小分子石蒜堿抗腫瘤作用的研究進(jìn)展

馬徐民，田 鳳，胡美純，王 華

湖北科技學(xué)院藥學(xué)院；基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究中心，湖北 咸寧 437100

腫瘤是在許多致癌因素的作用下，引起局部組織增生而形成的新生物，并可以通過(guò)血液、淋巴液進(jìn)行遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移至全身不同臟器，是目前威脅人類健康最重要的疾病之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)世界上每年都有超過(guò)1 400 萬(wàn)的人患上腫瘤［1］，并在2015 年之后腫瘤在全球死亡病因中列居第二［2］。飲食、慢性炎癥、吸煙、輻射、大氣環(huán)境污染等都可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。

小分子化合物一直被廣泛應(yīng)用于各種疾病的治療當(dāng)中，尤其是植物中的成分運(yùn)用甚為突出。與傳統(tǒng)藥物相比，小分子靶向藥物治療腫瘤具有副作用更小、特異性更高以及藥效更高等優(yōu)勢(shì)，目前是腫瘤藥物治療的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)腫瘤治療采用的放化療結(jié)合方法對(duì)正常細(xì)胞損傷較大，且患者到中后期會(huì)出現(xiàn)許多不良反應(yīng)導(dǎo)致病情進(jìn)一步加重。分子靶向治療是通過(guò)生化等手段確定腫瘤的信號(hào)通路或者分子標(biāo)記物為靶點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)藥物治療腫瘤的方法。小分子藥物的吸收不是由消化道上皮細(xì)胞介導(dǎo)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，而是通過(guò)濃度梯度提供動(dòng)力的自由擴(kuò)散方式進(jìn)行吸收，并且因分子量較小的原因則更易通過(guò)血腦屏障作用于中樞系統(tǒng)。

石蒜堿屬于吡咯苯三甲酸生物堿［3］（化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1 所示），由石蒜鱗莖提取而來(lái)，具有良好的抗病毒、抗炎、抗腫瘤活性［4］，作用機(jī)制多樣。早在1976 年，Jimenez 和他的同事首次發(fā)現(xiàn)了石蒜堿的抗腫瘤活性。科學(xué)家們陸續(xù)對(duì)石蒜堿進(jìn)行了大量研究［5］。目前有關(guān)石蒜堿對(duì)不同類型腫瘤的作用靶點(diǎn)研究已經(jīng)陸續(xù)被報(bào)道。大量研究表明，石蒜堿可以通過(guò)調(diào)節(jié)大部分的腫瘤分子靶點(diǎn)和信號(hào)通路，產(chǎn)生誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、調(diào)控腫瘤細(xì)胞周期、影響腫瘤細(xì)胞自噬，以及抑制腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移等多種作用［6］。隨著科學(xué)研究的不斷深入，越來(lái)越多的靶點(diǎn)以及信號(hào)通路漸漸被闡明，本文就石蒜堿通過(guò)作用于腫瘤細(xì)胞的分子靶點(diǎn)以及信號(hào)通路等調(diào)控機(jī)制進(jìn)行綜述。

圖1 石蒜堿化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structure of lycorine

1 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡主要有兩種途徑：外部途徑，主要通過(guò)細(xì)胞間的死亡配基（Fas 配基）來(lái)激活死亡受體，再通過(guò)促細(xì)胞凋亡信號(hào)通路使啟動(dòng)子半胱氨酸蛋白酶8（Caspase8）和執(zhí)行因子半胱氨酸蛋白酶3（Caspase3）、半胱氨酸蛋白酶7（Csapase7）被激活并啟動(dòng)凋亡程序；內(nèi)部途徑，是通過(guò)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)（例如DNA 損傷、細(xì)胞應(yīng)激、異常細(xì)胞信號(hào)等）引起凋亡蛋白Bax、bcl 家族蛋白的活化從而激活線粒體釋放細(xì)胞色素C、啟動(dòng)Caspase9 的活化或形成凋亡小體從而使細(xì)胞凋亡。線粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡通路與促生存調(diào)節(jié)蛋白Bcl-2、Bcl-xl、Mcl-1、以及促凋亡調(diào)節(jié)蛋白Bax、Bid 家族成員有關(guān)，這些蛋白家族成員可以調(diào)控線粒體外膜的通透性從而促進(jìn)細(xì)胞色素C 的釋放［7］，線粒體釋放的細(xì)胞色素C 促進(jìn)支架蛋白凋亡蛋白酶激活因子1（apoptosis protease-activating factor-1，APAF1）上caspase9 的釋放，線粒體同時(shí)釋放出線粒體介導(dǎo)的caspases 激活蛋白（second mitochondria-derived activator of caspases，SMAC）阻斷caspase 抑制劑X 連鎖凋亡抑制蛋白（X-linked inhibitor of apoptosis protein，XIAP）激活caspase-9，從而促進(jìn)細(xì)胞的凋亡［8-10］，其調(diào)控機(jī)制如圖2 所示。

圖2 石蒜堿參與調(diào)控的細(xì)胞凋亡信號(hào)通路Fig.2 Pathway of lycorine involved in apoptotic signaling

有文獻(xiàn)報(bào)道，石蒜堿通過(guò)失活TCRP1/Akt/mTOR 通路從而促進(jìn)人肝癌細(xì)胞的自噬和凋亡［11］。石蒜堿還可以通過(guò)介導(dǎo)并影響mTOR-S6K 信號(hào)通路誘導(dǎo)肺癌A549 細(xì)胞凋亡［12］。并且，石蒜堿還可以對(duì)腎癌、膀胱癌、乳腺癌、前列腺癌等都有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用［13-17］，研究發(fā)現(xiàn)，它還可以作為線粒體和其他凋亡通路的誘導(dǎo)劑，介導(dǎo)并下調(diào)抗凋亡Bcl-2 家族蛋白的表達(dá)，從而使下游的促凋亡蛋白BAX 的表達(dá)量增加并導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡［18-23］。此外，石蒜堿可能參與調(diào)控另外一種Bcl-2 家族蛋白Mcl-1，因此Mcl-1 被認(rèn)為是誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的另外一個(gè)重要的分子靶點(diǎn)。石蒜堿通過(guò)固有線粒體途徑誘導(dǎo)caspases 激活前蛋白進(jìn)而下調(diào)Mcl-1 并參與促進(jìn)人白血病細(xì)胞凋亡［24］，這預(yù)示著石蒜堿具有成為白血病治療藥物的潛在可能。在膀胱癌中，石蒜堿抑制蛋白激酶B（protein kinase B，PKB 或Akt）的表達(dá)以及激活caspase-3 和Bax，激活固有的凋亡信號(hào)傳導(dǎo)通路，導(dǎo)致膀胱癌細(xì)胞凋亡［14］。由于PI3K/Akt/mTOR 通路的表達(dá)改變與超過(guò)40%的膀胱癌相關(guān)，因此，石蒜堿對(duì)膀胱癌具有良好的治療潛力［25］。

2 抑制細(xì)胞周期

根據(jù)腫瘤細(xì)胞的來(lái)源不同，石蒜堿可將其細(xì)胞周期阻滯于G0/G1 或G2/M 期。在細(xì)胞周期中，特異性的周期蛋白、周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent protein kinases，Cdks）和細(xì)胞周期蛋白依賴激酶抑制劑Cip/Kip 或INK 家族細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子（CDK inhibitor，CKI）共同協(xié)調(diào)并在細(xì)胞的整個(gè)G1、S、G2 和M 期發(fā)揮作用。

石蒜堿通過(guò)下調(diào)細(xì)胞周期蛋白-D（cyclin-D）和細(xì)胞周期素依賴性激酶4（CDK4），誘導(dǎo)多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞KM-3 和慢性髓細(xì)胞白血病細(xì)胞系G1期 細(xì) 胞 周 期 阻 滯［22，26-27］。然 而，在 卵 巢 癌 細(xì) 胞HeyB1 和急性早幼粒細(xì)胞白血病細(xì)胞HL-60 中，石蒜堿可以分別通過(guò)在G2/M 期下調(diào)cyclin-D3、CDK6 和cyclin-E、CDK2 誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯［28］，具體作用機(jī)制如圖3所示。p21是Cip/Kip周期蛋白依賴性激酶抑制劑家族的關(guān)鍵成員，能夠結(jié)合并直接抑制cyclin E-Cdk2和cyclin B-Cdc2的活性［17，29-31］。研究表明，無(wú)論腫瘤細(xì)胞是什么來(lái)源，石蒜堿都能上調(diào)p21 的表達(dá)，因此，有人認(rèn)為p21 在G1 期或G2期介導(dǎo)了石蒜堿誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯。腫瘤抑制因子p53 調(diào)控p21 的表達(dá)和活性。雖然石蒜堿可以誘導(dǎo)p21 表達(dá)抑制細(xì)胞周期進(jìn)程，但上調(diào)p21 的上游效應(yīng)還不清楚。研究發(fā)現(xiàn)，石蒜堿可上調(diào)p53 作為p21 的上游誘導(dǎo)因子的表達(dá)，然而它也可以上調(diào)p53 缺 失 的 白 血 病 細(xì) 胞 系 中p21 的 表 達(dá)［27，32］。因此，這提示p21 的上調(diào)可能是由p53 獨(dú)立通路介導(dǎo)的，而p21 可能是石蒜堿發(fā)揮細(xì)胞周期抑制活性的直接靶點(diǎn)。

圖3 石蒜堿抑制腫瘤細(xì)胞周期Fig.3 Cycle of lycorine inhibiting tumor cell

3 影響細(xì)胞自噬

細(xì)胞自噬是一種通過(guò)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)所引起的，將細(xì)胞內(nèi)受損失活的大分子物質(zhì)、細(xì)胞器、以及代謝廢物送至溶酶體中降解的過(guò)程，降解后的細(xì)胞供能物質(zhì)可以繼續(xù)留在細(xì)胞內(nèi)并被進(jìn)一步充分利用［33］。尤其在進(jìn)展期的腫瘤細(xì)胞中，細(xì)胞自噬作為一種腫瘤細(xì)胞常見(jiàn)的生存方式參與維持細(xì)胞能量穩(wěn)定、影響化療藥物的活性、以及誘導(dǎo)細(xì)胞死亡等過(guò)程［34-37］。目前，自噬是如何促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的具體機(jī)制尚不清楚，其機(jī)制可能與DNA 損傷后介導(dǎo)的凋亡以及同時(shí)激活高遷移率組box 1 受體介導(dǎo)的晚期糖基化終產(chǎn)物RAGE 信號(hào)軸（HMGB1-RAGE 信號(hào)通路）有極大關(guān)系［38-40］。

高遷移率族蛋白HMGB1（high mobility group box-1 protein），1973 年首次在牛胸腺中被提取和鑒定，因其在聚丙烯酰胺凝膠電泳中的高遷移能力而得名，它是一個(gè)擁有215 個(gè)氨基酸殘基的分子，并且已經(jīng)證實(shí)其與包括腫瘤在內(nèi)的多種疾病有關(guān)［41］，這種分子在細(xì)胞中發(fā)揮作用的關(guān)鍵因素主要取決于其自身的亞細(xì)胞定位。HMGB1 的應(yīng)激信號(hào)路徑的傳導(dǎo)以及自噬激活作用在細(xì)胞外、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核中都分別發(fā)揮著不同的作用［42-45］。有研究報(bào)道，HMGB1-RAGE 信號(hào)通路不僅可以介導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)還可以促進(jìn)炎癥因子的激活從而促進(jìn)結(jié)腸癌的發(fā)生和發(fā)展，并成為了由炎癥因素導(dǎo)致腫瘤形成的經(jīng)典通路之一［46-47］。同時(shí)，石蒜堿是一種有效的自噬抑制劑，它可以誘導(dǎo)HMGB1 蛋白酶體降解抑制MEK-ERK 信號(hào)通路的激活，從而降低Bcl-2 磷酸化，最終抑制細(xì)胞自噬［48］。還有文獻(xiàn)指出石蒜堿可以通過(guò)降低耐藥相關(guān)蛋白1（Tongue cancer resistance-related protein 1，TCRP1）的表達(dá)水平誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡和自噬；進(jìn)一步抑制TCRP1 蛋白后可以降低Akt 磷酸化水平，從而抑制Akt/mTOR 信號(hào)通路［11］，石蒜堿參與的細(xì)胞自噬相關(guān)細(xì)胞信號(hào)調(diào)控機(jī)制如圖4 所示。

4 抑制腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移

腫瘤侵襲是惡性腫瘤細(xì)胞從原發(fā)瘤或繼發(fā)瘤向鄰近的宿主組織侵犯或占領(lǐng)的過(guò)程。而腫瘤轉(zhuǎn)移是指腫瘤細(xì)胞由血管、淋巴管、體腔等途徑把腫瘤細(xì)胞由原發(fā)部位帶到另一組織或器官繼續(xù)生長(zhǎng)并形成與原發(fā)瘤病理類型相同病灶的過(guò)程。惡性腫瘤通常都伴有侵襲與轉(zhuǎn)移，兩者相互依賴，相互促進(jìn)。

圖4 石蒜堿參與的細(xì)胞自噬調(diào)控機(jī)制Fig.4 Regulating mechanism of lycorine suppressing autophagy

局部粘著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是重要的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之一。在一項(xiàng)體內(nèi)研究中，石蒜堿不僅抑制異種移植模型中乳腺腫瘤的生長(zhǎng)，而且通過(guò)阻斷Src/FAK 途徑抑制人乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231 尾靜脈模型中乳腺腫瘤的轉(zhuǎn)移［49］。

Ark 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是信號(hào)通路中的一個(gè)重要分支，它在細(xì)胞生長(zhǎng)、血管生成、腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移過(guò)程中起重要作用。已有研究證明石蒜堿通過(guò)抑制Ark 的表達(dá)以及隨后的體外激活caspase3 和Bax，最終誘導(dǎo)人膀胱癌T24 細(xì)胞凋亡［14］。在肝癌細(xì)胞中，石蒜堿通過(guò)TCRP1/Akt/mTOR 通路促進(jìn)細(xì)胞凋亡和自噬［11］。石蒜堿還能抑制信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducers and activators of transcription，STAT）的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，降低轉(zhuǎn)錄因子TWIST 的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞上皮樣變，逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞間質(zhì)特征，使得n-鈣粘蛋白、波形蛋白、纖連蛋白的表達(dá)均減少，E-鈣粘蛋白表達(dá)增加，從而維持細(xì)胞連接，阻斷腫瘤細(xì)胞遷移和入侵的途徑［50-51］。

5 抑制腫瘤血管生成

血管是血液與血管周圍的組織、器官進(jìn)行物質(zhì)交換的重要場(chǎng)所，尤其是毛細(xì)血管，它是僅由一層內(nèi)皮細(xì)胞所構(gòu)成的大小介于動(dòng)脈和靜脈末梢之間的管道，分布于全身的各個(gè)器官。毛細(xì)血管內(nèi)血液流動(dòng)極為緩慢，是機(jī)體物質(zhì)交換的最重要場(chǎng)所，豐富的物質(zhì)交換同時(shí)也給機(jī)體正常組織或腫瘤組織的生長(zhǎng)創(chuàng)造了有利條件。

腫瘤促進(jìn)新生血管的形成是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，通常包括血管內(nèi)皮細(xì)胞移行、內(nèi)皮基質(zhì)降解、內(nèi)皮細(xì)胞增殖、內(nèi)皮細(xì)胞管道化以及血管環(huán)和基底膜的形成等步驟［52-53］。腫瘤組織內(nèi)的血管結(jié)構(gòu)、功能、基質(zhì)的異常導(dǎo)致腫瘤內(nèi)部血管容易發(fā)生滲漏，更有利于腫瘤細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。因此抑制腫瘤血管生成在控制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移方面有著重要作用。

表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）是上皮生長(zhǎng)因子細(xì)胞增殖和信號(hào)傳導(dǎo)的受體，它與腫瘤細(xì)胞血管生成、腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移及細(xì)胞凋亡的抑制有著密切關(guān)聯(lián)。有文獻(xiàn)報(bào)道石蒜堿可以調(diào)節(jié)EGFR 的表達(dá)，使EGFR 及磷酸化表皮生長(zhǎng)因子受體（phosphorylation-epidermal growth factor receptor，p-EGFR）表達(dá)同時(shí)減少?gòu)亩种粕窠?jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的生長(zhǎng)［54］。血管內(nèi)皮鈣黏蛋白（VE-cadherin）是血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附連接的特異性蛋白，并在血管發(fā)生、形成、細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面發(fā)揮重要作用［55］。石蒜堿可以通過(guò)降低VE-cadherin 基因表達(dá)和減少細(xì)胞表面對(duì)該蛋白的暴露來(lái)抑制黑色素瘤C8161 細(xì)胞的血管生成［56-57］，詳細(xì)分子機(jī)制如圖5 所示。

圖5 石蒜堿抑制腫瘤血管生成Fig.5 Lycorine inhibiting angiogenesis

6 結(jié) 語(yǔ)

石蒜堿在抗腫瘤藥物中具有極大的開(kāi)發(fā)潛力?？鼓[瘤藥物一般會(huì)產(chǎn)生耐藥性，且靶向性較差、副作用較大。但石蒜堿作為一種植物生物堿，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，來(lái)源廣泛，有著較好的開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)。石蒜堿在低濃度下就可以產(chǎn)生強(qiáng)效抗腫瘤作用。但由于石蒜堿水溶性差，在很多方面限制了其在抗癌藥物方面的開(kāi)發(fā)研究。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，納米藥物具有增加藥物可溶性，靶向性高的特點(diǎn)，納米藥物越來(lái)越得到大家的認(rèn)可［58-59］。石蒜堿與納米技術(shù)相結(jié)合，會(huì)促進(jìn)石蒜堿抗腫瘤藥物的發(fā)展。相信通過(guò)科研工作者的深入研究，石蒜堿有望上市成為一種新型的小分子靶向性抗腫瘤藥物。