小檗堿與芒柄花黃素抗腫瘤作用機(jī)制的研究進(jìn)展▲

蘇 芮 熊 雨 藺 婷 何迎春,3

(1 湖南中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，長沙市 410208，電子郵箱：1281454058@qq.com；2 中醫(yī)藥防治眼耳鼻咽喉疾病湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙市 410208；3 湖南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)院，長沙市 410208)

【提要】 小檗堿與芒柄花黃素分別是黃連、黃芪的主要活性成分，均具有抗腫瘤的作用，其機(jī)制主要包括抑制腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移、抑制腫瘤血管新生、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫、誘導(dǎo)或抑制腫瘤細(xì)胞自噬死亡等。本文主要針對(duì)小檗堿與芒柄花黃素抗腫瘤作用機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

近年來，腫瘤的發(fā)病率越來越高，治療主要以放療和化療為主，但放療和化療的毒副作用始終困擾著患者，因此尋求更加安全有效的治療方法成為每位醫(yī)務(wù)工作者的責(zé)任。中醫(yī)藥是中華民族的瑰寶，中草藥作為中醫(yī)預(yù)防和治療疾病的獨(dú)特藥物，在預(yù)防與治療癌癥時(shí)也發(fā)揮著重要的作用。黃連與黃芪是我國中藥最常見的兩味藥物，分別有著清熱燥濕解毒和益氣補(bǔ)虛等功效，也是湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院田道法教授依據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)立的抗鼻咽癌中藥復(fù)方益氣解毒方中的兩味君藥[1-3]。

小檗堿是黃連的主要活性成分，含量為5.20%～7.69%，是一種低毒的天然異喹啉生物堿[4-5]。芒柄花黃素是從黃芪中提取的天然化合物[6]。在抗腫瘤方面，小檗堿對(duì)肝癌、結(jié)腸癌、卵巢癌、宮頸癌、乳腺癌、肺癌等都有明顯的抑制作用[7-10]。芒柄花黃素也具有抗腫瘤和神經(jīng)保護(hù)特性，能通過多種信號(hào)通路誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，并在抑制腫瘤細(xì)胞增殖方面具有巨大的潛力[11]。研究表明，芒柄花黃素對(duì)肺癌、乳腺癌、胃癌、卵巢癌都有明顯的抑制作用[12-16]。同時(shí)，本課題組鄒攀等[17]人通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)等軟件分析出黃連與黃芪對(duì)鼻咽癌有多個(gè)作用靶點(diǎn)，而小檗堿和芒柄花黃素是其中兩個(gè)主要的作用成分。因此，本文針對(duì)小檗堿和芒柄花黃素抗腫瘤的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 抑制腫瘤細(xì)胞增殖

腫瘤細(xì)胞來源于正常干細(xì)胞，因其失去了細(xì)胞間的接觸作用，使得彼此間無接觸抑制而大量增殖[18]。細(xì)胞的大量、無限度的增殖導(dǎo)致了腫瘤的產(chǎn)生。腫瘤細(xì)胞的增殖過程不受機(jī)體控制，它能通過自身的生理機(jī)制而無限增殖，最終影響機(jī)體的正常生理過程[19]。因此，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖是抗腫瘤的關(guān)鍵所在。

張世霞等[20]研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿與Wnt/β-連環(huán)蛋白信號(hào)通路抑制劑聯(lián)合作用于胃癌細(xì)胞后，通過降低己糖激酶、丙酮酸激酶的活性，來干擾胃癌細(xì)胞糖酵解水平，進(jìn)而抑制胃癌細(xì)胞增殖。李永等[21]研究證實(shí)，小檗堿能夠抑制喉癌細(xì)胞增殖，濃度越高抑制率越明顯；同一濃度，藥物作用時(shí)間越長，抑制率越明顯，其抑癌作用可能是通過降低了環(huán)氧合酶2與細(xì)胞周期蛋白B1的表達(dá)介導(dǎo)的。此外，小檗堿可降低增殖相關(guān)蛋白Ki-67的表達(dá)和上調(diào)B細(xì)胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)關(guān)聯(lián)X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)/Bcl-2基因來抑制肺癌干細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)其凋亡的，藥物濃度越高，抑制率和凋亡率越顯著[22]。李通等[23]的研究顯示，芒柄花黃素作用于結(jié)直腸癌細(xì)胞后，其HOTAIR基因和Bcl-2表達(dá)量降低，Bax表達(dá)量增高，且隨藥物濃度和時(shí)間的遞增，抑制作用增強(qiáng)。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，芒柄花黃素作用于肺癌細(xì)胞A549后，細(xì)胞增殖率隨著濃度和時(shí)間的延長而降低，其作用機(jī)制可能與降低抗凋亡相關(guān)基因Bcl-2 mRNA的表達(dá)有關(guān)[24]。以上研究表明，小檗堿和芒柄花黃素在體外能抑制多種腫瘤細(xì)胞增殖，且隨著藥物濃度的增加和用藥時(shí)間的延長，抑制效果增強(qiáng)，其作用機(jī)制主要與降低增殖相關(guān)蛋白和周期相關(guān)蛋白的表達(dá)及降低抗凋亡相關(guān)基因表達(dá)等有關(guān)。

2 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是在基因控制下的程序化死亡。正常情況下的細(xì)胞凋亡能夠變相促進(jìn)機(jī)體生長發(fā)育，維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[25]。細(xì)胞凋亡通常是受凋亡相關(guān)信號(hào)和凋亡因子調(diào)控，并通過特定途徑發(fā)生的，其中凋亡相關(guān)蛋白主要涉及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)家族蛋白和Bcl-2家族蛋白，參與的通路包括線粒體通路、死亡受體通路、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路和磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信號(hào)通路等[26]。隨著腫瘤細(xì)胞凋亡分子機(jī)制研究的增多，腫瘤的治療也逐漸出現(xiàn)了許多新靶點(diǎn)，我們可以通過啟動(dòng)和增強(qiáng)凋亡機(jī)制，來抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[27]。

小檗堿可將人腸癌細(xì)胞阻滯在G2/M期誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，在一定范圍內(nèi)，隨著藥物濃度和時(shí)間的增加，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用更加明顯[28]。小檗堿能明顯抑制肝癌細(xì)胞活力，使細(xì)胞核固縮，形成凋亡小體，使細(xì)胞內(nèi)活性氧簇急劇上升，且隨著藥物濃度的增加，凋亡率更加顯著，其藥物作用機(jī)制可能與提高Bax和激活Caspase3的表達(dá)有關(guān)[29]。芒柄花黃素能夠通過多壁碳納米管這一藥物載體增強(qiáng)對(duì)肝癌細(xì)胞的抗癌性，其作用機(jī)制可能與提高活性氧簇水平和促使線粒體膜電位功能障礙有關(guān)[30]。芒柄花黃素在體內(nèi)和體外均能誘導(dǎo)骨癌細(xì)胞凋亡，其作用機(jī)制可能與降低磷酸化Akt和磷酸化PI3KCA等關(guān)鍵信號(hào)通路蛋白和上調(diào)Bax和Caspase3蛋白的表達(dá)有關(guān)[31]。以上研究表明小檗堿與芒柄花黃素在體內(nèi)或體外均能誘導(dǎo)多種腫瘤細(xì)胞凋亡，其作用機(jī)制主要與提高活性氧簇水平、上調(diào)Bax和Caspase3蛋白的表達(dá)以及抑制PI3K信號(hào)通路等有關(guān)。

3 抑制腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移

腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移是腫瘤疾病惡化的標(biāo)志之一。腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移是指惡性腫瘤細(xì)胞從原發(fā)部位，經(jīng)淋巴道、血液或體腔等途徑，到達(dá)其他部位繼續(xù)生長的過程。腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移與腫瘤干細(xì)胞密切相關(guān)，而腫瘤干細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移的相關(guān)機(jī)制主要與上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial to mesenchymal transition，EMT)、微小RNA(mircoRNA,miRNA)的表達(dá)以及微環(huán)境的變化等機(jī)制有關(guān)[32]。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著重要的作用，參與了腫瘤轉(zhuǎn)移和侵襲、免疫調(diào)節(jié)、血管和淋巴管的形成。

研究表明小檗堿可抑制肺癌A549細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移，可能與調(diào)控腫瘤巨噬細(xì)胞表型有關(guān)[33]。有研究表明，化療藥物誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡會(huì)導(dǎo)致多種炎癥因子的釋放，改變癌細(xì)胞的微環(huán)境，促進(jìn)肝癌的侵襲和轉(zhuǎn)移，而小檗堿能通過抑制人鈣非依賴型磷脂酶A2和 LOX-5的表達(dá)來降低腫瘤微環(huán)境中白三烯B4等炎癥因子的表達(dá)，從而逆轉(zhuǎn)肝癌細(xì)胞的黏附和遷移[34]。芒柄花黃素能夠抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯，并且能夠抑制細(xì)胞侵襲，其作用機(jī)制可能與抑制PI3K/Akt信號(hào)傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)信號(hào)通路有關(guān)[35]。古彩茹等[16]的研究發(fā)現(xiàn)，芒柄花黃素能夠抑制卵巢癌細(xì)胞的活力、遷移和侵襲，且濃度越高抑制作用越明顯，其作用機(jī)制可能與上調(diào) E-鈣黏蛋白的mRNA及蛋白水平和下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶9的mRNA及蛋白水平有關(guān)。腫瘤細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移是腫瘤治療中的難點(diǎn)，以上研究表明小檗堿與芒柄花黃素對(duì)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移有一定的抑制作用，主要包括介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的EMT進(jìn)程，上調(diào)E-cadherin等EMT相關(guān)蛋白,抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)化，改變腫瘤的微環(huán)境以及抑制PI3K/Akt等信號(hào)通路。

4 抑制腫瘤新生血管的生成

腫瘤的生長關(guān)鍵取決于支持性微環(huán)境，該微環(huán)境包括腫瘤的脈管系統(tǒng)；腫瘤血管的生成為腫瘤的發(fā)生發(fā)展提供充足的養(yǎng)分，是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，因此利用血管的可塑性進(jìn)行抗血管生成免疫治療，也已經(jīng)成為臨床治療癌癥的新方法[36]。近年來大量研究表明中藥或其有效成分抑制腫瘤血管生成的研究非?；钴S，也具有明顯的廣度和深度，其中包括黃連的有效成分小檗堿[37]。血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信號(hào)通路在腫瘤血管新生中至關(guān)重要，而血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子受體2(vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2)又是VEGF信號(hào)通路中關(guān)鍵因子[38]。

李力等[39]的研究表明，小檗堿與VEGFR2有良好的結(jié)合作用，其能抑制VEGFR2的活性，阻斷VEGFR2介導(dǎo)的Akt/mTOR/P70S6K信號(hào)通路，進(jìn)而抑制人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞HU-VEC與肝癌細(xì)胞A549融合株(EA.hy926)細(xì)胞的增殖與遷移，最終抑制細(xì)胞黏附分子表面血管的生成，且藥物濃度越高抑制作用越明顯。劉巖[40]等的研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿抗腫瘤血管生成的部分機(jī)制可能與其抑制JAK/STAT3信號(hào)通路中重要的轉(zhuǎn)錄因子STAT3磷酸化有關(guān)。有研究[41]表明，芒柄花黃素是一種具有潛在抗血管生成的抗癌活性新型藥物，能夠在體外和體內(nèi)抑制堿性成纖維細(xì)胞生長因子2(fibroblast growth factor 2,FGF2)誘導(dǎo)血管生成。其中，在體外芒柄花黃素以濃度依賴性抑制FGF2誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和侵襲；在體內(nèi)，芒柄花黃素通過FGF2/FGFR2信號(hào)通路抑制MDA-MB-231乳腺癌異種移植物的生長和血管生成。抑制腫瘤血管的新生是腫瘤疾病治療的重要策略，上述研究表明小檗堿與芒柄花黃素能夠有效抑制腫瘤血管的新生。

5 調(diào)節(jié)機(jī)體免疫

免疫系統(tǒng)是防御病原體入侵最有效的武器，它能發(fā)現(xiàn)并清除異物以及外來病原微生物等引起內(nèi)環(huán)境波動(dòng)的因素[42]。機(jī)體免疫力的強(qiáng)弱與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切[43]。近年來，腫瘤免疫治療受到越來越多的關(guān)注。腫瘤免疫治療是通過重新啟動(dòng)并維持腫瘤-免疫循環(huán)，恢復(fù)機(jī)體正常的抗腫瘤免疫反應(yīng)，從而控制與清除腫瘤的一種治療方法[44-45]。研究表明，在體外小檗堿能通過降低程序性細(xì)胞死亡蛋白-1配體水平并減弱非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞與程序性細(xì)胞死亡蛋白-1的結(jié)合能力，從而恢復(fù)癌細(xì)胞對(duì)T細(xì)胞殺傷的敏感性；在體內(nèi)小檗堿通過激活T細(xì)胞免疫起到抗腫瘤作用，從而抑制異種移植腫瘤生長[46]。此外，小檗堿其中的兩種化合物2,3-亞甲二氧基-9-[(2,2,3,3-四甲基環(huán)丙烷-1-羰基)氧基]-10-甲氧基原小檗堿氯化物和2,3-二甲氧基-9-[2-(金剛烷-1-基)乙酰氧基]-10-甲氧基小檗堿氯化物被認(rèn)為是有潛力的吲哚胺 2,3-雙加氧酶1調(diào)節(jié)劑，可用于小分子癌癥免疫治療[47]。有研究表明，中、高劑量的芒柄花黃素能夠提高巨噬細(xì)胞的吞噬功能及溶菌酶含量[48]，這說明中等劑量及以上的芒柄花黃素可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)小鼠的固有免疫應(yīng)答功能。另外，芒柄花黃素的抗炎作用可以幫助機(jī)體清除代謝廢物，使機(jī)體處于良好的、適于正常細(xì)胞生長代謝的環(huán)境，以此增強(qiáng)機(jī)體對(duì)癌細(xì)胞的免疫力[49]。以上研究表明，小檗堿與芒柄花黃素主要通過先天免疫系統(tǒng)的免疫細(xì)胞滲入腫瘤微環(huán)境來調(diào)節(jié)腫瘤進(jìn)展，同時(shí)調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞參與介導(dǎo)的免疫反應(yīng)來發(fā)揮抗腫瘤的作用。

6 調(diào)控腫瘤細(xì)胞自噬

自噬是一種細(xì)胞程序性死亡[50]。自噬可維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，在機(jī)體生理、病理過程中均可出現(xiàn)。關(guān)于自噬與腫瘤的關(guān)系研究越來越多，自噬對(duì)腫瘤是雙向調(diào)控作用，早期能抑制腫瘤生長，晚期又能促進(jìn)腫瘤發(fā)展，其作用機(jī)制比較復(fù)雜[51]。因此，若能發(fā)揮自噬的有益作用，則可抑制腫瘤細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)其凋亡。有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿可通過提高葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose regulated protein 78,GRP78)水平和GRP78與Ⅲ型磷脂酰肌醇激酶結(jié)合的能力，誘導(dǎo)自噬性癌細(xì)胞死亡[52]。姜黃素與小檗堿可協(xié)同增加磷酸化JNK和Beclin1蛋白水平，降低磷酸化Bcl-2，從而誘導(dǎo)人乳腺癌細(xì)胞凋亡及自噬性細(xì)胞死亡[53]。有研究表明，芒柄花黃素作用于人三陰性乳腺癌細(xì)胞后，細(xì)胞內(nèi)自噬體表達(dá)較少，且抑制腫瘤細(xì)胞作用顯著，由此說明芒柄花黃素可能通過抑制自噬來發(fā)揮抗腫瘤作用[54]。自噬與腫瘤的關(guān)系較為復(fù)雜，小檗堿聯(lián)合芒柄花黃素與腫瘤細(xì)胞自噬的作用機(jī)制仍需進(jìn)一步深入研究。

7 總結(jié)與展望

小檗堿與芒柄花黃素作為黃連、黃芪的主要活性成分，均在抑制腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞侵襲遷移等作用機(jī)制中發(fā)揮作用，并且對(duì)多種腫瘤細(xì)胞具有抑制作用。已有大量文獻(xiàn)表明，小檗堿對(duì)乳腺癌、結(jié)腸癌、卵巢癌等有抑制作用[55-57]，芒柄花黃素能抑制肺癌細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞、多發(fā)性骨髓瘤的生長、遷移和侵襲[58-60]。而兩者配伍是否能提高抗腫瘤的效應(yīng)，如何配伍才能達(dá)到更佳的治療效果，以及兩者配伍的抗腫瘤機(jī)制等問題需要進(jìn)一步研究。