天然中藥配合物的抗腫瘤活性及其機(jī)制研究

鄭博丹，吳都督，王功順※

(1.東莞市婦幼保健院藥學(xué)部，廣東 東莞 523000; 2.廣東醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，廣東 東莞 523808)

天然中藥中活性成分的藥理作用體現(xiàn)在抗氧化活性、抗腫瘤活性及抑菌作用等方面。中藥配位化學(xué)學(xué)說指出，中藥單體的有效成分不是單純的元素或者分子結(jié)構(gòu)，而是兩者形成的配位化合物[1-2]。中藥單體與金屬離子形成的配合物可以改變或增強(qiáng)中藥單體原本的活性，是以配合物的形式存在并發(fā)揮藥理作用。一般天然中藥金屬配合物都會(huì)比原本單一的有效成分有更顯著的抗氧化活性、抗腫瘤活性及抑菌作用等。早在1978年美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局就批準(zhǔn)順鉑用于肺癌、睪丸癌、骨癌以及早期卵巢癌等的治療。順鉑和其他鉑類化合物對(duì)癌癥的治療產(chǎn)生了巨大影響，并用于大部分抗癌化療方案，創(chuàng)下無機(jī)金屬配合物進(jìn)入抗癌藥物的先河[3]。目前，金屬配合物在醫(yī)藥領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，如早期腫瘤檢測(cè)試紙、一些臨床藥物或診斷用的試劑等。在新藥研究領(lǐng)域，天然中藥有效成分的金屬配合物在治療疾病方面也具有廣闊的前景。現(xiàn)結(jié)合國(guó)內(nèi)外近10年來對(duì)天然中藥配合物的研究，對(duì)幾類常見的天然中藥(大黃蒽醌類、香豆素類、黃酮類、糖及糖苷類)所形成的配合物的抗腫瘤活性及其機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 大黃蒽醌類金屬配合物

大黃素對(duì)多種腫瘤細(xì)胞具有抗增殖作用，但抗腫瘤活性較低[4]。以大黃素為先導(dǎo)化合物，在其結(jié)構(gòu)上引入金屬元素形成穩(wěn)定的配合物后可增強(qiáng)抗腫瘤作用。Thimmegowda等[5]探討了蘆薈大黃素配合物的抗腫瘤作用，與蘆薈大黃素相比，配合物能有效降低人肝癌細(xì)胞(HepG2細(xì)胞)和人肺癌細(xì)胞(NCI-H460細(xì)胞)的增殖，且對(duì)人宮頸癌細(xì)胞(Hela細(xì)胞)和前列腺癌細(xì)胞(PC3)有一定的抑制作用。Yang等[6]合成并表征了金屬離子錳與大黃素的金屬配合物，并評(píng)價(jià)其抗腫瘤活性，用元素分析、紅外光譜、原子吸收光譜、核磁等手段確定其結(jié)構(gòu)，細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)顯示，配合物對(duì)人肝癌HepG2細(xì)胞、宮頸癌HeLa細(xì)胞、人乳腺癌MCF-7細(xì)胞、小鼠黑色素瘤B16細(xì)胞以及人三陰性乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞5種腫瘤細(xì)胞系的抑制作用較強(qiáng)，能誘導(dǎo)細(xì)胞形態(tài)學(xué)改變，降低細(xì)胞的存活率，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞G0/G1期阻滯和凋亡。潘曉麗等[7]合成了大黃素-銅金屬配合物，利用多種表征手段確定其結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，配合物對(duì)自由基的清除率較大黃素單體有明顯提高，表明金屬離子與中藥單體之間有協(xié)同作用。向暉等[8]合成了大黃酸與鉻、鐵以及銅三種金屬離子的配合物，并用原子吸收光譜法等對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn)，大黃酸形成配合物后其抗腫瘤活性較中藥單體有一定程度的提高。

2 香豆素類金屬配合物

香豆素是屬于苯駢α-吡喃酮家族的含氧雜環(huán)化合物，其能抑制凝血因子在肝臟的合成，競(jìng)爭(zhēng)性抑制維生素K的轉(zhuǎn)化。香豆素及其衍生物均可作為金屬配合物的配體。Zhu等[9]研究香豆素銅配合物在體內(nèi)、外對(duì)肺腺癌細(xì)胞(LA795細(xì)胞)的作用及機(jī)制發(fā)現(xiàn)，香豆素銅配合物能有效抑制LA795細(xì)胞的增殖，還能顯著誘導(dǎo)LA795細(xì)胞凋亡，同時(shí)上調(diào)p53和Bax的表達(dá)，下調(diào)Bcl-2的表達(dá)。此外，香豆素銅配合物能劑量依賴性地抑制LA795細(xì)胞的生長(zhǎng)，與細(xì)胞凋亡指數(shù)相一致?？傊?，香豆素銅配合物可通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡抑制LA795細(xì)胞的增殖，這可能與p53和Bax的上調(diào)及Bcl-2的下調(diào)有關(guān)。Kostova和Momekov[10]以鋯和雙香豆素為原料，合成3種雙香豆素鋯配合物，通過元素分析、紅外光譜、質(zhì)譜分析等進(jìn)行表征。對(duì)這3種新合成的配合物進(jìn)行細(xì)胞毒性評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，鋯配合物對(duì)急性骨髓性白血病細(xì)胞(HL-60細(xì)胞)和慢性粒細(xì)胞白血病細(xì)胞(LAMA-84細(xì)胞)均有一定的抑制作用。此類金屬配合物為新的抗增殖劑和抗癌化合物的研究提供了方向。Achar等合成一系列香豆素與銀的配合物發(fā)現(xiàn)，配合物對(duì)革蘭陽(yáng)性菌和革蘭陰性菌均表現(xiàn)出良好的抗菌作用，且對(duì)人肺癌細(xì)胞(A549細(xì)胞)和人肺癌細(xì)胞(H1975細(xì)胞)有一定的細(xì)胞毒性作用；需要注意的是，配合物對(duì)男性正常龜頭細(xì)胞(HS68細(xì)胞)表現(xiàn)出相對(duì)較小的細(xì)胞毒性。以上表明，銀離子與香豆素形成配合物之后在抗菌及抗肺癌方面表現(xiàn)出更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

3 黃酮類金屬配合物

黃酮類化合物是以2-苯基色原酮為母核的一類多酚類化合物，有抗腫瘤、抗感染、抗炎等藥理作用。槲皮素可與金屬鈧、鐵、鈷、鎳、銅等形成金屬配合物[12-15]，并通過紅外光譜、紫外-可見光譜、核磁共振氫譜、熱分析等表征出分子結(jié)構(gòu)。與槲皮素相比，槲皮素金屬配合物具有更強(qiáng)的抗腫瘤活性，作用機(jī)制包括影響DNA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抑制DNA的遺傳與復(fù)制；清除自由基，使DNA免受氧化損傷。Dolatabadi[16]研究了槲皮素及其金屬配合物與DNA的相互作用發(fā)現(xiàn)，配合物能插入到DNA的堿基對(duì)之間，影響DNA分子的內(nèi)部構(gòu)形，抑制DNA分子的遺傳與復(fù)制。Zhou等[17]研究了槲皮素與8種不同稀土元素的配合，并檢測(cè)其抗氧化和抗腫瘤活性，通過元素分析、熱分析、紅外光譜、核磁以及熒光光譜等手段合成了槲皮素金屬配合物。采用四唑鹽比色法和磺酰羅丹明B法測(cè)定了槲皮素及其配合物的抗氧化和抗腫瘤活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，配合物對(duì)所選腫瘤細(xì)胞的抑制率優(yōu)于槲皮素，清除自由基的能力更強(qiáng)，保護(hù)DNA免受氧化損傷和抗腫瘤作用較強(qiáng)。Raza等[18]合成了槲皮素鐵金屬配合物，通過元素分析、紅外光譜、質(zhì)譜分析等方式確定其結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，配合物較槲皮素具有更強(qiáng)的自由基清除活性，能干預(yù)DNA的合成，顯著切割超螺旋結(jié)構(gòu)的pBR-322DNA，并呈劑量依賴性。Tan等[19]研究了槲皮素鋅配合物的抗腫瘤活性發(fā)現(xiàn)，槲皮素鋅配合物可以嵌入到堆積的DNA堿基對(duì)中，并且與強(qiáng)的嵌入劑溴化乙啶競(jìng)爭(zhēng)嵌入結(jié)合位點(diǎn)；配合物對(duì)HepG2細(xì)胞、A549細(xì)胞均表現(xiàn)出顯著的細(xì)胞毒性；Hoechst染色顯示，HepG2細(xì)胞表現(xiàn)出典型的細(xì)胞凋亡形態(tài)學(xué)變化，表現(xiàn)為核收縮、染色質(zhì)凝聚或碎裂。槲皮素鋅配合物的抗腫瘤活性可能與其嵌入DNA有關(guān)。

Norma等[20]發(fā)現(xiàn)，蘆丁的化學(xué)結(jié)構(gòu)中具有與過渡金屬配位不同的位點(diǎn)，與金屬的絡(luò)合增強(qiáng)了其生物學(xué)活性。通過紫外-可見光譜、紅外光譜、元素分析以及核磁共振氫譜表征了蘆丁鋅配合物。對(duì)配合物的抗氧化、抗腫瘤活性以及體內(nèi)外毒性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并與蘆丁進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蘆丁鋅配合物在小鼠骨肉瘤模型中對(duì)正常成纖維細(xì)胞未顯示出細(xì)胞毒性，但對(duì)人白血病細(xì)胞(KG1)、人慢性髓系白血病細(xì)胞(K562)、人多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞(RPMI8226)、小鼠黑色素瘤細(xì)胞(B16F10)以及人皮膚惡性黑色素瘤(SK-Mel-28)細(xì)胞等表現(xiàn)出抗氧化活性和細(xì)胞毒性。在腹水癌模型中，蘆丁鋅配合物能調(diào)節(jié)線粒體的膜電位和細(xì)胞周期，調(diào)節(jié)血管生成以及與細(xì)胞凋亡有關(guān)的基因的表達(dá)。

4 糖及糖苷類金屬配合物

糖苷是單糖半縮醛羥基與另一分子的羥基、巰基縮合形成的含糖衍生物，分為硫苷、環(huán)烯醚萜苷等。Li等[21]制備了夏枯草多糖鋅配合物，并研究其對(duì)HepG2細(xì)胞增殖的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，配合物能通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，有效抑制HepG2細(xì)胞的增殖，并改變其形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)，使染色質(zhì)濃縮，導(dǎo)致細(xì)胞周期G0/G1期停滯。誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制可能是caspase-3蛋白和caspase-9蛋白的活化、活性氧的過度生成以及線粒體功能障礙。以上表明，夏枯草多糖鋅配合物可為人類治療和預(yù)防肝細(xì)胞肝癌提供幫助。

張茜等[22]以草烏多糖為配體，制備了4種多糖金屬配合物。細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，草烏多糖銅配合物對(duì)HepG2細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞(MCF7細(xì)胞)以及結(jié)腸癌細(xì)胞(HT-29細(xì)胞)表現(xiàn)出很強(qiáng)的抑制作用。Martínez等[23]將黃芩苷與氧化釩進(jìn)行配位絡(luò)合，在pH=9的乙醇中合成，并采用物理和化學(xué)方法進(jìn)行表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，配合物能有效改善配體在A549細(xì)胞中生成活性氧的能力，而細(xì)胞與抗氧化劑如維生素C、維生素E預(yù)孵育可逆轉(zhuǎn)該效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，配合物是通過氧化應(yīng)激機(jī)制抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[24]，細(xì)胞凋亡很大程度上取決于Bcl-2/Bax的相對(duì)變化。Islas等[25]研究發(fā)現(xiàn)，黃芩苷配合物具有比黃芩苷更強(qiáng)的結(jié)合力。

Ji等[26]在小鼠肺組織中發(fā)現(xiàn)，芍藥苷可以增強(qiáng)Smad7的表達(dá)，升高干擾素的水平，但僅輕度影響基質(zhì)金屬蛋白酶1和金屬蛋白酶抑制劑1信使RNA的表達(dá)。芍藥苷能劑量依賴性減弱轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1誘導(dǎo)的Snail和p-Smad2/3的表達(dá)，上調(diào)Smad7的表達(dá)，抑制A549細(xì)胞中p38和絲裂原活化蛋白激酶的表達(dá)。夏小健和黃蓓[27]的研究表明，芍藥苷對(duì)肝炎、肝損傷以及肝纖維化有保護(hù)作用，其機(jī)制主要與不同信號(hào)通路引起的細(xì)胞凋亡、阻止癌細(xì)胞增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移以及保護(hù)肝臟功能等有關(guān)。晏雪生等[28]研究表明，芍藥苷能明顯抑制HepG2細(xì)胞增殖，在一定程度上誘導(dǎo)其凋亡，并能上調(diào)凋亡調(diào)控基因Bax和p53的表達(dá)，下調(diào)抗凋亡基因Bcl-2表達(dá)。Lee等[29]報(bào)道，芍藥苷對(duì)p53通路缺陷的肝癌細(xì)胞株(Hep3B)有抑制作用，能通過促進(jìn)細(xì)胞凋亡抑制肝癌。Hung等[30]研究發(fā)現(xiàn)，芍藥苷可通過Fas/FasL信號(hào)通路抑制A549細(xì)胞的生長(zhǎng)，通過增加細(xì)胞內(nèi)相關(guān)信號(hào)蛋白的表達(dá)，活化下游信號(hào)蛋白，提高下游caspase-8的表達(dá)，影響細(xì)胞凋亡途徑，從而抑制A549細(xì)胞的生長(zhǎng)。

Hu等[31]探討了丹參與赤芍合用誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞凋亡的機(jī)制發(fā)現(xiàn)，其通過上調(diào)caspase-3、caspase-9以及p53的表達(dá)，下調(diào)Bcl-2的表達(dá)發(fā)揮作用。Li等[32]發(fā)現(xiàn)，芍藥苷通過下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶9的表達(dá)、上調(diào)miR-16的表達(dá)，抑制和誘導(dǎo)人膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖與凋亡。Shi等[33]發(fā)現(xiàn)，抑制細(xì)胞凋亡有助于治療椎間盤內(nèi)破裂(internal disc disruption,IDD)，建立家兔IDD模型，根據(jù)給藥劑量分為芍藥苷高劑量組(120 mg/kg)、芍藥苷低劑量組(30 mg/kg)、模型生理鹽水組以及無IDD的正常對(duì)照組。研究發(fā)現(xiàn)，與模型生理鹽水組比較，低、高劑量組Bax蛋白的表達(dá)水平顯著降低，Bcl-2蛋白的表達(dá)水平顯著升高(P<0.01)，caspase-3和切割caspase-9的表達(dá)水平降低(P<0.05)，凋亡指數(shù)較模型生理鹽水組下降(P<0.05)。研究顯示，芍藥苷通過調(diào)節(jié)Bcl-2家族蛋白的表達(dá)，抑制髓核細(xì)胞的凋亡和caspase-3和caspase-9的活化。Hu等[34]研究芍藥苷對(duì)大鼠關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞凋亡的影響及其可能的分子機(jī)制發(fā)現(xiàn)，芍藥苷處理后關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞Bax和caspase-3蛋白的水平下調(diào)，Bcl-2蛋白的水平上調(diào)，確定芍藥苷是通過磷酸化蛋白激酶B調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑預(yù)防和治療骨關(guān)節(jié)炎。

5 小 結(jié)

通過查閱近年來關(guān)于天然藥物中有效成分與金屬離子形成配合物的文獻(xiàn)不難發(fā)現(xiàn)，配合物更多的是利用金屬離子對(duì)藥物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，與中藥單體形成協(xié)同作用，從而達(dá)到更強(qiáng)的抗炎、抗菌及抗腫瘤作用。目前金屬配合物的合成除常規(guī)方法外，還有很多新的思路和途徑，這為研制新的金屬配合物提供了有效途徑。對(duì)中藥中有效成分的解析還需要從分子水平進(jìn)一步的闡述及證明，中藥中有效成分的主要活性成分大多是羥基、羧基等可以形成配位離子鍵的基團(tuán)，再以金屬離子作為中心離子，可形成新的配合物。相較于原本的中藥單體，這些配合物的藥理作用發(fā)生了變化，如原有藥理作用增強(qiáng)、具有新的藥理作用、減輕了原本的藥物毒性等。

藥物的治療作用與毒性作用是相互共存且對(duì)立統(tǒng)一的，使藥物的毒性作用減小的同時(shí)讓治療作用增強(qiáng)是藥物不斷更新發(fā)展的動(dòng)力，也是尋找新藥的目標(biāo)。在這方面，配位化合物就是使更多具有藥理活性的金屬化合物經(jīng)過配位結(jié)構(gòu)修飾，再與天然中藥絡(luò)合，達(dá)到高效低毒的作用，其為研究新型抗腫瘤藥物提供新的方向。