牡荊素對腎惡性橫紋肌樣瘤的潛在治療研究進(jìn)展

張黃成昊 嚴(yán)兵 楊震

牡荊主要生長于南方山區(qū)，在云南、四川地區(qū)尤為常見。牡荊素(分子式為C21H20O10)是由牡荊葉和牡荊子中提取的天然黃酮類化合物。傳統(tǒng)研究認(rèn)為，牡荊素的主要作用是活血化瘀、理氣通脈。用于瘀血阻脈所致的胸痹，癥見胸悶憋氣、心前區(qū)刺痛、心悸健忘、眩暈耳鳴、冠心病心絞痛、高脂血癥、心臟動脈供血不足等癥候者[1-4]，常用于心血管疾病的治療[1]。目前，牡荊素粗提產(chǎn)物已有成藥用于臨床醫(yī)療[1]，其精提產(chǎn)物已在臨床試驗中。

腎惡性橫紋肌樣瘤(malignant rhabdoid tumor of kidney， MRTK)是惡性橫紋肌樣瘤(malignant rhabdoid tumor， MRT)的一種，是發(fā)生在腎臟的一種高度侵襲性腫瘤，常發(fā)生于嬰幼兒，其男性發(fā)病率稍高于女性(1.5∶1)[5]。該腫瘤由Beckwith等[6]在1978年首次提出，起初被認(rèn)為是腎母細(xì)胞瘤的一種亞型，1981年Haas等[7]發(fā)現(xiàn)了其不同于腎母細(xì)胞瘤和腎橫紋肌肉瘤的獨特性，而將其獨立命名。隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)MRT還包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)起源的非典型畸胎瘤樣/橫紋肌樣瘤及腎外頭顱外起源的非中樞神經(jīng)系統(tǒng)橫紋肌樣瘤，且MRTK有著與所有MRT共同的特點，即抑癌基因SMARCB1或SMARCA4突變[8]。本文結(jié)合MRTK的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制來探究牡荊素對其可能的作用機(jī)制，以期為臨床治療及研究提供新的思路和理論依據(jù)。

一、牡荊素的抗腫瘤作用

近年來的研究發(fā)現(xiàn)牡荊素還是防癌抗腫瘤的天然藥物成分，Scarpa等[9]報道從黃荊牡荊中得到的黃酮類化合物(如牡荊素)在生物活性測定中對人類癌細(xì)胞顯示了廣泛的細(xì)胞毒作用；Abdelhady等[10]的研究也發(fā)現(xiàn)，紫花牡荊素在MTT試驗中顯示對人結(jié)腸癌細(xì)胞(HCT116)的生長有抑制作用。自此，牡荊素的抗腫瘤作用開始受到人們的關(guān)注。

牡荊素在幾種體外和體內(nèi)模型中均顯示有顯著的抗腫瘤作用(表1)，這些報道為牡荊素的抗腫瘤藥用價值提供了有力依據(jù)。在這些報道中牡荊素發(fā)揮抗腫瘤作用的主要途徑是通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡、自噬及抑制多種細(xì)胞增殖和遷移的信號傳導(dǎo)途徑完成的(圖1)。

有研究報道，牡荊素通過靶向U937細(xì)胞中的細(xì)胞凋亡而表現(xiàn)出抗腫瘤活性[13]。牡荊素觸發(fā)的細(xì)胞凋亡通常還伴隨著線粒體膜電位和Bcl-2蛋白水平的降低以及Caspase-3和Caspase-9蛋白表達(dá)的增加。

在與熱應(yīng)激相關(guān)的研究中顯示，牡荊素通過上調(diào)Hsp90表達(dá)并隨后激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激來促進(jìn)細(xì)胞自噬[16]。Hsp90可能參與了牡荊素抗腫瘤作用的相關(guān)信號通路。

另外有證據(jù)表明，異牡荊苷及牡荊素還可以強(qiáng)烈趨向性結(jié)合一種名為轉(zhuǎn)鐵蛋白(transferrin， TF)[17]的特殊鐵結(jié)合糖蛋白[18-19]。由于該蛋白可在癌細(xì)胞中高度表達(dá)[20-21]，因此，我們推測，以TF受體為靶標(biāo)發(fā)揮牡荊素的抗腫瘤作用存在較高潛力[17]。

二、牡荊素可能通過表觀遺傳學(xué)調(diào)控HIF-1α的表達(dá)進(jìn)而影響腫瘤的發(fā)生及發(fā)展

在PC12細(xì)胞中還發(fā)現(xiàn)了牡荊素通過抑制HIF-1α并減少缺氧誘導(dǎo)的多種基因表達(dá)發(fā)揮抗腫瘤轉(zhuǎn)移作用。這些基因編碼VEGF、GAPDH、膠原蛋白III、醛縮酶A、烯醇酶1、TGF-β1和PDGFα，可導(dǎo)致PC12細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力和血管生成的減弱[14]。Epstein等[11]對乳腺癌細(xì)胞系的研究表明，牡荊素通過抑制HIF-1α途徑降低細(xì)胞運動性而發(fā)揮抗腫瘤作用。P53作為一種主要的抑癌蛋白，在人口腔癌OC2細(xì)胞中的研究結(jié)果表明，牡荊素通過 P53-PAI1-MMP2級聯(lián)顯著降低了腫瘤細(xì)胞活力和細(xì)胞遷移[12]。

HIF-1α在1992年由Semenza等[22]首先發(fā)現(xiàn)。HIF-1α普遍存在于人和哺乳動物細(xì)胞內(nèi)，常氧(21% O2)下也有表達(dá)，但合成的HIF-1α蛋白很快即被細(xì)胞內(nèi)氧依賴性泛素蛋白酶降解途徑所降解。所以，HIF-1α只有在缺氧條件下才可穩(wěn)定表達(dá)。癌細(xì)胞能夠在缺氧環(huán)境中生存，而缺氧本身可以激活導(dǎo)致腫瘤進(jìn)展的適應(yīng)性細(xì)胞反應(yīng)[23]。許多HIF-1α介導(dǎo)的生物學(xué)效應(yīng)對腫瘤進(jìn)展有益，包括將代謝轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒?、誘導(dǎo)血管生成、調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)遷移等以抵抗低氧環(huán)境[23-24]。HIF-1α在腫瘤細(xì)胞中主要有兩種作用：①HIF-1α觸發(fā)Src的磷酸化，隨后磷酸化STAT3的酪氨酸殘基Y705(信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3)；②HIF-1α可誘導(dǎo)Bcl-2/BNIP3/BNIP3-like的表達(dá)增加，以及促進(jìn)Beclin-1/Bcl-2復(fù)合體解離，通過以上兩種機(jī)制激活細(xì)胞自噬[25]。

已有文獻(xiàn)報道牡荊素可以顯著抑制HIF-1α的表達(dá)[26]，而腫瘤致癌基因HIF-1α的表達(dá)則受H3K27me3甲基化水平調(diào)控。

表1 牡荊素抗腫瘤作用的近期研究

HIF-1α：缺氧誘導(dǎo)因子-1α；LC3-Ⅱ：微管相關(guān)蛋白1輕鏈3自噬體膜型；VEGF：血管內(nèi)皮生長因子；PAI-1：纖溶酶原激活劑抑制劑-1；PPARγ：過氧化物增殖體激活受體γ；Beclin-1：螺旋肌球蛋白樣Bcl-2相互作用蛋白1；MPP-2：膜棕櫚酰化蛋白2圖1 牡荊素發(fā)揮抗腫瘤作用的主要途徑

三、牡荊素與H3K27me3甲基化水平的潛在聯(lián)系

牡荊素可能通過調(diào)控下列靶點作用于多種癌癥，我們描繪了牡荊素對各種類型惡性腫瘤的分子靶標(biāo)的作用機(jī)理及可能的機(jī)制(圖2)。

圖2 牡荊素在惡性腫瘤中參與的主要下游信號通路

我們歸納這些牡荊素的分子靶標(biāo)后發(fā)現(xiàn)，其大多也受到組蛋白相關(guān)修飾，即表觀遺傳學(xué)修飾的影響。例如：Bcl-2[27-29]、P53[27]、Caspases[28]、Bax[29]等均受到組蛋白H3不同位點尤其是H3K27me3甲基化水平的調(diào)控。因此，這些證據(jù)提示牡荊素對惡性腫瘤發(fā)揮作用的具體機(jī)制可能是通過調(diào)控表觀遺傳學(xué)修飾實現(xiàn)的；同時我們也發(fā)現(xiàn)這些靶點與MRTK的主要致病基因的下游基因(包括Bcl-2、P53)具有高度的一致性。

組蛋白H3K27em3的甲基化被認(rèn)為在MRTK的發(fā)生及發(fā)展中扮演重要角色[30]。H3K27em3蛋白的甲基化可以抑制多種效應(yīng)分子的結(jié)合[31]，其甲基化水平的過度升高會導(dǎo)致包括細(xì)胞周期及凋亡等基因調(diào)控發(fā)生紊亂進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞癌變[32]。而H3K27em3的甲基化則受到甲基化轉(zhuǎn)移酶EZH2酶活性的嚴(yán)格調(diào)控[25]，交換型轉(zhuǎn)換缺陷/蔗糖不發(fā)酵型(SWI/SNF)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)殘缺會對其介導(dǎo)的EZH2蛋白表達(dá)與酶活性的激活造成影響，進(jìn)而降低對H3K27em3蛋白甲基化水平的調(diào)控[33]。有研究報道SMARCB1表達(dá)缺失會嚴(yán)重影響SWI/SNF復(fù)合物功能的完整性，造成該復(fù)合物功能或結(jié)構(gòu)的殘缺[25-26]。

四、SMARCB1/SMARCA4突變誘導(dǎo)的SWI/SNF復(fù)合物結(jié)構(gòu)功能缺失參與包括MRTK在內(nèi)的多種癌癥的發(fā)生及發(fā)展

SMARCB1和SMARCA4基因編碼的蛋白INI1與BRG1是參與SWI/SNF復(fù)合物的重要成員[34]，被認(rèn)為是腫瘤抑制基因，二者任一表達(dá)或功能的缺失都會導(dǎo)致多種腫瘤的發(fā)生[35]。SMARCB1或SMARCA4缺失誘導(dǎo)的腫瘤往往被稱MRT，在多處組織皆可發(fā)生，但以MRTK最為常見，其擁有極高的侵襲性與致命性。文獻(xiàn)報道MRT免疫組織化學(xué)結(jié)果顯示SMARCB1或SMARCA4的核表達(dá)完全喪失[36]，分子實驗同樣證實絕大多數(shù)MRT中等位基因SMARCB1或SMARCA4失活[37]。臨床上超過70%的患有MRT的兒童存在遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，該病預(yù)后極差，單獨化療少有療效，總生存率僅為5%[38]，現(xiàn)階段以長春新堿、卡鉑、放線菌素等為首的傳統(tǒng)化療方案對兒童身體負(fù)擔(dān)過重，急需新的治療方案。

Renard等[39]認(rèn)為SMARCB1或SMARCA4表達(dá)缺失會嚴(yán)重影響SWI/SNF復(fù)合物結(jié)構(gòu)與功能的完整性，造成該復(fù)合物功能或結(jié)構(gòu)的殘缺。另有研究表明MRT主要通過表觀遺傳學(xué)途徑發(fā)生，SWI/SNF復(fù)合物結(jié)構(gòu)功能的完整性在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用，組蛋白H3K27的甲基化水平往往受其嚴(yán)格調(diào)控[40]。

表觀遺傳學(xué)修飾在多種惡性腫瘤的發(fā)生及發(fā)展中扮演重要角色，近年來被廣泛研究。其主要調(diào)節(jié)性機(jī)制包括DNA修飾、組蛋白修飾(甲基化、乙?；刃揎?等。兒童MRTK的病因及發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，至今仍不明確。近年主流的觀點認(rèn)為其與表觀遺傳修飾密切相關(guān)，并已作為兒童MRTK的潛在治療靶點受到廣泛關(guān)注[32]；隨著研究的不斷深入，在MRTK中許多對DNA和組蛋白進(jìn)行修飾的酶的表達(dá)與活性變化被發(fā)現(xiàn)[41]。

大量研究結(jié)果表明H3K27蛋白的甲基化可以抑制多種效應(yīng)分子與之結(jié)合，該蛋白甲基化水平的過度升高會導(dǎo)致包括與細(xì)胞周期及細(xì)胞凋亡等相關(guān)基因的調(diào)控發(fā)生紊亂，致使包括P16、P21、Bcl-2、Bax、P53等表達(dá)異常，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞癌變的發(fā)生[29-30，32，42]。

五、結(jié)論

綜上所述，牡荊素的主要下游靶點與MRTK主要致病因子的下游靶點吻合度極高，這使我們對其在MRTK的治療效果擁有較高期待；而H3K27me3的甲基化水平變化在其中可能發(fā)揮關(guān)鍵作用。HIF-1α不僅作為牡荊素抗腫瘤的一個關(guān)鍵靶標(biāo)更作為H3K27me3甲基化水平調(diào)控的下游蛋白，進(jìn)一步提示了牡荊素可能通過表觀遺傳學(xué)水平發(fā)揮調(diào)控作用。目前還沒有進(jìn)一步證據(jù)表明牡荊素對MRTK的治療作用是否確切，但大量文獻(xiàn)報道可驗證我們的猜想：牡荊素可通過表觀遺傳學(xué)途徑來調(diào)控HIF-1α的表達(dá)，例如改變H3K27me3甲基化水平，進(jìn)而改善MRTK的發(fā)生及發(fā)展。MRTK與腎透明細(xì)胞肉瘤等兒童罕見腎惡性腫瘤相似[43]，傳統(tǒng)的治療手段毒副作用大，預(yù)后差[44]。隨著牡荊素抗腫瘤作用機(jī)制的日益完善，其對MRTK的潛在治療價值與優(yōu)勢顯得愈發(fā)突出。

盡管牡荊素已在心血管疾病的治療中作為輔助用藥投入臨床，并證實了其安全性及可靠性；但目前臨床上尚無將其應(yīng)用于抗腫瘤治療療效的相關(guān)報道。本文從MRTK發(fā)病機(jī)制以及牡荊素對其潛在的抗腫瘤靶點作用兩個方面的挖掘分析，闡明牡荊素的潛在抗腫瘤藥用價值，為臨床MRTK的治療提供了新的思路。我們認(rèn)為，如果將牡荊素成功應(yīng)用于MRTK的治療，勢必會改善目前放化療不良反應(yīng)過重、費用昂貴且效果不佳的弊端，最大限度地降低傳統(tǒng)放化療對患者身心健康的影響，提高M(jìn)RTK患兒的存活率。