棉酚抗腫瘤作用的分子機(jī)理研究進(jìn)展

呂宇，呂浩，韓文兵*

（1.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，合肥 230031；2.安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，合肥 230601）

棉酚作為男性避孕藥物的功效已經(jīng)廣為人知。不僅如此，其顯著的抗腫瘤活性也引起了人們極大的關(guān)注，逐漸成為近20 年來棉酚研究的熱點(diǎn)[1]。棉酚具有旋光性，根據(jù)旋光性不同可以分為（＋）- 棉酚和（－）-棉酚，（±）-棉酚均具有BH3 結(jié)構(gòu)域模擬結(jié)構(gòu)，可有效誘導(dǎo)各種癌細(xì)胞凋亡[2]。同時(shí)，（－）-棉酚，還是世界上第1 個(gè)進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗(yàn)的小分子B 細(xì)胞淋巴瘤2 家族蛋白 （B cell lymphoma 2 family protein,Bcl-2 家族蛋白）抑制劑。棉酚對(duì)人類乳腺癌、大腸癌、胰腺癌、膀胱癌、卵巢癌、胃癌等癌細(xì)胞生長(zhǎng)具有抑制作用[3]，且針對(duì)棉酚在人體內(nèi)抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和小細(xì)胞肺癌等的效果已進(jìn)行了10 多項(xiàng)醫(yī)學(xué)臨床試驗(yàn)。隨著對(duì)棉酚抗腫瘤研究的深入，發(fā)現(xiàn)除了作為經(jīng)典的Bcl-2 家族蛋白的抑制劑之外，棉酚對(duì)癌細(xì)胞的抑制作用還存在多種其他分子機(jī)理。因此，就棉酚抗腫瘤分子機(jī)理的一些新研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)行梳理和總結(jié)。

1 棉酚具有多種藥物活性

棉酚天然存在于棉花、秋葵等許多錦葵科植物的根、莖和種子中[4-5]，陸地棉Gossypium hirsutum的種子和根中含量最高。作為一種防御化合物，棉酚及其衍生物可以保護(hù)植株免受病原體和昆蟲等的侵害。

我國是最早發(fā)現(xiàn)棉酚能夠?qū)θ梭w產(chǎn)生影響的國家。1957 年，我國學(xué)者劉寶善發(fā)現(xiàn)在河北以及江蘇等省份的部分地區(qū)人口出生率極低，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的男性精子數(shù)量極少，并且許多女性患有閉經(jīng)癥，流行病學(xué)以及科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)棉酚是導(dǎo)致這一現(xiàn)象的重要原因[6]。棉酚結(jié)晶在20 世紀(jì)70 年代也順理成章地在我國的許多地方被當(dāng)作男性避孕藥使用[7]。除此之外，棉酚還具有抗菌、抗氧化、抗瘧疾[8]、降膽固醇[9]等功效，并對(duì)包括人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus, HIV）等在內(nèi)的許多包膜病毒都具有明顯的抑制作用[10]。

2 棉酚的化學(xué)與生物學(xué)特性

棉酚為2,2'-雙（8-甲酰基-1,6,7-三羥基-5-異丙基-3-甲基萘），是1 種黃色脂溶性多酚化合物。棉酚不具有揮發(fā)性，微溶于水，可溶于乙醇、丙酮、氯仿、乙醚、二甲基亞砜以及N,N- 二甲基甲酰胺等常見有機(jī)溶劑中。

在棉花中，棉酚由2 種對(duì)映體異構(gòu)體（－）- 和（＋）-棉酚組成。不同種類棉花植株內(nèi)含有不同比例的這2 種對(duì)映異構(gòu)體棉酚。在陸地棉種子中，（－）- 棉酚含量占總棉酚含量的33.8%～47.0%，（－）-棉酚和（＋）-棉酚含量的比例大致為2∶3[11]，而在海島棉G.barbadense種子中 （－）- 棉酚則占總棉酚含量的24.9%～68.9%[12]。

（±）-棉酚在棉花種子和其他組織中可以以游離態(tài)和結(jié)合態(tài)的形式存在，其中大部分以游離態(tài)形式存在。結(jié)合態(tài)棉酚主要由棉酚和蛋白質(zhì)中的游離賴氨酸或者精氨酸殘基的ε- 氨基之間通過美拉德反應(yīng)形成共價(jià)鍵的方式產(chǎn)生。

3 棉酚的吸收、代謝和排泄

棉酚具有脂溶性，因此可以很容易地被胃腸道吸收。飲食中的Fe2＋會(huì)干擾棉酚的吸收，膳食添加劑中加入FeSO4可以中和游離棉酚。

經(jīng)口服吸收的棉酚，在體內(nèi)的分布較為廣泛，可以在胃、腸道、肝、心、腎、脾、肺、血、肌肉、脂肪、睪丸等組織中檢測(cè)到[12]。棉酚在人體內(nèi)具有一定的積蓄作用，吸收的棉酚在腎臟和肝臟中積累，但棉酚在腎臟內(nèi)的代謝作用較弱，主要代謝場(chǎng)所位于肝臟；棉酚在經(jīng)過肝臟代謝后大部分于膽汁分泌，結(jié)合葡萄糖苷酸和硫酸鹽后通過糞便排出；在動(dòng)物中，棉酚也可以少量地由尿液和呼氣排出。（＋）-棉酚和（－）- 棉酚在體內(nèi)具有不同的清除速率[12]。大鼠口服5 mg（±）- 棉酚混合物后，在5 d 內(nèi)80.2%的（＋）-棉酚和70.4%的（－）- 棉酚由糞便中排出，而2.30%的（＋）- 棉酚和2.79%的（－）- 棉酚則通過尿液排出[12-13]。大鼠單次靜脈給藥后（＋）-和（－）-棉酚的半衰期分別為7.80 h 和3.96 h，口服給藥后（＋）- 棉酚和（－）- 棉酚在胃腸道的半衰期分別為18.4 h 和13.5h[13]；因此，（－）- 棉酚在動(dòng)物體內(nèi)具有比（＋）-棉酚更高的清除速率。

4 棉酚抗腫瘤的分子機(jī)理

4.1 干擾癌細(xì)胞DNA 的復(fù)制與細(xì)胞周期

棉酚不僅影響生殖細(xì)胞的產(chǎn)生[14]，還會(huì)通過改變核小體DNA 構(gòu)象、調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白以及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor,TGF）-β1等細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂關(guān)鍵因子的表達(dá)等多種方式干擾包括前列腺癌、卵巢癌、結(jié)腸癌、乳腺癌等在內(nèi)的癌細(xì)胞的細(xì)胞周期，進(jìn)而直接影響癌細(xì)胞的增殖。4.1.1破壞染色體結(jié)構(gòu)、激活p53 及抑制DNA 的復(fù)制。棉酚具有基因毒性，其基因毒性可能與棉酚對(duì)染色質(zhì)的直接影響有關(guān)。Volate 等用人前列腺癌細(xì)胞系LAPC4、PC3 以及DU145 通過堿性彗星試驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)棉酚的加入可以誘導(dǎo)DNA 損傷，并能夠激活p53 等關(guān)鍵的DNA 損傷修復(fù)因子[15]。棉酚可以改變核小體以及DNA 的結(jié)構(gòu)，且高濃度的棉酚還會(huì)導(dǎo)致核小體結(jié)構(gòu)的破壞。利用F?rster 共振能量轉(zhuǎn)移單粒子顯微鏡，Malyuchenko 等發(fā)現(xiàn)濃度大于10 μmol·L－1的棉酚會(huì)導(dǎo)致組蛋白八聚體上核小體DNA 構(gòu)象發(fā)生顯著變化，這些變化影響至少35 bp 的核小體DNA，將該區(qū)域中相鄰核小體DNA 的超螺旋環(huán)之間的距離增加到9 nm 或更大[16]。在30 μmol·L－1或更高的濃度下，棉酚會(huì)完全破壞核小體的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致組蛋白從DNA 中解離[16]。

棉酚可以特異性地抑制細(xì)胞DNA 的合成，而對(duì)RNA 和蛋白質(zhì)等大分子的合成不產(chǎn)生顯著影響。在棉酚存在時(shí)，細(xì)胞可以順利地從G1期進(jìn)入到S 期，并滯留在S 期，但棉酚對(duì)處于細(xì)胞周期其他階段的細(xì)胞不產(chǎn)生影響。在HeLa、人乳腺癌T-47D以及人前列腺癌PC3 細(xì)胞中的研究表明，棉酚對(duì)DNA 復(fù)制的抑制作用是劑量和時(shí)間依賴性的，且在T-47D 細(xì)胞中，棉酚對(duì)癌細(xì)胞增殖的抑制作用是可逆的[17]。

4.1.2調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的表達(dá)抑制癌細(xì)胞周期的進(jìn)展。細(xì)胞周期蛋白（cyclin）以及視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（retinoblastoma,Rb）蛋白對(duì)于細(xì)胞周期的調(diào)控具有關(guān)鍵作用，Rb 蛋白負(fù)責(zé)細(xì)胞由G1期到S 期過渡的一個(gè)主要檢查點(diǎn)，可以通過抑制E2F 來阻斷細(xì)胞由G1期進(jìn)入S 期并抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)[18]，在細(xì)胞周期的負(fù)調(diào)控中起關(guān)鍵作用，cyclin D1 則能抑制Rb 蛋白作用的失活，因此cyclin D1 和Rb 蛋白對(duì)細(xì)胞由G1到S 期的過渡具有異常重要的意義。

Poznak 等就棉酚對(duì)人體細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白的影響進(jìn)行了Ⅰ/Ⅱ期臨床研究，受試者每天口服30～50 mg 的棉酚，結(jié)果顯示有2 名患者的血清腫瘤標(biāo)志物減少了50%以上，免疫組織化學(xué)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)有4 名受試者的細(xì)胞cyclin D1 的表達(dá)降低，有3 名受試者出現(xiàn)了核Rb 表達(dá)的升高[19]，表明棉酚可以在人體能耐受的劑量下影響轉(zhuǎn)移型乳腺癌中Rb 蛋白和cyclin D1 的表達(dá)。Jiang 等在人前列腺癌PC3 細(xì)胞中的研究也得出了類似的結(jié)論，他們用1.0 μmol·L－1和2.0 μmol·L－1的 （±）- 棉酚混合物處理PC3 細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)，棉酚能以劑量依賴方式顯著降低cyclinD1mRNA 的轉(zhuǎn)錄和蛋白的表達(dá)[20]，而細(xì)胞cyclin D1 表達(dá)的抑制受TGF-β1/AKT 信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。具體而言，棉酚通過增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄或改變細(xì)胞內(nèi)TGF-β1mRNA 的穩(wěn)定性增加細(xì)胞內(nèi)TGF-β1mRNA 的水平，從而激活癌細(xì)胞中的TGF-β1/AKT信號(hào)通路[21]，抑制cyclin D1 的表達(dá)[20,22]，并最終使細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期。

4.2 逆轉(zhuǎn)Bcl-2 抗凋亡蛋白亞家族的抗細(xì)胞凋亡效應(yīng)

Bcl-2 家族蛋白共有16 個(gè)成員，分為3 大類：一是抗凋亡蛋白亞家族，主要包括Bcl-2、Bcl-xL 和Mcl-1，含有BH1、BH2、BH3 和BH4 四個(gè)保守結(jié)構(gòu)域；二是多結(jié)構(gòu)域促凋亡蛋白亞家族，這類蛋白含有BH1、BH2、BH3 三個(gè)主要的結(jié)構(gòu)域，包括Bax、Bak 和Bok 等；三是只含有BH3 結(jié)構(gòu)域的促凋亡蛋白，即BH3-only 亞家族，主要包括Bid、Bim、Bad、Noxa 和Puma 等。Bcl-2 及其他抗凋亡蛋白亞家族成員是細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵的細(xì)胞凋亡抑制劑，常在人類腫瘤中過度表達(dá)[23]，這些蛋白質(zhì)水平的增加可以增加癌細(xì)胞對(duì)放療和化療的抗性，并可能與預(yù)后不良有關(guān)[24]。因此，Bcl-2 抑制劑的運(yùn)用是一種非常重要的癌癥治療策略。

Bcl-2 家族蛋白的促凋亡和抗凋亡蛋白在線粒體外膜上的相互作用決定了成孔多結(jié)構(gòu)域促凋亡蛋白亞家族Bax 或Bak 是否發(fā)生構(gòu)象變化、寡聚化并在線粒體外膜中形成孔洞結(jié)構(gòu)。線粒體外膜通透（mitochondrial outer membrane permeabilization,MOMP）可以促使膜間蛋白，包括細(xì)胞色素c（Cytc）等的釋放，激活半胱氨酸蛋白酶（caspases）引發(fā)細(xì)胞凋亡。抗凋亡亞家族成員蛋白通過和促凋亡蛋白結(jié)合，阻止MOMP 所必需的促凋亡蛋白之間的同型和異型相互作用抑制癌細(xì)胞凋亡。Bcl-2 家族中的抗凋亡蛋白亞家族成員通常均具有疏水槽，該疏水槽與存在于每個(gè)Bcl-2 家族蛋白中的兩親性、α-螺旋結(jié)構(gòu)的BH3 結(jié)構(gòu)域疏水面相結(jié)合。棉酚為BH3 模擬物，可競(jìng)爭(zhēng)該疏水槽以阻止該類蛋白與Bcl-2 家族蛋白的促凋亡成員等的結(jié)合，以促進(jìn)癌細(xì)胞等Bcl-xL 和/ 或Bcl-2 高表達(dá)細(xì)胞的凋亡，而不影響正常細(xì)胞（如成纖維細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞）的生長(zhǎng)[25]。棉酚的作用對(duì)象較為廣泛，是第1 個(gè)被發(fā)現(xiàn)能抑制Bcl-2、Bcl-xL 和Mcl-1 的化合物，屬于泛Bcl-2 抑制劑。Volate 等采用定量蛋白質(zhì)組學(xué)和蛋白印記對(duì)人前列腺癌細(xì)胞系LAPC4、PC3 以及DU145 經(jīng)過棉酚處理之后細(xì)胞蛋白質(zhì)組的變化進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，Bak 和Bax 在棉酚處理的細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，表明Bcl-2 相關(guān)的細(xì)胞凋亡途徑被激活[15]。（＋）- 棉酚和（－）- 棉酚均可以與Bcl-2、Bcl-xL 和Mcl-1 的疏水槽結(jié)合，因此都可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，但相比于（＋）- 棉酚，（－）- 棉酚與Bcl-xL（Ki＝0.48 μmol·L－1）、Bcl-2（Ki＝0.32 μmol·L－1）和Mcl-1（Ki＝0.18 μmol·L－1）疏水槽結(jié)合的親和力更高，（－）- 棉酚也比 （＋）- 棉酚能夠更有效地誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。

4.3 干擾血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 （vascular endothelial growth factor,VEGF）介導(dǎo)的血管生成

VEGF 是一種同型二聚體糖蛋白，可以與血管內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)的VEGF 受體-1 （VEGFR1）和VEGF 受體-2（VEGFR2）結(jié)合促進(jìn)腫瘤外環(huán)境中血管的生成。VEGF 在許多腫瘤中的表達(dá)上調(diào)[26]。（－）- 棉酚可以干擾癌細(xì)胞中VEGF 介導(dǎo)的血管生成。Xiong 等在利用熒光偏振對(duì)能夠同時(shí)靶向小鼠 雙 微 體2 （mouse double minute 2, MDM2）和VEGF 的潛在抑制劑進(jìn)行高通量篩選的過程中發(fā)現(xiàn)，棉酚是1 種能夠抑制MDM2 和VEGF（mRNA）結(jié)合的活性分子[27]。MDM2 也稱為E3 泛素蛋白連接酶，是p53 抑癌基因的重要負(fù)調(diào)節(jié)因子。MDM2蛋白既可作為E3 泛素連接酶識(shí)別p53 腫瘤抑制因子的N 端反式激活結(jié)構(gòu)域，又可作為p53 轉(zhuǎn)錄激活的抑制劑。為了驗(yàn)證棉酚在人乳腺癌細(xì)胞系中的抗血管生成活性是否與p53 有關(guān)，Xiong 等[27]利用p53- 野生型（MCF-7）和p53- 突變型（MDA-MB-468）人乳腺癌細(xì)胞系進(jìn)行對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，棉酚是通過與MDM2 蛋白的結(jié)合而破壞其與VEGF mRNA 3′非翻譯區(qū)（3′-untranslated region,3′-UTR）的相互作用，顯著抑制MDM2 和VEGF 的表達(dá)，促使MDM2 自體泛素化并降低VEGF 的翻譯水平，導(dǎo)致血管生成的減少并最終促使癌細(xì)胞發(fā)生凋亡。因?yàn)槊薹拥难苌梢种谱饔貌灰蕾囉诩?xì)胞系中p53 的狀態(tài)，故其抑制血管生成功能的發(fā)揮和p53無關(guān)。棉酚不僅具有在體外干擾VEGF 介導(dǎo)的血管生成活性，還能夠顯著地抑制裸鼠體內(nèi)異種移植的腫瘤生長(zhǎng)和VEGF 介導(dǎo)的血管生成[27]。

除了在乳腺癌細(xì)胞中的發(fā)現(xiàn)之外，在人前列腺癌細(xì)胞系中也觀察到了棉酚對(duì)VEGF 介導(dǎo)的血管生成的抑制作用。Pang 等[28]發(fā)現(xiàn)用20 μmol·L－1的（－）- 棉酚處理細(xì)胞后，人前列腺癌PC-3 和DU145 細(xì) 胞 中VEGF 的 表 達(dá) 量 降 低，VEGFR2 的Tyr1175 和Tyr996 位點(diǎn)的磷酸化也受到抑制，進(jìn)而使下游的Src 蛋白、黏著斑激酶（focal adhesion kinase, FAK）、AKT 以及胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extra cellular signal-regulated kinase, ERK）等VEGFR2介導(dǎo)的血管生成信號(hào)通路中關(guān)鍵激酶的活性受到抑制，最終導(dǎo)致癌細(xì)胞外環(huán)境中微血管的生成受到阻礙。同時(shí)，在人前列腺癌異種移植裸鼠動(dòng)物模型中，15 mg·kg－1·d－1劑量的棉酚處理50 d 后能夠使腫瘤的體積顯著減小，生成的微血管密度降為對(duì)照組的42.84%[28]。

4.4 抑制表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor,EGFR）激酶活性及下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

EGFR 具有酪氨酸激酶活性，參與控制細(xì)胞分裂和存活的分子信號(hào)通路，在特定類型的細(xì)胞（如食道癌、結(jié)直腸癌以及人表皮生長(zhǎng)因子受體-2- 陽性乳腺癌等多種癌細(xì)胞）中高表達(dá)[29]。自非小細(xì)胞肺癌 （non-small cell lung cancer,NSCLC）中發(fā)現(xiàn)EGFR 激活突變后，EGFR 酪氨酸激酶抑制劑（tyrosine kinase inhibitor,TKI）即被引入用于EGFR 突變陽性NSCLC 的一線治療[30]。目前為止已開發(fā)出3 代EGFR-TKI[31]。EGFR-TKI 能有效改善NSCLC患者的無進(jìn)展生存期，但是大多數(shù)患者會(huì)對(duì)其產(chǎn)生耐 藥 性[32]。其 中，EGFR 的T790M 突 變 是 抵 抗EGFR-TKI 的主要機(jī)理，存在于大約一半的獲得性耐藥肺癌患者中，并成為治療NSCLC 患者EGFR激活突變的重要障礙[33]。

而棉酚在克服NSCLC 對(duì)EGFR-TKI 的耐藥性方面可發(fā)揮關(guān)鍵作用。通過篩選天然產(chǎn)物庫，Wang 等確定棉酚為靶向EGFRL858R/T790M的新型有效抑制劑，具有抑制EGFRL858R/T790M激酶活性的作用[34]；棉酚通過與Q791 的羰基、M793 的氨基、T854 的羥基和K875 的氨基之間形成氫鍵，可以與主要由C- 螺旋的疏水殘基和A-loop 組成的EGFRL858R/T790M激酶結(jié)構(gòu)域相互作用，且棉酚和L718、M790、F723、F858、L792、L844 和M793 等周圍殘基之間形成的疏水性接觸，也有助于其和EGFRL858R/T790M相互作用的形成[34]。此外，棉酚對(duì)野生型EGFR 亦具有抑制作用，在NSCLC H1975 細(xì)胞系中能夠以濃度依賴性的方式抑制EGFR 及其下游信號(hào)通路AKT 和ERK 的磷酸化，因此具有干擾EGFR/RAS/RAF/ERK/Elk-1 和EGFR- 磷脂酰肌醇3 激酶（phosphoinositide 3-kinase, PI3K）-AKT- 哺 乳 動(dòng) 物雷帕霉素靶蛋白 （mammalian target of rapamycin,mTOR）分子信號(hào)通路，并抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)及促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡的能力。Xu 等[32]也觀察到棉酚對(duì)EGFR下游信號(hào)通路中ERK1/2 磷酸化的抑制作用，并特異性抑制EGFRL858R/T790M的表達(dá)水平，而不影響野生型EGFR 的表達(dá)。

4.5 結(jié)合Musashi-1（MSI1）抑制癌細(xì)胞Wnt/Notch信號(hào)通路的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

MSI1 是1 種在進(jìn)化中保守的RNA 結(jié)合蛋白，包含2 個(gè)保守的串聯(lián)RNA 識(shí)別基序，通過識(shí)別目標(biāo)mRNA 的3′- 非翻譯區(qū)的（G/A）U1-3（AGU）一致性序列來調(diào)控靶標(biāo)mRNA 的翻譯[35-36]。MSI1 可以借助Wnt/Notch 信號(hào)通路促進(jìn)癌癥干細(xì)胞的增殖[37]，在肺癌細(xì)胞中通過激活A(yù)KT 信號(hào)通路調(diào)節(jié)其惡性程度和對(duì)化療的耐藥性[38]，同時(shí)在包括人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、乳腺癌和結(jié)腸癌等在內(nèi)的多種癌癥中MSI1 會(huì)過表達(dá)[39-40]，因此MSI1 在癌癥的轉(zhuǎn)移和發(fā)展中具有關(guān)鍵作用。棉酚與MSI1 的相互作用最初在高通量篩選能夠破壞MSI1 及其人工合成靶標(biāo)Numb mRNA 的相互作用環(huán)節(jié)被發(fā)掘出。Lan等[41]通過表面等離子體共振（surface plasmon resonance, SPR）以及核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）發(fā)現(xiàn)棉酚可以與MSI1 蛋白相結(jié)合，其中MSI1 的W29、K93、F23 以及F65 殘基參與和（－）-棉酚的結(jié)合。MSI1 和棉酚的結(jié)合與MSI1 和其靶標(biāo)mRNA 的結(jié)合共用氨基酸殘基位點(diǎn)。因此，棉酚通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合的方式可以阻止MSI1 與其靶標(biāo)mRNA 的結(jié)合，導(dǎo)致c-Myc 和cyclin D1 水平的降低。而c-Myc 和cyclin D1 位于Wnt/Notch 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的下游，因此棉酚與MSI1 的相互作用能夠最終影響Wnt/Notch 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。Lan 等[41]還通過MSI1 高表達(dá)人結(jié)腸癌細(xì)胞移植瘤小鼠模型發(fā)現(xiàn)（－）- 棉酚能夠抑制移植瘤的生長(zhǎng)，且棉酚處理之后，MSI1、活化的Notch1（Wnt 信號(hào)通路成員）以及cyclin D1 的表達(dá)分別下調(diào)39%、20%以及23%。

4.6 改變細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)抑制癌細(xì)胞耐藥性的產(chǎn)生與促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡

4.6.1抑制NRF2/ARE 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。核轉(zhuǎn)錄因子紅系2 相關(guān)因子2 （nuclear factor-erythroid 2-related factor 2,Nrf2）是1 種堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子，可與抗氧化反應(yīng)元件 （antioxidant response element,ARE）的啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合，誘導(dǎo)抗氧化和解毒基因的協(xié)同上調(diào)。Nrf2/ARE 信號(hào)通路是細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵組成部分。Nrf2 在癌細(xì)胞特別是頭頸癌細(xì)胞中高表達(dá)[42]。癌細(xì)胞中的Nrf2 異常激活具有解毒化療藥物、減弱藥物誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激或誘導(dǎo)藥物外流的促生存作用，同時(shí)這些因素也是促使癌細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性的關(guān)鍵[43]。Tang 等在用含ARE 驅(qū)動(dòng)的熒光素酶報(bào)告基因系統(tǒng)的頭頸癌細(xì)胞系HSC3-ARE9 篩選新型NRF2 抑制劑的過程中發(fā)現(xiàn)棉酚具有顯著的Nrf2/ARE 抑制活性[42]，且能抑制抗氧化劑叔丁基對(duì)苯二酚（t-BHQ）對(duì)NRF2 的激活效應(yīng)以及以時(shí)間和濃度依賴的方式抑制Nrf2的水平，從而抑制下游受Nrf2 調(diào)節(jié)的醌氧化還原酶1（NAD（P）H quinone dehydrogenase 1, NQO1）基因、血紅素氧合酶1（heme oxygenase-1,HO-1）基因、醛酮還原酶家族成員C1/2/3 （aldo-keto reductase family 1 member C1/2/3,AKR1C1/2/3）基因和過氧化物氧化還原酶1（peroxiredoxin 1, PRDX1）基因等的轉(zhuǎn)錄[42]。MG132 蛋白酶體抑制劑處理可以有效改善棉酚對(duì)Nrf2 的抑制作用，表明棉酚通過促進(jìn)蛋白酶體對(duì)Nrf2 的降解來抑制Nrf2 的水平。此外，棉酚還能夠影響Nrf2/ 多藥耐藥蛋白1（multidrug resistance protein 1,MRP1）以及NRF2/G6PD[42]，從而在抑制癌細(xì)胞對(duì)化療藥物的耐藥性發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

4.6.2激活活性氧自由基（reactive oxygen species,ROS）-依賴性線粒體細(xì)胞凋亡途徑。ROS 可以有效誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，當(dāng)ROS 打破線粒體中的促凋亡因子和抗凋亡因子之間的微妙平衡，會(huì)使線粒體外膜或線粒體內(nèi)膜穿孔，此時(shí)線粒體中的Cytc 和凋亡誘導(dǎo)因子（apoptosis-inducing factor,AIF）等相關(guān)因子被釋放到胞質(zhì)溶膠中，引發(fā)caspase 級(jí)聯(lián)反應(yīng)，致使細(xì)胞發(fā)生凋亡，這一過程被稱為ROS- 依賴性線粒體細(xì)胞凋亡途徑[44]。

棉酚可以在體外試驗(yàn)和動(dòng)物試驗(yàn)中誘導(dǎo)人結(jié)直腸癌細(xì)胞COLO205 凋亡，且具有誘導(dǎo)COLO205細(xì)胞產(chǎn)生ROS 的能力。同時(shí)還觀察到線粒體膜電位的消失以及AIF 和Cytc 以時(shí)間依賴的方式被從線粒體釋放到細(xì)胞質(zhì)中，且AIF 和Cytc 的釋放可以被抗氧化劑N- 乙酰-L- 半胱氨酸和4- 羥基-2,2,6,6- 四甲基哌啶氧（Tempol）所抑制，因此棉酚在COLO205 細(xì)胞系中誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡屬于ROS-依賴性線粒體細(xì)胞凋亡[45]。

4.7 抑制上皮-間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition,EMT）及癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移活性

EMT 在癌癥的進(jìn)展過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，使癌細(xì)胞逐漸由上皮特征轉(zhuǎn)變?yōu)殚g質(zhì)特征，并最終使癌細(xì)胞獲得從原發(fā)瘤轉(zhuǎn)移的能力。TGF-β1在誘導(dǎo)人宮頸癌細(xì)胞的EMT 過程中發(fā)揮核心作用。Hsieh等[46]發(fā)現(xiàn)棉酚能夠抑制FAK 信號(hào)通路介導(dǎo)的基質(zhì)金屬蛋白酶-2（matrix metalloproteinase-2,MMP-2）和尿激酶型纖溶酶原激活物 （urokinase-type plasminogen activator, uPA）的生成，逆轉(zhuǎn)TGF-β1和表達(dá)上調(diào)的上皮標(biāo)志物 （如E- 鈣粘蛋白）誘導(dǎo)的EMT，因此對(duì)人宮頸癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲有很強(qiáng)的抑制作用。Huang 等[47]用（－）- 棉酚處理大鼠前列腺癌細(xì)胞MAT-LyLu 與MLL （哥本哈根大鼠肺部轉(zhuǎn)移性腫瘤的新型分離亞系）后發(fā)現(xiàn)，（－）-棉酚能以劑量依賴的方式抑制前列腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移活性。此外，棉酚還可以抑制EMT 過程中的關(guān)鍵分子N-鈣粘蛋白、纖連蛋白和波形蛋白的表達(dá)以抑制癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[48]。

5 總結(jié)與展望

天然棉酚廣泛存在于草棉、樹棉、陸地棉和海島棉等棉屬植物中，在其他錦葵科植物中也廣泛存在[4]，能夠賦予植株抵御病蟲害的能力。從20 世紀(jì)60 年代初發(fā)現(xiàn)棉酚具有抗腫瘤作用開始，越來越多的研究表明棉酚在體內(nèi)和體外對(duì)多種癌細(xì)胞的增殖均具有抑制作用，這也逐漸成為近20 年來研究的熱點(diǎn)。棉酚醫(yī)學(xué)應(yīng)用的毒副反應(yīng)主要表現(xiàn)為低鉀血癥，且總發(fā)生率為1%左右，總體來講其毒性尚在較為安全可控的范圍之內(nèi)。隨著分子生物學(xué)以及分子醫(yī)學(xué)的發(fā)展，經(jīng)過約60 年的努力，對(duì)棉酚抗腫瘤領(lǐng)域的探索無論是在分子機(jī)理還是臨床研究方面，都取得了令人鼓舞的進(jìn)展。綜合已有研究，棉酚的抗癌作用的主要分子機(jī)理可概括為圖1。

圖1 棉酚的抗癌作用分子機(jī)理

相信隨著科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，將能夠從更多的層面對(duì)棉酚抗腫瘤的分子機(jī)理進(jìn)行補(bǔ)充，并且輔以適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化，使棉酚成為一種頗有前景的抗腫瘤藥物。