雷公藤紅素抗腫瘤作用及機(jī)制研究進(jìn)展

董立強(qiáng) ， 王斌 ， 蘇適 ， 劉東琦

綏化學(xué)院，黑龍江 綏化 152061

雷公藤紅素（celastrol）屬于五環(huán)三萜類化合物，分離自傳統(tǒng)中藥雷公藤或南蛇藤的根皮、莖和葉，分子量為450.61，易溶于乙醇、三氯甲烷、二甲基亞砜等有機(jī)溶劑［1］。雷公藤紅素是衛(wèi)矛科植物雷公藤和南蛇藤的主要活性成分之一，其具有較強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)、抗炎、抗病原微生物、抗腫瘤等藥理學(xué)活性［2-4］。近年來傳統(tǒng)中藥及其活性成分因低毒、高效、低耐藥等優(yōu)點，在抗腫瘤研究中得到了廣泛關(guān)注。雷公藤紅素對肝癌、乳腺癌、前列腺癌、骨髓瘤、膠質(zhì)瘤等多種腫瘤具有廣譜的藥理學(xué)活性［5-6］。因此，本文主要對雷公藤紅素的抗腫瘤作用及其機(jī)制進(jìn)行了總結(jié)，以期為雷公藤紅素在抗腫瘤中的應(yīng)用提供理論參考。

1 雷公藤紅素的抗腫瘤作用

癌癥的進(jìn)展是一個復(fù)雜的多步驟過程，其與細(xì)胞周期的失控、細(xì)胞凋亡、原發(fā)腫瘤的血管生成、侵襲周圍基質(zhì)和遷移到遠(yuǎn)處器官產(chǎn)生轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。細(xì)胞周期具有高度調(diào)節(jié)和協(xié)調(diào)的生命機(jī)制，以確保細(xì)胞的連續(xù)分裂和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的精確復(fù)制。細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的改變會導(dǎo)致正常細(xì)胞分裂異常，這是癌癥和其他疾病的重要誘因之一［7］。Qian等［8］研究表明雷公藤紅素可顯著抑制c-Myc基因表達(dá)，誘導(dǎo)骨肉瘤SW1353細(xì)胞發(fā)生G2/M期阻滯，并通過線粒體途徑促進(jìn)細(xì)胞凋亡。在人胃癌BGC-823和MGC-803細(xì)胞中雷公藤紅素通過下調(diào)miR-21表達(dá)，抑制p27蛋白的降解，引起G2/M細(xì)胞周期阻滯［9］。

腫瘤轉(zhuǎn)移是指腫瘤細(xì)胞從原發(fā)病灶侵入淋巴、血管或體腔等，經(jīng)血流和淋巴流帶到其他部位或器官繼續(xù)生長。腫瘤細(xì)胞的侵襲是指腫瘤細(xì)胞脫離原發(fā)部位，穿越基底膜并向周圍間質(zhì)浸潤性生長，尚未進(jìn)入局部毛細(xì)血管或淋巴管的階段，侵襲是腫瘤轉(zhuǎn)移的組成部分［10］。雷公藤紅素通過抑制絲/蘇氨酸蛋白激酶（protein serine/threonine kinase，ROCK2）介導(dǎo)的細(xì)胞骨架與細(xì)胞膜之間的連接蛋白Ezrin處Thr567位點的磷酸化，從而調(diào)控肝癌細(xì)胞MHCC97H、Huh7和HepG2的遷移和轉(zhuǎn)移［11］。基質(zhì)金屬蛋白（MMP-9）參與各種癌細(xì)胞的侵襲，雷公藤紅素通過抑制核因子κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）介導(dǎo)的MMP-9表達(dá)，從而抑制乳腺癌細(xì)胞MCF-7的侵襲和遷移［12］。

腫瘤的血管生成在其生長和轉(zhuǎn)移中具有重要作用，腫瘤的發(fā)生與發(fā)展對血管生成具有依賴性，主要表現(xiàn)為新生血管為腫瘤提供營養(yǎng)成分，腫瘤細(xì)胞又經(jīng)血管轉(zhuǎn)移［13］。血管生成是腫瘤的主要驅(qū)動力，研究表明雷公藤紅素納米微粒靶向作用于缺氧誘導(dǎo)的低氧誘導(dǎo)因子-1α/血管內(nèi)皮生長因子（hypoxia inducible factor-1α/vascular endothelial growth factor，HIF-1α/VEGF）通路，抑制視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤SO-Rb50生長和血管生成［14］。Gao等［15］發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素通過抑制結(jié)腸癌HT-29和HCT116細(xì)胞中一氧化氮合酶（NOS）的活性及血管生成中關(guān)鍵基因（TYMP、CDH5、THBS2、LEP、MMP9和TNF）和蛋白質(zhì)（IL-1、MMP-9、PDGF、Serpin E1和TIMP-4）的表達(dá)調(diào)控血管生成，發(fā)揮對結(jié)腸癌細(xì)胞增殖和遷移的抑制活性。此外，雷公藤紅素可靶向作用于蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白（protein kinase B/mammalian target of rapamycin，AKT/mTOR）通路激活核糖體蛋白S6激酶1（ribosomal protein S6 kinase，P70S6K），從而抑制人前列腺癌PC3細(xì)胞的生長和血管生成［16］。

細(xì)胞凋亡是在多種基因相互調(diào)控下進(jìn)行的程序性死亡過程，其中內(nèi)源性凋亡包括線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑；外源性凋亡即死亡受體途徑。細(xì)胞凋亡在腫瘤的發(fā)展中意義重大，雷公藤紅素通過上調(diào)人骨肉瘤U-2OS細(xì)胞中促凋亡蛋白Bcl-2關(guān)聯(lián)X蛋白（Bel-2 associated X，Bax）和細(xì)胞色素C（cytochrome C，CytC）的表達(dá)，改變Bax/Bcl-2的比率，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而抑制U-2OS細(xì)胞的增殖［17］。研究發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素可通過激活線粒體途徑和Fas/FasL介導(dǎo)的途徑誘導(dǎo)人非小細(xì)胞癌A549細(xì)胞的凋亡［18］。

2 雷公藤紅素的抗腫瘤機(jī)制

2.1 調(diào)控PI3K/AKT信號通路

磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B通路（phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B pathway，PI3K/AKT）對細(xì)胞的生長、凋亡、代謝和增殖等多種生理功能具有重要調(diào)控作用，是腫瘤細(xì)胞中最常見的異常激活途徑，同時也是一種很有吸引力的治療靶點［19-20］。Zhu等［21］研究表明，雷公藤紅素通過下調(diào)PTEN/PI3K/AKT（PTEN蛋白/磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B）信號通路，增強(qiáng)半胱氨酸蛋白酶-3，9酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase-3，9）活性，提高Bax/Bcl-2的比值，進(jìn)而抑制膽管癌CCA細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡；同時體內(nèi)研究表明，雷公藤紅素能夠抑制小鼠膽管癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。腫瘤血管生成和血管生成擬態(tài)（vasculogenic mimicry，VM）被認(rèn)為是膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（glioblastoma，GBM）生長和轉(zhuǎn)移過程中維持腫瘤營養(yǎng)供給的主要過程。雷公藤紅素能夠阻斷PI3K/AKT/mTOR信號通路，抑制膠質(zhì)瘤U87和U251細(xì)胞的生長、遷移和侵襲，破壞VM的形成［22］。miR-21過表達(dá)可顯著提高結(jié)腸癌HCT-116細(xì)胞增殖活力，抑制細(xì)胞凋亡，降低BCL-2表達(dá)，增加Bax蛋白表達(dá)，降低Caspase-3活性。雷公藤紅素可通過下調(diào)miR-21和磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/糖原合成酶激酶-3（PI3K/AKT/GSK-3β）信號通路，抑制結(jié)腸癌HCT-116細(xì)胞增殖有效逆轉(zhuǎn)了miR-21的作用［23］。Yao 等［24］研究發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素可通過下調(diào)miR-21表達(dá)及PI3K、AKT、p65和核因子κB抑制劑（inhibitor of NF-κB，IκBα）磷酸化水平，抑制人胃癌MKN45細(xì)胞PTEN/PI3K/AKT通路的活化，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。此外，雷公藤紅素還可通過下調(diào)PI3K/AKT信號通路抑制直腸癌MMP3和MMP7、乳腺癌MCF-7、黑色素瘤B16細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡［25-27］。

2.2 調(diào)控NF-κB信號通路

NF-κB為一種重要的核轉(zhuǎn)錄因子，參與多種復(fù)雜的生物過程，包括免疫調(diào)節(jié)、炎癥、細(xì)胞增殖和凋亡等［28-30］。NF-κB在多種腫瘤中組成型過表達(dá)，如骨髓瘤、乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌等［31］。雷公藤紅素通過抑制人骨髓瘤U266細(xì)胞NF-κB信號通路過表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯于G0/G1期，使腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡［32］。Yan等［33］研究發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素通過阻斷乳腺癌MDA-MB-468和MDAMB-231細(xì)胞NF-κB信號通路降低白細(xì)胞介素-6（interleukin-6，IL-6）表達(dá)水平，抑制細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，進(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤作用。雷公藤紅素通過抑制IκBα磷酸化、IκBα降解和p65積累，阻斷NF-κB信號通路和降低NF-κB靶蛋白基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP9）表達(dá)，進(jìn)而發(fā)揮對卵巢癌SKOV-3和OVCAR-3細(xì)胞的遷移和侵襲抑制作用［34］。在前列腺癌PC-3細(xì)胞中，雷公藤紅素能夠下調(diào)IκBα、IKKα（kappa B抑制因子激酶α亞基）、p50和p65蛋白的表達(dá)，促進(jìn)抗凋亡蛋白Mcl-1的降解并激活促凋亡蛋白Noxa，阻斷IL-6的表達(dá)，使細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲［35-36］。

2.3 調(diào)控MAPK信號通路

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路在胞外信號向胞內(nèi)傳導(dǎo)過程中發(fā)揮著重要作用。MAPK主要由c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinases，JNK）、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular signal-regulated kinases，ERK）、p38絲裂原活化蛋白激酶（p38mitogen activated protein kinases，p38）通路組成，與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展關(guān)系密切［37］。Hong等［38］研究發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素通過激活p38 MAPK信號通路，下調(diào)黏著斑激酶FAK的磷酸化程度，阻斷了人肺癌95-D和小鼠黑色素瘤B16F10胞外基質(zhì)的黏附，進(jìn)而抑制粘著斑依賴性的細(xì)胞遷移和侵襲。此外，雷公藤紅素通過上調(diào)p38 MAPK和ERK通路誘導(dǎo)鼻咽癌細(xì)胞周期阻滯在G2/M期，并誘導(dǎo)內(nèi)源性和外源性凋亡途徑介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，發(fā)揮抗腫瘤的作用［39］。在人多發(fā)性骨髓瘤RPMI-8226細(xì)胞中，雷公藤紅素通過激活JNK通路并抑制PI3K通路，降低Caspase-8、Caspase-9、Caspase-3活化程度，阻礙促凋亡蛋白Bid、NDA修復(fù)酶PARP裂解以及降低抗凋亡蛋白的表達(dá)，抑制腫瘤細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)其凋亡［23］。

2.4 調(diào)控STAT3信號通路

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3（signal transducers and activators of transcription 3，STAT3）是一種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子，主要參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展和對放化療及靶向藥物的耐藥。STAT3在炎癥和免疫調(diào)控過程中與泌尿生殖系統(tǒng)、胃腸道、肺、卵巢和腦腫瘤等多種疾病密切聯(lián)系，使STAT3成為一種治療腫瘤的理想候選策略［40］。Li等［41］研究發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素處理卵巢癌SKOV3細(xì)胞后，通過抑制Pin1蛋白的表達(dá)，導(dǎo)致周期蛋白CyclinD1、CDK2和CDK4基因表達(dá)下調(diào)，使細(xì)胞周期阻滯于G2/M期；上調(diào)Caspase-3、Caspase-8和Bax以及下調(diào)Bcl-2誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；同時雷公藤紅素下調(diào)干細(xì)胞標(biāo)記物CD44、Nanog、Klf4和Oct4的表達(dá)，減少CD44和CD24細(xì)胞群；下調(diào)AKT、STAT3、P38、JNK、P65和IL-6的表達(dá)，發(fā)揮抗腫瘤的作用。此外，雷公藤紅素可通過調(diào)節(jié)miR-24和miR-181b的表達(dá)，降低人肺癌A549細(xì)胞STAT3的磷酸化水平和Bcl-2/Bax比值，抑制細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［42］。而在肝癌HCC細(xì)胞系中，雷公藤紅素對STAT3激活的抑制導(dǎo)致JAK2失活，引起G1期細(xì)胞周期阻滯，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［43］。

2.5 調(diào)控細(xì)胞凋亡途徑

細(xì)胞凋亡即細(xì)胞程序性死亡，是機(jī)體為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定而進(jìn)行的主動消亡過程。細(xì)胞凋亡對機(jī)體的生長代謝、免疫防御、細(xì)胞分化、神經(jīng)系統(tǒng)損傷、腫瘤等進(jìn)程具有十分重要的意義［44］。腫瘤細(xì)胞凋亡與內(nèi)源性凋亡通路和外源通路的異常表達(dá)密切相關(guān)［45］。線粒體是生命活動的直接供能者，在細(xì)胞凋亡過程中線粒體結(jié)構(gòu)發(fā)生重塑，外膜通透性增加，Cyt C通過釋放不可逆地激活下游Caspases蛋白參與細(xì)胞凋亡過程［46］。Chen等［47］研究表明雷公藤紅素通過抑制急性早幼粒白血病細(xì)胞（HL-60和NB-4）中半胱氨酸代謝，增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平，激活線粒體凋亡途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。雷公藤紅素能夠下調(diào)血管緊張1型受體（angiotensin type 1 receptor，AT1R）的表達(dá)，阻斷線粒體呼吸鏈，抑制了血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）依賴的肝癌HepG2細(xì)胞的增殖。這與雷公藤紅素增加了ROS和NO水平、導(dǎo)致細(xì)胞損傷、激活線粒體凋亡途徑有關(guān)［48］。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞中修飾和分泌蛋白的主要細(xì)胞器，在持續(xù)而強(qiáng)烈的刺激下內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ERS）被激活，ERS導(dǎo)致錯誤和未折疊蛋白過度積累并觸發(fā)未折疊蛋白反應(yīng)，啟動細(xì)胞凋亡［49］。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可通過調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡和遷移等影響腫瘤的進(jìn)程。Chen等［50］研究表明雷公藤紅素通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白（Bip、PERK、p-PERK、IRE1α、calnexin、PDI、Erol-Lα）、線粒體凋亡相關(guān)蛋白和自噬相關(guān)蛋白的表達(dá)水平誘導(dǎo)人骨肉瘤HOS細(xì)胞凋亡。雷公藤紅素可引起HepG2和Bel7402細(xì)胞G2/M期靜止，抑制肝癌細(xì)胞增殖并通過ERS和UPR激活內(nèi)源性凋亡通路［51］。雷公藤紅素能夠上調(diào)Bip、CHOP、XBP1s和IRE1等蛋白的表達(dá)，增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激靶基因如BIM的轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)Bax易位進(jìn)入線粒體，最終激活宮頸癌HeLa細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體凋亡途徑［52］。

死亡受體途徑與腫瘤的轉(zhuǎn)歸關(guān)系密切，在經(jīng)典的外源性凋亡途徑中Fas和FasL結(jié)合，將信號傳遞到胞內(nèi)，激活相應(yīng)的Caspase蛋白，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。Fas和FasL異常表達(dá)，可引起正常細(xì)胞凋亡過程的抑制和低分化細(xì)胞存活，誘發(fā)腫瘤的產(chǎn)生［53-54］。Cha等［55］研究表明雷公藤紅素通過上調(diào)死亡受體5（death receptor 5，DR5）、Caspase-8，Caspase-3和PARP蛋白的表達(dá)水平，激活膠質(zhì)瘤細(xì)胞死亡受體途徑，抑制腫瘤細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。雷公藤紅素除能夠通過線粒體途徑誘導(dǎo)鼻咽癌HONE-1和NPC-039細(xì)胞凋亡外，還可以上調(diào)TNF受體超家族成員（TNRSF）1A和10B，激活Fas死亡結(jié)構(gòu)域，導(dǎo)致細(xì)胞周期G1期和G2/M期阻滯，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［56］。而在人乳腺癌MDA-MB-231、MCF-7和T47D細(xì)胞中雷公藤紅素通過下調(diào)細(xì)胞存活蛋白cFLIP、IAP-1、Bcl-2、Bcl-xL、Survivin和XIAP表達(dá)水平，上調(diào)細(xì)胞表面腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（tumor necrosis factor-related apoptosis inducing ligand，TRAIL）DR5和DR4的表達(dá)，激活TRAIL誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡［57］。

2.6 其他途徑

雷公藤紅素除對腫瘤中上述信號通路有調(diào)控作用外，對其他通路也具有顯著的作用。雷公藤紅素能降低乳腺癌MDA-MB-231、BT20和PD-TNBC細(xì)胞中Notch-1的活性及其下游靶蛋白DNA結(jié)合蛋白（hairy enhancer of split，HES-1）和HES相關(guān)家族bHLH轉(zhuǎn)錄因子（HES related family bHLH transcription factor with YRPW motif 1，HEY-1）的表達(dá)，抑制Notch信號通路，進(jìn)而靶向干預(yù)乳腺癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移［58］。Wang等［59］研究發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素能夠增強(qiáng)熱休克轉(zhuǎn)錄因子1（heat shock transcription factor 1，HSF1）表達(dá)，激活絲氨酸/蘇氨酸激酶1-AMP激活蛋白激酶（LKB1-AMPKα）途徑，進(jìn)一步磷酸化Hippo通路效應(yīng)因子（yes-associated protein，YAP）導(dǎo)致β-catenin降解，最終激活Wnt/β-catenin通路，發(fā)揮抗結(jié)腸癌HCT116和SW480作用。雷公藤紅素與組蛋白去乙?；割惪鼓[瘤藥SAHA（伏立諾他）聯(lián)合應(yīng)用后，兩種藥物通過抑制NF-κB和E-鈣粘蛋白，互相增敏，發(fā)揮聯(lián)合增效作用［60］。雷公藤紅素通過調(diào)控Ca2+MKKβ-AMPK-mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response，UPR），誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡和自噬性死亡［61］。雷公藤紅素能夠下調(diào)mTOR信號通路，抑制順鉑耐藥胃癌細(xì)胞SGC7901/DDP細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，降低耐藥基因的表達(dá)，發(fā)揮降低腫瘤細(xì)胞耐藥性的作用［62］。

3 展望

雷公藤紅素作為傳統(tǒng)中藥雷公藤的有效活性成分，在抗腫瘤方面的藥理作用得到了廣泛認(rèn)可，有望開發(fā)為新型的抗腫瘤藥物。研究表明，雷公藤紅素能夠有效地抑制腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，影響細(xì)胞周期和腫瘤血管的形成，表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性。然而，由于雷公藤紅素溶解性較差并具有一定的神經(jīng)毒性和胃腸道反應(yīng)，成為制約雷公藤紅素臨床應(yīng)用的主要瓶頸。而雷公藤活性成分納米給藥系統(tǒng)的研發(fā)，成功地解決了溶解性差和神經(jīng)毒性問題［2，63］。對雷公藤紅素結(jié)構(gòu)的改造有效克服了水溶性差、生物利用度低、胃腸道反應(yīng)等缺點［64-65］。隨著對傳統(tǒng)中藥有效活性成分的抗腫瘤機(jī)制的深入研究，中藥作為天然的抗腫瘤藥物具有廣闊的研究和應(yīng)用前景。