蓽茇明堿抗乳腺癌研究進展

馬 強 蘇 芳 李慧娟 吳小蘭 呂運成

1 桂林醫(yī)學(xué)院-邵陽學(xué)院附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)碩士專業(yè)學(xué)位研究生聯(lián)合培養(yǎng)基地 湖南邵陽 422000; 2 廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 廣西南寧 530000

乳腺癌是目前全球女性癌癥發(fā)病和死亡的首要原因,嚴(yán)重威脅著全球女性健康[1]。由于絕大多數(shù)中晚期患者在治療過程中會逐步耐藥,繼而出現(xiàn)治療失敗,并引發(fā)疾病進展、惡化,甚至死亡[2]。因此,開發(fā)新型低毒、高效和廉價的治療方法和治療藥物,對于控制這種危及生命的疾病具有重要意義。

天然生物堿蓽茇明堿(piplartine,PL),又稱蓽茇酰胺、蓽鲃酰胺、蓽撥明寧堿等,最初分離自胡椒科植物蓽茇。當(dāng)代研究發(fā)現(xiàn),它具有獨特的抗腫瘤活性,可殺傷乳腺癌、肺癌、結(jié)腸癌、淋巴瘤、白血病等多種腫瘤細胞[3],然而PL在抗乳腺癌活性與機制方面尚無系統(tǒng)研究。本文回顧了PL近年在抗乳腺癌領(lǐng)域中的研究進展,為臨床應(yīng)用及基礎(chǔ)研究提供新思路。

1 來源、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及生物活性

PL于1961年被Atal和Banga分離并命名,1986年由Banerjee等人明確結(jié)構(gòu)?！癙iplartine”是文獻中出現(xiàn)最早的術(shù)語,后商業(yè)公司奧德里奇采用新名詞——“Piperlongumine”,目前兩種名稱并存。

PL早先多從天然植物中提取,目前主要來自化學(xué)合成。它可按照化學(xué)結(jié)構(gòu)分為順式及反式,但僅有反式結(jié)構(gòu)具有細胞毒活性。其中C7～C8雙鍵及C2～C3雙鍵是最具抗癌活性的一部分結(jié)構(gòu),常被用于研究增加新修飾,以合成抗瘤活性更高的衍生物[3],見圖1。

圖1 PL的分子結(jié)構(gòu)

PL存在疏水基團,溶解度相對不高,導(dǎo)致在血液循環(huán)中易被快速清除,在治療靶器官區(qū)域的蓄積性不佳,對其生物學(xué)活性的發(fā)揮存在不利影響[4]。

近20年來,研究人員發(fā)現(xiàn)PL存在抗腫瘤、抗高血脂、抗血管生成、抗血小板聚集、抗焦慮、抗抑郁、神經(jīng)保護、抗動脈粥樣硬化、抗糖尿病、抗真菌、抗寄生蟲等多種功效[5-6]。其中最明顯的是其廣譜低毒的抗癌潛能,也是目前的研究熱點。既往文獻已證實,PL對乳腺癌等十余種惡性腫瘤細胞存在明顯細胞毒活性,對正常細胞則無顯著毒性[7]。

與豐富的藥理效能對應(yīng),PL對哺乳動物生命活動過程中的多個關(guān)鍵靶點具有調(diào)控活性。目前主流觀點認(rèn)為,PL主要通過活性氧(ROS)依賴性的機制——促進癌細胞內(nèi)ROS蓄積及還原型谷胱甘肽(GSH)耗竭,介導(dǎo)其對參與疾病進展相關(guān)通路和核心靶點的調(diào)節(jié)和乳腺癌的抑制,見圖2。

2 PL的抗乳腺癌活性

2.1 促進乳腺癌細胞死亡

PL在體內(nèi)及體外試驗中均能抑制乳腺癌生長,對乳腺癌存在顯著的細胞毒活性。多項研究已證實它能激活凋亡、自噬、焦亡、鐵死亡等程序性細胞死亡過程,誘導(dǎo)乳腺癌細胞死亡。

陳鏑[8]發(fā)現(xiàn)PL對三陰乳腺癌細胞系MDA-MB-231和MDA-lMB-l453細胞集落形成存在劑量依賴性抑制效能,可促進癌細胞凋亡。Makhov報道MCF-l7乳腺癌細胞經(jīng)PL處理后增殖受抑,同時免疫熒光分析可見自噬體形成,提示PL能促進乳腺癌細胞自噬。新近上海交通大學(xué)藥學(xué)院的研究顯示,加載了納米輸送系統(tǒng)的新型PL劑型——Tf-lLipoMof@PL,既可促使小鼠乳腺癌4T1細胞GSH降低、GPX4下調(diào)、LPO積累,又可增加IL-l1β、LDH和GSDMD表達以及電鏡下細胞表面孔斑點現(xiàn)象。鑒于前者為鐵死亡驗證的關(guān)鍵因素,后者則是焦亡的主要證據(jù);表明PL具有促進乳腺癌細胞焦亡和鐵死亡的潛能[10]。

2.2 阻滯乳腺癌細胞周期

細胞周期檢查點可檢測潛在DNA損傷,并允許在細胞分裂前修復(fù);若損傷無法修復(fù),會引發(fā)細胞增殖抑制或者細胞凋亡[11]。而與正常細胞相比,癌癥存在大量惡性增殖導(dǎo)致的DNA損傷。因此,抑制G1/S周期可導(dǎo)致癌細胞延遲分裂或進入G0期,抑制G2/M周期則可迫使癌細胞帶有持續(xù)增加的損傷DNA進入有絲分裂期,誘發(fā)有絲分裂災(zāi)難,甚至細胞死亡。

Jeong等[12]的報道展示PL能以劑量依賴性方式抑制乳腺癌MCF-l7細胞增殖,流式細胞術(shù)測定發(fā)現(xiàn)G2/M期細胞分布增加,證實PL通過阻滯周期抑制癌細胞生長。Grigolo[13]發(fā)現(xiàn)PL的一種衍生物PL也誘導(dǎo)進細胞G2/M群體增加及G0/G1群體減少,促進乳腺癌細胞周期停滯和增殖抑制。

2.3 遏制乳腺癌EMT激活

上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是一種短暫的、可逆的細胞去分化過程,癌細胞能在上皮、部分EMT和間充質(zhì)細胞狀態(tài)的各階段轉(zhuǎn)化。EMT激活不僅可加速乳腺腫瘤轉(zhuǎn)移,還可促進疾病癌性侵襲和治療抗性,因此抑制EMT能有效遏制乳腺惡性腫瘤遠處轉(zhuǎn)移并延緩疾病進展[14]。

Delaney等[15]探索了PL對乳腺癌EMT及侵襲能力的影響,結(jié)果顯示PL可明顯增加MDA-MB-231細胞上皮樣形態(tài),抑制癌細胞運動性及侵襲性,還可顯著減少4T1細胞的BALB/c小鼠肺轉(zhuǎn)移。Singh等[16]的試驗也證實PL的新型納米制劑能抑制三陰乳腺癌癌癥干細胞的EMT。

2.4 遏制乳腺癌血管生成

腫瘤新生血管生成是惡性腫瘤生長、增殖、進展和轉(zhuǎn)移的核心環(huán)節(jié),可為癌癥細胞生長提供充足的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng),并為其遠處轉(zhuǎn)移提供必要的途徑。長期以來,抑制血管生成都是乳腺癌治療的重要策略之一[17]。

新近鄭州大學(xué)的一項研究顯示,PL衍生物Ⅱ-14b具有潛在的抗血管生成能力,可在無細胞毒性劑量下抑制HUVECs細胞遷移、侵襲及內(nèi)皮管形成。該研究發(fā)現(xiàn)濃度為0.2 μm的PL能夠誘導(dǎo)血管破裂、阻礙HUVEC細胞的遷移與侵襲,并破壞毛細血管樣管的形成,還能抑制斑馬魚異種移植物腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移[18]。

2.5 乳腺癌放化療增敏減毒

放化療是中晚期乳腺癌的標(biāo)準(zhǔn)治療模式。然而隨著疾病發(fā)展,絕大多數(shù)患者會出現(xiàn)治療抵抗。此外,治療相關(guān)毒副作用既影響患者的生活質(zhì)量,也限制臨床療效[19]。因此,尋找有效的增敏減毒手段,對乳腺癌臨床治療實踐具有重要現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。

陳鏑[8]報道,與單獨使用相比,PL和多柔比星的聯(lián)合使用對三陰乳腺癌細胞系細胞增殖與細胞活力的抑制更為顯著。此外,流式細胞術(shù)分析表明二者聯(lián)用存在出協(xié)同效應(yīng),可更加明顯地誘導(dǎo)癌細胞凋亡,而蛋白質(zhì)印跡結(jié)果顯示PL還可提高多柔比星對癌細胞的耐藥性。陸葉[20]對PL在惡性腫瘤放射治療應(yīng)用和機制的系統(tǒng)研究,顯示PL能增強乳腺癌細胞的放射敏感性,降低細胞死亡閾值,恢復(fù)細胞放射敏感性。

另外,Ntagwabira[21]發(fā)現(xiàn)PL可作為化療誘導(dǎo)性認(rèn)知障礙的神經(jīng)保護劑。在試驗中,他探索了在乳腺癌方案TAC(多柔比星、環(huán)磷酰胺及多西紫杉醇)處理小鼠中,PL對中樞神經(jīng)的保護作用。結(jié)果顯示,在與TAC共同使用時,PL能通過涉及氧化應(yīng)激和突觸可塑性的多因素機制,防止化療小鼠的社會記憶障礙。

3 PL的抗乳腺癌機制

胞內(nèi)活性氧(ROS)水平中度上升可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子惡性轉(zhuǎn)化,有利于癌細胞存活與惡性增殖。但ROS含量過高會導(dǎo)致氧化損傷,抑制癌細胞維持增殖信號傳導(dǎo)、激活侵襲轉(zhuǎn)移、血管生成及細胞死亡抵抗[22]。既往文獻已報道,PL對乳腺癌的抑制伴隨細胞內(nèi)H2O2水平上升和GSH濃度下降,同時抗氧化劑N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)可消除PL的抗癌效果。上述結(jié)果表明ROS參與并介導(dǎo)了PL對乳腺癌細胞的抑制過程[12]。PL可誘導(dǎo)ROS直接抑制乳腺癌細胞生物過程,也可通過ROS調(diào)控PI3K/AKT/mTOR、NF-κB、JAK/STAT3細胞周期等通路與其他核心轉(zhuǎn)錄因子的表達,介導(dǎo)其抗乳腺癌效力。

3.1 細胞周期信號通路

細胞周期失調(diào)可以實現(xiàn)無限的細胞分裂,是癌癥的標(biāo)志之一。細胞周期蛋白、細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)、CDK抑制劑蛋白在正常細胞周期控制和乳腺癌發(fā)生發(fā)展進程中均存在重要作用[23]。

Jeong報道PL可通過上調(diào)細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21水平,下調(diào)cyclin D1、p-CDK1、CDK4、CDK6及PCNA蛋白表達,導(dǎo)致乳腺癌細胞周期停滯和增殖抑制。另外,上述過程能被NAC逆轉(zhuǎn),表明PL能通過ROC蓄積介導(dǎo)細胞周期抑制作用[12]。Shrivastava[24]的試驗發(fā)現(xiàn),PL能以濃度依賴的方式上調(diào)p21 mRNA,進而下調(diào)cyclin D1等細胞周期調(diào)節(jié)蛋白的表達,導(dǎo)致三陰乳腺癌細胞增殖抑制。

3.2 PI3K/AKT/mTOR信號通路

PI3K/AKT/mTOR信號通路在增殖、生長和存活等細胞過程中存在重要作用,此通路異常激活是惡性腫瘤常見病理生理表現(xiàn)和疾病干預(yù)靶點[25]。已有大量研究報道PL通過下調(diào)PI3K/AKT/mTOR通路抑制乳腺癌。

Makhov發(fā)現(xiàn)PL可抑制乳腺癌細胞中AKT靶蛋白的磷酸化,進而抑制mTORC1活性,并促進自噬標(biāo)志物L(fēng)C3-II的積累;同時NAC能完全逆轉(zhuǎn)上述變化,提示PL通過ROS依賴性的機制抑制AKT/mTOR通路,促進乳腺癌自噬。

值得注意的是,Shrivastava[24]的研究證實PL也能通過直接抑制PI3K/AKT/mTOR途徑誘導(dǎo)三陰乳腺癌細胞凋亡。在試驗中,他觀測到PL可與PI3K及mTOR激酶的保守結(jié)構(gòu)域發(fā)生物理相互作用,抑制mTOR途徑并下調(diào)Bcl-2,進而促進Bax表達及其介導(dǎo)MDA-MB-21細胞凋亡。

3.3 JAK2/STAT3信號通路

JAK2/STAT3信號通路可在乳腺癌細胞的增殖、血管生成和EMT激活過程中發(fā)揮重要作用。其中,STAT3參與氧化應(yīng)激、自噬、線粒體、腫瘤轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成等病理生理過程,與乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展也存在密切關(guān)聯(lián),是當(dāng)下乳腺癌臨床及臨床前研究中的明星靶點[26]。

陳鏑[8]報道PL能顯著降低MDA-MB-231細胞STAT3表達,通過抑制JAK2/STAT3途徑下調(diào)Bcl-2蛋白水平,誘導(dǎo)Bax及其介導(dǎo)乳腺癌凋亡。此外,他的另外一項研究發(fā)現(xiàn)PL可通過ROS抑制STAT3活化來調(diào)控Survivin和HIF-1α表達,進而上調(diào)Bcl-2及p53等凋亡分子以促進MDA-MB-231細胞死亡;同時NAC可阻斷PL對p-STAT3的抑制及其介導(dǎo)MDA-MB-231細胞凋亡,證實PL通過ROS依賴性方式介導(dǎo)STAT3-凋亡通路,促進乳腺癌細胞凋亡[27]。

3.4 NF-κB信號通路

NF-κB在細胞因子誘導(dǎo)的基因表達中起關(guān)鍵調(diào)控作用,可編碼多種生長因子和調(diào)控因子,并廣泛參與免疫反應(yīng)、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、腫瘤發(fā)生、細胞凋亡等多種生物過程,其中也包括乳腺癌的增殖和轉(zhuǎn)移等疾病進程[28]。

Awasthee[29]報道PL可誘導(dǎo)乳腺癌細胞產(chǎn)生ROS,還可通過調(diào)解葡萄糖輸入、NF-κB活化和lncRNAs表達,增強其對乳腺癌的抑制。Jeong等[12]的研究顯示,PL能通過下調(diào)IKKβ表達,減弱NF-κB p65的核易位,從而遏制ER陽性乳腺癌細胞增殖。同時,上述過程可為NAC逆轉(zhuǎn),表明PL能通過ROS依賴的方式,抑制NF-κB通路及其乳腺癌調(diào)控。

3.5 其他通路及靶點

除了上述通路,PL誘導(dǎo)的胞內(nèi)ROS蓄積,還通過調(diào)控其他通路和轉(zhuǎn)錄因子表達,參與乳腺癌疾病進程。

Li[30]報道PL可通過促進ROS積累,介導(dǎo)JNK和p38激活MAPK,繼而上調(diào)TRAIL受體DR5的表達,并最終增強TRAIL誘導(dǎo)的MDA-MB-231細胞凋亡。Park[31]發(fā)現(xiàn)PL能上調(diào)ROS水平降低SETDB1表達,干預(yù)FosB的轉(zhuǎn)錄活性,進而加速乳腺癌MCF7細胞死亡。Delaney[15]證實PL可通過促進ROS蓄積,抑制TGFb介導(dǎo)的乳腺癌EMT促進因子ZEB1與Slug的表達。

Punganuru[32]發(fā)現(xiàn)PL的一種衍生物能通過誘導(dǎo)ROS生成,激活p53突變并恢復(fù)細胞中突變R3H的活性,誘導(dǎo)乳腺癌SKBR3細胞死亡。Jin[33]的研究表明PL能通過ROS依賴性機制,下調(diào)乳腺癌細胞中HER家族受體HER1、HER2和HER3表達,而HER2的過表達能進一步增加MCF7細胞對PL的敏感性。

4 討論

綜上所述,PL可通過ROS調(diào)控PI3K/AKT/mTOR、NF-κB及JAK2/STAT3等傳導(dǎo)通路,介導(dǎo)干預(yù)凋亡蛋白、細胞周期蛋白、癌基因及抑癌基因等核心因子表達,進而促進乳腺癌細胞死亡,抑制細胞周期、EMT激活和血管生成,還能通過放化療增敏減毒為乳腺癌治療帶來裨益,具有巨大的研究價值和光明的應(yīng)用前景。

然而,迄今為止關(guān)于PL的研究多為細胞及動物試驗,研究范圍主要集中于細胞毒性相關(guān)表型及調(diào)控靶點領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究階段,尚缺乏更有說服力的臨床試驗。另外,盡管既往細胞及動物試驗未發(fā)現(xiàn)PL存在明顯毒性作用,但鑒于它也可提升正常細胞ROS水平,而且長期中等濃度ROS水平具備促炎、促癌的等致病潛能,因此探討其遠期毒副反應(yīng),對PL未來應(yīng)用存在重要意義。同時,胞內(nèi)ROS可來源于線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和過氧化物酶體等細胞器,與細胞呼吸過程、脂肪酸代謝、藥物及毒素代謝等生理病理過程也存在密切關(guān)聯(lián),PL與上述亞細胞結(jié)構(gòu)和生物過程有無聯(lián)系,還有待更加深入的研究。

由于PL水溶性不佳,降低了治療靶區(qū)域暴露劑量,不利于其在體內(nèi)的代謝、藥效的發(fā)揮、口服或靜脈等標(biāo)準(zhǔn)制劑的合成與后續(xù)研發(fā)。為克服上述缺陷,添加結(jié)構(gòu)修飾研發(fā)新的衍生物,以及研制脂質(zhì)體、微球和納米顆粒制劑等新的藥物載體,設(shè)計性能優(yōu)越的理想藥物分子綜合體是一條有前景的道路。瘤內(nèi)注射、動脈灌注等給藥方式可顯著提高靶器官內(nèi)的藥物濃度,能否用以增強PL的控瘤效果,值得進行探索。此外,PL還具有調(diào)脂、降糖、抗炎、調(diào)節(jié)免疫等多重藥理學(xué)特性,除了作為其他抗乳腺癌藥物的生物增強劑,PL是否能調(diào)控乳腺癌中代謝重編程、炎癥、免疫失衡等重要特征和病理生理改變,甚至成為乳腺癌支持治療過程中的代謝或免疫調(diào)節(jié)劑,也具有進一步研究的價值。