紫花牡荊素抗腫瘤作用機(jī)制的研究進(jìn)展*

華 麗,周燕紅

(湖北科技學(xué)院醫(yī)學(xué)部臨床醫(yī)學(xué)院,湖北 咸寧 437100)

惡性腫瘤是威脅人體生命健康的重大疾病之一,其發(fā)病率與病死率逐年增長(zhǎng),目前治療手段主要有手術(shù)、放化療、靶向治療等,但往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重毒副作用的發(fā)生[1]。因此,研究腫瘤的發(fā)病機(jī)制及尋找安全、有效的抗腫瘤藥物尤為重要。近年來(lái),中草藥的抗腫瘤性得到了廣泛的研究和證實(shí),逐漸成為腫瘤防治的重要手段。紫花牡荊素(casticin,5,3′-二羥基-3674′-四甲氧基黃酮)是從中草藥蔓荊子中提取的甲基黃酮類化合物,為多酚類物質(zhì),分子式為C19H18O8,分子量為374.34,具有多種生物活性,如抗癌、抗炎、抗氧化等[2]。近年來(lái),研究發(fā)現(xiàn)紫花牡荊素在抗腫瘤方面有良好的活性,本文對(duì)紫花牡荊素抗腫瘤作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 紫花牡荊素抗腫瘤作用

1.1 抑制腫瘤細(xì)胞的增殖

腫瘤的發(fā)生與腫瘤細(xì)胞的惡性增殖密切相關(guān),因此,抑制腫瘤細(xì)胞增殖是治療腫瘤的有效手段之一。研究發(fā)現(xiàn)[3],casticin能有效抑制食管癌、膽囊癌、肝細(xì)胞癌、乳腺癌、白血病等多種腫瘤細(xì)胞株的增殖。

Casticin劑量依賴性地抑制食管癌(esophageal cancer,EC)細(xì)胞的增殖和克隆形成,并誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯在亞G1和G2期,從而抑制增殖能力[4]。有研究顯示,牡荊素以劑量和時(shí)間依賴性抑制膽囊癌細(xì)胞增殖[5]。對(duì)人肝癌細(xì)胞系(MHCC97)的研究發(fā)現(xiàn)[3],casticin通過(guò)下調(diào)B-連環(huán)蛋白和阻斷Wnt/β-連環(huán)蛋白途徑,以劑量依賴性的方式抑制增殖特性。Chan等[2]證實(shí)casticin可通過(guò)抑制微管蛋白聚合、細(xì)胞周期阻滯、有絲分裂災(zāi)難和凋亡來(lái)抑制白血病細(xì)胞K562細(xì)胞增殖,同時(shí)磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B,PI3K/AKT)通路特異性抑制劑能夠增強(qiáng)casticin誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。此外,casticin還可通過(guò)抑制c-Myc蛋白從而抑制p53突變型Hs578T乳腺癌細(xì)胞增殖[3]。Casticin可通過(guò)調(diào)控線粒體凋亡途徑和PI3K/Akt信號(hào)通路相關(guān)蛋白的表達(dá),誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞的凋亡,從而抑制其增殖[6]。

1.2 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是細(xì)胞在基因調(diào)控下發(fā)生的程序性死亡,主要受內(nèi)源性線粒體途徑、內(nèi)源性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑以及外源性死亡受體途徑調(diào)控[7]。促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡是抗腫瘤活性的重要標(biāo)志之一。研究[2-3,8]發(fā)現(xiàn),casticin可通過(guò)多種信號(hào)通路及機(jī)制調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡而表現(xiàn)出其抗腫瘤活性,并能通過(guò)上調(diào)死亡受體5誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞及肺癌凋亡;通過(guò)活性氧(reactive oxygen species,ROS)介導(dǎo)的線粒體通路誘導(dǎo)宮頸癌細(xì)胞凋亡;通過(guò)G2/M期阻滯誘導(dǎo)前列腺癌PC-3細(xì)胞凋亡;誘導(dǎo)p53和半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)依賴性細(xì)胞凋亡進(jìn)而抑制U251膠質(zhì)瘤細(xì)胞和TSGH-8301膀胱癌細(xì)胞的生長(zhǎng);casticin也能通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激增強(qiáng)TRAIL誘導(dǎo)的胃癌細(xì)胞凋亡。研究表明[3],casticin可降低人食管癌細(xì)胞系TE-11和ECA-109中抗凋亡Bcl-2的水平,并增加促凋亡Bax蛋白,同時(shí)casticin也上調(diào)caspase-3和caspase-9以及聚ADP-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase,PARP)的水平,觸發(fā)線粒體凋亡途徑。在膽囊癌細(xì)胞中,casticin通過(guò)上調(diào)Bax、caspase-3、caspase-9和PARP的表達(dá)以及下調(diào)Bcl-2的表達(dá)來(lái)誘導(dǎo)G0/G1停滯和線粒體相關(guān)細(xì)胞凋亡[5]。在HL-60白血病細(xì)胞中,casticin以劑量依賴方式誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,主要是通過(guò)激活caspase-3、caspase-8和caspase-9、誘導(dǎo)磷酸組蛋白(H3)磷酸化、上調(diào)細(xì)胞內(nèi)ATP水平、增加ROS并阻斷p38絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases,MAPK)途徑來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[3]。Casticin通過(guò)滅活FoxM1基因誘導(dǎo)卵巢癌細(xì)胞凋亡[3]。Casticin抑制致瘤NF-κB通路的激活并增加ROS生成和caspase-3,從而引起黑色素瘤細(xì)胞凋亡[9]。有研究[10]發(fā)現(xiàn)casticin通過(guò)抑制人非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中的拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱα誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

1.3 阻滯細(xì)胞周期

細(xì)胞周期停滯,可抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育,進(jìn)而影響腫瘤發(fā)展進(jìn)程。細(xì)胞周期停滯是癌細(xì)胞細(xì)胞死亡的主要原因之一。細(xì)胞周期可劃分為G1、S、G2及M期,細(xì)胞周期調(diào)控紊亂是惡性腫瘤生長(zhǎng)的最基本的生物學(xué)特征。Casticin是一種新型選擇性PI3K抑制劑,可顯著抑制鼻咽癌增殖,并通過(guò)上調(diào)Bax/BCL2表達(dá)誘導(dǎo)G2/M期阻滯和細(xì)胞凋亡[3]。在食管癌的研究中,casticin處理誘導(dǎo)S期細(xì)胞周期停滯,增強(qiáng)促凋亡基因Bax的表達(dá)和caspase-3的激活,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[11]。Casticin可誘導(dǎo)膽囊癌中G0/G1期停滯,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[5]。Ramchandani等[3]研究發(fā)現(xiàn),在黑色素瘤細(xì)胞中,casticin能通過(guò)增加p35、p31和CHK-1蛋白的表達(dá),同時(shí)下調(diào)Cdc25c(細(xì)胞分裂周期蛋白25C蛋白)、CDK1(周期蛋白依賴性激酶,cyclin-dependent kinases)、細(xì)胞周期蛋白A和細(xì)胞周期蛋白B來(lái)控制細(xì)胞周期,從而使G2/M細(xì)胞周期停滯。Casticin可誘導(dǎo)細(xì)胞形態(tài)變化、DNA濃縮和損傷,并使口腔癌SCC-4細(xì)胞的G2/M細(xì)胞周期停滯[12]。在HL-60白血病細(xì)胞中,casticin預(yù)處理可誘導(dǎo)G2/M細(xì)胞周期停滯,G0/G1和S期細(xì)胞減少[3]。有研究表明[3],casticin能夠誘導(dǎo)肝癌HepG2、PLC/PRF和人前列腺癌PC-3細(xì)胞細(xì)胞凋亡,并使細(xì)胞周期阻滯于G2/M期。研究[13]發(fā)現(xiàn),紫花牡荊素將大部分肺癌細(xì)胞阻滯在G2/M期,可防止細(xì)胞形成紡錘體,抑制有絲分裂,最終達(dá)到促進(jìn)細(xì)胞凋亡。在小鼠黑色素瘤模型中,casticin誘導(dǎo)線粒體依賴性細(xì)胞凋亡以響應(yīng)多種刺激,并且還誘導(dǎo)早期G2/M細(xì)胞周期停滯[3]。

1.4 抑制細(xì)胞侵襲和遷移

腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移是指惡性腫瘤細(xì)胞穿透基底膜,通過(guò)細(xì)胞遷移進(jìn)入血液或淋巴系統(tǒng),進(jìn)而到達(dá)遠(yuǎn)端并惡性增殖的過(guò)程,是惡性腫瘤的特征之一[1]。Casticin可抑制肺癌干細(xì)胞(lung cancer stem-like cells,LCSLCs)的自我更新和侵襲,并引起干細(xì)胞標(biāo)記物CD133,CD44和ALDH1(aldehyde dehydrogenase 1)蛋白表達(dá)降低以及基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)活性降低[3]。此外,casticin也能通過(guò)下調(diào)MPP-2/NF-kB或通過(guò)PI3K/AKT/mTOR通路抑制人黑色素瘤細(xì)胞[14]、乳腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲[15]。Casticin通過(guò)Ras/Akt/NF-kappa B信號(hào)通路以濃度依賴式抑制人前列腺癌DU145細(xì)胞的遷移和侵襲[16]。有研究表明[17],casticin呈時(shí)間和濃度依賴式抑制口腔鱗狀細(xì)胞癌和人黑色素瘤A375.S2細(xì)胞的遷移和侵襲能力。研究表明[3]casticin可以通過(guò)p-EGFR/Ras/p-ERK通路下調(diào)黑色素瘤細(xì)胞A375.S2細(xì)胞的遷移和侵襲能力。Casticin可通過(guò)miR-148a-3p/wnt1信號(hào)通路抑制肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲[18]。

1.5 抑制上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化

上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)已被確定為腫瘤發(fā)生過(guò)程中的關(guān)鍵角色之一,其特點(diǎn)是增加間質(zhì)基因如纖連蛋白、波形蛋白和N-鈣粘蛋白的表達(dá),并抑制E-鈣粘蛋白的表達(dá)。E-鈣粘蛋白表達(dá)的缺失被認(rèn)為是癌癥發(fā)生過(guò)程中,也是EMT的關(guān)鍵步驟。研究發(fā)現(xiàn)[19],在卵巢癌SKOV3細(xì)胞和源自SMMC-7721細(xì)胞的肝癌干細(xì)胞(LCSC)中,不同濃度的牡荊素可以通過(guò)增加E-鈣粘蛋白表達(dá),同時(shí)抑制N-鈣粘蛋白來(lái)逆轉(zhuǎn)EMT過(guò)程。Casticin可逆轉(zhuǎn)EMT過(guò)程,抑制中β-catenin的表達(dá),從而抑制口腔鱗狀細(xì)胞癌的侵襲轉(zhuǎn)移[17]。Casticin也可上調(diào)卵巢癌[2]、宮頸癌[3]中的E-鈣粘蛋白并下調(diào)N-鈣粘蛋白,從而抑制EMT。在神經(jīng)膠質(zhì)瘤的研究中,casticin可抑制EMT相關(guān)因子Twist1的表EMT進(jìn)程[3]。

2 紫花牡荊素抗腫瘤作用涉及的信號(hào)通路及分子機(jī)制

2.1 FOXO3a/FoxM1信號(hào)通路

FOXO3a(forkhead box O3a)作為FOXM1上游調(diào)節(jié)因子,FOXM1/FOXO3a信號(hào)通路可以通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)功能來(lái)發(fā)揮調(diào)控癌癥發(fā)生與發(fā)展的作用[21]。在肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)中,casticin通過(guò)siRNA沉默叉頭盒O(FOXO)3a磷酸化蛋白,并降低叉頭盒M1(FoxM1)的表達(dá)。因此,FOXO3a/FoxM1信號(hào)通路是HCC中casticin的可行通路[3]。Casticin通過(guò)滅活FoxM1基因誘導(dǎo)卵巢癌細(xì)胞凋亡[3]。在小細(xì)胞肺癌H446細(xì)胞中,casticin上調(diào)AMPK和乙酰輔酶A羧化酶(Acetyl-CoA carboxylase,ACC),并通過(guò)AMPK/FOXO3信號(hào)通路沉默F(xiàn)OXO3表達(dá)[22]。

2.2 PI3K/Akt信號(hào)通路

PI3K/Akt信號(hào)通路是細(xì)胞內(nèi)最重要的信號(hào)通路之一,參與細(xì)胞增殖、凋亡和細(xì)胞周期等相關(guān)活動(dòng),并在抗腫瘤治療中發(fā)揮重要作用。Casticin通過(guò)下調(diào)PI3K/Akt信號(hào)通路抑制乳腺癌細(xì)胞遷移和侵襲,最終導(dǎo)致MMP-9表達(dá)[15]。Casticin通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,且可能與PI3K的磷酸化受到抑制有關(guān)。紫花牡荊素可通過(guò)調(diào)控線粒體凋亡途徑和PI3K/Akt信號(hào)通路相關(guān)蛋白的表達(dá),誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞的凋亡,從而抑制其增殖[6]。Casticin是一種新型選擇性PI3K抑制劑,可顯著抑制鼻咽癌增殖,并通過(guò)上調(diào)Bax/BCL2表達(dá)誘導(dǎo)G2/M期阻滯和細(xì)胞凋亡[3]。Casticin通過(guò)激活HL-60、Kasumi-2和K562人類白血病細(xì)胞中的caspase-3和PARP,在激活PI3K/Akt信號(hào)通路中發(fā)揮重要作用[3]。

2.3 Wnt/β-catenin通路

在經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路中,Wnt信號(hào)通路的激活會(huì)導(dǎo)致β-連環(huán)蛋白(β-catenin)的細(xì)胞核積聚,這可能會(huì)導(dǎo)致EMT程序。研究發(fā)現(xiàn)[17],casticin能通過(guò)調(diào)控Wnt/β-catenin通路發(fā)揮抗癌作用。在人口腔鱗狀細(xì)胞癌(OSCC)UM1和HSC-3細(xì)胞中,casticin下調(diào)β-catenin(Wnt/β-catenin通路的重要組成部分)。β-catenin的過(guò)度表達(dá)會(huì)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移活動(dòng),而其下調(diào)可以負(fù)向調(diào)節(jié)這些致瘤過(guò)程。

2.4 MAPK信號(hào)通路

MAPK信號(hào)通路參與介導(dǎo)細(xì)胞增殖、侵襲、凋亡和血管生成等多種生理病理活動(dòng)[23]。在HL-60白血病細(xì)胞中,casticin以劑量依賴性方式誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,主要是通過(guò)激活caspase-3、caspase-8和caspase-9,誘導(dǎo)磷酸組蛋白(H3)磷酸化,上調(diào)細(xì)胞內(nèi)ATP水平,增加ROS并阻斷p38(MAPK)途徑來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[3]。

2.5 NF-κB信號(hào)通路

NF-κB信號(hào)通路參與腫瘤微環(huán)境調(diào)控,并與腫瘤血管生成、腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移等活動(dòng)密切相關(guān)。Casticin抑制致瘤NF-κB通路的激活并增加ROS生成和caspase-3,從而引起黑色素瘤細(xì)胞凋亡。在結(jié)直腸癌細(xì)胞中,casticin通過(guò)抑制NF-κB通路的激活,引起SW480細(xì)胞的凋亡[3]。

除了上述提到的信號(hào)通路外,casticin還可通過(guò)調(diào)控JNK、STAT3、c-Met、P53等通路發(fā)揮抗腫瘤增殖、侵襲、遷移、誘導(dǎo)凋亡等作用[4]。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著對(duì)casticin研究的不斷深入,越來(lái)越多研究證實(shí)casticin具有抗腫瘤活性,其抗腫瘤機(jī)制主要有抑制增殖、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、阻滯細(xì)胞周期,抑制侵襲轉(zhuǎn)移等。Casticin可通過(guò)調(diào)控PI3K/Akt、JNK、MAPK以及Wnt/β-catenin等相關(guān)信號(hào)通路多環(huán)節(jié)、多途徑參與到腫瘤增殖、侵襲轉(zhuǎn)移與凋亡過(guò)程中,影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

盡管人們對(duì)牡荊素對(duì)不同細(xì)胞系的潛在抗癌作用進(jìn)行了研究,但這些研究大多數(shù)僅限于體外研究,只有少數(shù)針對(duì)食管癌、肝癌、白血病和黑色素瘤等癌癥的體內(nèi)研究來(lái)評(píng)估casticin的抗腫瘤作用。目前由于進(jìn)行的體內(nèi)研究數(shù)量較少,casticin的藥代動(dòng)力學(xué)特性,包括給藥、生物利用度、分布等尚不明確。此外,casticin的安全性和有效性尚未見(jiàn)報(bào)道,這給臨床評(píng)估該藥物帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)。為了測(cè)試casticin對(duì)癌癥患者的有效性和治療應(yīng)用,有必要進(jìn)行更多的臨床試驗(yàn)。