紫草素的抗癌作用機(jī)制研究進(jìn)展

王俊玲，李宏偉，楊春菊，高永剛，高雁鴻

紫草素是傳統(tǒng)中藥紫草中一種重要的活性成分。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)紫草素抗癌作用機(jī)制的研究已逐漸深入，并取得了較大進(jìn)展。本研究以“紫草抗癌”“shikonin anti-cancer”“zicao anti-cancer”等 為關(guān)鍵詞，在PubMed和中國(guó)知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索時(shí)間為建庫(kù)至2020年7月31日，共檢索到有關(guān)文獻(xiàn)714篇，其中有效文獻(xiàn)205篇。以下從紫草素抑制細(xì)胞增殖和遷移，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬、凋亡、壞死和細(xì)胞免疫等5個(gè)方面，綜述其抗癌作用最新研究進(jìn)展。

1 紫草素的來(lái)源及其衍生物

紫草是我國(guó)傳統(tǒng)常用中藥材，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)·中品·草部》，用于治療感染、炎癥和出血性疾病已有兩千多年歷史［1］。據(jù)中國(guó)藥典記載，紫草素提取自紫草科紫草屬（Lithospermum）、軟紫草屬（Ar?nebia）以及滇紫草屬（Onosma）植物的根部，其味甘、咸，性寒，歸心、肝經(jīng)，具有清熱涼血、活血解毒，透疹消斑等功能，用于血熱毒盛，斑疹紫黑，麻疹不透，瘡瘍，濕疹，水火燙傷［2］?！兜崮媳静荨芬草d有“滇紫草”，為云南眾多少數(shù)民族習(xí)用藥物，被收錄于《云南省中藥材標(biāo)準(zhǔn)》中［3］。

現(xiàn)代藥學(xué)研究發(fā)現(xiàn)紫草化學(xué)成分復(fù)雜，含有多種活性成分：萘醌類、單萜苯醌、有機(jī)酸、萜類、甾體類、香豆素、內(nèi)酯、黃酮類、苯酚類和酚酸類以及多糖類等。萘醌類化合物是紫草中主要的活性成分，至今人們已從紫草根中分離到30余種，其中最具藥用價(jià)值且報(bào)道最多的是以紫草素類（Shikonins）或其對(duì)映異構(gòu)體阿卡寧類（Alkannins）為代表的萘醌類化合物，包括11種常見(jiàn)的紫草素類化合物：紫草素、去氧紫草素、甲基紫草素、乙酰紫草素、丙酰紫草素、異丁酰紫草素、異戊酰紫草素、β-羥基異戊酰紫草素、β-乙酰氧基-異戊酰紫草素、α-甲基-正丁酰紫草素、β-β'-二甲基丙烯酰紫草素。紫草素的生物活性多樣，具有抗炎、鎮(zhèn)痛、抗癌、抗病原微生物、抗血栓、抗氧化、創(chuàng)傷修復(fù)、降血糖、免疫調(diào)節(jié)、抗生育、止血、保肝等藥理藥效作用［4］。而紫草素及其衍生物的抗癌活性突出，是目前研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

2 紫草素的抗癌作用機(jī)制

大量研究證實(shí)紫草素對(duì)多種癌癥（例如：白血病、胃癌、胰腺癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌、黑色素瘤、鼻咽癌、肝癌、腎癌、宮頸癌和膀胱癌等）有強(qiáng)效的抑制作用［5］，其作用機(jī)制主要包括：通過(guò)多種分子途徑抑制細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、壞死以及細(xì)胞免疫，見(jiàn)圖1。

圖1 紫草素抗癌分子機(jī)制信號(hào)通路

2.1抑制細(xì)胞增殖抑制細(xì)胞增殖是紫草素抗癌作用的主要機(jī)制，紫草素通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯，抑制糖代謝、丙酮酸激酶M2（PKM2）、微小RNA（mi‐croRNA，miRNA/miR）、骨髓細(xì)胞瘤病毒癌基因（CMYC）和轉(zhuǎn)錄激活因子-2（ATF-2）等多種分子發(fā)揮其抗癌細(xì)胞增殖效應(yīng)。

2.1.1誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯 雙特異性蛋白磷酸酶（Cdc25s）肩負(fù)激活其天然底物細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶1（CDK1）的重大責(zé)任，在細(xì)胞周期進(jìn)程中發(fā)揮重要作用，過(guò)量Cdc25s促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化，分別在白血病細(xì)胞K562、乳腺癌細(xì)胞MCF-7和宮頸癌細(xì)胞HeLa中研究發(fā)現(xiàn)，紫草素對(duì)Cdc25s具有不可逆的抑制作用，進(jìn)而誘導(dǎo)第15位酪氨酸磷酸化CDK1積累，將細(xì)胞阻滯在DNA合成后期（G2期）/有絲分裂期（M期），在K562荷瘤小鼠中紫草素也表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制腫瘤生長(zhǎng)的活性［6］。磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）信號(hào)通路在腫瘤維持中起中樞調(diào)節(jié)作用，經(jīng)紫草素處理的人肺成纖維細(xì)胞，磷酸化AKT水平顯著降低，53 kDa的核內(nèi)磷酸化蛋白（p53）、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子（p21）和周期素依賴性激酶抑制蛋白（p27）等抑癌蛋白的水平顯著升高，CDK1去磷酸化受到抑制，細(xì)胞周期阻滯于DNA合成前期（G1期）和G2/M期［7］。p38促分裂原活化的蛋白激酶（p38 MAPK）作用于多條信號(hào)通路，阻滯細(xì)胞于不同周期，抑制細(xì)胞增殖，紫草素衍生物通過(guò)激活p38/絲裂原活化蛋白激酶的激酶2（MK2）信號(hào)通路，誘導(dǎo)小鼠惡性黑色素瘤細(xì)胞周期阻滯，抑制癌細(xì)胞增殖［8］。

2.1.2抑制糖代謝途徑 有研究認(rèn)為癌癥是一種代謝異常疾?。?］，病人體內(nèi)代謝物水平反映了癌細(xì)胞的基因變異、基因表達(dá)、代謝途徑活性和酶動(dòng)力學(xué)，近年來(lái)使用代謝組學(xué)研究紫草素抗癌機(jī)制成為一種新趨勢(shì)，研究人員采用高通量篩選方法評(píng)估了136種天然化合物，確定二甲氨基-小白菊內(nèi)酯（Di‐methylamino-parthenolide，DMAPT）和紫草素能有效抑制原代和永生化白血病細(xì)胞增殖，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，而對(duì)正常細(xì)胞的影響微不足道［10］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)DMAPT和紫草素協(xié)同作用減少了糖酵解中間產(chǎn)物向磷酸戊糖途徑的分流，抑制了谷氨酰胺及其衍生代謝物與嘌呤、嘧啶核苷酸的合成，阻礙白血病細(xì)胞增殖，減輕聯(lián)合化療藥物的毒性和副作用。河馬（Hippo）信號(hào)通路在器官生長(zhǎng)、干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、癌癥發(fā)生發(fā)展等一系列過(guò)程中發(fā)揮重要作用，紫草素通過(guò)調(diào)節(jié)Hippo信號(hào)通路哺乳動(dòng)物不育系20樣激酶1（MST1）-Yes相關(guān)蛋白1（YAP1）-轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)相關(guān)結(jié)構(gòu)域1（TEAD1）軸，激活MST1，誘導(dǎo)YAP1的降解，減弱YAP1-TEAD1相互作用，抑制C-MYC和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（GLUT1）基因表達(dá)，減少乳酸產(chǎn)生，阻斷癌細(xì)胞糖酵解途徑，抑制細(xì)胞增殖［11］。

2.1.3PKM2 PKM2是腫瘤細(xì)胞有氧糖酵解的關(guān)鍵酶，Li等［12］報(bào)道抑制PKM2可導(dǎo)致胞內(nèi)腺苷三磷酸（ATP）減少，調(diào)控細(xì)胞周期。在肝癌細(xì)胞LM3、SMMC-7721、Huh-7和HepG2中，紫草素通過(guò)抑制細(xì)胞周期蛋白D1（cyclin D1）/細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶4（CDK4）/細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶6（CDK6）表達(dá)和PKM2合成，減少ATP釋放，阻滯細(xì)胞周期由G1期向DNA合成期（S期）轉(zhuǎn)變，縮小荷瘤小鼠腫瘤體積，增強(qiáng)索拉菲尼抗腫瘤效果。缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）在腫瘤細(xì)胞增殖調(diào)控中也起重要作用，可激活多個(gè)涉及腫瘤生物學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的靶基因，包括血管生成、葡萄糖代謝、細(xì)胞增殖和凋亡，在食管癌細(xì)胞EC109和EC9706中研究發(fā)現(xiàn)，紫草素通過(guò)抑制HIF-1α/PKM2/cyclin D1信號(hào)通路控制食管癌細(xì)胞增殖［13］。在結(jié)直腸癌細(xì)胞中，紫草素也表現(xiàn)出對(duì)HIF-1α蛋白合成的抑制作用，減弱哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）/p70核糖體蛋白S6激酶（p70S6K）/真核翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1（4EBP1）/真核翻譯起始因子4E（eIF4E）信號(hào)通路下游激酶的活性，阻滯細(xì)胞周期于G1/S期［14］。在乳腺癌細(xì)胞MCF-7和MDA-MB-231中，紫草素降低PKM2激酶活性，在荷瘤小鼠中也證實(shí)紫草素作為佐劑縮小了腫瘤體積，延長(zhǎng)了患癌小鼠存活時(shí)間［15］。

2.1.4miRNA miRNA是一種非編碼的單鏈RNA，具有18～24個(gè)核苷酸，能在轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)，已有研究證明，許多miRNA在各方面均與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)［16］。原癌基因MYCN（編碼轉(zhuǎn)錄因子N-MYC）的擴(kuò)增是造成視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤的原因之一，miR-34a和miR-202與特定3′非翻譯區(qū)（3′-UTR）序列結(jié)合下調(diào)MYCN基因表達(dá)，有效抑制癌細(xì)胞增殖，Su等［17］報(bào)道紫草素具有上調(diào)miR-34a和miR-202表達(dá)的效應(yīng)。miR-106b在癌前病變發(fā)揮作用，有研究證實(shí)紫草素通過(guò)下調(diào)miR-106b表達(dá)阻斷第10號(hào)染色體同源丟失性磷酸酶-張力蛋白（PTEN）/AKT/mTOR信號(hào)通路抑制子宮內(nèi)膜樣癌細(xì)胞增殖［18］。miR-128的靶基因是B細(xì)胞淋巴瘤-2（Bcl-2）相關(guān)X蛋白（Bax），為線粒體凋亡途徑的關(guān)鍵效應(yīng)因子，Wei等［19］的研究結(jié)果表明：紫草素通過(guò)抑制腫瘤來(lái)源外泌體中miR-128的釋放，下調(diào)編碼Bax基因表達(dá)，抑制乳腺癌細(xì)胞MCF-7增殖。

2.1.5C-MYC C-MYC是一種轉(zhuǎn)錄因子，可以與MYC關(guān)聯(lián)因子X(jué)（MAX）二聚化，結(jié)合DNA并調(diào)節(jié)涉及細(xì)胞獲取營(yíng)養(yǎng)的基因表達(dá)，產(chǎn)生ATP以及合成細(xì)胞所需的原料。在癌癥中，表觀遺傳的改變使得細(xì)胞周期和免疫檢查點(diǎn)紊亂，促進(jìn)了C-MYC對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖的調(diào)控作用。伯基特氏（Burkitt）淋巴瘤（BL）的主要分子特征即是C-MYC原癌基因表達(dá)失控，紫草素能以劑量依賴的方式顯著抑制Raji和Namalwa細(xì)胞中C-MYC表達(dá)。miR-19a是受C-MYC上調(diào)的癌基因，它能下調(diào)第10號(hào)染色體同源丟失性磷酸酶-張力蛋白9（PTEN9）導(dǎo)致PI3K/AKT通路激活，紫草素下調(diào)BL細(xì)胞中C-MYC和miR-19a表達(dá)，負(fù)向調(diào)控PTEN的表達(dá)，降低PI3K亞基p110α的表達(dá)，使AKT在絲氨酸（Ser）473位磷酸化，抑制PI3K活性。此外，紫草素還能抑制mTOR蛋白復(fù)合體1（mTORC1）Ser2448、p70核 糖 體 蛋 白S6激 酶（p70S6K）和mTOR蛋白復(fù)合體2（mTORC2）Ser2481位點(diǎn)的磷酸化作用，減少mTOR蛋白表達(dá)，促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡［20］。在白血病細(xì)胞NB4中，紫草素通過(guò)下調(diào)C-MYC表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯抑制細(xì)胞增殖。在人結(jié)直腸癌細(xì)胞HCT116和SW480中，紫草素通過(guò)降低C-MYC和cyclin D表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯于G1期，抑制腸癌細(xì)胞增殖。YAP1與MST1協(xié)同負(fù)向調(diào)節(jié)C-MYC，而紫草素則能激活MST1從而抑制C-MYC表達(dá)。Wiench等［21］研究發(fā)現(xiàn)，紫草素抑制C-MYC表達(dá)和轉(zhuǎn)錄活性與細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）、MAPK和AKT失活密切相關(guān)。

2.1.6ATF-2 ATF-2是一種序列特異性DNA結(jié)合蛋白，屬于bZIP蛋白家族，能在應(yīng)激條件下激活多個(gè)靶基因。盡管已有許多報(bào)道證明紫草素能夠抑制PKM2的活性，但在化學(xué)制劑誘導(dǎo)的小鼠皮膚癌模型中，紫草素不具備抑制PKM2的作用，然而紫草素可通過(guò)抑制ATF-2及其下游分子CDK4和原癌基因Fos相關(guān)抗原1（Fra-1）的表達(dá)抑制細(xì)胞增殖和腫瘤生長(zhǎng)［22］。紫草素在ATF-2中的作用鮮有報(bào)道，可以更進(jìn)一步研究紫草素抑制ATF-2信號(hào)通路的分子機(jī)制，為紫草素抗癌機(jī)制提供新視野。

2.2誘導(dǎo)細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡可以通過(guò)凋亡、壞死性凋亡和自噬3種途徑發(fā)生。細(xì)胞凋亡或程序性細(xì)胞死亡是一種細(xì)胞自然死亡的方式。在癌癥中，激活抑制細(xì)胞凋亡信號(hào)通路可使癌細(xì)胞逃逸細(xì)胞凋亡程序，從而導(dǎo)致癌細(xì)胞不受控制地增殖，繼而引發(fā)腫瘤增大、治療耐藥和癌癥復(fù)發(fā)。許多抗癌療法通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞死亡及其相關(guān)的信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用，紫草素也不例外，相關(guān)機(jī)制如下。

2.2.1抑制PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路 紫草素誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡機(jī)制之一是通過(guò)抑制PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這是一條相對(duì)獨(dú)立而復(fù)雜的途徑：mTOR調(diào)節(jié)癌細(xì)胞合成代謝，驅(qū)動(dòng)核糖體和核苷酸的生物合成，抑制這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致核苷酸耗盡、DNA損傷和細(xì)胞毒性。在鼻咽癌細(xì)胞中，紫草素能有效抑制細(xì)胞葡萄糖攝取和ATP產(chǎn)生，使PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路相關(guān)蛋白表達(dá)減少。紫草素還能下調(diào)人結(jié)腸癌細(xì)胞HT29和DLD-1中PI3K、磷酸化磷酸肌醇3激酶（p-PI3K）、AKT、磷酸化蛋白激酶B（p-AKT）（Thr308）和mTOR蛋白的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡；在DLD-1荷瘤小鼠體內(nèi)紫草素同樣能降低PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路相關(guān)蛋白表達(dá)，減輕腫瘤組織重量［23］。PI3K/AKT信號(hào)通路的異常激活導(dǎo)致阿法替尼耐藥，紫草素通過(guò)負(fù)向調(diào)控PI3K/AKT激活凋亡信號(hào)通路，抑制非小細(xì)胞肺癌耐藥細(xì)胞株增殖，誘導(dǎo)其凋亡。在慢性粒細(xì)胞白血病K562細(xì)胞中，紫草素升高K562細(xì)胞中PTEN水平，導(dǎo)致PI3K/AKT信號(hào)通路失活，Bax表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)中性粒細(xì)胞凋亡［24］。

2.2.2MAPKs信號(hào)通路 促分裂原活化的蛋白激酶（MAPKs）信號(hào)可以保護(hù)或增強(qiáng)細(xì)胞凋亡的敏感性，MAPKs家族由3個(gè)成員組成：細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）、c-Jun氨基端蛋白激酶（JNK）和p38MAPKs。p38 MAPK和JNK與細(xì)胞凋亡有關(guān)，ERK與細(xì)胞生存有關(guān)。Shan等［25］研究表明：紫草素顯著增加p38 MAPK和JNK磷酸化，抑制ERK磷酸化，調(diào)節(jié)MAPKs信號(hào)通路誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。在紫草素處理的乳腺癌細(xì)胞MCF-7、SK-BR-3、MDA-MB-231中使用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，紫草素可誘導(dǎo)雙特異性磷酸酶（DUSP）-1和DUSP-2表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和凋亡。紫草素還能上調(diào)磷酸化的JNK（pJNK）表達(dá)，啟動(dòng)膽囊癌細(xì)胞線粒體依賴性凋亡程序。在膽管癌細(xì)胞RBE中，紫草素誘導(dǎo)活性氧介導(dǎo)JNK活化［26］。在口腔癌細(xì)胞Ca9-22中，乙酰紫草素處理后誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生，增強(qiáng)JNK和p38 MAPK磷酸化作用，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡［27］。

2.2.3活性氧 氧化應(yīng)激對(duì)于腫瘤的發(fā)生發(fā)展來(lái)說(shuō)是一把雙刃劍。正常情況下，高水平的活性氧對(duì)細(xì)胞是有害的，然而癌細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)通常與正常細(xì)胞不同，由于代謝和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的異常，癌細(xì)胞通常表現(xiàn)出較高的活性氧水平，這會(huì)引起癌細(xì)胞凋亡和壞死。在乳腺癌細(xì)胞MCF-7和MDAMB-435S中，紫草素通過(guò)降低線粒體膜電位，提高細(xì)胞內(nèi)活性氧水平，協(xié)同促進(jìn)細(xì)胞凋亡。在膽管癌細(xì)胞RBE和口腔癌細(xì)胞Ca9-22細(xì)胞中，紫草素均能誘導(dǎo)活性氧產(chǎn)生［27］。在胃癌細(xì)胞AGS（p53野生型）和Kato 3（p53缺失型）中，紫草素處理后抑制轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2（nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2）表達(dá)，誘導(dǎo)p53表達(dá)和活性氧產(chǎn)生，使細(xì)胞內(nèi)JNK活性顯著升高，刺激胱天蛋白酶（caspase）-3依賴的細(xì)胞凋亡途徑［28］。

2.2.4Bcl-2和Bax Bcl-2蛋白家族作為細(xì)胞生命的調(diào)節(jié)器，包括促進(jìn)生存蛋白［如B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-xL（Bcl-xL）］和促進(jìn)凋亡蛋白［如Bax、Bcl-2同源拮抗劑抗體（Bak）］，它們協(xié)同調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡，對(duì)癌癥的發(fā)生和治療起著至關(guān)重要的作用。Bcl-2/Bax比率代表凋亡活性，當(dāng)比率降低時(shí)促進(jìn)細(xì)胞凋亡，在膽囊癌細(xì)胞NOZ和EHGB-1及其荷瘤小鼠中，紫草素增加Bax表達(dá)，引起多腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）、caspase-9和caspase-3被切割，下調(diào)Bcl-2表達(dá)，最終導(dǎo)致Bcl-2/Bax比率顯著降低。紫草素作用于肝癌細(xì)胞SMMC-7721細(xì)胞后，Bax、p53和cas‐pase-3表達(dá)顯著增加，Bcl-2表達(dá)顯著降低，Bcl-2/Bax比值也降低［29］。在甲狀腺癌細(xì)胞中，經(jīng)紫草素處理后，蛋白質(zhì)印跡法（Western blotting）顯示促凋亡蛋白Bax和BH3結(jié)構(gòu)域凋亡誘導(dǎo)蛋白（Bid）的表達(dá)水平明顯升高，而抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xl和髓樣細(xì)胞白血病-1（Mcl-1）的表達(dá)明顯降低［30］。

2.2.5RIPK1和RIPK3 壞死性凋亡是一種依賴于受體相互作用蛋白激酶（RIPK）的調(diào)節(jié)性壞死，越來(lái)越多的證據(jù)表明，活化的RIPK1與RIPK3相互作用，能夠促進(jìn)RIPK1/RIPK3核小體的形成，使壞死復(fù)合體招募下游底物混合譜系激酶結(jié)構(gòu)域樣蛋白（MLKL），形成寡聚體，導(dǎo)致細(xì)胞膜滲漏引起細(xì)胞死亡。紫草素可以針對(duì)壞死性凋亡信號(hào)通路來(lái)治療癌癥。在乳腺癌（MCF-7）、胰腺癌和鼻咽癌（5-8F和CNE-2Z）細(xì)胞中，紫草素可顯著增加RIPK1和RIPK3表達(dá)，上調(diào)MLKL，顯微鏡下觀察到細(xì)胞質(zhì)呈透明樣，質(zhì)膜完全喪失，提示紫草素引起細(xì)胞壞死性凋亡［31］。在骨肉瘤細(xì)胞143B荷瘤小鼠中，利用靶向多肽修飾的二硫鍵交聯(lián)多肽納米凝膠可以促進(jìn)紫草素的細(xì)胞內(nèi)給藥，通過(guò)誘導(dǎo)依賴RIPK1和RIPK3的壞死性凋亡來(lái)殺傷骨肉瘤細(xì)胞，甚至可以消除體內(nèi)癌細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。在小鼠乳腺癌細(xì)胞4T1中，紫草素可以誘導(dǎo)RIPK1和RIPK3依賴的細(xì)胞壞死性凋亡，并同時(shí)增強(qiáng)癌細(xì)胞自噬作用。紫草素（2～10 mol/L）還可以劑量依賴的方式誘導(dǎo)大鼠C6和人腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞系SHG-44、HG44、U87和U251細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和壞死，上調(diào)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中RIPK1和RIPK3的水平，導(dǎo)致癌細(xì)胞核內(nèi)DNA雙鏈斷裂，并加強(qiáng)它們之間的相互作用［32］。在紫草素治療的肺癌荷瘤小鼠中，紫草素顯著增加腫瘤組織中RIPK1蛋白的表達(dá)，并且觀察到紫草素處理組腫瘤生長(zhǎng)明顯低于對(duì)照組，甲基腺嘌呤（3-MA）、自噬相關(guān)基因5（ATG5）小干擾RNA（siRNA）和巴菲霉素A等自噬抑制劑可增強(qiáng)紫草素誘導(dǎo)的壞死性凋亡，提示紫草素有望成為治療肺癌的新策略［33］。

2.2.6誘導(dǎo)線粒體功能障礙 在肝癌細(xì)胞中，紫草素通過(guò)破壞線粒體膜電位和氧化應(yīng)激狀態(tài)影響線粒體功能，降低線粒體中PKM2表達(dá)、HCCLM3細(xì)胞耗氧率、三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）中ATP和代謝物的水平，影響AMP活化蛋白激酶（AMPK）和過(guò)氧化物酶增殖激活受體γ共激活子-1（PGC1）蛋白酶解途徑，加劇氧化應(yīng)激和營(yíng)養(yǎng)缺乏，通過(guò)PKM2-AMPKPGC1信號(hào)通路觸發(fā)線粒體功能障礙［34］。

2.2.7誘導(dǎo)細(xì)胞自噬及細(xì)胞免疫 自噬是抑制癌細(xì)胞增殖的重要機(jī)制，據(jù)報(bào)道，紫草素具有誘導(dǎo)自噬和細(xì)胞免疫的作用。當(dāng)自噬發(fā)生時(shí)，微管相關(guān)蛋白1輕鏈3B（LC3B）定位于隔離膜，導(dǎo)致自噬體膜的形成，微管相關(guān)蛋白1輕鏈3B-Ⅱ（LC3B-Ⅱ）是眾所周知的自噬激活的標(biāo)志物，紫草素可誘導(dǎo)微管相關(guān)蛋白1輕鏈3B-Ⅰ（LC3B-Ⅰ）轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)C3B-Ⅱ。紫草素通過(guò)激活活性氧介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、p38信號(hào)通路、增加LC3B-Ⅱ和激活型PARP以及caspase-3的產(chǎn)生，誘導(dǎo)惡性黑色素瘤（A375）、肺癌（A549）和宮頸癌（HeLa）細(xì)胞凋亡和自噬［35］。在結(jié)直腸腺癌細(xì)胞SW620和HCT116中，紫草素誘導(dǎo)的半乳糖凝集素-1（Galectin-1）二聚化增加，形成自噬小體和空泡，激活腸癌細(xì)胞凋亡和自噬［36］。選擇性自噬接頭蛋白（p62）降解也是自噬的標(biāo)志物，在結(jié)直腸癌細(xì)胞中，紫草素降低YAP蛋白表達(dá)，上調(diào)LC3B-Ⅱ表達(dá)形成自噬小體，并且隨著紫草素濃度的增加或作用時(shí)間的延長(zhǎng)，HCT116和SW620細(xì)胞中p62的顯著降解。在惡性黑色素瘤細(xì)胞WM164、WM9和SBCL2中，紫草素也能上調(diào)p62基因表達(dá)，增強(qiáng)LC3B-Ⅱ表達(dá)［37］。程序性壞死和壞死性凋亡是一種高度的免疫原性活動(dòng)，通常通過(guò)損傷的相關(guān)分子模式（DAMPs）的釋放來(lái)介導(dǎo)，紫草素誘導(dǎo)的自噬可直接導(dǎo)致DAMPs的釋放增加，分泌至胞外的DAMPs能夠激活共培養(yǎng)的樹(shù)突狀細(xì)胞（DC），用紫草素預(yù)處理的腫瘤細(xì)胞與DC共培養(yǎng)能進(jìn)一步抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移。紫草素通過(guò)提高穿孔素、顆粒酶B（GranB）、磷酸化的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2（p-ERK1/2）和磷酸化的蛋白激酶B（p-AKT）表達(dá)，使自然殺傷（NK）細(xì)胞增殖并強(qiáng)化細(xì)胞毒性，誘導(dǎo)細(xì)胞免疫［38］。

2.2.8其他 在乳腺癌細(xì)胞MCF-7和SK-BR-3中，紫草素下調(diào)雌激素受體α（ERα）、G蛋白偶聯(lián)雌激素受體（GPER）、表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）和p-ERK的表達(dá)，對(duì)人乳腺癌細(xì)胞SK-BR-3細(xì)胞具有抗增殖效應(yīng)。分化簇147（CD147）在人體各種腫瘤組織中廣泛表達(dá)，并且在腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖和轉(zhuǎn)移浸潤(rùn)中具有非常重要的作用，在膠質(zhì)瘤細(xì)胞U251和U87MG中，基因敲除CD147可抑制細(xì)胞生長(zhǎng)，過(guò)表達(dá)CD147可促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和抑制紫草素誘導(dǎo)的活性氧產(chǎn)生和線粒體膜電位水平的升高，提示紫草素誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡與下調(diào)CD147和上調(diào)氧化應(yīng)激有關(guān)，CD147可能是紫草素誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡的選擇性靶點(diǎn)［39］。Bcl2相關(guān)永生基因3（BAG3）為抗凋亡和前自噬因子，在人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，紫草素可誘導(dǎo)miR-143過(guò)表達(dá)降低凋亡調(diào)節(jié)因子BAG3表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡比例顯著增加。在人乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-231中，紫草素能夠有效地抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3（STAT3）的活性、核定位及其下游靶基因表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙阻止腫瘤的發(fā)生和惡性轉(zhuǎn)化［40］。

2.3抑制癌細(xì)胞遷移和侵襲癌細(xì)胞的遷移和侵襲使癌癥嚴(yán)重威脅人類健康，紫草素對(duì)防止癌細(xì)胞遷移和侵襲具有重要意義，機(jī)制如下。

2.3.1MMPs 基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）是一類鋅依賴的內(nèi)肽酶家族，可促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和分化，已在癌癥中檢測(cè)到MMP水平升高與腫瘤進(jìn)展和侵襲性有關(guān)。在惡性黑色素瘤細(xì)胞A375和A2058以及斑馬魚腫瘤模型中，紫草素呈劑量依賴性地降低Mcl-1、Bcl-2、MMP-2和MMP-9的蛋白水平。扭曲蛋白（Twist）是一種由STAT3直接調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子，能夠誘導(dǎo)上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），這是上皮細(xì)胞的一種惡化變化，波形蛋白和神經(jīng)鈣黏素（N-cad‐herin）是EMT過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。蛋白質(zhì)印跡法表明紫草素能下調(diào)Twist、波形蛋白和N-cadherin的表達(dá)［41］。紫草素呈劑量依賴性降低兩株骨肉瘤細(xì)胞U2OS和SAOS-2中MMP-13水平，增加腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)蛋白8樣分子2（TIPE2）水平，顯著抑制MMP-13水平和細(xì)胞侵襲力［42］。紫草素還可通過(guò)AKT/mTOR和活性氧/ERK1/2途徑降低MMP-2/-9的表達(dá)，從而抑制前列腺癌和乳腺癌細(xì)胞的侵襲性遷移和侵襲。紫草素還通過(guò)下調(diào)鋅指轉(zhuǎn)錄因子（slug）和MMP-14的表達(dá)抑制甲狀腺癌細(xì)胞發(fā)生EMT［43］。

2.3.2catenin信號(hào)通路 細(xì)胞遷移和侵襲的必經(jīng)過(guò)程包括EMT，在非肥胖糖尿病/重癥聯(lián)合免疫缺陷（NOD/SCID）乳腺癌荷瘤小鼠中，紫草素通過(guò)上調(diào)糖原 合酶激 酶3β（GSK-3β）的 水 平，抑 制連環(huán) 素（catenin）表達(dá)和核積累，靶向調(diào)節(jié)EMT相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，顯著抑制MDA-MB-231細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移［44］。

2.3.3其他 紫草素處理后miR-106b的表達(dá)降低，增強(qiáng)紫草素對(duì)肝癌細(xì)胞遷移和EMT的抑制作用。紫草素抑制甲狀腺癌細(xì)胞TPC-1的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNMT1）表達(dá)，降低PTEN基因甲基化，增加PTEN蛋白表達(dá)［45］。沉默調(diào)節(jié)蛋白2（SIRT2）是表皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（EGF）和ERK信號(hào)通路的下游分子，過(guò)表達(dá)可以抑制轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌細(xì)胞SW480增殖和轉(zhuǎn)移，而紫草素恰恰可以增強(qiáng)SIRT2表達(dá)［46］。紫草素通過(guò)誘導(dǎo)上皮細(xì)胞鈣黏蛋白（E-cadherin）表達(dá)，減少肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（c-Met）活化、波形蛋白、鋅指轉(zhuǎn)錄因子slug（snail2）和snail表達(dá)，抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞HCC827的遷移和侵襲活性［47］。腫瘤干細(xì)胞（CSCs）負(fù)責(zé)腫瘤的侵襲性生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，STAT3、整合素/黏著斑激酶（FAK）和雞肉瘤病毒基因（Src）信號(hào)通路有助于維持癌細(xì)胞的干細(xì)胞程序，紫草素通過(guò)抑制STAT3/FAK/Src信號(hào)通路的激活顯著降低乳腺癌和卵巢癌細(xì)胞的侵襲和遷移。紫草素通過(guò)抑制MMP-7、整合素β1、Toll樣受體2（TLR2）和p65核因子-κB（NF-κB）的表達(dá)水平能顯著降低胃癌（MGC803）和肺癌（A549）細(xì)胞的存活、黏附、侵襲和遷移能力［48］。

3 展望

紫草素的抗癌活性在肺癌、白血病、淋巴瘤、胃癌、結(jié)直腸癌、肝癌、胰腺癌、婦科腫瘤（宮頸癌、乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌和卵巢癌）等多種系統(tǒng)的惡性腫瘤中得到了廣泛的研究。越來(lái)越多的證據(jù)表明紫草素通過(guò)抑制癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、自噬和免疫發(fā)揮抗癌作用。進(jìn)一步地分子機(jī)制研究表明，紫草素通過(guò)抑制CDK1去磷酸化、糖代謝途徑、PKM2，調(diào)節(jié)miRNA，下調(diào)C-MYC表達(dá)和誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。紫草素誘導(dǎo)的癌細(xì)胞凋亡與活性氧生成增加、線粒體介導(dǎo)的凋亡通路激活、MAPKs通路的調(diào)控、PI3K/AKT通路的抑制有關(guān)。PTEN和miR106b作為PI3K/AKT通路的上游，在紫草素誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起重要作用。這些途徑的調(diào)控導(dǎo)致促凋亡蛋白Bax增加，抗凋亡蛋白Bcl-2下調(diào)，凋亡相關(guān)蛋白剪切型PARP和caspase-3/8/9活性增強(qiáng)，最終導(dǎo)致多種腫瘤細(xì)胞死亡。這些途徑之間又存在著交聯(lián)，如紫草素誘導(dǎo)的活性氧積聚可激活p38 MAPK通路。此外，紫草素通過(guò)抑制NF-κB信號(hào)通路，降低MMP-2/7/9/13/14表達(dá)，調(diào)節(jié)PI3K/AKT、ERK1/2和CXC趨化因子受體4（CXCR4）/基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1（SDF-1）信號(hào)通路在多種癌癥中發(fā)揮抑制細(xì)胞遷移和侵襲的作用。更值得關(guān)注的是，通過(guò)對(duì)紫草素的萘醌環(huán)或側(cè)鏈進(jìn)行修飾，新衍生物表現(xiàn)出比紫草素更強(qiáng)的抗癌活性和更低的毒性。Huang等［49］為了開(kāi)發(fā)高效、安全的抗腫瘤藥物，合成了45個(gè)含硫紫草素肟衍生物，并對(duì)其體外抗人結(jié)腸癌（HCT-15）、胃癌（MGC-803）、肝癌（Bel7402）和乳腺癌（MCF-7）的活性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，側(cè)鏈取代基的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)紫草素體外抗腫瘤活性是非常重要的，紫草素肟衍生物9m通過(guò)下調(diào)Bcl-2和上調(diào)Bax、caspase-3和caspase-9，能使細(xì)胞周期阻滯在G1期，并誘導(dǎo)HCT-15細(xì)胞產(chǎn)生強(qiáng)烈的凋亡反應(yīng)，同時(shí)細(xì)胞釋放較少的一氧化氮，表明紫草素肟衍生物細(xì)胞毒性較低。在紫草素抗惡性黑色素瘤的研究中，研究人員合成了18個(gè)新的紫草素衍生物，研究了它們對(duì)各種黑色素瘤細(xì)胞系和皮膚成纖維細(xì)胞的細(xì)胞毒性，（R）-1-（1，4-二氫-5，8-二羥基-1，4-二氧萘-2-基）-4-甲基戊-3-烯基環(huán)丙基乙酸（環(huán)丙基乙酰紫草寧）顯示了對(duì)兩種來(lái)源于轉(zhuǎn)移病灶的黑色素瘤細(xì)胞系（WM164和MUGMel2）強(qiáng)烈的抑制活性，進(jìn)一步地研究表明，紫草素衍生物通過(guò)組蛋白2A變異體（H2AX）磷酸化作用導(dǎo)致雙鏈DNA斷裂，依賴caspase提高剪切型PARP蛋白水平誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［50］。然而，所有這些研究都是在癌細(xì)胞系或荷瘤動(dòng)物模型中進(jìn)行；加之，天然產(chǎn)物一般具有通過(guò)腸道菌群改善疾病的作用，但到目前為止，尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道紫草素對(duì)腸道菌群的影響，因此需要進(jìn)一步地研究來(lái)驗(yàn)證紫草素及其衍生物臨床應(yīng)用的有效性和安全性。