木犀草素的抗癌作用

趙笑美，苑珍，石沖*

(1.華北理工大學(xué)研究生學(xué)院，河北 唐山 063000；2.唐山市婦幼保健院產(chǎn)前診斷遺傳病診斷中心，河北 唐山 063000)

0 引言

癌癥是全世界所有收入水平國家的主要死亡原因。癌癥病例和死亡人數(shù)預(yù)計(jì)將迅速增長，并且逐漸年輕化[1]。2012年，全球年輕人中有975396例新發(fā)癌癥病例和358392例癌癥相關(guān)死亡，相當(dāng)于每年每10萬人中有43.3例新發(fā)癌癥病例，每年每10萬人中有15.9例癌癥相關(guān)死亡[2]。因此，迫切需要尋求安全、健康的植物化學(xué)物質(zhì)，可以延長癌癥的生存期及其生活質(zhì)量。

自然界植物源性化合物最近越來越引起關(guān)注。木犀草素作為一種抗癌劑對(duì)抗各種類型的人類惡性腫瘤，如肺癌[3]、乳腺癌[4]、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤[5]、前列腺癌[6]、宮頸癌[7]、卵巢癌[8]、結(jié)腸癌[9]和胰腺癌[10]。它通過抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受致癌刺激、激活細(xì)胞周期阻滯以及通過不同的信號(hào)通路在體內(nèi)和體外阻止癌癥的發(fā)展[11]。木犀草素還可以通過細(xì)胞骨架收縮、誘導(dǎo)上皮生物標(biāo)志物E-cadherin表達(dá)、下調(diào)間充質(zhì)生物標(biāo)志物N-cadherin、snail和vimentin的機(jī)制逆轉(zhuǎn)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)。還可以通過抑制血管生成進(jìn)一步抑制癌癥的侵襲和轉(zhuǎn)移[12]。本篇文章主要講述木犀草素抗癌的不同機(jī)制。

1 木犀草素

1.1 木犀草素的結(jié)構(gòu)

木犀草素是一種純黃色晶體生物類黃酮。它自然存在于植物王國，由于在食用植物中豐富，常用于生產(chǎn)各種治療疾病的傳統(tǒng)藥物。由于其抗炎和抗氧化特性，木犀草素已被證明是一種有效的含氮和含氧活性物質(zhì)清除劑。木犀草素在冷水中不溶，在熱水中微溶，具有典型的類黃酮結(jié)構(gòu)，在碳5、7、3和4個(gè)位置上有四個(gè)羥基其結(jié)構(gòu)表征為兩個(gè)苯環(huán)(A和B)與一個(gè)含氧吡喃環(huán)(C)相連。木犀草素的生物活性可能取決于其羥基和C2和C3之間的雙鍵[13,14]。

1.2 木犀草素的生物利用度

木犀草素由于穩(wěn)定性差、吸收率低，在體內(nèi)的生物利用度相對(duì)較低，從而降低了其療效。Shimoi等觀察到大鼠和人給藥后血漿中存在游離木犀草素及其偶聯(lián)物。木犀草素及其偶聯(lián)物的血漿濃度在木犀草素治療后15-30min達(dá)到峰值。與0.5%羧甲基纖維素相比，丙二醇對(duì)木犀草素吸收更快[15,16]。

木犀草素已經(jīng)作為一種健康食品進(jìn)行了商業(yè)開發(fā)。研究表明木犀草素是安全的且無毒副作用和多種生物效應(yīng)。小鼠和大鼠口服的半數(shù)致死劑量(LD50)分別大于2500和5000mg/kg，這相當(dāng)于人類大約219.8-793.7mg/kg。研究了木犀草素及其葡醛酸/硫酸鹽結(jié)合物在大鼠靜脈注射或口服50mg/kg木犀草素后的藥代動(dòng)力學(xué)[16]。結(jié)果表明，木犀草素分布量大，清除率高。靜脈和口服后出現(xiàn)雙峰，提示口服后出現(xiàn)腸肝再循環(huán)[13]?？傊?，木犀草素的藥動(dòng)學(xué)研究表明，木犀草素在臨床上是有用的。

2 木犀草素抗癌作用的分子機(jī)制

2.1 木犀草素誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

2.1.1 木犀草素促進(jìn)凋亡的內(nèi)外途徑

典型的凋亡途徑包括內(nèi)在和外在途徑。內(nèi)在凋亡途徑是由Bcl-2家族成員介導(dǎo)的，響應(yīng)無數(shù)非受體刺激，最終導(dǎo)致線粒體膜完整性的改變，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[4]。Bcl-2家族成員通過不同數(shù)量的促凋亡和抗凋亡Bcl-2蛋白(Bad, Bax, BAK, Bcl-2, Bcl-xL)控制細(xì)胞凋亡。本質(zhì)上像一個(gè)平衡決定細(xì)胞命運(yùn)。當(dāng)細(xì)胞質(zhì)Bad增加時(shí)，Bcl-2和Bcl-xL從Bax和BAK分離并與Bad結(jié)合。在此過程中，Bax和BAK自由地整合到線粒體膜中，降低其完整性，并通過caspase-9啟動(dòng)線粒體介導(dǎo)的凋亡。在外部途徑中，激活的死亡受體(DRs)(Fas, TNFR, TRAIL)發(fā)出死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物的形成信號(hào)，隨后通過caspase-8和caspase-10啟動(dòng)caspase級(jí)聯(lián)。例如，在MCF7乳腺癌細(xì)胞中，木犀草素通過外部和內(nèi)部途徑誘導(dǎo)凋亡。木犀草素增加DR表達(dá)，激活caspase-8，進(jìn)而誘導(dǎo)caspase-3活性。在固有途徑上，Park等發(fā)現(xiàn)木犀草素增加Bax表達(dá)，降低Bcl-2表達(dá)，進(jìn)而降低線粒體膜完整性，通過激活caspase-9促進(jìn)caspase-3活性的增加[17]。木犀草素通過抑制Bcl-2抑制畸胎瘤細(xì)胞生長并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[18]。

2.1.2 木犀草素通過不同的信號(hào)通路誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

PI3K是一種脂質(zhì)激酶，通過AKT激活來控制多種細(xì)胞過程。PI3K/AKT通路抑制可阻止腫瘤抑制因子FOXO3a的磷酸化，從而導(dǎo)致其核輸出和蛋白降解。黃酮、芹菜素和木犀草素通過抑制PI3K/Akt的激活，增加FOXO3a的激活，誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞周期阻滯和凋亡[19]。AKT的激活可以通過刺激MMP的分泌而導(dǎo)致癌癥的侵襲和轉(zhuǎn)移。PI3K抑制劑可導(dǎo)致MMP-2激活、細(xì)胞遷移和細(xì)胞侵襲的減少。體內(nèi)外研究均表明木犀草素通過PI3K/AKT通路降低MMP-2、MMP-9的表達(dá)，抑制A375人黑色素瘤細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[20]。木犀草素通過阻斷PI3K/AKT通路和調(diào)節(jié)固醇調(diào)節(jié)元素結(jié)合蛋白活性抑制人胎盤絨毛膜癌細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[21]。此外，木犀草素還可以通過MEK/ERK[22]、STAT3[23]等其他通路誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。

2.1.3 木犀草素通過調(diào)節(jié)miRNA的表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡

木犀草素還可以調(diào)控不同腫瘤中mirna的表達(dá)，影響腫瘤的進(jìn)展[22]。木犀草素刺激MDAMB-453和MCF7乳腺癌細(xì)胞中miRNA-203的表達(dá)[24]。木犀草素上調(diào)LN229細(xì)胞中miR-124 3p的表達(dá)。在LN229細(xì)胞中，過表達(dá)miR-124 3p顯著增加活性caspase-3的水平，而抑制miR-124-3p則顯著降低活性caspase-3的水平[25]。在胃癌細(xì)胞中，抗凋亡蛋白Bcl-2也受miR-34a的負(fù)調(diào)控。木犀草素通過上調(diào)miR-34a和miR-34a介導(dǎo)的靶向Bcl-2誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞凋亡[26,27]。miR-301直接靶向前列腺癌細(xì)胞中促凋亡分子DEDD2 (Death effector domain-containing protein 2)。木犀草素對(duì)miR-301有抑制作用。木犀草素介導(dǎo)的凋亡在mir-301過表達(dá)的前列腺癌細(xì)胞中受損[28,29]。

2.2 木犀草素抑制腫瘤細(xì)胞增殖

多種膳食類黃酮能夠抑制癌細(xì)胞增殖，通過靶向細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵分子和途徑實(shí)現(xiàn)細(xì)胞周期阻滯[30,31]。目前研究發(fā)現(xiàn)，在鼻咽癌細(xì)胞中，木犀草素在G1期抑制細(xì)胞周期進(jìn)展，并以劑量和時(shí)間依賴的方式阻止細(xì)胞進(jìn)入S期[32]。通過流式細(xì)胞術(shù)驗(yàn)證胃癌細(xì)胞G2/M期細(xì)胞百分比呈劑量依賴性增加[33]。黃酮類化合物對(duì)腫瘤細(xì)胞生長的抗增殖活性與它們對(duì)包括細(xì)胞周期蛋白-細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(CDKs)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的許多細(xì)胞內(nèi)生化途徑的作用有關(guān)[34]。木犀草素介導(dǎo)cyclin D1下調(diào)的分子機(jī)制研究，木犀草素能夠抑制Akt磷酸化的磷酸化和活化，導(dǎo)致糖原合成酶激酶3b(GSK-3b)的去磷酸化和活化。激活GSK-3b后靶向cyclin D1，導(dǎo)致cyclin D1在Thr286位點(diǎn)磷酸化，并導(dǎo)致蛋白酶體降解[32]。

2.3 木犀草素抑制腫瘤細(xì)胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化

上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial -mesenchymal transition, EMT)是腫瘤發(fā)生的標(biāo)志之一，上皮細(xì)胞再分化為間充質(zhì)細(xì)胞，將細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變?yōu)閻盒员硇蚚35]。近年來的研究表明，原發(fā)性和繼發(fā)性結(jié)腸癌、肝癌、乳腺癌的EMT過程與腫瘤細(xì)胞浸潤轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[35]。例如，木犀草素誘導(dǎo)的間充質(zhì)轉(zhuǎn)化通過減少間充質(zhì)標(biāo)記物表達(dá)和抑制體外細(xì)胞增殖而治療結(jié)直腸癌[36]。

鈣粘蛋白N和E是粘附分子。E-cadherin主要表達(dá)于上皮細(xì)胞，N-cadherin表達(dá)于間質(zhì)結(jié)構(gòu)域。PI3K/Akt-NF-κB-Snail-E-cadherin信 號(hào) 通路是木犀草素治療肺癌的主要機(jī)制[35]。木犀草素顯著靶向黏附激酶和β-1整合素。它的抑制可逆轉(zhuǎn)缺氧誘導(dǎo)的非小細(xì)胞肺癌上皮向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化[37]。在多發(fā)性上皮細(xì)胞癌的發(fā)展過程中，上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化通常發(fā)生，木犀草素通過調(diào)控β3整合素抑制缺氧誘導(dǎo)的惡性黑素瘤細(xì)胞體外和體內(nèi)EMT[38]。

在婦科惡性腫瘤中，木犀草素參與宮頸癌的治療，逆轉(zhuǎn)了這種上皮細(xì)胞到間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)變信號(hào)[37]。在對(duì)紫杉醇耐藥的卵巢癌細(xì)胞中，上皮細(xì)胞向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化上調(diào)，而木犀草素敲低上皮細(xì)胞向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，并可促進(jìn)化療致敏[39]。此外，上皮細(xì)胞向間質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子及標(biāo)志物上調(diào)。在卵巢癌轉(zhuǎn)移過程中，木犀草素顯著抑制與這些標(biāo)記物和轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)的蛋白的表達(dá)，克服了上皮細(xì)胞向間葉細(xì)胞的轉(zhuǎn)變[40]。

2.4 木犀草素抑制腫瘤細(xì)胞血管生成

木犀草素是一種類黃酮化合物，具有抗癌和抗血管生成特性。侵襲轉(zhuǎn)移級(jí)聯(lián)過程始于新生血管、上皮細(xì)胞亞型向間充質(zhì)亞型的轉(zhuǎn)變以及蛋白質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜的溶解腫瘤發(fā)生中的血管生成開關(guān)增加了強(qiáng)效血管生成因子，如血小板源性生長因子(PDGF)和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，增加了致瘤性[4]。VEGF在腫瘤細(xì)胞存活、增殖和遷移中起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，大部分黃酮類化合物下調(diào)VCAM和MMP-3，其中木犀草素可以降低VEGF[41,42]。木犀草素以劑量依賴性方式抑制血管瘤源性干細(xì)胞(HemSC)生長并抑制VEGF-A表達(dá)。并且在小鼠模型中木犀草素抑制微血管的形成和血管生成[43]。

此外，木犀草素不僅在CAM、HT-29細(xì)胞增殖和細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)中具有較好的血管抑制作用，而且木犀草素、鹿皮酚、凝集素對(duì)VEGFR的靶向作用域較為保守。在槲皮素和木犀草素衍生物作為抗血管生成劑的研究中發(fā)現(xiàn)，其中7種化合物在體外實(shí)驗(yàn)中顯示出顯著的抗血管生成活性。大多數(shù)化合物抑制VEGF受體2的磷酸化(VEGFR2)，提示其抗血管生成活性是由于對(duì)VEGF/VEGFR2通路的干擾[41,44]。木犀草素通過抑制Notch1-VEGF信號(hào)，抑制胃癌血管生成和血管生成擬態(tài)形成[45]。在黑色素瘤細(xì)胞中木犀草素抑制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和HUVECs的管形成。同時(shí)，探討木犀草素抗轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制與抑制HIF 1α/VEGF信號(hào)通路，從而降低EMT和血管生成有關(guān)[46]。目前，木犀草素關(guān)于腫瘤細(xì)胞抗血管生成的確切機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2.5 木犀草素促進(jìn)腫瘤細(xì)胞基底膜降解

基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)可促進(jìn)基底膜的降解，這是血管新生和腫瘤侵襲的關(guān)鍵步驟[4]。在乳腺癌中，MMP表達(dá)紊亂促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移特別是，一些研究表明，MMP-2和MMP-9在轉(zhuǎn)移級(jí)聯(lián)中促進(jìn)進(jìn)展，MMP-9可能是侵襲性乳腺癌的預(yù)后因素[47]。最近在MCF7和MDA-MB-231細(xì)胞中報(bào)道的證據(jù)證實(shí)木犀草素能夠顯著降低MMP-2和MMP-9的mRNA和蛋白表達(dá)[48]。我們證明了木犀草素-7-O-葡萄糖苷通過抑制p38介導(dǎo)的MMP-2表達(dá)增加而發(fā)揮抗遷移作用[49]。這是第一項(xiàng)證明木犀草素-7-O-葡萄糖苷通過調(diào)節(jié)人口腔癌細(xì)胞中MMP-2表達(dá)和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶通路來抑制細(xì)胞遷移和侵襲的研究[49]。木犀草素通過下調(diào)MMP2和MMP9抑制卵巢癌轉(zhuǎn)移[50]。在口腔癌中，木犀草素-7-O-葡萄糖苷通過調(diào)控基質(zhì)金屬蛋白酶-2表達(dá)和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶途徑抑制口腔癌細(xì)胞遷移和侵襲[49]。

MMP介導(dǎo)的細(xì)胞外基質(zhì)降解釋放大量的生長因子和信號(hào)分子，使腫瘤擴(kuò)張這種因素通常隔離在基質(zhì)中是無處不在的透明質(zhì)酸(HA)。透明質(zhì)酸酶可將HA降解成不同分子量的物質(zhì)，然后通過兩種受體之一：CD44和RHAMM促進(jìn)腫瘤進(jìn)展和血管生成[51]。木犀草素已被證明在相對(duì)高濃度下是透明質(zhì)酸酶的有效抑制劑，在低劑量下可以防止黃體酮誘導(dǎo)的CD44+表達(dá)和ALDH活性的增加。在聯(lián)合治療中，木犀草素阻止了紫杉醇誘導(dǎo)的CD44+富集同樣，有報(bào)道稱木質(zhì)素可降低前列腺癌中CD44+的表達(dá)[50]以及口腔癌細(xì)胞中CD44+和ALDH的活性[52]。

3 展望

木犀草素正逐漸引起人們的關(guān)注，因此，在闡明木犀草素的藥理特性和鑒定其在不同癌癥中調(diào)節(jié)致癌蛋白網(wǎng)絡(luò)的能力方面取得了巨大的進(jìn)展。然而，目前對(duì)于木犀草素抗癌作用的分子機(jī)制仍存在分歧并且其相關(guān)分子機(jī)制的研究并不全面透徹。在黑色素瘤細(xì)胞中通過清除ROS、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)和表觀遺傳修飾，包括DNA甲基化和組蛋白去乙?；榷嘀貦C(jī)制發(fā)揮其抗癌活性[53]。然而相關(guān)研究表明，木犀草素介導(dǎo)的黑色素瘤細(xì)胞的生長抑制可能不是通過ROS誘導(dǎo)，而是通過同時(shí)作用于多種途徑，包括細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)途徑，致癌信號(hào)和免疫反應(yīng)途徑[54]。木犀草素的抗癌潛力有待進(jìn)一步的闡明。