)的形成，從而進(jìn)一步促進(jìn)抑制細(xì)胞增殖、集落形成、細(xì)胞遷移、侵襲作用。

1 鹽霉素誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞自噬的發(fā)生

細(xì)胞自噬(autophagy)是真核生物中進(jìn)化保守的對(duì)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行周轉(zhuǎn)的重要過(guò)程。該過(guò)程中一些損壞的蛋白或細(xì)胞器被雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬小泡包裹后，送入溶酶體(動(dòng)物)或液泡(酵母和植物)中進(jìn)行降解并得以循環(huán)利用[4]。細(xì)胞自噬可分為如下三種形式，微自噬(microautophagy)、巨自噬(macroautophagy)和分子伴侶介導(dǎo)的自噬 (Chaperone-mediated autophagy，CMA)。隨著科技的進(jìn)步，對(duì)細(xì)胞自噬的了解也不斷加深，細(xì)胞的自噬還參與著細(xì)胞程序性死亡，這種與自噬有關(guān)的程序性死亡被命名為自噬性細(xì)胞死亡。細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞衰老一樣，是十分重要的生物學(xué)行為，參與生物的發(fā)育、生長(zhǎng)等多種過(guò)程。

Kim等[5]研究發(fā)現(xiàn)，鹽霉素可以通過(guò)升高細(xì)胞內(nèi)活性氧和使線粒體膜的去極化誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞的凋亡。在腫瘤細(xì)胞中,Akt/NF-Kb通路的激活是很常見(jiàn)的一種現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鹽霉素能夠阻斷Akt蛋白的表達(dá)并抑制NF-kb的入核,通過(guò)有效抑制Akt/NF-Kb通路誘導(dǎo)卵巢癌細(xì)胞的凋亡。另有研究發(fā)現(xiàn)[6],鹽霉素可以促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入自睡反應(yīng),引發(fā)線粒體膨脹、線粒體自唆、破壞線粒體結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞內(nèi)ATP大量喪失,過(guò)度的自唾反應(yīng)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞“自殺”。Verdoodt等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)腸癌和乳腺癌中，應(yīng)用鹽霉素可誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的發(fā)生，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡。通過(guò)觀察到細(xì)胞死亡的伴隨特征，形成多空泡的增加和自噬標(biāo)記的攝取，而證實(shí)了鹽霉素可誘導(dǎo)細(xì)胞自噬。此外，研究還觀察到鹽霉素可以誘導(dǎo)和激活與自噬性細(xì)胞死亡有關(guān)的ROS及JNK信號(hào)通路，促使細(xì)胞凋亡。Kuo等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在頭頸部的鱗狀細(xì)胞癌(鱗癌)干細(xì)胞中，鹽霉素可以激活EMT并誘導(dǎo)Akt的磷酸化，促使癌細(xì)胞凋亡。

2 鹽霉素與Wnt通路促使腫瘤細(xì)胞凋亡

Wnt基因?yàn)樾∈笕橄倌[瘤病毒優(yōu)先整合的位點(diǎn)，是一種癌基因，在細(xì)胞增殖和分化中起重要的作用。隨后研究發(fā)現(xiàn)它與果蠅的無(wú)翅基因(wingless)屬直相同源基因(orthologous gene)，從而將二者結(jié)合命名為Wnt基因。Wnt基因?qū)儆谠┗颍S著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)Wnt基因家族十分龐大，為多基因家族，其基因結(jié)構(gòu)從低等的無(wú)脊椎動(dòng)物到脊椎動(dòng)物乃至人類具有高度保守性，其同源序列達(dá)27%～83%，對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育起著至關(guān)重要的作用[9]。Wnt基因編碼的Wnt蛋白，可啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑，傳導(dǎo)生長(zhǎng)刺激信號(hào)，參與不同的發(fā)育機(jī)制，如細(xì)胞分化，遷移，以及決定細(xì)胞命運(yùn)的增殖等。因其啟動(dòng)蛋白為Wnt蛋白，因此命名為Wnt信號(hào)途徑。

研究發(fā)現(xiàn)Wnt信號(hào)通路在哺乳動(dòng)物的發(fā)育，干細(xì)胞的更新，和癌癥的進(jìn)展中均起著極其關(guān)鍵的作用。2011年,Lu等[10]研究發(fā)現(xiàn)鹽霉素通過(guò)抑制Wnt通路導(dǎo)致慢性淋巴細(xì)胞性白血病細(xì)胞的調(diào)亡,進(jìn)一步研究表明，鹽霉素影響Wnt通路是通過(guò)阻礙Wnt受體，誘導(dǎo)降解脂蛋白受體相關(guān)的磷酸化信號(hào)蛋白6，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的凋亡。另有研究報(bào)道[11]，在胰腺癌細(xì)胞中，鹽霉素可抑制Wnt/β-catenin信號(hào)相關(guān)的β蛋白，如β-catenin和p-gsk-3β,而導(dǎo)致胰腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制、凋亡。Quann等[12]利用熒光素酶研究發(fā)現(xiàn)在前列腺癌細(xì)胞中，鹽霉素導(dǎo)致前列腺癌細(xì)胞的凋亡，可能與MAPK信號(hào)通路的激活相關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)研究癌癥的發(fā)展十分關(guān)鍵。

然而，其確切的機(jī)制如何，鹽霉素對(duì)復(fù)雜的癌癥和腫瘤干細(xì)胞的信號(hào)通路的影響仍是未知，需要進(jìn)一步研究和闡明。Haque等[13]研究發(fā)現(xiàn)，鹽霉素導(dǎo)致肺癌細(xì)胞的凋亡是通過(guò)激活了p53通路，促使凋亡蛋白Caspase家族的表達(dá)，從而導(dǎo)致了肺癌癥細(xì)胞的凋亡。另有研究發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌細(xì)胞中，鹽霉素是通過(guò)激活Caspase-3和PARP-1通路導(dǎo)致前列腺癌干細(xì)胞的凋亡。Ketola等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌細(xì)胞中，鹽霉素通過(guò)增加氧化應(yīng)激水平，累積活性氧和線粒體膜去極化，而抑制前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，導(dǎo)致前列腺癌細(xì)胞的凋亡。

3 鹽霉素與DNA的損傷(P21蛋白)

DNA存儲(chǔ)著生物體賴以生存及繁衍的遺傳信息，因此維持DNA分子的完整性對(duì)細(xì)胞至關(guān)緊要。許多因素都會(huì)導(dǎo)致DNA分子的損傷或改變，DNA損傷是DNA復(fù)制過(guò)程中DNA核苷酸序列永久性改變，并導(dǎo)致遺傳特征改變的生物學(xué)現(xiàn)象。1947年，A.凱爾納等研究發(fā)現(xiàn)，鏈絲菌等微生物經(jīng)過(guò)紫外線(Ultraviolet rays，UV)照射后，暴露在正常光下可以減少死亡，證明這是許多微生物固有的DNA損傷修復(fù)功能，并把這一修復(fù)功能稱為光復(fù)活。1968年Cleaver等[15]研究發(fā)現(xiàn)人常染色體隱性遺傳的光化癌變疾病——著色性干皮病(Xeroderma Pigmentosum，XP)，是由基因突變?cè)斐傻腄NA損傷切除修復(fù)功能的缺陷引起。為惡性腫瘤的發(fā)生機(jī)理提供了一個(gè)重要的分子生物學(xué)證據(jù),使DNA損傷修復(fù)的研究進(jìn)入了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。Kim等[5,16]研究表明，鹽霉素與DNA損傷劑可導(dǎo)致DNA的損傷，使大量癌細(xì)胞的凋亡，通過(guò)增加p53和H2AX的表達(dá)，減少抗凋亡蛋白p21的表達(dá)，從而致DNA的損傷。另有研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用鹽霉素可誘導(dǎo)阻滯G2期，使癌細(xì)胞對(duì)放射治療更加敏感，抑制p21蛋白表達(dá)水平，促進(jìn)H2AX和p53的激活與表達(dá)。Diehn等[17]研究發(fā)現(xiàn)在MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞中，鹽霉素增加組蛋白H3和H4的高度乙?；掳┌Y細(xì)胞凋亡抑制細(xì)胞生長(zhǎng)。

4 鹽霉素與離子通道

1952年，Hodgkin等[18]研究發(fā)現(xiàn)Na+和K+的電流和電導(dǎo)是膜電位和時(shí)間的函數(shù)，提出了離子通道的概念。離子通道的活性，就是細(xì)胞通過(guò)離子通道的開(kāi)放和關(guān)閉來(lái)調(diào)節(jié)相應(yīng)物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞速度的能力，對(duì)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的各種功能及特性均具有十分重要的意義。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，離子通道的轉(zhuǎn)運(yùn)與腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、浸潤(rùn)和遷移相關(guān)聯(lián)，這一發(fā)現(xiàn)成為癌癥治療的新靶點(diǎn)。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)屬于離子載體抗生素的鹽霉素可促進(jìn)離子通過(guò)膜的脂質(zhì)屏障，中斷原核和真核細(xì)胞中的天然離子轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，為高度選擇性的鉀離子載體抗生素，影響鉀通道，促進(jìn)鉀離子從線粒體和細(xì)胞質(zhì)中流出,從而影響線粒體PT孔的開(kāi)放、引起線粒體跨膜電位下降以及細(xì)胞色素c釋放，進(jìn)而促進(jìn)癌癥細(xì)胞凋亡。

5 鹽霉素抗癌作用的局限性

Lu等[10]研究表明，在外周血單核細(xì)胞(Peripheral blood mononuclear cells，PBMC)中，鹽霉素需要100倍抗腫瘤細(xì)胞的濃度才能對(duì)正常的細(xì)胞產(chǎn)生毒副作用；同時(shí)，Scherzed等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(Human bone marrow mesenchymal stem cells，hBMSC)中，只有當(dāng)鹽霉素在劑量>30 μmol/L時(shí)，才會(huì)對(duì)正常細(xì)胞活力、遷移能力等造成影響。然而，在其他的“正?！奔?xì)胞實(shí)驗(yàn)時(shí)，特別是其他骨髓細(xì)胞的做實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，并沒(méi)有得出可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。Boehmerie等[7,20]對(duì)鹽霉素的毒性研究評(píng)價(jià)顯示，在鹽霉素處理人神經(jīng)纖維細(xì)胞時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的Na+濃度增加，胞漿內(nèi)的Ca2+濃度蛋白酶活性升高，線粒體膜去極化，進(jìn)而通過(guò)誘導(dǎo)Caspase家族蛋白導(dǎo)致正常細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，一些動(dòng)物，如貓，狗，豬，馬，甚至還有人，在過(guò)量或誤食鹽霉素后，可以出現(xiàn)嚴(yán)重的毒副作用。正如前面所述，鹽霉素可影響K+離子通道而抗腫瘤，而K+通道不僅在腫瘤細(xì)胞或是腫瘤干細(xì)胞中存在，正常的組織細(xì)胞中也存在，所以，鹽霉素除了可以影響腫瘤細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞，它也可以對(duì)正常神經(jīng)細(xì)胞和造血干細(xì)胞產(chǎn)生毒性。因此，臨床上，在一些特定的組織、器官腫瘤使用鹽霉素進(jìn)行治療時(shí)，需要制定一個(gè)較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠行Р呗?，防止出現(xiàn)鹽霉素在抗癌的同時(shí)，因使用不當(dāng)對(duì)正常細(xì)胞產(chǎn)生毒副作用。為此，Huczynski等[21]研究表明，根據(jù)鹽霉素的分子結(jié)構(gòu)，合成了一套酰胺和酯衍生物和苯并三氮唑霉素，且進(jìn)一步研究表明其與鹽霉素的抗菌和抗癌活性的作用相差無(wú)幾，為人類抗腫瘤事業(yè)提出新的思路。

6 結(jié) 論

綜上所述，鹽霉素抗成體腫瘤細(xì)胞機(jī)制進(jìn)行了初步探討，主要集中在以下幾個(gè)方面：(1)通過(guò)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激類固醇代謝產(chǎn)物的升高及抗氧化的類固醇代謝產(chǎn)物的降低抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移；(2)通過(guò)抑制wnt/-β連環(huán)蛋白途徑或者降低細(xì)胞線粒體膜的膜電位，將細(xì)胞色素C釋放到細(xì)胞質(zhì)中，促進(jìn)細(xì)胞的凋亡；(3)通過(guò)損害DNA降低抗凋亡蛋白P21的表達(dá)水平，促進(jìn)細(xì)胞凋亡；(4) 鹽霉素對(duì)正常細(xì)胞的副作用雖然相對(duì)較少，但是在過(guò)量或誤食鹽霉素后，仍然可出現(xiàn)嚴(yán)重的毒副作用。所以需在相對(duì)狹窄的治療指數(shù)下使用鹽霉素?？紤]鹽霉素潛在的不利毒副作用，未來(lái)的研究將主要集中鹽霉素的構(gòu)效關(guān)系(structure-activity relationship，SAR)，即研究出細(xì)胞毒副作用較小、可用于臨床的、選擇性強(qiáng)的抗腫瘤藥物，讓鹽霉素早日成為新型的抗腫瘤藥物而造福于醫(yī)療事業(yè)。

[1] Wang Y.Effects of salinomycin on cancer stem cell in human lung adenocarcinoma A549 cells[J].Med Chem,2011,7(2):106-111.

[2] Gupta PB,Onder TT,Jiang G,et al.Identification of selective inhibitors of cancer stem cells by high-throughput screening[J].Cell,2009,138(4):645-659.

[3] Dong TT,Zhou HM,Wang LL,et al.Salinomycin selectively targets ‘CD133+’ cell subpopulations and decreases malignant traits in colorectal cancer lines[J].Ann Surg Oncol,2011,18(6):1797-1804.

[4] Bernard A,Jin M,Xu Z,et al.A large-scale analysis of autophagy-related gene expression identifies new regulators of autophagy[J].Autophagy,2015,11(11):2114-2122.

[5] Kim KY,Yu SN,Lee SY,et al.Salinomycin-induced apoptosis of human prostate cancer cells due to accumulated reactive oxygen species and mitochondrial membrane depolarization[J].Biochem Biophys Res Commun,2011,413(1):80-86.

[6] Schenk M,Aykut B,Teske C,et al.Salinomycin inhibits growth of pancreatic cancer and cancer cell migration by disruption of actin stress fiber integrity[J].Cancer Lett,2015,358(2):161-169.

[7] Verdoodt B,Vogt M,Schmitz I,et al.Salinomycin induces autophagy in colon and breast cancer cells with concomitant generation of reactive oxygen species[J].PLoS One,2012,7(9):e44132.

[8] Kuo SZ,Blair KJ,Rahimy E,et al.Salinomycin induces cell death and differentiation in head and neck squamous cell carcinoma stem cells despite activation of epithelial-mesenchymal transition and Akt[J].BMC Cancer,2012,12:556.

[9] Moon RT,Kohn AD,De Ferrari GV,et al.WNT and beta-catenin signalling:diseases and therapies[J].Nat Rev Genet,2004,5(9):691-701.

[10] Lu D,Choi MY,Yu J,et al.Salinomycin inhibits Wnt signaling and selectively induces apoptosis in chronic lymphocytic leukemia cells[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2011,108(32):13253-13257.

[11] Lu W,Li Y.Salinomycin suppresses LRP6 expression and inhibits both Wnt/beta-catenin and mTORC1 signaling in breast and prostate cancer cells[J].J Cell Biochem,2014,115(10):1799-1807.

[12] Quann EJ,Khwaja F,Djakiew D.The p38 MAPK pathway mediates aryl propionic acid induced messenger rna stability of p75 NTR in prostate cancer cells[J].Cancer Res,2007,67(23):11402-11410.

[13] Haque A,Rahman MA,Fuchs JR,et al.FLLL12 induces apoptosis in lung cancer cells through a p53/p73-independent but death receptor 5-dependent pathway[J].Cancer Lett,2015,363(2):166-175.

[14] Ketola K,Hilvo M,Hyotylainen T,et al.Salinomycin inhibits prostate cancer growth and migration via induction of oxidative stress[J].Br J Cancer,2012,106(1):99-106.

[15] Cleaver JE.Defective repair replication of DNA in xeroderma pigmentosum.1968[J].DNA Repair (Amst),2004,3(2):183-187.

[16] Kim JH,Chae M,Kim WK,et al.Salinomycin sensitizes cancer cells to the effects of doxorubicin and etoposide treatment by increasing DNA damage and reducing p21 protein[J].Br J Pharmacol,2011,162(3):773-784.

[17] Diehn M,Cho RW,Lobo NA,et al.Association of reactive oxygen species levels and radioresistance in cancer stem cells[J].Nature,2009,458(7239):780-783.

[18] Hodgkin AL,Huxley AF.Propagation of electrical signals along giant nerve fibers[J].Proc R Soc Lond B Biol Sci,1952,140(899):177-183.

[19] Scherzed A,Hackenberg S,Froelich K,et al.Effects of salinomycin on human bone marrow-derived mesenchymal stem cells in vitro[J].Toxicol Lett,2013,218(3):207-214.

[20] Boehmerle W,Endres M.Salinomycin induces calpain and cytochrome c-mediated neuronal cell death[J].Cell Death Dis,2011,2(6):e168.

[21] Huczynski A,Janczak J,Antoszczak M,et al.Antiproliferative activity of salinomycin and its derivatives[J].Bioorg Med Chem Lett,2012,22(23):7146-7150.

R730

A

10.15972/j.cnki.43-1509/r.2016.01.031

2015-11-04；

2015-12-15

*通訊作者，E-mail：wayne0108@126.com.

蔣湘蓮)