黃芩及其有效成份抗腫瘤作用新進(jìn)展

焦玉菡 孫四海 辛銘 徐娟娟 蔣敬敬 賈秀芹

惡性腫瘤是臨床常見疾病,因其發(fā)病率和死亡率逐年上升，已成為人類疾病三大主要死亡原因之首[1-2]。目前由于其難以治愈，且生存率低，亟需研究開發(fā)新的抗腫瘤藥物，以延長患者的生存期，提高患者的生存質(zhì)量。中藥作為新型抗腫瘤藥物在臨床腫瘤藥物治療方面已顯示出其獨特優(yōu)勢，如增強機體抗炎抗病毒、扶正培本、活血化瘀及避免化療藥物使用產(chǎn)生的毒副作用，最終達(dá)到疾病治愈和生活質(zhì)量提升的目的。因此，中藥研發(fā)將為未來抗癌藥物發(fā)現(xiàn)及臨床應(yīng)用提供新的化學(xué)庫[3]。

黃芩(ScutellariabaicalensisGeorgi)是一種廣泛應(yīng)用于臨床的傳統(tǒng)中藥，據(jù)《神農(nóng)本草經(jīng)》記載，黃芩為黃芩屬草本植物，以根入藥[4]，其藥用歷史悠久，具有清熱燥濕、瀉火解毒、安胎、止血、降血壓、降血脂等功效。黃芩含有多種活性成分，包括黃酮類、皂苷類、多糖類等，其藥理作用包括抗炎抗病毒、抗腫瘤、抗心血管疾病和呼吸道系統(tǒng)疾病等[5]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，黃芩中有效成分黃酮類化合物具有非常顯著的抗腫瘤作用[6]，且其不同的有效成分在不同類型腫瘤細(xì)胞中顯示出不同的抗腫瘤作用機制(如表1～3所示)。黃酮類化合物迄今為止分離并鑒定了40多種，具體包括黃芩素、漢黃芩素、黃芩苷、漢黃芩苷、千層紙素A、黃芩黃酮Ⅰ、黃芩黃酮Ⅱ等[7-8]。最新研究顯示，黃芩及其有效成分抗腫瘤活性除了涉及經(jīng)典的增殖、凋亡機制外，還有誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞自噬、新生血管生成、調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境等。因此，本文擬從黃芩及其有效成分的抗腫瘤作用及其機制新進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為黃芩在臨床抗腫瘤方面的應(yīng)用提供參考。

表1 黃芩苷和漢黃芩苷抗腫瘤藥理作用研究概況

表2 黃芩素抗腫瘤藥理作用研究概況

表3 黃芩其他有效成分抗腫瘤藥理作用研究概況

1 黃芩及其有效成分可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

細(xì)胞受到外界刺激，在相關(guān)基因作用下通過激活內(nèi)源性(線粒體)或外源性(死亡受體)途徑啟動半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)家族發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[30]。黃芩及其有效成分作用在細(xì)胞膜上的死亡受體，通過細(xì)胞凋亡主要途徑，即線粒體途徑、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑、死亡受體途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡。

1.1 經(jīng)線粒體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡

線粒體在細(xì)胞生命活動調(diào)控過程中起著關(guān)鍵作用。黃芩及其有效成分通過影響B(tài)cl-2家族成員、細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis inducing factor，AIF)、第2個線粒體衍生的半胱天冬蛋白酶激活劑(second mitochondria-derived activator of Caspases,Smac)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、腫瘤內(nèi)蛋白p53(tumor protein P53，p53)等影響因子，參與激活Caspase凋亡途徑從而造成線粒體功能障礙，改變線粒體膜通透性，釋放細(xì)胞色素C和其他相關(guān)蛋白誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[31-32]。黃芩素作為一種抗氧化劑可通過動員細(xì)胞內(nèi)銅和生成ROS來觸發(fā)人乳腺癌細(xì)胞MCF-7的線粒體凋亡途徑，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位破壞，ROS水平升高，Bcl-2/Bax的比例降低，細(xì)胞色素C釋放增加，觸發(fā)MCF-7細(xì)胞凋亡機制[13]。黃芩素還可通過抑制HEI193雪旺細(xì)胞中H2O2誘導(dǎo)的細(xì)胞毒和ROS的積累，有效抑制相關(guān)的DNA損傷，減弱H2O2誘導(dǎo)的線粒體功能障礙，因此黃芩素可能通過Nrf2/HO-1信號通路依賴性機制實現(xiàn)抗氧化功能[14]。

1.2 經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic retieulum stress,ERS)是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)Ca2+或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白的過量積累，導(dǎo)致ER內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，從而造成細(xì)胞損傷。而通過未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response,UPR)可減少ERS引起的細(xì)胞損傷，多種類型的癌癥中已應(yīng)用此機制，如宮頸癌、乳腺癌、肺癌、胃癌和胰腺癌等。黃芩及其有效成分可破壞腫瘤細(xì)胞內(nèi)環(huán)境嚴(yán)重失衡，刺激ERS誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[33]。研究發(fā)現(xiàn)漢黃芩苷可誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞產(chǎn)生ERS，提高細(xì)胞中應(yīng)激蛋白葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白94 (glucose regulated protein 94,GRP94)，磷酸化α亞基的真核起始因子2(phosphorylated α subunit of eukaryotic initiation factor 2，p-eIF2α)和CHOP的表達(dá)水平，造成細(xì)胞損傷，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[10]。漢黃芩素可通過ERS促使S315和S376位點上的P-p53表達(dá)增加，促進(jìn)p53的細(xì)胞質(zhì)定位，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[27]。

1.3 經(jīng)死亡受體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡

細(xì)胞中的死亡受體主要包括轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1(transferrin receptor-1,TFR-1)、Fas受體、死亡受體(death receptors,DR)3、DR4和DR5五種類型，所涉及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的信號通路主要包括腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)、Fas受體/Fas配體(FAS ligand,FAS-L)、腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor，TNFR)等三條途徑。黃芩及其有效成分通過相關(guān)信號通路促使死亡受體與其特定死亡配體結(jié)合，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[34]。黃芩提取物可通過誘導(dǎo)人乳腺癌細(xì)胞MCF-7的sub-G1期比率增加，線粒體膜電位改變，ROS的生成增加，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，但其對Fas、FAS-L或TNF-α的表達(dá)水平?jīng)]有影響[26]。黃芩乙醇提取物可通過對多磷酸酰肌醇-3-羥基酶(phosphatidylinositol3-hydroxy Kinase,PI3K)/Akt信號傳導(dǎo)通路的抑制，增強人白血病U937細(xì)胞中DR及其相關(guān)配體的表達(dá)[28]。

2 黃芩及其有效成分抑制腫瘤細(xì)胞增殖

黃芩及其有效成分通過抑制相關(guān)信號通路阻滯腫瘤細(xì)胞分裂周期、抑制腫瘤細(xì)胞增殖從而阻止腫瘤惡化。HU等[20]對黃芩素在人宮頸癌中的抗腫瘤作用機制研究中，探討了黃芩素治療是否影響人宮頸癌的Notch信號通路，結(jié)果表明黃芩素處理可下調(diào)Notch受體(Notch Receptor,Notch)1/Hes-1，Hes-5信號通路，而Notch 2和Notch 3的表達(dá)沒有明顯變化，并以劑量依賴性方式抑制SiHa細(xì)胞和HeLa細(xì)胞的增殖。Dou等[19]研究了黃芩素和黃芩苷是否抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞的生長和增殖，結(jié)果顯示兩者均可誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯，抑制腫瘤細(xì)胞集落的形成和遷移，揭示黃芩素可通過抑制腫瘤細(xì)胞中端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶表達(dá)從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞衰老，而黃芩苷是通過絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)和p38信號通路調(diào)節(jié)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡和衰老。

3 黃芩及其有效成分誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞自噬

自噬(autophagy)是細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量進(jìn)行循環(huán)的重要過程，其通過自噬泡包裹錯誤蛋白或受損細(xì)胞器，經(jīng)溶酶體酸性水解酶水解作用產(chǎn)生氨基酸等生物分子，最終被細(xì)胞再利用過程[35]。研究發(fā)現(xiàn),自噬既能抑制腫瘤的發(fā)生,減少DNA損傷和氧化應(yīng)激，從而維持基因組穩(wěn)定，也能保護(hù)腫瘤細(xì)胞在營養(yǎng)能量匱乏的環(huán)境下生存，并且也是產(chǎn)生腫瘤耐藥的重要途徑之一[36]。研究發(fā)現(xiàn)黃芩中總黃酮苷元提取物可通過PI3K/Akt/mTOR信號通路誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞自噬[29]。黃芩素可通過降低Bcl-2/Bax的比例和增加Caspase-3和Caspase-8的表達(dá)，誘導(dǎo)未分化甲狀腺癌細(xì)胞FRO細(xì)胞自噬[23]；同時黃芩素可顯著增加自噬相關(guān)蛋白Beclin-1、Atg5、p62和Atg12的表達(dá)，降低p-ERK/ERK和p-Akt/Akt的比例，表明黃芩素可通過抑制PI3K/Akt和ERK信號通路從而誘導(dǎo)細(xì)胞自噬。

4 黃芩及其有效成分抑制腫瘤新生血管生成和轉(zhuǎn)移

研究發(fā)現(xiàn)，抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的最新研究熱點是以腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞為研究靶點,抑制腫瘤血管生成從而阻斷腫瘤細(xì)胞新陳代謝所必須的氧氣和營養(yǎng)的供應(yīng)，因此通過調(diào)控血管生成相關(guān)的蛋白或基因，如血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloprotinase,MMP)[37]，抑制為腫瘤血管供養(yǎng)的途徑，從而導(dǎo)致腫瘤不能生長轉(zhuǎn)移甚至死亡。研究表明，黃芩苷和漢黃芩素可降低VEGF的表達(dá)和活性，抑制血管生成，并在體內(nèi)外對癌細(xì)胞活力和增殖產(chǎn)生影響[38]。而黃芩素可通過降低Caspase-3活化導(dǎo)致B16F10和LLC細(xì)胞增殖和遷移并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡；還可使臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞HUVECs中的血小板—內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子(platelet endothelial cell adhesion molecule-1,PECAM-1/CD31)和α-平滑肌肌動蛋白(α-Smooth muscle actin，α-SMA)的表達(dá)降低，表明黃芩素可通過破壞腫瘤血管發(fā)育從而抑制腫瘤新生血管生成和細(xì)胞遷移[17]。因此，黃芩及其有效成分是潛在的抑制腫瘤新生血管生成和轉(zhuǎn)移的治療藥物。

5 黃芩及其有效成分調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境

5.1 通過免疫逃逸調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境

調(diào)控腫瘤生長轉(zhuǎn)移和免疫治療反應(yīng)的關(guān)鍵因素是腫瘤細(xì)胞和腫瘤微環(huán)境的代謝重編程?？焖僭鲋车哪[瘤細(xì)胞、腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞(tumor infiltrating lymphocytes,TIL)和血管內(nèi)皮細(xì)胞三者共同競爭氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)，并產(chǎn)生免疫抑制代謝物，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞免疫逃逸。研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞代謝可影響腫瘤微環(huán)境[39-40]，腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞之間存在營養(yǎng)物質(zhì)的代謝競爭，糖酵解過程抑制TIL中T細(xì)胞的葡萄糖消耗，導(dǎo)致T細(xì)胞衰竭和免疫逃逸[41]。除競爭營養(yǎng)物質(zhì)外，腫瘤細(xì)胞代謝產(chǎn)物還可對微環(huán)境中的免疫細(xì)胞產(chǎn)生影響，如乳酸是腫瘤細(xì)胞中有氧糖酵解增加產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其可通過自噬因子FIP200的表達(dá)降低，并誘導(dǎo)天然T細(xì)胞的凋亡，同時也抑制NK細(xì)胞和T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子活化T細(xì)胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NFAT)的活性，從而導(dǎo)致γ-干擾素(interferon,IFN-γ)分泌減少，誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生[42]。此外，乳酸可以通過穩(wěn)定缺氧誘導(dǎo)因子1α多肽(hypoxia-inducible factor 1-alpha,HIF-1α)促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2型極化[43]。

5.2 通過腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境

腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages,TAMs)在腫瘤進(jìn)展中發(fā)揮重要作用,包括形成免疫抑制微環(huán)境，促進(jìn)腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移，促進(jìn)腫瘤新生血管生成等[44]。研究發(fā)現(xiàn)，在具有免疫功能的腫瘤微環(huán)境中，腫瘤發(fā)生涉及的TAMs參與腫瘤微環(huán)境浸潤過程，TAMs由M2型向M1表型的轉(zhuǎn)表征有助于腫瘤消退，且此表型的逆轉(zhuǎn)是誘導(dǎo)抗腫瘤免疫應(yīng)答的直接有效方法。體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷通過誘導(dǎo)TAMs由M2型向M1型極化，進(jìn)而抑制肝癌的生長。同時，黃芩苷啟動TAMs中腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2(TNF receptor-associated factor 2,TRAF2)的自噬降解并激活RelB/p52途徑，從而誘導(dǎo)向M1型極化。因此，黃芩苷可能抑制HCC的發(fā)生[8]。研發(fā)還發(fā)現(xiàn)含有黃芩苷的仿生納米顆粒，其包含抗原肽(Hgp 10025-33)和toll樣受體9種激動劑(CpG)，其通過誘導(dǎo)的CD4+T和CD8+T細(xì)胞向腫瘤部位的浸潤增加，表現(xiàn)出免疫激活作用和增強T細(xì)胞的免疫應(yīng)答作用，有效抑制了體內(nèi)黑素瘤腫瘤的生長[45]。因此，黃芩苷仿生納米顆粒有效地將TAM表型從M2型逆轉(zhuǎn)為M1型，從而改善了腫瘤免疫微環(huán)境，并促進(jìn)了腫瘤免疫治療。

6 含黃芩復(fù)方的抗腫瘤作用機制研究探索

黃芩是中藥經(jīng)典復(fù)方的重要組成成分之一，如：黃芩湯、小柴胡湯和黃連解毒湯等。上述經(jīng)典復(fù)方通常用于治療腫瘤相關(guān)癥狀，并受到世界廣泛關(guān)注。黃芩湯出自《傷寒論》[46]，是有望第一個獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局(food and Drug Administration,FDA)批準(zhǔn)的傳統(tǒng)復(fù)方中藥制劑，目前已進(jìn)入腸癌、肝癌、胰腺癌等Ⅱ期臨床研究中，且臨床前研究效果顯著。Liu等[47]通過分子建模技術(shù)研究黃芩湯(YIV-906)抑制雙特異性蛋白磷酸酶(dual specificity protein phosphatase, DUSP)的機制，模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)YIV-906中的有利配體硫酸鹽和羧基部分可以占據(jù)酶的催化位點，抑制ERK1/2與DUSPs的結(jié)合，減少ERK1/2的去磷酸化，停滯腫瘤細(xì)胞周期，最終誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。GAO等[37]在研究小柴胡湯在體內(nèi)外誘導(dǎo)人肝癌HUH7細(xì)胞凋亡機制中發(fā)現(xiàn)，其減少腫瘤的大小和質(zhì)量，并通過改變Bax、Bcl-2、CDK4和cyclin-D1的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。除了經(jīng)典復(fù)方，現(xiàn)代中藥復(fù)方制劑同樣顯示出潛在的抗腫瘤活性。如中藥復(fù)方PC-SPESⅡ，其以靈芝為君藥，配以黃芩、冬凌草、大青葉等為臣藥，前期體內(nèi)藥效學(xué)表明通過雄激素受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來抑制前列腺癌細(xì)胞LNCaP的增殖，并阻滯細(xì)胞于G2/M期，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[25]。目前發(fā)現(xiàn)關(guān)于含黃芩復(fù)方的研究相對較少，推測可能與復(fù)方有效成分的鑒定復(fù)雜、作用機制交叉相關(guān)，因此明確復(fù)方、單味藥有效成分，以及在此基礎(chǔ)上的有效成分之間的配伍組合，甚至和療效明確的腫瘤分子靶向藥物的組合運用，可能是今后重要研究方向。

7 思考與展望

綜上所述，黃芩中有效成分黃酮類化合物通過相關(guān)分子機制如促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞自噬、新生血管生成和調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境等實現(xiàn)抗不同類型腫瘤的作用，其作用機制呈現(xiàn)出多靶點、多途徑的特點，使其具有良好的研究及應(yīng)用前景。然而，其存在選擇性較低、細(xì)胞毒性較大、抗腫瘤機制研究不夠深入等問題。因此，對黃芩及其有效成分做進(jìn)一步的改良及官能團(tuán)修飾，篩選出活性更高、選擇性更強、細(xì)胞毒性更低的衍生物，進(jìn)行藥理活性評價及其機制研究，將成為未來的研究重點及熱點。