中藥誘導白血病細胞凋亡作用機制的研究進展

王杰偉 李 明 劉 晶

·綜述·

中藥誘導白血病細胞凋亡作用機制的研究進展

王杰偉 李 明 劉 晶

誘導細胞凋亡是近年來研究治療腫瘤藥物的重要方法和途徑, 通過總結研究近幾年臨床應用各種中藥的單方或有效成分誘導白血病細胞凋亡的機制, 包括對細胞周期的影響、對細胞凋亡信號的作用、抑癌基因和癌基因的表達影響等方面對細胞凋亡的各個影響因素進行闡述, 為今后中藥抗白血病的藥理研究提供理論依據和研究思路。

白血病 ； 中藥 ； 細胞凋亡

中國的傳統中藥在現代提取工藝日益成熟的條件下, 其有效成分被更多更充分地萃取出來。通過對這些有效成分的研究, 不僅為臨床治療疾病提供了更多的藥物與方法, 而且對中藥藥理作用機制的研究也得以發揚光大。白血病是一種嚴重危害人類身體健康的造血系統惡性腫瘤, 近幾年來, 應用中藥治療白血病的研究取得了令人振奮的成果, 其中以對靶向細胞凋亡分子機制的研究意義最為重大。比如近年來砷類化合物、萜類化合物、黃酮類、生物堿類等都有相關的文獻發表, 研究這些文獻不僅有利于總結以往研究的思路和結論, 而且在中藥誘導白血病細胞凋亡機制的研究方面拓寬了思路, 加強了研究的深度和廣度, 從而為中藥的開發和應用提供了更多的技術支持和理論支持。

細胞凋亡是一種細胞的自我消亡過程, 由個體基因控制。為了維持內環境的穩定, 細胞會對內外信號的刺激作出應答反應, 并通過基因調控誘導、啟動、實施細胞凋亡, 是一種主動消亡的過程。在細胞的正常發育過程中, 通過凋亡途徑能清除半數以上的細胞, 因此誘導腫瘤細胞凋亡已經成為現代開發抗腫瘤藥物的主要方向。

中藥誘導細胞凋亡的作用機制主要有下列幾個方面。

1 對細胞周期的影響作用

細胞的增殖通常將通過細胞分裂產生的新細胞的生長開始到下一次細胞分裂形成子細胞結束為止所經歷的過程稱為細胞周期。每一代腫瘤細胞的增殖周期都需要經歷G1期、S期、G2期、M期。許多中藥能夠作用于周期的某一個環節從而阻礙細胞的正常周期, 從而誘導其凋亡。

葛根為臨床上常用中藥, 是豆科植物野葛和粉葛的肥大塊根, 其主要成分為異黃酮化合物以及少量黃酮類物質, 主要活性成分為大豆甙元、 大豆苷、 葛根素, 其中尤以葛根素含量最高。袁懷波等［1］首先對白血病人早幼粒白血病細胞(HL-60)進行處理, 通過用流式細胞儀進行分析發現HL-60細胞用葛根黃酮提取物進行處理后, 隨著處理天數的增加, HL-60細胞處于 G2/M 期的細胞數顯著增多, S期細胞數減少,細胞凋亡率顯著增加；HL-60細胞用葛根素和大豆甙元進行處理后, 處于G1/G0的細胞數增加, S期和 G2/M 細胞數減少,細胞凋亡率增加。由此看出葛根黃酮提取物可阻滯細胞周期于G2/M 期, 有較強的誘導 HL-60細胞凋亡的能力, 其誘導凋亡能力強于葛根素和大豆甙元。葛根素和大豆甙元阻滯細胞周期于 G1/G0期, 大豆甙元對HL-60周期阻滯能力和誘導凋亡能力強于葛根素。

水飛薊素為一類黃酮木酯素化合物的混合物, 水飛薊賓是其中的主要成分, 具有很強的抗氧化作用。水飛薊素和水飛薊賓可將人前列腺癌細胞系、人結腸癌細胞系人乳腺癌細胞系、人白血病細胞系等多種細胞系阻滯在G1期或G2期［2］。水飛薊素本身是作為一種抗氧化藥物, 具有抗乙醇性肝損傷、解毒等功能, 它是一種天然的藥物, 作用高效毒性低, 是理想的抗腫瘤中藥, 值得醫學界進一步研究和推廣。

2 影響細胞凋亡信號的作用

Caspase是一組半胱氨酸蛋白酶, 存在于胞質溶膠中。其共同點是能特異地斷開天冬氨酸殘基后的肽鍵, 是細胞凋亡的主要執行者。正常情況下, 在細胞中Caspase是以無活性的酶原狀態存在。通常酶原的激活可以有兩條途徑：①由細胞凋亡誘導物、病毒感染、射線照射、DNA損傷等各種死亡信號的作用使Caspase-8自我水解活化, 繼而激活Caspase-3、6、7等, 最終導致細胞凋亡；②由細胞色素C介導, 在激活Caspase-9后, 引發酶的級聯反應, 導致細胞凋亡。

姜黃素是從姜黃屬植物姜黃中提取的活性成份, 近幾年來, 其抗腫瘤作用日益受到關注。體外研究表明, 姜黃素具有抑制瘤細胞增殖和誘導凋亡的作用, 靶點可以從DNA、mRNA到蛋白質水平［3］。各髓系白血病細胞在姜黃素處理后, 死亡受體 Fas 的表達水平明顯升高, 與對照組相比, 平均增加3 倍, Western-blot分析結果表明, 25 μmol/ L 的姜黃素處理細胞24 h , Caspase - 8、 Caspase - 9 蛋白水平明顯升高［4］。由此可見, 姜黃素的抗腫瘤機制不僅可以通過誘導腫瘤凋亡的死亡受體通路進行, 還可以通過線粒體通路進行。

由肉桂樹的樹皮經過CO2超臨界萃取所獲得香精油的主要成份叫做肉桂醛, 還原端具有與檸檬醛類似的化學簇α, β-不飽和醛基, 該醛基是檸檬醛誘導HL-60細胞凋亡的活性基團［5］。通過試驗發現, 肉桂醛對HL-60細胞有明顯的殺傷作用, 隨著作用時間的延長和給藥濃度的加大, 活細胞數目均表現為逐漸減少, 并且經過流式細胞術結果分析和電鏡掃描結果分析證實了其具有誘導腫瘤誘導腫瘤凋亡作用。從機理上看, 檸檬醛對半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 3(Caspase-3)活性起著誘導作用, 其化學作用本質是使 Caspase-3 前體發生降解加工, 體外實驗證明化學簇α, β-不飽和醛基是其活化 Caspase -3 活性的關鍵基團。以上研究均表明醛類物質與誘導細胞凋亡具有一定的相關性［6］。

3 抑癌基因和癌基因的表達影響

熊果酸為五環三萜類化合物, 分布廣泛, 存在于白花蛇舌草、女貞子、烏梅、 夏枯草等天然植物中。熊果酸的抗腫瘤作用機制主要通過誘導細胞凋亡, 抑制腫瘤細胞的增殖和血管生成, 抗突變和抗氧化等作用達到抗腫瘤的目的。細胞凋亡過程由細胞內復雜的信號系統進行精細的調控, 促凋亡基因有Bax、 Bcl-Xs、 ICE、Fas/APO-1、p53 等, 凋亡抑制基因有Bcl-2、 Bcl-XL、Mcl-l等。Mcl-1是一種具有半衰期短和高度調控的蛋白, 它在多種腫瘤細胞中表達, 在腫瘤細胞存活過程中起著非常重要的作用［7］。在研究中發現, 熊果酸作用于人急性白血病細胞后, 引起抗凋亡蛋白 Mcl- l表達的降低并呈明顯的量效和時效關系, 但其他 Bcl- 2家族基因如Bcl- 2、Bcl- x L、Ba x、Ba d 等的表達均未受到熊果酸的作用而改變。提示熊果酸引起的 Mcl- 1 表達的抑制可能在其誘導細胞凋亡中起著重要的作用［8］。

4 綜合因素作用

小檗胺是一種雙芐基異喹啉類生物堿, 由于其具有提升白細胞, 減少患者外周血白細胞功能, 目前已作為一種白細胞藥物 (升白胺 )在臨床上廣泛應用。小檗胺誘導凋亡作用是通過Caspase-3通路誘導 Ph+陽性白血病細胞凋亡, 經48h IC50濃度小檗胺處理后, Ph+白血病細胞出現時間依賴的凋亡現象, 同時伴有凋亡分子 Caspase-3 增高［9］；小檗胺還可以降低K562細胞的bcr/abl融合基因的表達, 從而誘導K562細胞凋亡；Jurkat細胞經小檗胺作用后, 能使細胞增殖抑制,且呈能劑量濃度依賴性, 作用后的細胞能形成凋亡小體, 這些都表明小檗胺能夠誘導細胞凋亡, 而且這種作用具有明顯的時效關系。此外, 經小檗胺作用后, Jurkat 細胞G2/M期比例明顯降低, S期細胞增高, 表明小檗胺對Jurkat 細胞增殖抑制作用是通過誘導細胞凋亡, 使細胞增殖阻滯于S期［10］。以上這些結論, 證實小檗堿作用于白血病細胞的機制是通過多種途徑實現的。

迄今為止, 傳統的化療藥物仍然是臨床上最為常用的治療辦法, 其作用機制多樣化, 但是化療藥物的作用無選擇性和靶向性, 致使在殺死白血病細胞的同時也損害了正常組織細胞、骨髓造血系統及免疫系統, 產生嚴重的不良反應和化療藥物耐藥現象。中藥在治療方面有副作用少, 作用緩和的優勢。其有效的活性成分作用效果得到臨床的肯定。從某種意義上說, 中藥治療白血病的思路可以從靶向治療著手, 提取出高效低毒的成分。當然, 這條路還很長, 期待更多同仁的努力。

［1］ 袁懷波, 糜漫天, 陳宗道, 等.葛根黃酮提取物對 HL-60 細胞增殖和凋亡的影響.腫瘤防治研究, 2007, 34(9):671-674.

［2］ 張繼勇, 高紅旗, 王 釗.水飛薊素杭抗腫瘤活性研究進展.中國藥學雜志, 2005, 40(22): 1688-1691.

［3］ Lin JK, Sy Ls.Mechanisms of can cancer chemoprevention by curcumin.Proc Nat l Sci Council Repub China B, 2001, 25(2):59-66.

［4］ 薛克營 , 李新剛, 陳燕.姜黃素誘導髓系白血病細胞凋亡的分子途徑.華中科技大學學報(醫學版), 2006 , 35(4):452-458.

［5］ Dudai N.Citral is a new inducer of caspase-3 in tumor cell lines.Planta Media, 2005, 71(5):484-488.

［6］ 魏練平, 羅美, 蔣瑾, 等.肉桂醛對 HL-60 細胞的生長抑制及誘導凋亡作用研究.食品科學, 2011(32):293-296.

［7］ Craig RW.Mcl1 provides a window on the role of the BCL2 family in cell proliferation, differentiation and tum origenesis.Leukemia , 2002, 16(4):444-454 .

［8］ 王曉芹, 曹波, 高寧.熊果酸誘導人急性白血病細胞凋亡及其作用機制.第三軍醫大學學報, 2009, 31(2):105-108.

［9］ 孫建榮, 張曉紅, 何智文, 等.小檗胺對人慢性粒細胞白血病細胞發生凋亡的誘導機制研究.中華醫學雜志, 2006, 86(32): 2246-2251.

［10］ 黃志煜, 董慶華.小檗胺誘導人白血病Jurkat 細胞凋亡的實驗研究.中國腫瘤, 2007, 16(9):722-724.

Research progress of traditional Chinese medicine induced leukemia cell apoptosis

WANG Jie-wei, LIMing, LIU Jing.
Department of Inspection, Zhangqiu City Maternal and Child Health Care Hospital, Zhangqiu 250200, China

Induced apoptosis is an important method and path for recent study on tumor drugs.This paper provided theoretical reference and research approach for further pharmacologic research of anti-leukemia treatment by traditional Chinese medicine, through summarization and research of mechanism of recent clinically applied single drug or effective ingredient of traditional Chinese medicine induced leukemia cell apoptosis, including influence on cell cycle, effect for apoptosis signal, and expression of cancer suppressor gene and oncogene.

Leukemia; Traditional Chinese medicine; Apoptosis

10.14163/j.cnki.11-5547/r.2015.22.203

2015-01-06］

250200 章丘市婦幼保健院檢驗科