烏索酸對(duì)腫瘤及腫瘤干細(xì)胞的作用

楊凌，蘇秀蘭

（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，臨床醫(yī)學(xué)研究中心，呼和浩特010050）

烏索酸（ursolic acid , UA或3β-hydroxyurs-12-en-28-oic acid）是在植物界普遍存在的三萜類(lèi)化合物，可從各種植物如迷迭香、馬郁蘭、薰衣草、百里香和有機(jī)香草等的葉子、水果如蘋(píng)果果皮、花和漿果中分離提取。近年來(lái)，關(guān)于UA的活性和低毒性的研究不斷增加，并且受到了廣泛的關(guān)注。研究表明，UA通過(guò)介導(dǎo)一些藥理過(guò)程和調(diào)節(jié)幾種信號(hào)通路而預(yù)防慢性病的發(fā)展，它表現(xiàn)出抗炎、抗癌、抗氧化、抗糖尿病、抗肥胖、肝臟保護(hù)、神經(jīng)保護(hù)、心臟保護(hù)、抗骨骼肌萎縮等作用，多應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)充劑、化妝品和保健品中。最近十年中，很多的研究都致力于從各種水果，植物和草藥中分離和純化這種三萜類(lèi)化合物，制備更有效的水溶性衍生物，同時(shí)通過(guò)藥理學(xué)和分子生物學(xué)探討了UA在各種疾病中的臨床應(yīng)用價(jià)值。本文分別從呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和皮膚系統(tǒng)腫瘤和腫瘤干細(xì)胞這七個(gè)方面對(duì)UA應(yīng)用于腫瘤治療的研究進(jìn)行綜述，詳細(xì)闡述了UA在腫瘤治療中的作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展。

1 烏索酸

UA（圖1）是五環(huán)三萜類(lèi)羧酸化合物（C30H48O3）分子量為456.71。其來(lái)源多種多樣，包括植物的葉、花朵和藥用植物的果實(shí)如枇杷（eriobotrya japonica）、帚石楠（calluna vulgaris）、迷失香（rosmarinusof ficinalis）和烏墨蒲桃（eugeniajambolana）[1]。根據(jù)異戊二烯單元的數(shù)量，萜類(lèi)化合物是一種通過(guò)角鯊烯環(huán)化合成的天然物質(zhì)[2]。五環(huán)三萜類(lèi)化合物是含有六個(gè)異戊二烯單元的分子，基本分子式為C30H48Ox，它們普遍在骨架上有5個(gè)環(huán)[3]。文獻(xiàn)報(bào)道五環(huán)三萜類(lèi)化合物具有很多的功能，是研究的熱點(diǎn)。這類(lèi)化合物可能通過(guò)誘導(dǎo)抗炎反應(yīng)，細(xì)胞保護(hù)和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡對(duì)癌癥、肥胖癥、骨質(zhì)疏松癥、動(dòng)脈粥樣硬化和心血管疾病等相關(guān)的慢性疾病產(chǎn)生療效[4]。

圖1烏索酸的結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Molecular structure of ursolic acid

UA具有多種生物學(xué)功能[5]，包括抑制腫瘤發(fā)生、抑制腫瘤生長(zhǎng)和抑制血管生成。此外，UA具有抗動(dòng)脈粥樣硬化、抗炎、保肝護(hù)胃、預(yù)防糖尿病和心血管治療的能力[6]。UA還可以保護(hù)大鼠肝臟免受氯仿和D-半乳糖胺誘導(dǎo)的肝損傷[7]，在肝臟中起抗纖維化的作用[8]。UA對(duì)幾種葡萄球菌菌株也具有抗菌活性[9]。另一方面，UA是代謝綜合征的有效抑制劑，例如降低高血壓，甘油三酯，減少炎癥單核細(xì)胞積聚和相關(guān)的動(dòng)脈粥樣硬化[10-12]。為了進(jìn)一步改善UA的活性和生物利用度，研究者進(jìn)行了許多結(jié)構(gòu)改造研究，一些重要的修飾包括C-3 / C-28，C-11，C-17和C-28位置的修飾以及在C-2 / C-3位置和環(huán)A的修飾[13]。研究表明，在3-OH和/或17-COOH位置進(jìn)行修飾的UA衍生物在體外和體內(nèi)均表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤作用[14]。此外，用哌嗪基團(tuán)，特別是在C-28位置的哌嗪部分修飾的UA會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制癌細(xì)胞增殖作用[15]。由于UA在中醫(yī)藥治療方面具有多種多樣的療效，近幾年來(lái)，盡管對(duì)UA已經(jīng)開(kāi)展了深入研究，以闡明其發(fā)揮作用的確切機(jī)制，然而目前為止，這些機(jī)制尚未確定[2]。目前旨在預(yù)測(cè)UA分子靶標(biāo)的研究已經(jīng)開(kāi)展，分析了UA預(yù)測(cè)靶標(biāo)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑。來(lái)自這些研究的生物信息數(shù)據(jù)表明，有611種可能的分子蛋白作為與UA相互作用的靶點(diǎn)，還有超過(guò)49種功能簇對(duì)UA進(jìn)行響應(yīng)[8]。值得注意的是，UA作用后有76個(gè)顯著富集的通路，包括MAPK，p53和mTOR通路[8]。

2 烏索酸的抗腫瘤作用

大量研究表明，UA在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中均發(fā)揮良好的抗癌作用。UA可以調(diào)節(jié)嚙齒動(dòng)物和人腫瘤細(xì)胞的代謝，其抗癌機(jī)制與抑制腫瘤發(fā)生和癌細(xì)胞增殖、促進(jìn)細(xì)胞周期停滯、調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和自噬相關(guān)。

2.1 UA對(duì)消化系統(tǒng)腫瘤的作用

2.1.1 胃癌

Xiang等研究表明，UA可以抑制胃癌細(xì)胞BGC-823[16]和MGC-803[17]增殖，導(dǎo)致細(xì)胞G1期百分比增加，分子機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，UA處理后能上調(diào)BGC-823細(xì)胞中miR-133a的水平，降低Akt1的表達(dá)[16]。UA通過(guò)上調(diào)Bax和下調(diào)Bcl-2的表達(dá)而激活Caspase-3，或通過(guò)將ROCK1和PTEN從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至線粒體來(lái)激活Caspase-3 和Caspase-9，促進(jìn)BGC-823[16]、MGC-803[17]、SGC-7901[18]和 SNU-484細(xì)胞的凋亡[16,17,19]。Kim等人的研究發(fā)現(xiàn)，UA通過(guò)降低基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-2表達(dá)來(lái)抑制SNU-484細(xì)胞的遷移[19]。另外，UA還可以增加胃癌細(xì)胞對(duì)放化療的敏感性。UA可以增強(qiáng)胃癌細(xì)胞BGC-823細(xì)胞對(duì)化療藥物紫杉醇的敏感性，其機(jī)制與UA對(duì)PI3K/Akt信號(hào)通路的抑制和P-gp的表達(dá)降低相關(guān)[20]。UA能夠增強(qiáng)胃癌細(xì)胞BGC-823對(duì)放療的敏感性，這可能與UA作用后增加了ROS的產(chǎn)生，導(dǎo)致G2/M期阻滯和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡有關(guān)[21]。

2.1.2 肝癌和膽囊癌

UA可以抑制肝癌HepG2細(xì)胞生長(zhǎng)[22]，誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞系如HepG2，Hep3B，Huh7和HA22T中的促凋亡信號(hào)[22-24]。研究顯示，UA具有顯著促凋亡作用，能夠增加人肝癌細(xì)胞中Caspase-3和Caspase-8的水平以及DNA片段化[38]，或是通過(guò)激活A(yù)MPK，促GSK3β磷酸化，抑制DNA甲基1（DNMT1）和轉(zhuǎn)錄因子Sp1表達(dá)[22,23]，。UA抑制肝癌細(xì)胞遷移的機(jī)制與其抑制FAK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)[25]。Yang等人的研究顯示，UA具有促進(jìn)多柔比星耐藥的HepG2細(xì)胞凋亡的作用，這可能與UA活化BAX，從而促半胱天冬酶非依賴(lài)性細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）核轉(zhuǎn)位有關(guān)[26]。另外，UA還可以抑制膽囊癌腫瘤的生長(zhǎng)，通過(guò)阻滯腫瘤細(xì)胞周期于S期，并且激活Caspase-3和9，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[27]。

2.1.3 結(jié)直腸癌

UA抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖的研究表明，UA可以阻滯細(xì)胞周期于G0/G1期，作用機(jī)制可能涉及cyclin D1、CKD4和MDM2表達(dá)的降低，p53和p21表達(dá)的上調(diào)[28-30]。UA通過(guò)上調(diào)BAX、抑制Bcl-2表達(dá)來(lái)活化Caspase-3和Caspase-9從而誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞的凋亡[17,29,31]。UA可以通過(guò)活化JNK促進(jìn)凋亡耐受結(jié)直腸癌細(xì)胞自噬[32]。研究顯示，UA通過(guò)抑制NF-κB，下調(diào)MMP-9的表達(dá)來(lái)抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[30,31]，它還可通過(guò)抑制VEGF-A和bFGF的表達(dá)，發(fā)揮抑制結(jié)直腸癌的血管生成[30,31]的功能。Shan等人的研究證明，在多藥耐藥結(jié)腸癌細(xì)胞中，UA下調(diào)Bcl-2、Bcl-xL和survivin的表達(dá)，抑制了多藥耐藥結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖[33]。

2.1.4 胰腺癌

胰腺癌是世界上最致命的癌癥之一。雖然吉西他濱作為標(biāo)準(zhǔn)化療藥物已被證實(shí)有效，但反應(yīng)率仍為5.4%，5年生存率極差。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，UA可抑制胰腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)并誘導(dǎo)凋亡，其機(jī)制可能涉及PI3K/Akt/NF-κB途徑的失活和c-Jun-末端激酶（JNK）途徑的激活。此外，在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，UA在裸鼠異種移植的胰腺癌細(xì)胞中引起細(xì)胞毒性[34]。在裸鼠模型中，口服UA增強(qiáng)吉西他濱的作用，抑制腫瘤的生長(zhǎng)，UA和吉西他濱的組合抑制了癌細(xì)胞向遠(yuǎn)端器官如肝和脾的轉(zhuǎn)移[35]。

2.2 UA對(duì)泌尿和生殖系統(tǒng)腫瘤的作用

在乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、膀胱癌和宮頸癌中，UA有抑制腫瘤細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)凋亡和自噬的作用。

2.2.1 乳腺癌

UA通過(guò)上調(diào)p53和p21、下調(diào)MDM2和TOPK的表達(dá)，阻滯乳腺癌細(xì)胞周期于G1期[29]。此外，UA能抑制Akt的活化，促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的自噬和凋亡。它還降低磷酸-細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2水平和線粒體膜去極化的潛力[39]。同時(shí)也有報(bào)道，UA誘導(dǎo)Akt活化，增加氧化系統(tǒng)，并降低乳腺癌細(xì)胞中三磷酸腺苷（ATP），丙酮酸激酶和己糖激酶2的水平[40,41]。UA可能是AMPK的有效調(diào)節(jié)因子，它可抑制體內(nèi)糖酵解和腫瘤生長(zhǎng)。所以，在不同的情況下，UA對(duì)Akt的作用可能完全相反，進(jìn)而調(diào)節(jié)不同的生物學(xué)過(guò)程。

2.2.2 卵巢癌

UA促進(jìn)卵巢癌細(xì)胞SKOV3的凋亡，這可能與Caspase-3和Caspase-9的激活有關(guān)[42]。Meng等人的研究表明，UA通過(guò)降低MMP-2和MMP-9的表達(dá)來(lái)抑制卵巢癌細(xì)胞HO-8910PM的侵襲和轉(zhuǎn)移[43]。Shin等人發(fā)現(xiàn)，UA可以抑制順鉑耐藥卵巢癌細(xì)胞增殖，作用機(jī)制與UA阻滯腫瘤細(xì)胞周期于G0/G1期和誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡有關(guān)[44]。

2.2.3 前列腺癌

UA抑制前列腺癌細(xì)胞的增殖，促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的凋亡。研究顯示，其機(jī)制可能與UA可以調(diào)控PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路有關(guān)[45]。UA促前列腺癌細(xì)胞PC3凋亡和自噬，但3-methyladenine或RNA干擾抑制自噬，并可增強(qiáng)UA對(duì)PC3細(xì)胞凋亡的作用[46]。研究結(jié)果暗示，UA對(duì)細(xì)胞凋亡和自噬的調(diào)節(jié)，也要在具體的環(huán)境中進(jìn)行分析，不能籠統(tǒng)的一概而論。

2.2.4 膀胱癌和宮頸癌

UA可降低ATP的產(chǎn)生并激活A(yù)MPK，從而抑制膀胱癌細(xì)胞T24的增殖[47]。UA促進(jìn)人膀胱癌細(xì)胞的凋亡，作用機(jī)制與UA抑制NF-κB和Bcl-2的表達(dá)，激活Caspase-3相關(guān)[48]。UA促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞TC-1的自噬[49,50]，可能與UA調(diào)節(jié)Atg5的表達(dá)相關(guān)[49]。

2.3 UA對(duì)肺癌的作用

研究表明，UA可抑制肺癌細(xì)胞的增殖、侵襲和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），其機(jī)制和UA降低VEGF和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1水平、降低AEG-1、細(xì)胞間黏附分子-1（ICAM-1）、MMP-9和MMP-2的表達(dá)相關(guān)[36,37]。VRK1主要控制細(xì)胞存活，是肺腺癌中的主要調(diào)節(jié)因子，被認(rèn)為是適應(yīng)性途徑中的關(guān)鍵分子。研究人員發(fā)現(xiàn)，UA通過(guò)直接結(jié)合VRK1的催化結(jié)構(gòu)域來(lái)抑制VRK1的催化活性，并抑制肺癌細(xì)胞中VRK1誘導(dǎo)的53BP1的聚集，并且UA與DNA損傷藥物具有協(xié)同的抗癌作用[38]。

2.4 UA對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的作用

惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤是最常見(jiàn)的原發(fā)性腦腫瘤，臨床實(shí)踐中迫切需要治療神經(jīng)膠質(zhì)瘤的新方法。研究人員評(píng)估了UA對(duì)膠質(zhì)瘤細(xì)胞U87MG的影響，并探討了其分子機(jī)制。結(jié)果表明，在U87MG細(xì)胞中，UA誘導(dǎo)G1期阻滯和自噬。 UA誘導(dǎo)自噬的證據(jù)包括酸性囊泡細(xì)胞器的形成，自噬溶酶體的增加和LC3-II的積累。研究還發(fā)現(xiàn)UA誘導(dǎo)ER應(yīng)激和細(xì)胞內(nèi)鈣的增加并伴隨ROS的產(chǎn)生。由UA誘導(dǎo)的游離胞質(zhì)鈣的增加激活CaMKK-AMPK-mTOR激酶信號(hào)級(jí)聯(lián)，最終引發(fā)自噬。研究結(jié)果揭示了由UA觸發(fā)的新型細(xì)胞機(jī)制，并為將UA開(kāi)發(fā)成候選藥物提供了分子基礎(chǔ)[51]。

2.5 UA對(duì)甲狀腺癌的作用

甲狀腺髓樣癌（MTC）起源于甲狀腺的C細(xì)胞，對(duì)放療或化療均不敏感。因此，腫瘤組織整體手術(shù)切除是MTC的唯一治愈性治療方法。研究人員發(fā)現(xiàn)，在體外，UA可以抑制甲狀腺髓樣癌細(xì)胞MTCSK MTC的增殖，抑制腫瘤細(xì)胞中線粒體的活性，并不會(huì)對(duì)正常細(xì)胞產(chǎn)生毒性。UA可以激活MTCSK MTC細(xì)胞中Caspase-3的活性，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡。但是在MTC-SK MTC 細(xì)胞的裸鼠模型中，UA對(duì)移植瘤的生長(zhǎng)并沒(méi)有明顯的抑制作用[52]。

2.6 UA對(duì)黑色素瘤的作用

Xiang等人的研究表明[25]，UA和其新型衍生物US597可以抑制黑色素瘤細(xì)胞的粘附，侵襲和遷移。口服UA或US597增加了黑素瘤肺轉(zhuǎn)移C57BL/6小鼠的存活率，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)對(duì)小鼠的副作用，如體重減輕，內(nèi)臟組織毒性和血細(xì)胞異常。UA和US597處理抑制FAK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)ICAM-1蛋白的表達(dá)，ICAM-1是轉(zhuǎn)移的生物標(biāo)志物。因此，UA和US597是預(yù)防黑色素瘤轉(zhuǎn)移的潛在候選藥物[25]。

2.7 UA對(duì)腫瘤干細(xì)胞的作用

2.7.1 腫瘤干細(xì)胞

幾乎所有的人類(lèi)腫瘤都具有相當(dāng)大的腫瘤異質(zhì)性，癌細(xì)胞的表型、基因表達(dá)模式和增殖潛力均不同。腫瘤的異質(zhì)性決定了開(kāi)發(fā)有效治療和新靶向藥物的難度[53]。大量的研究證實(shí)，在腫瘤異質(zhì)性和治療抗性的因素中，許多腫瘤不受控制的生長(zhǎng)是由一群腫瘤細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的，這群具有自我更新和分化能力的腫瘤細(xì)胞被稱(chēng)為腫瘤干細(xì)胞（CSCs）。與其他大部分腫瘤細(xì)胞不同，CSCs能夠產(chǎn)生腫瘤并無(wú)限期地繁殖惡性克隆[54]。CSCs的存在首先在急性髓細(xì)胞性白血?。ˋML）中被發(fā)現(xiàn)，其中表面標(biāo)志物用于區(qū)分具有腫瘤啟動(dòng)能力的可移植亞群與其余AML細(xì)胞[55]。10年后，使用適當(dāng)?shù)募?xì)胞表面標(biāo)記物（例如CD133，CD24，CD90，ALDH1等），在實(shí)體瘤中也可以分離CSCs，或使用Hoechst 33342染料通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)的方法進(jìn)行分離，并且在無(wú)血清培養(yǎng)基中進(jìn)行篩選[56-58]。

2.7.2 UA對(duì)腫瘤干細(xì)胞的作用

研究表明，UA可以抑制CSCs的增殖，誘導(dǎo)CSCs凋亡，逆轉(zhuǎn)CSCs的耐藥性。Dai 等人研究發(fā)現(xiàn)，UA顯著抑制小鼠乳腺癌干細(xì)胞的增殖[59]。Zhang等人的研究顯示，在體外，UA可以抑制卵巢癌細(xì)胞SKOV3和干細(xì)胞球的生長(zhǎng)。在體內(nèi)，單獨(dú)注射UA或與順鉑聯(lián)合UA后，移植瘤明顯變小。此外， UA可以增強(qiáng)CSCs對(duì)順鉑的敏感性[60]。同一研究小組隨后深入的研究發(fā)現(xiàn)，卵巢CSCs表達(dá)干性相關(guān)基因和耐藥性顯著高于正常貼壁細(xì)胞。在低氧條件下，卵巢CSCs生長(zhǎng)更快，并且比常氧下更耐藥。 UA可以在不同培養(yǎng)條件下抑制卵巢CSCs的增殖，通過(guò)抑制ABCG2和HIF-1α的表達(dá)逆轉(zhuǎn)卵巢CSC的耐藥性。缺氧條件下，HIF-1α的抑制劑YC-1和UA聯(lián)合抑制卵巢CSC的干性基因和ABCG2的表達(dá)，其中UA通過(guò)激活PI3K/Akt信號(hào)通路，下調(diào)HIF-1α和ABCG2的表達(dá)[61]。

Lin等人的研究發(fā)現(xiàn)，UA在肝癌細(xì)胞PLC/PRF5和Huh7 HCC細(xì)胞中以劑量和時(shí)間依賴(lài)性方式抑制CD133+細(xì)胞的表達(dá)。降低CD133+細(xì)胞的比例。UA對(duì)Oct4，Tert，Bmi1，β-catenin，ABCG2和腫瘤球相關(guān)基因Ep300的表達(dá)都有抑制作用。此外，UA還能減少CK19陽(yáng)性細(xì)胞的數(shù)量并增加CK8/18陽(yáng)性細(xì)胞的數(shù)量。 UA治療導(dǎo)致CD133+肝癌細(xì)胞 CSCs中自我更新能力下降和對(duì)阿霉素和長(zhǎng)春新堿藥物敏感性增加[62]。

Wang等人發(fā)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3（STAT3）在醛脫氫酶（ALDH）+CD133+結(jié)腸癌起始細(xì)胞中激活。UA可以抑制STAT3磷酸化，并誘導(dǎo)ALDH+CD133+結(jié)腸癌起始細(xì)胞的Caspase-3切割，從而誘導(dǎo)凋亡。 UA降低細(xì)胞活力并抑制結(jié)腸癌起始細(xì)胞的腫瘤球形成，比天然化合物白藜蘆醇和辣椒素更有效。研究還發(fā)現(xiàn)，UA可抑制DLD-1結(jié)腸癌細(xì)胞中由白細(xì)胞介素-6誘導(dǎo)的STAT3的活化。此外，每日用UA喂食小鼠，可以抑制HCT116移植瘤的生長(zhǎng)[63]。

3 展望

UA可以抑制多種腫瘤細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡和自噬，抑制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，并可以增加腫瘤細(xì)胞對(duì)放療和化療的敏感性，是非常具有潛力的抗腫瘤藥物。尤其是目前已經(jīng)研發(fā)出許多UA的衍生物，這些衍生物在提高抗腫瘤作用、減少毒副作用和增加溶解性方面有了很大的進(jìn)步，很有希望進(jìn)入臨床抗腫瘤的應(yīng)用。近幾年關(guān)于UA抗腫瘤作用的研究集中在消化系統(tǒng)腫瘤、泌尿和生殖系統(tǒng)腫瘤，在其他系統(tǒng)的腫瘤中研究相對(duì)較少。所以在今后的研究中，希望研究者可以將注意力放在研究較少的腫瘤中，揭示UA更多的抗腫瘤的作用以及其機(jī)制，為UA更廣泛的臨床應(yīng)用提供前期的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。