莪術(shù)醇抗腫瘤作用機(jī)制研究進(jìn)展

王中會，閆平慧，晁 旭，2*

（1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，陜西 咸陽 712046；2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院，陜西 咸陽 712046）

腫瘤是全球范圍內(nèi)高死亡率、低存活率的一種致命疾病，目前仍然沒有一種已知的方法可治愈大多數(shù)癌癥。據(jù)國際癌癥研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，2020年全球有將近1 930萬例新癌癥病例和1 000萬例癌癥死亡病例[1]。已經(jīng)開發(fā)了超過1 100種用于治療人類惡性腫瘤的抗癌藥物[2]。然而，由于許多不可避免的嚴(yán)重副作用限制了這些藥物的使用。在某些情況下，特別是在長期治療的情況下患者在治療期間可能會產(chǎn)生多藥耐藥性。越來越多的臨床前試驗(yàn)和市場上的癌癥治療藥物轉(zhuǎn)向低毒、高效、耐藥的天然藥物。中醫(yī)藥治療腫瘤已有數(shù)千年的歷史，大量研究證明，與標(biāo)準(zhǔn)化療藥物相比，中藥在抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展、延長生存期、減少化療和放療副反應(yīng)、提高腫瘤患者生活質(zhì)量等方面是有用和有效的。因此，中醫(yī)藥已成為挖掘創(chuàng)新天然成分作為抗腫瘤靶向治療藥物的重要來源。

莪術(shù)醇是莪術(shù)精油中的主要活性成分之一，大量研究證實(shí)莪術(shù)醇具有廣譜抗癌特性，可治療肺癌、肝癌、胃癌、乳腺癌、大腸癌、鼻咽癌、卵巢癌等多種癌癥，而莪術(shù)醇對正常細(xì)胞的作用可以忽略不計(jì)，這表明它在癌癥治療中具有潛在的治療作用[2]。本研究綜述近幾年來莪術(shù)醇對不同腫瘤的抗腫瘤作用機(jī)制的研究進(jìn)展。

1 抑制腫瘤細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為

1.1 莪術(shù)醇抑制細(xì)胞增殖、生長，誘導(dǎo)凋亡

Tang等[6]研究發(fā)現(xiàn)，莪術(shù)醇對SPC-1-A人肺腺癌細(xì)胞具有時間和濃度依賴性的抗增殖作用，濃度為100 μM時，即能誘導(dǎo)SPC-1-A細(xì)胞大量凋亡，并將細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期，而對MRC-5人胚胎肺成纖維細(xì)胞（非轉(zhuǎn)化細(xì)胞）的生長抑制作用不大。該體外抗腫瘤增殖作用在荷瘤小鼠實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)，60 mg·kg-1·d-1莪術(shù)醇即可顯著減小腫瘤體積，且無明顯毒性。

胰島素樣因子-1受體（insulin-like factor-1 receptor，IGF-1R）參與許多組織，主要調(diào)節(jié)生長和存活，是公認(rèn)的惡性細(xì)胞的獨(dú)特因子。因此，IGF-1R阻斷劑可以抑制腫瘤生長、血管生成并增強(qiáng)化療誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。p38 MAPK是惡性轉(zhuǎn)化的負(fù)調(diào)控因子，在腫瘤細(xì)胞中具有促凋亡作用[7]。Wang等[8]發(fā)現(xiàn)，莪術(shù)醇可抑制大腸癌LoVo細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)其凋亡，其機(jī)制主要是通過降低IGF-1R水平，上調(diào)p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）磷酸化水平，進(jìn)而上調(diào)Bax表達(dá)，降低CREB1和Bcl-2表達(dá)，觸發(fā)PARP切割來實(shí)現(xiàn)的，該結(jié)論在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。

據(jù)Huang等[9]報(bào)道，莪術(shù)醇能抑制三陰性乳腺癌（triple-negative breast cancer，TNBC）MDA - MB 231細(xì)胞的體內(nèi)外生長。體外實(shí)驗(yàn)表明莪術(shù)醇通過上調(diào)p73、PUMA和Bak的表達(dá)，下調(diào)突變型p53觸發(fā)凋亡來夠抑制TNBC MDA-MB 231細(xì)胞的生長。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，莪術(shù)醇劑量為100或200 μg·kg-1，給藥連續(xù)21 d可顯著抑制異種移植瘤的體內(nèi)生長。

有研究[10]表明，藥物通過線粒體膜電位（MMP）的缺失和活性氧（ROS）生成的增加誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。當(dāng)體內(nèi)ROS表達(dá)增加時，可對惡性細(xì)胞造成損害。而異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）依賴的還原羧化作用則可以降低細(xì)胞內(nèi)ROS水平[11]，保護(hù)癌細(xì)胞免受ROS損傷。Zang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，莪術(shù)醇作用于胃癌GC MGC-803細(xì)胞后ROS水平升高，MMP水平降低，IDH1水平下調(diào)，細(xì)胞增殖受到抑制，細(xì)胞周期被阻滯于G2/M期。

PI3K/Akt通路是IGF-1R最重要的下游信號通路之一，可誘導(dǎo)細(xì)胞有絲分裂、細(xì)胞生長、轉(zhuǎn)化、遷移、存活和抗凋亡等多種作用[13]，GSK-3β是PI3K/Akt通路的重要下游分子，通過激活A(yù)kt使其ser9磷酸化而失去功能[14]。因此，它的磷酸化與腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)惡性行為有關(guān)。因此，抑制PI3K/Akt通路和p-GSK-3β可能是癌癥干預(yù)中重要的腫瘤抑制機(jī)制。

Li等[15]發(fā)現(xiàn)，莪術(shù)醇以劑量和時間依賴性的方式抑制IGF-1R和p-Akt的表達(dá)，并調(diào)控其下游 GSK-3β在鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma，NPC）CNE-2細(xì)胞中的活性，進(jìn)而引發(fā)周期蛋白分 子（Cyclin D1，Cyclin E，CDK2，CDK4，p21和p27）和凋亡相關(guān)分子（Bcl-2、Bax和p53以及MDM2、p53、Bcl-2、Bax和cleaved PARP）表達(dá)的改變，使細(xì)胞阻滯在G0/G1期并發(fā)生凋亡。該作用可部分被IGF-1R激動劑IGF-1逆轉(zhuǎn)。以上提示：莪術(shù)醇通過抑制IGF-1R/PI3K/Akt/GSK-3β通路的激活，調(diào)節(jié)其下游周期和凋亡相關(guān)分子抑制CNE-2細(xì)胞的生長。

1.2 莪術(shù)醇抑制侵襲和轉(zhuǎn)移

PI3K-AKT、MAPK、WNT、WNT /b-catenin和其他與癌細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)的通路在腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展中扮演著重要角色[16-17]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)來自植物提取物的天然藥物化合物在治療人類疾病方面起著重要作用。靶向天然產(chǎn)物治療轉(zhuǎn)移性腫瘤是一種有效的治療方法。Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)，莪術(shù)醇通過調(diào)控多種腫瘤相關(guān)信號分子如增殖（p-AKT↓、p-PI3K↓、 p-LRP5/6↓、 AXIN↑、APC↑、GSK3b↑和p-b-catenin↓）、遷移和侵襲（MMP-2↓和MMP-9↓）、凋亡（Bax↑、Bcl-2↓、caspase 3↑和caspase 9↑）和細(xì)胞周期（cyclin D1↓、CDK1↓和CDK4↓）來抑制體外肺腺癌A549和H460細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡，與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。Cai等[19]發(fā)現(xiàn)，莪術(shù)醇聯(lián)合塞來昔布作用可抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄活性，激活caspase-9/caspase-3，阻滯細(xì)胞周期在G1期，抑制MAPK、PI3K/AKT信號通路激活和FAK、MMP-9的活性，從而抑制NSCLC細(xì)胞（A549、H1299）增殖、侵襲、遷移和細(xì)胞周期進(jìn)程，誘導(dǎo)凋亡并降低小鼠體內(nèi)腫瘤體積和重量，減少肺組織腫瘤轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)。

細(xì)胞外基質(zhì)的蛋白水解是腫瘤轉(zhuǎn)移的必要步驟。蛋白水解酶如MMPs的表達(dá)和活性的增加有助于腫瘤細(xì)胞侵入血流或淋巴系統(tǒng)并擴(kuò)散到其他器官[20]。Ning等[21]進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)莪術(shù)醇可以抑制乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞中JNK1/2的磷酸化和Akt的磷酸化，并抑制NF-κB p65的核轉(zhuǎn)位和轉(zhuǎn)錄活性，而該抑制作用可被JNK特異性抑制劑（SP600125）和Akt特異性抑制劑（LY294002）增強(qiáng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，SP600125、LY294002 和 NF-κB （PDTC）特異性抑制劑可顯著增強(qiáng)莪術(shù)醇對MMP-9和MDAMB-231細(xì)胞遷移、侵襲和粘附的抑制作用。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)莪術(shù)醇可降低NF-κB p65蛋白在db/db小鼠中的表達(dá)。以上提示莪術(shù)醇對乳腺癌細(xì)胞的抗轉(zhuǎn)移作用可能與通過JNK1/2和akt依賴的NF-κB通路抑制MMP-9有關(guān)，但尚不清楚莪術(shù)醇抑制JNK1/2和Akt的上游途徑是什么。

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Skp2是一種F-box蛋白和E3泛素連接酶，調(diào)節(jié)許多關(guān)鍵的細(xì)胞過程，其過表達(dá)與腫瘤的轉(zhuǎn)移相關(guān)[22]。Li等[23]研究表明，莪術(shù)醇可以在mRNA和蛋白水平上抑制Skp2，并促進(jìn)YAP1的磷酸化，降低YAP1蛋白的表達(dá)，破壞YAP1和TEAD 4在Skp2啟動子上的結(jié)合，抑制TNBC IV2-1細(xì)胞抗脫落凋亡，從而影響轉(zhuǎn)移性TNBC細(xì)胞的存活。

1.3 抑制腫瘤細(xì)胞耐藥

腫瘤細(xì)胞對腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（TRAIL）的耐藥性一直是臨床腫瘤治療的關(guān)鍵障礙。據(jù)報(bào)道，NQO2可能通過醌代謝過程中產(chǎn)生的ROS參與癌癥啟動和進(jìn)展的各種過程[24]。Jing等[25]研究發(fā)現(xiàn)，NRH：醌氧化還原酶2 （NQO2）為莪術(shù)醇的關(guān)鍵靶點(diǎn)，與非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）細(xì)胞總生存率呈負(fù)相關(guān)，敲除NQO2可以在體內(nèi)和體外抑制NSCLC細(xì)胞生長。莪術(shù)醇直接靶向NQO2以引起ROS的生成，從而觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激c /EBP同源蛋白（CHOP）死亡受體（DR5）信號，使NSCLC細(xì)胞對TRAIL誘導(dǎo)的凋亡敏感。NQO2中的Phe178是莪術(shù)醇結(jié)合的關(guān)鍵位點(diǎn)。Phe178突變完全破壞了NQO2的功能，增強(qiáng)了TRAIL的致敏作用。而莪術(shù)醇對NQO2的激活是否能與其他倍半萜類化合物共享，從而獲得更高的活性和更好的選擇性還有待進(jìn)一步研究。

1.4 莪術(shù)醇靶向特定蛋白抑制腫瘤進(jìn)展[20]

核仁蛋白（nucleolin，NCL）是一種多功能磷酸蛋白，異常表達(dá)可通過不同的細(xì)胞途徑影響癌變、細(xì)胞存活、增殖、血管生成、浸潤和轉(zhuǎn)移[26]。Wang等[27]鑒定了NCL是NPC細(xì)胞（CNE-2）的新型直接靶蛋白，以-7.8kcal/mol的結(jié)合自由能與NCL結(jié)合，使NPC細(xì)胞的NCL發(fā)生降解，從而參與莪術(shù)醇在NPC細(xì)胞中的抗癌作用。敲除NCL后可明顯逆轉(zhuǎn)莪術(shù)醇對CNE-2細(xì)胞的增殖抑制作用。

1.5 阻滯細(xì)胞周期進(jìn)展

CDKL3是一種周期無關(guān)的激酶相關(guān)分子，與cdc2相關(guān)激酶的一個子集密切相關(guān)。Zhang等[28]發(fā)現(xiàn)，莪術(shù)醇通過下調(diào)CDKL3的表達(dá)來阻斷膽管癌（cholangiocarcinoma，CCA）細(xì)胞RBE周期從G0/G1期到S期的進(jìn)程，誘導(dǎo)凋亡，cyclinD1和CDK4的減少以及P21和P27表達(dá)的增加支持該結(jié)論。

1.6 誘導(dǎo)細(xì)胞自噬

自噬和凋亡之間的關(guān)系是復(fù)雜的。根據(jù)不同的細(xì)胞類型和刺激的作用，自噬參與促進(jìn)或抑制癌細(xì)胞死亡。Zhang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，莪術(shù)醇處理MG-63細(xì)胞后，可觀察到cleaved caspase-3積累，胰酶抑制劑Z-V AD-FMK預(yù)孵育可降低莪術(shù)醇誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，表明莪術(shù)醇可誘導(dǎo)caspase依賴性細(xì)胞凋亡。經(jīng)氯喹（CQ）預(yù)處理，63.5 mg·L-1莪術(shù)醇孵育后，cleaved caspase-3水平降低，LC3I/LC3II表達(dá)水平升高，表明莪術(shù)醇可激活細(xì)胞自噬。另外，p-JNK蛋白表達(dá)水平也呈時間依賴性上調(diào)，JNK抑制劑SP600125預(yù)處理可抑制JNK信號通路的磷酸化和LC3-II的積累。提示莪術(shù)醇誘導(dǎo)的自噬涉及JNK信號通路。以上結(jié)果提示莪術(shù)醇通過JNK信號通路抑制自噬減弱莪術(shù)醇誘導(dǎo)的MG-63人骨肉瘤細(xì)胞凋亡。

2 表觀遺傳修飾調(diào)控腫瘤的進(jìn)展

表觀遺傳修飾已經(jīng)成為腫瘤發(fā)生的驅(qū)動因素[29]。異常的DNA甲基化和組蛋白去乙?；潜碛^遺傳現(xiàn)象中的兩大主要因素，已被許多研究證實(shí)與腫瘤的發(fā)生有關(guān)。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）和組蛋白去乙?；福╤istone deacetylases，HDACs）作為關(guān)鍵酶，在表觀遺傳治療中被公認(rèn)為抗腫瘤藥物靶點(diǎn)[30]。腫瘤干細(xì)胞在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移中起著至關(guān)重要的作用。Peng等[31]研究表明，莪術(shù)醇治療的絨毛膜癌干細(xì)胞樣細(xì)胞（choriocarcinoma cancer stemlike cells，CSLCs）在體外和體內(nèi)研究中均觀察到干細(xì)胞抑制。體外表現(xiàn)在莪術(shù)醇可通過抑制在CSLCs中高表達(dá)的DNMT-和HDAC介導(dǎo)的表觀遺傳調(diào)控來降低絨毛膜癌CSLCs的自我更新。與5-AzaC或TSA聯(lián)用則顯著增強(qiáng)了對CSLCs表型的抑制作用。體內(nèi)每天口服莪術(shù)醇200 mg·kg-1，連續(xù)10 d，停藥2周后，可觀察到相較于DMSO組，莪術(shù)醇治療組荷瘤裸鼠腫瘤體積顯著縮小，且存活時間更長。

Ning等[32]發(fā)現(xiàn)，c-MET是miR-152-3p的靶基因，莪術(shù)醇通過提高miR-152-3p水平來降低c-MET、PI3K、p-AKT和ERK磷酸化水平并抑制NF-κb活性，從而驅(qū)動與小鼠黑色素瘤B16細(xì)胞死亡相關(guān)的c-MET/PI3K/AKT依賴和ERK/NF-κb依賴的通路，這種抑制作用可被miR-152-3p抑制劑逆轉(zhuǎn)，這些結(jié)果表明，莪術(shù)醇通過上調(diào)miR-152-3p水平并促進(jìn)miR-152-3p結(jié)合c-MET，至少部分抑制了黑色素瘤細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移。

Yu等[33]報(bào)導(dǎo)莪術(shù)醇處理CRC細(xì)胞后，miR-30a-5p的表達(dá)上調(diào)，抑制了CRC細(xì)胞的侵襲、遷移和MMP2表達(dá)，激活了Hippo信號通路，并增強(qiáng)莪術(shù)醇對其下游因子MST - 1、LATS1和YAP1的作用。而miR-30a-5p下調(diào)則抑制了Hippo信號通路的激活，逆轉(zhuǎn)對CRC細(xì)胞的影響。這些結(jié)果表明miR-30a-5p可作為CRC治療的治療靶點(diǎn)，這可能與Hippo信號通路的激活有關(guān)。

3 調(diào)節(jié)線粒體凋亡

組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶2（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）在腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移和侵襲中發(fā)揮重要作用。靶向EZH2被認(rèn)為是一種治療癌癥的策略[34]。Zhou等[35]發(fā)現(xiàn)，沉默EZH2可增強(qiáng)莪術(shù)醇對膀胱癌細(xì)胞的生長抑制和細(xì)胞凋亡作用，減少ROS生成和MMP損失。反之，強(qiáng)化EZH2表達(dá)可改善這些效應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，EZH2增加莪術(shù)醇暴露后EJ和T24細(xì)胞中Bcl-2和H3K27me3的積累，降低了Bax、Bak和細(xì)胞色素c的表達(dá)，以上結(jié)果表明莪術(shù)醇通過靶向ezh2依賴的線粒體凋亡途徑抑制膀胱癌細(xì)胞增殖。

Zhang等[36]發(fā)現(xiàn)，莪術(shù)醇作用于人肺腺癌ASTC-a-1細(xì)胞后，誘導(dǎo)Bax在6 h內(nèi)從細(xì)胞質(zhì)快速轉(zhuǎn)位到線粒體，導(dǎo)致線粒體膜電位（Δψm）快速消散，表明線粒體在莪術(shù)醇誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起重要作用。而廣譜Caspases抑制劑Z-VAD-fmk沒有減弱莪術(shù)醇誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，說明Caspases不參與莪術(shù)醇誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。進(jìn)一步監(jiān)測穩(wěn)定表達(dá)FRET質(zhì)粒SCAT3的活細(xì)胞內(nèi)Caspase-3的激活情況證實(shí)了這一結(jié)論。以上結(jié)果提示莪術(shù)醇通過不依賴于Caspase的線粒體途徑誘導(dǎo)人肺腺癌ASTC-a-1細(xì)胞凋亡。

4 其他

Meng等[37]設(shè)計(jì)了一系列的莪術(shù)醇衍生物，發(fā)現(xiàn)莪術(shù)醇及其合成的化合物1a-1h和3a-3j對CRC細(xì)胞SW620和HCT116具有一定的抗癌活性。其中，除化合物1a、1c、1e、1g、3d、3g外，大多數(shù)化合物在濃度為50 μM時對SW620細(xì)胞生長的抑制率＞50%。芳基三唑莪術(shù)醇衍生物的抑制活性優(yōu)于化合物1a-1h。其中苯環(huán)上帶有氟官能團(tuán)的化合物3e、3i和3j表現(xiàn)出較強(qiáng)的細(xì)胞毒性，ic50值分別為（12.46±0.75l）M、（13.57±0.29l）M 和（8.10±0.13l）M，對SW620細(xì)胞的殺傷能力是莪術(shù)醇的10倍。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，3j呈劑量依賴性誘導(dǎo)SW620細(xì)胞凋亡，不誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯。魏永鴿等[38]發(fā)現(xiàn)，莪術(shù)醇納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體（20 mg·kg-1、15 mg·kg-1）對乳腺癌細(xì)胞MCF-7 移植瘤的抑瘤率為 44. 12%和35.29%，優(yōu)于20 mg ·kg-1莪術(shù)醇27. 94%的抑制率。以上提示莪術(shù)醇的新型化合物具有很好的開發(fā)前景。

5 總結(jié)與展望

目前臨床上使用的抗癌藥物均有一定的療效，但是這些藥物使用之后所帶來的不良反應(yīng)和副作用嚴(yán)重限制了臨床用藥。中醫(yī)藥治療腫瘤歷史悠久，副作用小，不良反應(yīng)少，療效顯著。隨著研究的深入，中醫(yī)藥多靶點(diǎn)、多層次、多環(huán)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)正在被挖掘。莪術(shù)醇作為莪術(shù)的主要藥理成分之一，具有高效低毒的優(yōu)點(diǎn)：1）莪術(shù)醇在體內(nèi)外均可選擇性抑制腫瘤細(xì)胞的進(jìn)展。2）莪術(shù)醇不僅通過調(diào)節(jié)如Bcl-2家族蛋白、Caspase信號通路、PI3K-AKT、MAPK、WNT、WNT /b-catenin、c-MET/PI3K/AKT、ERK/NF-κb等信號通路抑制腫瘤細(xì)胞增殖，誘使腫瘤細(xì)胞凋亡，也從表觀遺傳學(xué)角度調(diào)控癌癥基因表達(dá)以及通過研發(fā)新型衍生物和納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體等方式抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

雖然對莪術(shù)醇治療惡性腫瘤的機(jī)制研究越來越多，但依然有許多問題需要我們繼續(xù)研究探索和完善相關(guān)機(jī)制，為其能夠早日研發(fā)成為新型抗癌藥物提供證據(jù)。另外，莪術(shù)醇新型衍生物和納米脂質(zhì)載體能夠大大提高莪術(shù)醇?xì)⑺滥[瘤細(xì)胞的能力，但目前仍無相關(guān)臨床應(yīng)用研究報(bào)道證實(shí)該藥是否有效。因此，無論是單獨(dú)使用還是與現(xiàn)有抗癌藥物聯(lián)合使用，臨床前和臨床試驗(yàn)仍需繼續(xù)研究以闡明其抗癌作用。