土槿皮乙酸在消化系統(tǒng)腫瘤中抗癌機(jī)制的研究進(jìn)展

楊珂 于飛

近年來,消化系統(tǒng)腫瘤因高發(fā)病率和高致死率嚴(yán)重威脅著人類的生命健康[1-2]。常用的治療方法如放化療常伴隨副作用明顯、易產(chǎn)生耐藥性等弊端,許多研究者發(fā)現(xiàn)天然植物藥治療腫瘤具有多靶點(diǎn)、多途徑、細(xì)胞毒性小等優(yōu)點(diǎn)[3-4],近些年逐漸成為癌癥治療中的研究熱點(diǎn)。

中藥土槿皮又名土荊皮,為我國特有松科植物金錢松的干燥根皮或近根樹皮,始載于趙學(xué)敏的《本草綱目拾遺》,具有抗真菌作用。土槿皮乙酸(pseudolaric acid B,PAB)是從中藥土槿皮中分離得到的二萜類化合物,也是中藥土槿皮的主要活性成分[5]。CAI T等[6]首次從土槿皮中分離得到PAB,并鑒定得出其化學(xué)結(jié)構(gòu)為C23H28O8?，F(xiàn)有研究表明,PAB具有多種生物活性,包括抗炎[7]、抗真菌[8-9]、抗微管聚集[10-11]、抗血管生成[12]、抗腫瘤[13]等,且細(xì)胞毒性較小[14-15]。目前,PAB已被證實(shí)在多種腫瘤中均具有有效的抑癌作用,如肝癌、宮頸癌[16]、乳腺癌[17]、頭頸癌[18]以及肺癌[19]等。本文擬對天然植物藥土槿皮乙酸在消化系統(tǒng)腫瘤中的最新研究進(jìn)行歸納總結(jié),以期探究其抗消化系統(tǒng)惡性腫瘤的作用機(jī)制,為將來應(yīng)用于臨床治療提供理論依據(jù)。

1 通過抑制細(xì)胞增殖發(fā)揮抗腫瘤作用

不受調(diào)控的異常增殖能力是腫瘤細(xì)胞區(qū)別于正常細(xì)胞的重要標(biāo)志,抑制腫瘤細(xì)胞的惡性增殖也是開發(fā)新型抗癌藥物、尋找新型腫瘤治療方法的關(guān)鍵[20]。多項(xiàng)研究表明,PAB可以有效抑制多種消化系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞的增殖進(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤作用。

1.1 抑制Ki67表達(dá)

Ki67是一種細(xì)胞增殖相關(guān)基因,也是目前公認(rèn)的細(xì)胞增殖標(biāo)志物,在判定腫瘤惡性程度以及預(yù)后中具有重要的意義[21]。Yin Z等[22]關(guān)于食管癌的研究發(fā)現(xiàn),PAB能夠下調(diào)食管癌細(xì)胞和腫瘤組織中Ki67的表達(dá)水平,從而抑制細(xì)胞增殖及成瘤能力。Wang D等[23]通過構(gòu)建胃癌裸鼠模型發(fā)現(xiàn),與對照組相比,PAB治療組的裸鼠移植瘤生長速率明顯下降,免疫組化染色結(jié)果顯示,經(jīng)PAB治療的腫瘤組織中Ki67表達(dá)水平明顯低于對照組。目前,PAB對消化系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞Ki67調(diào)控的研究較少,但現(xiàn)有的研究結(jié)果顯示,PAB可能通過下調(diào)消化系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞中Ki67的表達(dá)而發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用。

1.2 阻滯細(xì)胞周期

細(xì)胞增殖是生命體得以繁衍的基礎(chǔ),細(xì)胞周期在增殖中具有重要的作用,近年來,許多研究者證明多種中草藥成分能夠通過阻滯腫瘤細(xì)胞周期有效地抑制腫瘤增殖,土槿皮乙酸在消化系統(tǒng)腫瘤中也具有同樣的抑癌作用。

細(xì)胞周期的正常進(jìn)行依賴于細(xì)胞周期蛋白(Cyclin)家族中各成員的正常表達(dá)以及細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinase, CDK)的激活[24]。腫瘤抑制因子p21是一種CDK抑制劑,能夠阻斷CDK1活性或降解細(xì)胞周期相關(guān)蛋白從而誘導(dǎo)G2/M期阻滯[25]。有關(guān)肝癌的研究證明,PAB通過上調(diào)肝癌細(xì)胞HepG2和SK-Hep-1中p21的表達(dá),將細(xì)胞周期阻滯在G2/M期[15]。在胃癌研究中,以濃度為10 μM的PAB作用24小時能有效地將胃癌細(xì)胞的周期阻滯在G2/M期,但PAB對胃癌細(xì)胞周期阻滯的作用機(jī)制尚不清楚[23]。

α-微管蛋白(α-tubulin)是組成細(xì)胞骨架的重要組成部分,對維持細(xì)胞骨架有關(guān)鍵的作用[26],α-tubulin的功能遭到破壞直接影響分裂期細(xì)胞紡錘體的形成,導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯[27]。研究發(fā)現(xiàn)PAB通過下調(diào)肝癌細(xì)胞中α-tubulin的表達(dá)水平并影響其聚合能力引發(fā)細(xì)胞周期停滯,從而抑制細(xì)胞的增殖能力[28]。在有絲分裂中,紡錘體組裝檢查點(diǎn)(the spindle assembly checkpoint, SAC)與有絲分裂紡錘體的形成相互協(xié)調(diào)對有絲分裂的正常進(jìn)行至關(guān)重要[29]。在結(jié)直腸癌的研究中,免疫熒光染色α-tubulin發(fā)現(xiàn),PAB治療組有絲分裂紡錘體的形態(tài)發(fā)生變異,進(jìn)一步探究證明PAB促進(jìn)BUBR1(SAC的核心成分)的磷酸化進(jìn)而激活SAC,導(dǎo)致周期阻滯,由此證明PAB通過解聚α-tubulin骨架并激活SAC,妨礙紡錘體的生成,誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞發(fā)生G2/M期周期阻滯[14]。綜上所述,PAB可能通過多種方式導(dǎo)致消化系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞的周期阻滯在G2/M期,干擾腫瘤細(xì)胞的正常周期循環(huán),進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞分裂增殖。

1.3 其他機(jī)制

除上述通過調(diào)節(jié)增殖基因Ki67和阻滯細(xì)胞周期機(jī)制發(fā)揮抑制細(xì)胞增殖的作用外,PAB還具有其他作用靶點(diǎn)。Zhang H等[15]在肝癌的研究中發(fā)現(xiàn),PAB通過下調(diào)肝癌細(xì)胞致癌轉(zhuǎn)錄因子c-Myc的表達(dá),對肝癌細(xì)胞的增殖產(chǎn)生顯著的抑制作用,并且濃度越大,作用時間越長,抑制效果越好。Li X等[30]在胰腺癌的研究中發(fā)現(xiàn),對胰腺癌細(xì)胞施加PAB刺激后,細(xì)胞內(nèi)Hippo-YAP通路被明顯激活且細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化能力明顯減弱,最終導(dǎo)致了胰腺癌細(xì)胞的增殖抑制。另有研究表明,PAB對阿霉素耐藥胃癌細(xì)胞株的增殖及其裸鼠移植瘤生長能力仍具有有效的抑制作用[31-32]。Wen C等[14]關(guān)于結(jié)直腸癌的研究發(fā)現(xiàn),PAB有效抑制5-氟尿嘧啶耐藥和非耐藥細(xì)胞株裸鼠移植瘤生長?？偠灾?針對于不同的消化系統(tǒng)腫瘤,PAB可能存在不同的抑制細(xì)胞增殖機(jī)制,這些機(jī)制仍有待被研究。

2 通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)揮抗腫瘤作用

細(xì)胞凋亡,也被稱為程序性細(xì)胞死亡,是一種自我清理的形式,機(jī)體以有序和有效的方式清除受損細(xì)胞,而凋亡的失調(diào)是腫瘤細(xì)胞無限增殖的主要原因。半胱氨酸天冬酶(Caspase)蛋白酶家族參與調(diào)控細(xì)胞凋亡的兩種主要的凋亡途徑:線粒體途徑和死亡受體途徑,是啟動凋亡和執(zhí)行凋亡的核心[33-34]。另外,Bcl-2家族、抑癌基因p53、多聚腺苷二磷酸核糖合成酶[poly(ADP-ribose) polymerase, PARP]在細(xì)胞凋亡中也發(fā)揮著重要作用[35-37]。PAB能夠通過調(diào)控上述蛋白誘導(dǎo)消化系統(tǒng)腫瘤凋亡從而發(fā)揮抗腫瘤作用。

2.1 線粒體凋亡途徑

線粒體凋亡通路又稱為內(nèi)源性凋亡,該通路的激活主要依賴線粒體膜電位的降低伴隨細(xì)胞色素C從線粒體釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),隨后刺激Caspase家族蛋白和其他凋亡調(diào)控基因的一系列激活[38]。在結(jié)直腸癌研究中,PAB降低RKO和HCT-15細(xì)胞線粒體膜電位,導(dǎo)致線粒體中細(xì)胞色素C釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),隨后激活PARP、Caspase-3、Caspase-9的裂解并下調(diào)抗凋亡基因MCL-1、Bcl-2、Bcl-xl以及上調(diào)促凋亡基因Bax的蛋白表達(dá)水平,說明在結(jié)直腸癌中PAB是線粒體凋亡通路的有效激活劑[14]。在胃癌的研究中,Wang D等[23]發(fā)現(xiàn)PAB誘導(dǎo)的胃癌細(xì)胞的凋亡也主要與線粒體凋亡通路發(fā)有關(guān),表現(xiàn)為上調(diào)p53、Bax、Caspase-3的同時下調(diào)Bcl-2,并降低線粒體膜電位。此外,肝癌相關(guān)研究表明PAB能夠上調(diào)Bax/Bcl-2比例,促進(jìn)Caspase-3和PARP裂解,并抑制抗凋亡蛋白Survivin的表達(dá),最終導(dǎo)致肝癌細(xì)胞發(fā)生凋亡[15]。Yin Z等[22]研究食管癌發(fā)現(xiàn),PAB下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)并上調(diào)促凋亡蛋白Bax、并促進(jìn)Caspase-3和Caspase-9的裂解,最終引起食管癌細(xì)胞發(fā)生濃度依賴性凋亡。綜上所述,在多種消化系統(tǒng)腫瘤中,PAB都能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生線粒體凋亡通路介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,進(jìn)而發(fā)揮抑制腫瘤的作用。

2.2 死亡受體凋亡途徑

死亡受體途徑又稱為外源性凋亡通路,該通路是由TNF死亡因子家族介導(dǎo)的凋亡通路,該家族的死亡因子活化后的一列反應(yīng)會激活Caspase-8繼而啟動Caspase-3引發(fā)細(xì)胞凋亡[39]。魏忠寶[40]研究PAB在肝細(xì)胞癌中的抗癌機(jī)制發(fā)現(xiàn),PAB既激活了死亡受體途徑蛋白Caspase-8又激活了線粒體凋亡途徑Caspase-9,這兩種途徑最終均通過Caspase-3啟動了細(xì)胞凋亡程序,說明PAB能有效激活死亡受體和線粒體兩種凋亡途徑。關(guān)于PAB誘導(dǎo)死亡受體凋亡途徑的研究十分有限,但上述PAB的交叉作用提示我們其誘導(dǎo)死亡受體凋亡途徑的作用可能被忽略,需要更多研究去證實(shí)PAB在這方面的作用。

3 通過抑制細(xì)胞侵襲和遷移發(fā)揮抗腫瘤作用

不受控制的生長、對周圍組織的侵襲以及向遠(yuǎn)處組織的轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的重要特征[41]。腫瘤的轉(zhuǎn)移更是導(dǎo)致患者死亡的最主要原因。在轉(zhuǎn)移過程中,腫瘤細(xì)胞離開原發(fā)部位,擴(kuò)散至全身,形成繼發(fā)性腫瘤,造成嚴(yán)重的器官衰竭[42]。腫瘤細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移離不開其對組織的侵襲和遷移,許多抗癌藥物的作用機(jī)制均聚焦于抑制腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移,PAB對消化系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移也具有抑制作用。

3.1 抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteases, MMPs)

MMPs是一種鋅依賴的內(nèi)源性蛋白酶,該類蛋白酶能夠通過降解細(xì)胞外基質(zhì)打破癌細(xì)胞遷移的物理屏障,最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移[43-44]。Yin Z等[22]發(fā)現(xiàn),經(jīng)PAB刺激后的食管癌TE-1細(xì)胞中MMP2、MMP3及MMP9的蛋白表達(dá)明顯減少,進(jìn)而抑制了細(xì)胞侵襲和遷移能力。李帥等[28]研究發(fā)現(xiàn),PAB通過抑制MMP-9的蛋白表達(dá)濃度依賴性抑制肝癌細(xì)胞HepG2的侵襲和遷移。同樣,Wang D等[23]研究發(fā)現(xiàn)PAB對胃癌細(xì)胞侵襲和遷移的抑制也可能是通過抑制MMP9來實(shí)現(xiàn)的。綜上所述,PAB作用于消化系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞后能顯著抑制MMP的表達(dá),減弱腫瘤細(xì)胞降解細(xì)胞外基質(zhì)的能力,進(jìn)而限制腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移。

3.2 抑制EMT

上皮—間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-to-mesenchymal transition, EMT)是一種腫瘤細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化過程,具有間充質(zhì)特性的腫瘤細(xì)胞侵襲和遷移能力更強(qiáng)[45]。Li X等[30]發(fā)現(xiàn)PAB能夠抑制胰腺癌細(xì)胞間充質(zhì)標(biāo)志性蛋白如N-鈣粘蛋白(N-cadherin)、波形蛋白(Vimentin)和纖維連接蛋白(Fibronectin)的表達(dá),促進(jìn)上皮標(biāo)志性蛋白E-鈣粘蛋白(E-cadherin)的表達(dá),從而抑制胰腺癌細(xì)胞EMT的進(jìn)程,最終導(dǎo)致胰腺癌細(xì)胞侵襲和遷移能力的減弱。此外,在胃癌的體內(nèi)研究中,PAB還能通過上調(diào)E-cadherin的表達(dá)有效地抑制胃癌細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移[23]。綜上所述,PAB能夠抑制消化系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞的EMT,減弱其自身的表型轉(zhuǎn)化能力,進(jìn)而抑制腫瘤的侵襲和遷移。

4 通過抑制新血管生成發(fā)揮抗腫瘤作用

在腫瘤發(fā)生過程中,新生血管為腫瘤細(xì)胞的增殖提供氧氣和營養(yǎng),擴(kuò)張的新血管也是腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的重要通道,最終導(dǎo)致腫瘤進(jìn)展[46]。抑制腫瘤中新血管生成是尋找新型抗癌藥物的重要方向。PAB對消化系統(tǒng)惡性腫瘤的新血管生成也有明顯的抑制作用。

血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factors,VEGF)由腫瘤細(xì)胞和周圍間質(zhì)產(chǎn)生并分泌,能夠刺激內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和存活,導(dǎo)致新血管的形成,對腫瘤的轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)具有十分重要的促進(jìn)作用[47-48]。先前的研究發(fā)現(xiàn),肺癌細(xì)胞中CD147能通過促進(jìn)VEGF的表達(dá)誘導(dǎo)肺癌新血管生成[49]。在食管癌中,PAB能夠下調(diào)食管癌細(xì)胞中CD147的表達(dá)從而減少VEGF的生成,最終抑制人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的增殖,引起腫瘤新血管生成障礙[22]。此外,Wang D等[23]通過免疫組織化學(xué)的方法對PAB治療組和對照組的胃癌裸鼠移植瘤進(jìn)行染色,發(fā)現(xiàn)PAB治療組中VEGF及血管標(biāo)記物CD31的表達(dá)均明顯下降,這說明PAB對胃癌新血管的生成也具有抑制作用。綜上所述,PAB能夠通過抑制VEGF的表達(dá)水平從而抑制多種消化道腫瘤新血管的生成,發(fā)揮抗腫瘤作用。

5 通過逆轉(zhuǎn)細(xì)胞耐藥性發(fā)揮抗腫瘤作用

化學(xué)藥物是惡性腫瘤治療中非常重要的治療手段,但是越來越多的腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性,這成為腫瘤治療中的一大難題,逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞耐藥性逐漸成為腫瘤治療研究的新方向[50]。目前研究發(fā)現(xiàn),許多中藥活性成分具有豐富而明確的靶點(diǎn),與化療藥物聯(lián)用可以逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞耐藥性,有效提升化療藥物療效[51]。

Li X等[30]研究發(fā)現(xiàn),PAB與吉西他濱聯(lián)用組對胰腺癌裸鼠移植瘤的抑制率明顯高于對照組,這表明PAB也許能提高胰腺癌細(xì)胞對吉西他濱的敏感性。Wen C等[14]對結(jié)直腸癌的研究發(fā)現(xiàn),PAB通過誘導(dǎo)5-氟尿嘧啶耐藥直腸癌細(xì)胞的凋亡和周期阻滯,體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了PAB能有效地抑制耐藥組裸鼠移植瘤的生長率,這說明PAB有助于逆轉(zhuǎn)結(jié)直腸癌細(xì)胞對5-氟尿嘧啶的耐藥性。此外,胃癌的體內(nèi)體外研究發(fā)現(xiàn),PAB通過下調(diào)耐藥相關(guān)基因Cox-2和P-gp的表達(dá),誘導(dǎo)阿霉素耐藥的胃癌細(xì)胞株發(fā)生凋亡并抑制其增殖,這說明PAB對阿霉素耐藥的胃癌細(xì)胞仍具有抑制作用[31-32]。綜上所述,PAB能夠逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞對化療藥物的耐藥性并有效地增加腫瘤細(xì)胞對化療藥物的敏感性,說明逆轉(zhuǎn)耐藥性可能是PAB的優(yōu)異抗癌機(jī)制。

6 小結(jié)與展望

總之,PAB能夠通過多種機(jī)制發(fā)揮抗消化系統(tǒng)腫瘤的作用,主要涉及抑制細(xì)胞增殖、阻滯細(xì)胞周期、抑制侵襲和遷移、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、抑制新血管生成、逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞耐藥性,并且多種調(diào)節(jié)機(jī)制參與其中,如Ki67參與抑制腫瘤細(xì)胞增殖,Caspase家族和Bcl-2家族基因參與誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、以及EMT和MMP參與抑制腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移能力等,說明PAB在治療消化系統(tǒng)腫瘤中具有多靶點(diǎn)、多途徑的特點(diǎn)。PAB作為一種天然抗腫瘤藥物,在消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)展的多個過程中均具有調(diào)控作用,但是目前PAB在消化系統(tǒng)腫瘤中的作用靶點(diǎn)和信號通路以及體內(nèi)的研究工作不夠豐富。今后,隨著對PAB多角度、深層次地研究,其在抗消化道腫瘤方面的作用機(jī)制也會更加明確,有望應(yīng)用于消化系統(tǒng)腫瘤的臨床治療。