CDDO及相關化合物促腫瘤細胞凋亡研究進展

陳 敏,張珍珍,季 暉

(1.連云港中醫藥高等職業技術學校,江蘇連云港,222006;2.中國藥科大學藥理學教研室,江蘇南京,210009)

盡管目前對腫瘤的治療方法有多種,但至目前尚沒有一種治療方法可以治愈腫瘤。Sjoblom等[1]對人類的結腸癌和乳腺癌的重大研究發現至少189個基因中存在突變現象,而事實上與致癌作用有關的基因數目遠多于已發現的數量,它提示人類腫瘤是多基因作用的結果,并促使人們不斷開發新的多功能藥物而不是單功能藥物來預防和治療腫瘤。2-氰基-3,12-二氧齊墩果烷-1,9(11)-二烯-28-酸(CDDO)及化合物是一類新的多功能藥物,它們既不是傳統的細胞毒劑也不是只作用于單靶點單步驟的信號傳導的單功能藥物,具有獨特的分子結構和細胞作用機制,并在許多動物模型中顯示了很好的療效。因此,CDDO及化合物有希望成為新型、高效的抗腫瘤化學藥物。CDDO及化合物既有抗炎作用又有抗腫瘤作用,抗炎作用已得到廣泛的研究,本文側重綜述CDDO的抗腫瘤作用。

1 CDDO及化合物的特性

在自然界有許多天然三萜類植物[2],在自然界中已知的天然三萜類化合物就超過20 000種,在亞洲國家許多被用作藥用[3]。在祖國傳統中醫藥中齊墩果烷型三萜類物質至今仍在臨床上使用,如靈芝 、菊花 、茯苓 、山楂 、垂盆草 、青葉膽 、女貞子、薰衣草、地榆等,具有保肝、抗腫瘤、抗炎及降糖和抗病毒的作用。CDDO在齊墩果烷三萜類化合物中抗腫瘤作用最強,CDDO的甲酯為CDDO-Me,對CDDO進一步衍生化[4],得到咪唑啉酮CDDO-Im,酰胺類如甲酰胺,CDDO-MA;乙酰胺,CDDO-EA,以及雙氰類Di-CDDO,生物活性都得到了非常顯著的提高[3]。其中,CDDO-Me已于2007年10月被FDA批準進入II期臨床研究,用于治療黑色素瘤和胰腺癌。CDDO及化合物不是與細胞信號傳導過程中的單一激酶相結合,而是調節整個細胞調節網絡的活性,影響細胞的氧化還原狀態,誘發腫瘤細胞的分化,抑制腫瘤細胞的生長,并能夠有效誘導那些對傳統化療藥物已產生耐藥性的癌細胞的凋亡,且安全性高,直接作用于腫瘤細胞。

2 CDDO選擇性作用腫瘤細胞株的類型

CDDO衍生物具有抑制癌細胞的增殖和誘導癌細胞的凋亡作用,這種作用發生在人類及鼠的一些實體瘤和幾種骨髓惡性腫瘤中,表現出對腫瘤細胞株作用的選擇性。選擇性的腫瘤細胞株類型有白血病(AML,APL,CLL,CML)的T淋巴細胞和B淋巴細胞,淋巴瘤,皮膚T細胞淋巴瘤,真菌病,Sezar綜合征,乳腺癌(雌二醇的陽性受體和乳腺癌陰性受體),黑素瘤,卵巢和前列腺癌,胰腺癌,軟骨肉瘤和骨肉瘤,皮膚癌,多發性骨髓瘤細胞,結腸癌,支氣管上皮細胞和非小細胞肺癌[2-3,5-6]。特別地,CDDO-Im對乳腺癌、多發性骨髓瘤細胞呈現較強選擇性[7-8]。

3 CDDO促腫瘤細胞凋亡的機制

3.1 腫瘤細胞凋亡的主要信號通路

CDDO及其衍生物具有多功能抗腫瘤特性,在腫瘤細胞凋亡內在途徑和外在途徑的多靶點上發揮作用,抑制細胞增殖,誘導細胞凋亡。

3.1.1 外在途徑:也稱死亡受體凋亡途徑。死亡受體可傳導由特定的死亡配體引起的凋亡信號,死亡受體與相應配體相結合而被激活,經過下游系列信號級聯反應,逐級激活起始胱天蛋白酶(如caspase-8)和效應胱天蛋白酶(caspase-3,7等),最終導致細胞發生凋亡。死亡信號如TNF-α[9]、Fas、TRAIL[3]、RIP等 。腫瘤壞死因子(TNF)超家庭成員的死亡受體是促腫瘤細胞凋亡潛力靶點,在不同TNF成員中特別受關注是TNF相關凋亡誘導配體 TRAIL,TRAIL通過連接死亡受體DR4(T RAIL-R1)和DR5(TRAILR2)[3]誘導凋亡。

3.1.2 內在途徑:也稱線粒體凋亡途徑。通過改變線粒體巰基的氧化還原狀態以及影響線粒體膜對一些凋亡蛋白前體的通透性,減少線粒體跨膜能力,引起線粒體跨膜電位崩解,釋放蛋白質,誘導細胞凋亡。細胞色素C是第一種被發現的線粒體釋放促凋亡蛋白。在細胞凋亡過程中細胞色素C的釋放是線粒體外膜通透性增高的結果。Bcl-2家族成員的抗細胞凋亡基因和促細胞凋亡基因通過調節線粒體外膜的通透性和完整性起重要調控作用。

3.2 CDDO及化合物促腫瘤細胞凋亡主要機制

CDDO及化合物能不依賴于P53、多藥耐受性(MDR)或者過氧化物酶體增生物激活受體γ(PPARγ)[10],選擇性地誘導人類癌細胞株的凋亡。特別地,CDDO及化合物能誘導白血病和骨髓瘤患者身上的原發癌細胞產生凋亡,即使當這些癌細胞對傳統的治療耐受時仍能起效[11];而且,在誘使癌細胞凋亡的濃度下,對來自于同一患者或健康志愿者的正常淋巴細胞沒有毒副作用。這種對癌細胞選擇性的凋亡可能由于在癌細胞[12]中內源性氧化應激水平更高。在已經被氧化應激的惡性細胞中,添加一種能進一步增加ROS量的藥物就能夠殺死惡性細胞[12-13]。而且CDDO及化合物與其他藥物,包括維甲酸、TNF-α,TNF-α相關的凋亡誘導配體(TRAIL)[8]、bortezomib和貝沙羅汀聯合用藥時能促進誘導凋亡。CDDO,CDDO-Me和CDDO-Im誘導凋亡取決于細胞的類型,通過外在死亡的受體介導和內在線粒體依賴性途徑,這些途徑首先誘導死亡受體 DR4(TRAIL-R1)和 DR5(TRAILR2)[8],接著激活BID和caspase-3,8,9的裂解,通過下調FLIP或誘導BAX轉位到線粒體以及從線粒體釋放細胞色素C和凋亡誘導因子AIF[8]。盡管靶向作用導致凋亡級聯反應的原始蛋白質并沒有被確定,但是CDDO及化合物確實能破壞細胞的氧化還原平衡,降低細胞內和線粒體內谷胱甘肽的水平,因此能降低細胞抗氧化劑的能力[14],激活c-Jun氨基端激酶和p38應激途徑,從而增加細胞溶質內游離鈣離子的濃度,阻斷了核因子(NFκ B)以及信號轉導蛋白和轉錄激活子(STAT)的信號系統[7,14-16];這些反應中任一個都能引起細胞的凋亡級聯。

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