白術(shù)內(nèi)酯抗惡性腫瘤研究進(jìn)展

王 倩

南京中醫(yī)藥大學(xué)科技實(shí)驗(yàn)中心，江蘇省南京市 210046

眾所周知，癌癥已是全球主要死亡原因之一。當(dāng)前治療癌癥的主要手段仍然是手術(shù)、放療和化療藥物干預(yù)。癌癥因其具有顯著的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移特性，因此相較于其他類(lèi)疾病，癌癥在治療上又增加了難度。因此，找到能夠消滅癌細(xì)胞的方法仍然是目前需要研究人員攻克的一道難題。白術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于胃腸道疾病、癌癥、骨質(zhì)疏松癥、阿爾茨海默病等疾病的中藥，白術(shù)內(nèi)酯是從白術(shù)中分離出來(lái)具有顯著藥理活性的天然化合物，包括白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ、白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ和白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ[1]?；仡櫧?0年來(lái)對(duì)白術(shù)內(nèi)酯的藥理研究報(bào)道，發(fā)現(xiàn)白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ和白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ具有明顯抗腫瘤作用。白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ的抗腫瘤活性研究報(bào)道較少，這些差異可能歸因于白術(shù)內(nèi)酯類(lèi)成分結(jié)構(gòu)的差異。然而，從目前研究結(jié)果可以看出，很多研究都僅處于細(xì)胞實(shí)驗(yàn)階段。因此，繼續(xù)開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)甚至臨床試驗(yàn)研究來(lái)進(jìn)一步闡明白術(shù)內(nèi)酯的抗癌效果非常有必要。

1 白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ抗惡性腫瘤作用

1.1 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡 半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)家族成員在細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)和執(zhí)行中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)切割Caspase-3和Caspase-9前體從而促進(jìn)Caspase-3和Caspase-9的激活，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡從而抑制白血病細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)[2]。白血病是惡性程度較高的腫瘤，臨床治療難度較大且有效治療藥物種類(lèi)較為局限，因此白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ的抗白血病作用值得進(jìn)一步研究。除此之外，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)抑制動(dòng)力學(xué)相關(guān)蛋白1(Drp1)介導(dǎo)的線粒體裂變，顯著降低人結(jié)腸癌細(xì)胞系HCT116和SW480細(xì)胞活力并誘導(dǎo)其凋亡[3]。

非受體型酪氨酸蛋白激酶2(JAK2)/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)通路的激活在一些實(shí)體腫瘤的致癌過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，包括促進(jìn)癌細(xì)胞增殖、分化和血管生成。Fu等人[4]研究發(fā)現(xiàn)，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)抑制JAK2和STAT3的蛋白表達(dá)水平進(jìn)而下調(diào)STAT3靶向基因B細(xì)胞淋巴瘤的表達(dá)，最終誘導(dǎo)人黑色素瘤細(xì)胞A375、Hs294T和SK-MEL-5細(xì)胞凋亡。除此之外，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)增加Caspase-3、Caspase-9的蛋白水平抑制裸鼠A549肺癌異種移植細(xì)胞的生長(zhǎng)。白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ對(duì)A549肺癌細(xì)胞具有顯著的抗腫瘤活性，其作用機(jī)制可能是白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)線粒體介導(dǎo)的途徑來(lái)誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡[5]。因此，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ可能是一種潛在的細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子，可視為未來(lái)治療肺癌的候選藥物之一。但其安全性評(píng)價(jià)和完整機(jī)制的闡明還需要更多的實(shí)驗(yàn)研究來(lái)進(jìn)一步確證。

1.2 抑制腫瘤細(xì)胞增殖 Notch是一類(lèi)由四個(gè)高度保守的跨膜受體組成的基因家族。Notch1是與多種癌癥有關(guān)的Notch家族一員。白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)滅活Notch1來(lái)減弱胃癌干細(xì)胞的特性導(dǎo)致其下游靶點(diǎn)轉(zhuǎn)錄因子的體外表達(dá)減少，從而抑制胃癌細(xì)胞增殖。Liu等人[6]通過(guò)測(cè)定胃癌患者血清中細(xì)胞因子和蛋白水解誘導(dǎo)因子(PIF)水平來(lái)評(píng)估白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ治療胃癌惡病質(zhì)的療效。治療3周后，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ能顯著降低胃癌患者血清細(xì)胞因子水平并使其趨于正常。治療7周后，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ明顯降低胃癌患者PIF的陽(yáng)性率。由此可見(jiàn)，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ在改善食欲和降低PIF陽(yáng)性率方面優(yōu)勢(shì)明顯。初步結(jié)果提示白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ可能有助于緩解癥狀、調(diào)節(jié)細(xì)胞因子和抑制胃癌惡病質(zhì)PIF蛋白水解。

正常情況下，磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號(hào)通路參與正常細(xì)胞代謝的重要信號(hào)通路之一。然而在許多人類(lèi)癌癥中，其異常激活可導(dǎo)致癌細(xì)胞產(chǎn)生化療耐藥性和促進(jìn)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)下調(diào)AKT/mTOR通路相關(guān)蛋白的磷酸化水平，進(jìn)而有效抑制AKT/mTOR信號(hào)通路活化，最終抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖[7]。Zhang等人[8]將小鼠C26結(jié)腸腺癌細(xì)胞接種于雄性BALB/c小鼠從而誘導(dǎo)癌癥惡病質(zhì)體征，包括顯著的體重減輕、腫瘤生長(zhǎng)、肌肉萎縮、脂肪脂解、脾臟和胸腺萎縮。白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)減輕肌肉、脂肪、脾臟和胸腺的萎縮，改善了結(jié)腸癌小鼠的惡病質(zhì)和脾虛癥狀。實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ在體內(nèi)和體外均具有抗膀胱癌作用。白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)誘導(dǎo)膀胱癌細(xì)胞線粒體凋亡從而降低膀胱癌細(xì)胞增殖速率，另外白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ顯著抑制膀胱癌小鼠腫瘤生長(zhǎng)并對(duì)正常小鼠無(wú)明顯的毒性[9]。

細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)/糖原合酶激酶3β(GSK3β)信號(hào)通路在腫瘤疾病的發(fā)生發(fā)展中起到關(guān)鍵作用，與腫瘤的化療耐藥性相關(guān)的重要信號(hào)通路之一，目前被視為腫瘤治療過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。Ye等[10]研究發(fā)現(xiàn)，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)抑制ERK/GSK3β信號(hào)通路，進(jìn)而誘導(dǎo)黑色素瘤細(xì)胞的細(xì)胞周期阻滯，最終發(fā)揮抗腫瘤的作用。主要表現(xiàn)在白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ處理黑色素瘤細(xì)胞48h，導(dǎo)致細(xì)胞周期從G1期到S期的劑量依賴(lài)性延遲。白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ不僅通過(guò)抑制3-磷酸肌醇依賴(lài)性激酶-1(PDK1)，還通過(guò)抑制同源盒轉(zhuǎn)錄反義RNA(HOTAIR)來(lái)抑制肺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)從而導(dǎo)致下游效應(yīng)子組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶(EZH2)的表達(dá)減少。重要的是，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ和厄洛替尼聯(lián)合顯示出協(xié)同作用。因此，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ和厄洛替尼結(jié)合靶向PDK1和HOTAIR介導(dǎo)的下游分子EZH2可能有助于開(kāi)發(fā)一種治療肺癌的新策略。

1.3 抑制腫瘤細(xì)胞侵襲和遷移 白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ抑制黑色素瘤遷移。其作用機(jī)制可能是白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ抑制JAK2和STAT3磷酸化水平，從而下調(diào)了STAT3的靶向基因基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)和基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)的mRNA表達(dá)水平[11]。這些結(jié)果表明，白術(shù)內(nèi)酯I抗黑色素瘤作用是通過(guò)抑制JAK2/STAT3信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Long等人[12]研究表明，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)下調(diào)Toll樣受體4(TLR4)介導(dǎo)的核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)信號(hào)通路，降低NF-κB調(diào)控的乳腺癌細(xì)胞因子水平，從而抑制乳腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲。

Tang等人[13]研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸腫瘤細(xì)胞外囊泡攜帶致癌基因，并作為信使，使轉(zhuǎn)移特性水平轉(zhuǎn)移到結(jié)直腸癌干細(xì)胞，從而激活PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路增強(qiáng)其細(xì)胞活性，并維持侵襲能力。白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ通過(guò)抑制PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路，阻礙細(xì)胞外囊泡攝取，有效損害結(jié)直腸癌干細(xì)胞的功能，阻斷細(xì)胞間通訊和轉(zhuǎn)移特性交換。此研究證實(shí)白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ具有抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲能力的特性。

2 白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ抗腫瘤活性

2.1 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡 白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ在前列腺癌細(xì)胞中誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過(guò)程均與其抑制雄激素受體的能力有關(guān)，并且通過(guò)抑制JAK2/STAT3信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)[14]。此研究表明，白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ作為一種治療前列腺癌的有效藥物具有良好的抗腫瘤作用和潛在的藥理應(yīng)用價(jià)值。體外研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ可通過(guò)線粒體介導(dǎo)的途徑顯著誘導(dǎo)大腸癌Lovo細(xì)胞凋亡，包括促進(jìn)大腸癌細(xì)胞聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶-1(PARP1)的裂解，激活Caspase-3的表達(dá)，誘導(dǎo)大腸癌細(xì)胞凋亡的產(chǎn)生[15]。

2.2 抑制腫瘤細(xì)胞增殖 白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ不僅能抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖和活力，而且還能顯著增強(qiáng)結(jié)直腸癌細(xì)胞的化療敏感性，提高結(jié)直腸癌的化療療效[16]。因此臨床可以考慮將白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ與其他化療藥物聯(lián)用，從而增強(qiáng)其化療效果。Fu等[17]研究發(fā)現(xiàn)，白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ劑量依賴(lài)性和時(shí)間依賴(lài)性抑制小鼠B16和人A375黑色素瘤細(xì)胞增殖。顯著抑制小鼠皮下B16異種移植瘤的生長(zhǎng)，也能有效地抑制黑色素瘤細(xì)胞中STAT3激活，從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖。

2.3 抑制腫瘤細(xì)胞侵襲和遷移 白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ通過(guò)抑制JAK2/STAT3信號(hào)通路，抑制參與多種癌癥侵襲和轉(zhuǎn)移的基質(zhì)金屬肽酶MMP-2和MMP-9的遷移，抑制小鼠B16和人A375黑色素瘤細(xì)胞的遷移[17]。除此之外，白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ還可以通過(guò)其他機(jī)制發(fā)揮抗腫瘤作用。白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ在體內(nèi)和體外兩種情況下對(duì)乳腺腫瘤的發(fā)生有一定的保護(hù)作用[18]。白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ顯著提高了乳腺癌上皮細(xì)胞MCF 10A細(xì)胞核因子E2相關(guān)因子(Nrf2)的表達(dá)、核易位及其下游解毒酶的表達(dá)，從而降低17β-雌二醇誘導(dǎo)的乳腺癌上皮細(xì)胞MCF 10A的惡性轉(zhuǎn)化。更重要的是，白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ顯著降低了N-亞硝基-N-甲基脲誘導(dǎo)的大鼠乳腺組織的腫瘤發(fā)生率、多樣性和體積。因此，白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ可考慮作為一種新型乳腺癌化學(xué)預(yù)防藥物。

3 白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ的抗腫瘤活性

相對(duì)于白術(shù)內(nèi)酯I和白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ，只有少數(shù)研究表明白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ具有抗癌作用。Zhang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ通過(guò)上調(diào)體內(nèi)結(jié)腸癌腫瘤組織中Caspase-3的表達(dá)，下調(diào)B淋巴細(xì)胞瘤基因-2(Bcl-2)的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，顯著抑制人結(jié)腸癌裸鼠移植瘤生長(zhǎng)。除此之外，體外研究發(fā)現(xiàn)白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ以劑量依賴(lài)的方式抑制人肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、遷移和侵襲并且誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞凋亡[20]。

4 討論

通過(guò)以上分析，白術(shù)內(nèi)酯通過(guò)調(diào)控JAK2/STAT3、PI3K/AKT/mTOR、TLR4/NF-κB和Nrf2-ARE等信號(hào)通路及其相關(guān)蛋白的表達(dá)，誘導(dǎo)惡性腫瘤細(xì)胞凋亡，抑制增殖、遷移以及侵襲。白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ和白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ在抗腫瘤作用上有許多相似之處，涉及線粒體介導(dǎo)的凋亡以及對(duì)PI3K/AKT和JAK2/STAT3信號(hào)通路的抑制。然而，這兩種化合物的抗癌活性是不同，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ誘導(dǎo)癌細(xì)胞分化，阻斷免疫抑制。而白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ降低了癌細(xì)胞對(duì)化療藥物的耐藥性。因此白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ和白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ在治療癌癥方面都有優(yōu)勢(shì)。在三種白術(shù)內(nèi)酯中，只有白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ能誘導(dǎo)白血病細(xì)胞凋亡，說(shuō)明白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ和白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ在治療癌癥方面各有優(yōu)勢(shì)。雖然過(guò)去很少有研究表明白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ是一種具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的抗癌藥物，但是近兩年相繼也有報(bào)道白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ具有抗肝癌以及結(jié)直腸癌的藥理作用。因此，對(duì)于白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ的抗癌活性研究還需進(jìn)一步探討。白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ與白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ聯(lián)合使用可能比單獨(dú)使用其中任何一種藥物獲得更好的抗癌效果。然而，目前對(duì)這些藥物的抗癌效果的研究還存在不足，這項(xiàng)研究大多是在細(xì)胞水平上進(jìn)行。因此，白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ和白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ的抗癌價(jià)值以及兩者的協(xié)同抗癌作用還需要進(jìn)一步的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

除此之外，白術(shù)內(nèi)酯的安全性也很重要。雖然少數(shù)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明白術(shù)內(nèi)酯類(lèi)成分具有細(xì)胞毒性，但目前尚無(wú)臨床使用的副作用報(bào)道。雖然白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ對(duì)原代培養(yǎng)的大鼠胃黏膜細(xì)胞有較強(qiáng)的毒性，而白術(shù)內(nèi)酯Ⅱ和Ⅲ則無(wú)明顯毒性。但是，目前尚不清楚細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中確定毒性劑量是否表明白術(shù)內(nèi)酯對(duì)人體也有副作用。更值得注意的是，白術(shù)內(nèi)酯對(duì)代謝酶的影響是其最大的安全隱患。體外研究發(fā)現(xiàn)，白術(shù)內(nèi)酯對(duì)藥物代謝酶UDP-葡萄糖醛基轉(zhuǎn)移酶2B7(UGT2B7)具有明顯的抑制作用，而且白術(shù)內(nèi)酯Ⅰ和白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ表現(xiàn)出特異性抑制作用[21]。由于許多藥物是經(jīng)UGT2B7代謝的，因此應(yīng)避免白術(shù)內(nèi)酯和這些藥物同時(shí)使用。如果白術(shù)內(nèi)酯與其他藥物聯(lián)合使用，進(jìn)一步的藥理學(xué)和藥代動(dòng)力學(xué)研究是非常有必要的。簡(jiǎn)而言之，通過(guò)回顧過(guò)去20年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)的白術(shù)內(nèi)酯的抗惡性腫瘤作用，認(rèn)為白術(shù)內(nèi)酯具有顯著的抗癌活性和巨大的開(kāi)發(fā)潛力。今后，可以對(duì)白術(shù)內(nèi)酯的抗癌作用機(jī)制進(jìn)行廣泛且深入的研究，并進(jìn)行后續(xù)臨床試驗(yàn)，進(jìn)一步探索其治療效果。