金雀異黃素誘導腫瘤細胞凋亡的研究進展

呂春秀綜述 汪治宇審校

1972年澳大利亞學者Kerr等[1]首先從形態學方面描述了1種與壞死完全不同的細胞死亡方式——凋亡(apoptosis)，它與細胞分裂增殖同屬于細胞最基本的生命活動，對組織的生長發育具有同等重要的調節作用，在維持機體平衡狀態方面有積極的生物學意義，尤其是在腫瘤的發生發展中占有重要地位。1992年英國科學家Hickman等[2]提出誘導腫瘤細胞凋亡可以作為腫瘤治療研究中的主要目標和手段。目前抗腫瘤藥物的研究主要集中于抑制腫瘤細胞增殖及誘導腫瘤細胞凋亡兩方面，其中誘導腫瘤細胞凋亡成為了國內外研究的熱點。

金雀異黃素(Genistein)又稱染料木素，是1種存在于豆科植物和齒狀植物中的天然異黃酮化合物，其化學名為5，7，4’—三羥基異黃酮，具有多種生理或藥理活性，對多種腫瘤具有較強的抑制作用[3]。Genistein抗癌研究已經成為世界熱門焦點，并取得很大的進展。流行病學研究表明，大豆作為genistein惟一膳食來源，可能與中國、日本相對患乳腺癌、結腸癌、前列腺癌率低有關[4]。我們將近年來國內外有關金雀異黃素誘導腫瘤細胞凋亡的作用機制綜述如下，從而為金雀異黃素抗腫瘤的治療提供依據。

1 Genistein的化學結構及抗腫瘤作用

1.1 化學結構

Genistein(如圖1)是帶芳香A-環的三苯基化合物，在分子的相對兩極帶有2個酚羥基，結構和相對分子質量與雌二醇類似，與ER結合，介導雌激素樣作用。主要分為ER-α型和ER-β型。Genistein對ER-β的親和力高于ER-α，故genistein僅影響部分ER。

圖1 金雀異黃素

1.2 抗腫瘤作用

Genistein是1種具有多種生物學作用的異黃酮類物質，自從Akiyama等[5]1987年首次報道Genistein是1種蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)特異性抑制劑以來，其抗癌活性引起廣泛關注。體內體外實驗及流行病學研究結果顯示，Genistein對多種腫瘤均有抑制作用[6]。Genistein不僅單獨對多種腫瘤有預防和抑制作用,還和許多抗腫瘤藥物(如他莫昔芬、順鉑、雙氯乙基亞硝脲、柔紅霉素、噻唑呋林)有協同抗腫瘤作用。

1.3 誘導腫瘤細胞凋亡的作用特點

Sarkar等[7]發現，Genistein能誘導MDA-MB-231、MDA-MB-435和MCF-7乳腺癌細胞，PC3、LNCaP前列腺癌細胞，H460和H322非小細胞肺癌細胞以及HN4頭頸鱗癌細胞的凋亡。所有癌細胞在用不同濃度Genistein干預后，其凋亡率與對照組相比差異顯著，且在一定范圍內呈時間-劑量依賴性。

2 Genistein誘導腫瘤細胞凋亡的作用機制

2.1 通過PI3K/Akt信號傳導途徑誘導腫瘤細胞凋亡

Akt是細胞內信息傳導途徑中的1個重要的蛋白激酶，它是磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)下游的靶蛋白，是PI3K/Akt信號傳導途徑的中心環節，它在控制細胞存活和凋亡過程中具有重要作用[8]。Akt的持續活化是其發揮促細胞生存、抑制細胞凋亡功能的重要前提，而Ser473和(或)Thr308位點的磷酸化是Akt激活的必要條件。付榮霞等[9]研究Genistein對人胃腺癌細胞中Akt及其磷酸化蛋白表達的影響，發現Genistein能顯著降低Akt的活性形式——p-Akt(Ser473)和p-Akt(Thr308) 2種磷酸化蛋白的表達，通過抑制Akt活性形式——磷酸化Akt的形成而誘導腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞增殖。以上資料證實金雀異黃素抑制了Akt和Akt激酶活性,從而導致對生存信號的抑制并誘導凋亡信號。

2.2 通過酪氨酸蛋白激酶途徑誘導細胞凋亡

酪氨酸蛋白激酶( tyrosine protein kinase，TPK)是生長因子的受體， TPK引起的受體磷酸化和有絲分裂的信號轉導，導致癌細胞增殖受抑制。TPK是1種催化蛋白質分子中酪氨酸殘基磷酸化的蛋白激酶，當相應的生長因子如胰島素生長因子-1(insulin like growth faetor- 1，IGF-1)、肝細胞生長因子(HGF)和EGFR與其受體結合后，即可誘導受體變構，進而導致受體胞內一定位置中的酪氨酸殘基自身磷酸化，并激活受體TPK活性。TPK激活后，相繼使其底物蛋白質磷酸化，構成激酶級聯，從而將胞外信息傳遞到細胞內，對細胞分裂、分化及增殖、凋亡進行調控[10，11]。研究發現，在胰島素樣生長因子(IGF-1)調控下，Genistein可抑制人前列腺上皮細胞RWPE-1的增生，并顯著減少G0/G1期細胞百分比,增加G2/M期細胞百分比,影響細胞周期，從而誘導細胞凋亡[12]。

2.3 通過NF-κB途徑誘導腫瘤細胞凋亡

在細胞凋亡方面,核因子NF-κB(nuclearfactor-κB,NF-κB)引起人們的關注。NF-κB廣泛存在于真核細胞內,是將信息從胞質傳至胞核引起相應基因表達的重要的轉錄因子。最近發現NF-κB的異常核內表達與惡性腫瘤的發生密切相關,NF-κB在腫瘤細胞的凋亡中起到重要作用[13]。NF-κB的異常激活可誘導促癌基因c-myc的激活,使其過量表達而抑制細胞凋亡、促進細胞的生長和繁殖。NF-κB的異常激活還可啟動cyclin D1的轉錄,促進G1/G0期向S期轉換,促進細胞增殖、抑制凋亡,最終使細胞惡性轉化、癌變。抑制NF-κB活性,則可誘導細胞凋亡。文獻報道金雀異黃素具有抑制腫瘤細胞NF-κB活性,誘導細胞凋亡作用[14]。

2.4 通過有絲分裂原激活的蛋白激酶途徑誘導腫瘤細胞凋亡

有絲分裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activatedp rotein kinasps,MAPK)是細胞內的1類富含絲/蘇氨酸殘基的蛋白激酶家族，是近年來研究的熱點之一。根據其結構不同，可以分成3類多成員的亞家族：細胞外信號調節激酶(ERK)、C—Jun—N2末端激酶(JNK)和p38MAPK等，他們通過相互獨立的信號途徑激活下游信號分子從而激活MAPK[15]。激活的MAPK可以磷酸化多種轉錄因子，在將細胞外刺激信號轉導至細胞及其核內，在多種受體信號傳遞途徑中具有關鍵作用。研究表明多種刺激因子通過激活MAPK途徑參與細胞的凋亡過程。Agarwal[16]用100～200 μmol的genistein作用于非雄激素依賴的人前列腺癌細胞DU145，發現呈濃度依賴性的抑制癌細胞的生長，免疫印跡法發現ERK 1/2的活性受到不同程度抑制，同時伴隨細胞周期負性調節因子p21和p27的表達上調，而細胞周期蛋白激酶CDK2、CDK4的表達卻減少。genistein還可通過抑制MAPK信號途徑增加腫瘤對放療的敏感性。

2.5 通過蛋白激酶CK2途徑誘導腫瘤細胞凋亡

蛋白激酶CK2是1種在真核細胞中普遍存在的信使非依賴性絲/蘇氨基酸蛋白激酶，它與許多生物活性有關,在許多惡性腫瘤中過表達,它可促進腫瘤細胞中抗凋亡因子NF-κB的活性[17，18]。NF-κB是近年來發現的重要轉錄調控因子，其廣泛存在于細胞中，與腫瘤的發生發展和侵襲轉移有密切關系。乳腺癌的發病機制就與轉錄因子NF-κβ的異常活化有關。有研究表明，在人原發性乳腺癌和培養的腫瘤細胞中，蛋白激酶CK2和NF-κB的必需調節物IκKβ及IκKα活性增高,NF-κB的另一種新的活化劑——IKKī/IKKε的表達也增高，而高表達的CK2可增加IKKī/IKKε的MRNA和蛋白表達水平，而且CK2能催化NF-κB的抑制蛋白IκB磷酸化能加速羧基端PEST區的降解，有利于NF-κB活化,促進抗凋亡基因的轉錄[19～21]。因此，CK2具有上調NF-κB的活性，這是乳腺癌發生的1個重要因素。而研究表明，抑制蛋白激酶CK2，阻斷Wnt信號傳導，進而抑制NF-кB，誘導腫瘤細胞凋亡[22]是金雀異黃素的全新抗腫瘤機理。

2.6 通過磷脂酰肌醇途徑誘導腫瘤細胞凋亡

磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)通路信號轉導異常增強，表現為催化這一通路的生化反應關鍵酶PI激酶、PI-磷酸(phosphatidylinositol-4-phosphate,PIP)激酶活性增強和第二信使分子三磷酸肌醇(inositol 1,4,5-trisphosphate,IP3)和二酰基甘油(diacylglycerol,DG)產生增加。genistein能對通過多種機理對多種腫瘤細胞的生長發揮抑制增殖、誘導凋亡的作用，能降低肝癌細胞PIP激酶活性,抑制肝癌細胞增殖，研究證實[23～25]， genistein能抑制磷酸肌醇通路信號轉導，促進肝癌細胞凋亡。

2.7 通過凋亡信號傳導途徑誘導腫瘤細胞凋亡

細胞內外的多種信號刺激可以誘導細胞凋亡，這些信號傳導途徑是多種多樣，研究發現genistein抑制胃癌細胞SGC-7901的增殖的機制主要是阻斷信號轉導途徑，促進細胞凋亡[26]。Genistein可以增強癌細胞凋亡信號的轉導，直接抑制CYP24酶活性來阻止前列腺癌細胞增殖[27]。

2.8 通過細胞周期途徑誘導腫瘤細胞凋亡

細胞周期調控異常是腫瘤發生的1個重要原因，因其既能影響細胞分裂增殖又可能誘發細胞凋亡。已有許多研究表明，很多抗腫瘤藥物能作用于細胞周期的某一環節使細胞增殖受阻，從而誘導其凋亡。研究發現genistein抑制乳腺癌細胞增殖的機制之一是將腫瘤細胞阻滯在S期，減少進入G2/M期的細胞數目，抑制腫瘤細胞生長代謝，減少有絲分裂，并導致受影響的腫瘤細胞快速凋亡[28]。大量研究表明分裂期阻滯是誘導腫瘤細胞凋亡的重要誘因。據此推測，金雀異黃素可能作用于細胞周期的調節點，從而干擾和阻滯腫瘤細胞的增殖，誘發腫瘤細胞凋亡。

綜上所述，Genistein具有誘導多種腫瘤細胞凋亡的作用，是很有潛力的腫瘤防治生物活性成分，其誘導凋亡作用涉及影響多種凋亡基因和不同的凋亡信號途徑，各種因子之間以及各種信號途徑之間又相互影響、相互作用，構成復雜的凋亡調控網絡，但還有許多環節的分子機制尚需進一步研究。隨著現代分子生物技術的迅速發展，必將為Genistein的抗腫瘤機制研究起到巨大推動作用，而伴隨此機制的研究定將為腫瘤的治療開辟新途徑。

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