天然植物中生物堿類抗腫瘤藥物研究進展

曹明哲，季宇彬,2*，辛國松,2，李瑩琳，張 璐，楊 祺

(1.哈爾濱商業大學 生命科學與環境科學研究中心，黑龍江 哈爾濱 150076； 2.國家教育部抗腫瘤天然藥物工程研究中心，黑龍江 哈爾濱 150076)

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天然植物中生物堿類抗腫瘤藥物研究進展

曹明哲1，季宇彬1,2*，辛國松1,2，李瑩琳1，張 璐1，楊 祺1

(1.哈爾濱商業大學 生命科學與環境科學研究中心，黑龍江 哈爾濱 150076； 2.國家教育部抗腫瘤天然藥物工程研究中心，黑龍江 哈爾濱 150076)

近年來研究發現，植物中提取的生物堿類化學成分具有良好的抗腫瘤活性，并且具有療效高、耐受性好、毒副作用小等特點，在臨床上也取得了良好效果。按照植物來源不同，將生物堿分為幾大類，并對其抗腫瘤作用研究新進展進行綜述，為今后天然生物堿類抗腫瘤藥物的研究提供參考。

生物堿；天然植物；抗腫瘤；研究進展

生物堿是指來源于生物界的一類含氮有機化合物，因其主要存在于植物中，又稱為植物堿。其多數為結構復雜的多環化合物，分子中大多含有含氮雜環，如吡啶、吲哚、喹啉、嘌呤等，在植物中常與有機酸結合成鹽而存在，還有少數以酰胺、糖苷和有機酸酯的形式存在。科學研究發現，天然植物中的生物堿，在抑制細胞端粒酶活性、減少腫瘤擴散以及誘導腫瘤細胞分化與凋亡、抑制腫瘤細胞周期和增殖等多方面具有顯著活性，并且具有提高機體免疫功能、減低化療不良反應等功效。生物堿種類多樣,結構復雜,來源廣泛,大多與中藥制劑相關。其分類方法也多有不同，常見分類方法：按植物來源、藥理作用、理化性質、結構不同等方式劃分。近年來對生物堿的深入探索研究發現，許多常見的藥用植物富含生物堿，如麻黃、黃連、川芍、貝母、山豆根、苦豆子等。研究表明，具有抗腫瘤功效的生物堿包括喜樹堿、苦參堿、長春堿、石蒜堿、小檗堿、三尖杉酯堿等，種類多樣，其抗腫瘤作用機制也多有不同。

1 喜樹堿類生物堿

喜樹堿是從珙桐科植物喜樹(NyssaceaeCamptothecaDecne)的根、皮、莖和種子中分離得到的生物堿。最早該生物堿在體外對L1210細胞和HeLa細胞顯示出比較明顯的抗癌活性，引起研究人員的廣泛關注。有實驗證明，喜樹堿1mg/kg體外培養可抑制HeLa細胞和L5178等細胞的DNA和RNA合成[1]。對喜樹堿及其衍生物抗腫瘤活性的初步篩選及部分作用機制研究得出，喜樹堿衍生物Ⅶ、Ⅷ體外能明顯抑制腫瘤細胞增殖，衍生物Ⅷ對荷瘤小鼠具有較強的抑制腫瘤作用，衍生物Ⅶ、Ⅷ可降低一氧化氮，升高腫瘤壞死因子α和白細胞介素2[2]。作為一種具有廣譜抗癌活性的重要天然產物，喜樹堿在臨床上通常被應用于治療原發性肝癌、膀胱癌和大腸癌等[3]。喜樹堿及其半合成衍生物對卵巢癌和小細胞癌有強效抑制作用，臨床使用效果明顯，已成為全球第三大抗癌藥物[4]。研究發現，紫玉草的種子產生喜樹堿的含量最高(1.0%～1.4%的種子干重)。全掃描液質聯用和液相色譜-電噴霧電離質譜分析顯示，除了喜樹堿，該種子還含有一些其他衍生物，如10-羥基喜樹堿、9-去甲氧基喜樹堿、20-去氧喜樹堿。紫玉草種子的粗提物制劑對乳腺癌MDA、MB273細胞和兩種卵巢癌細胞系NCL/ADR-RES、SKOV有一定作用。這是喜樹堿及其衍生物在該物種第一次被報道[5]。有研究指出，10-羥基喜樹堿對小鼠黑色素瘤肺轉移模型具有抑制作用[6]。10-羥基喜樹堿還可以抑制癌基因的表達并改變其細胞周期調控，對腫瘤細胞凋亡起到誘導作用[7]。

2 苦參堿類生物堿

苦參堿類生物堿大都提取于苦參、廣豆根及苦豆子等豆科(Leguminosae sp.)植物中。該類生物堿包括苦參堿、槐國堿、槐醇堿、氧化苦參堿以及氧槐國堿等。因其具有療效顯著，毒副作用小，可抑制腫瘤的耐藥性，能和多種化療藥物共同使用的特點[8]，目前已成為腫瘤治療領域應用最廣泛的生物堿之一。當前研究顯示，苦參堿可抑制腫瘤細胞增殖，誘導腫瘤細胞分化，包括人紅白血病細胞株K-562，人腎癌細胞系GRC-1細胞株，肺腺癌A549細胞[9]等，并且對上述細胞的抑制作用呈時間-劑量依賴關系，即隨著給藥時間延長和藥物濃度增加，細胞的存活率隨之降低。研究表明，低劑量苦參堿對人肝癌細胞的增殖有顯著的抑制作用。細胞在G0/G1期比例顯著增高，S期的比例下降，表明苦參堿能有效抑制腫瘤細胞進入S期[10]。苦參堿已被證明在MARC-145細胞中具有抗呼吸綜合征病毒活性。研究討論[11]苦參堿對呼吸綜合征病毒N蛋白的表達與誘導細胞凋亡的影響，通過熒光染色分析細胞凋亡，Western-blot研究苦參堿對caspase-3的活化作用，分析苦參堿對N蛋白表達的作用。結果表明苦參堿可抑制N蛋白在MARC-145細胞中的表達，進而被認為可能通過抑制caspase-3活化以誘導細胞凋亡。苦參堿可通過抑制腫瘤血管和某些致癌病毒的產生以達到抗腫瘤作用。研究發現[12]，苦參堿可通過調節Bcl-2和Bax蛋白的表達激活caspase-9、caspase-3級聯反應，使肝癌HepG2細胞凋亡。

3 長春花類生物堿

長春堿是從夾竹桃科(Apocynaceae)植物長春花中提取的生物堿。作為一種新型的化療藥物，其具有抑制微管蛋白組裝的活性，毒性小，對特異性腫瘤療效良好的特點[13]。目前長春堿與順鉑、甲氨喋呤的聯用是治療泌尿道上皮癌的首選。結合長春堿-微管蛋白復合晶體結構圖研究發現，以長春堿家族中活性較好、化學穩定性較高的長春瑞濱(NVB)為先導物，對其C-3位進行結構修飾，合成了多個長春瑞濱衍生物，觀察其對腫瘤A549細胞的體內體外抑制增殖活性，總結C-3位的構效關系，發現了具有深入研究價值的活性化合物。對長春瑞濱的C-4位進行前藥設計，在其C-4位接入不同的酯鍵基團以合成新衍生物，可降低長春瑞濱的毒性，改善口服吸收[14]。研究人員用溶劑提取長春花草粉[15]，并通過柱色譜進行純化得到雙吲哚類生物堿——長春堿。長春堿對神經膠質瘤細胞BT325具有明顯的毒性作用[16]。細胞自噬，是一種分解代謝的生存途徑，在癌癥治療方面引起了極大的關注。在人類肝臟和結腸癌細胞中，采用細胞自噬誘導物納米脂質體C6-神經酰胺進行治療，同時在誘導物上結合長春花堿可增加細胞凋亡。研究表明通過細胞自噬機制的調節，納米脂質體C6-神經酰胺和長春花堿具有協同抗癌活性[17]。

4 石蒜科生物堿

石蒜堿是石蒜科(Amaryllidaceae)植物中含量較高的生物堿成分。石蒜堿是最早分離得到的單體生物堿，研究發現石蒜堿對人早幼粒白血病HL-60細胞、人乳腺癌MCF-7細胞、小鼠黑色素瘤B16F10細胞等多種腫瘤細胞株顯示出良好的抗腫瘤活性，作用機制與其抗增殖、細胞凋亡誘導作用有關[18-20]。石蒜堿主要通過觸發線粒體凋亡途徑來發揮凋亡誘導作用。實驗數據表明[21]，鹽酸石蒜堿作為一種新型的抗卵巢癌制劑，對卵巢癌Hey1B細胞株具有強侵入性的抗癌作用。其毒性低，可有效抑制細胞有絲分裂增殖導致細胞周期停滯，還可抑制血管生成基因的表達，包括VE-鈣黏蛋白，血管內皮生長因子，并減少Akt在Hey1B細胞的磷酸化。表明鹽酸石蒜堿可選擇性地抑制卵巢癌細胞的增殖和新血管形成，是一種治療卵巢癌極具開發價值的藥物。石蒜堿及其鹽酸鹽對大鼠W-256的生長和小鼠纖維肉瘤具有較強的抑制作用(ED50=0.3 mg/L)，但對小鼠肝癌、艾氏腹水癌皮下型、肉瘤S-180的抑制作用不明顯[22]。通過線粒體途徑石蒜堿可誘導人白血病細胞凋亡，并在胱門蛋白酶激活前引起Mcl-1的快速周轉。此外，伴隨Mcl-1的下調，細胞凋亡顯著，可觀察到患者的急性髓細胞和白血病原始細胞。研究結果表明，石蒜堿是對抗白血病的一個很好的候選治療劑，值得進一步研究評估[23]。

5 小檗堿類生物堿

小檗堿又稱黃連素，是從毛茛科(Ranunculaceae)黃連屬(Coptis Salisb)植物黃連、黃柏根莖中提取的生物堿。小檗堿具有細胞毒性，可抑制腫瘤細胞生長并促進其凋亡，對時間和劑量顯示出依賴性。小檗堿可通過將堿性成纖維生長因子活化的人臍靜脈內皮細胞周期阻滯在G0/G1期來抑制活化HUVEC細胞的增殖，從而誘導該細胞發生凋亡，抑制新血管生成，達到抗腫瘤目的[24]。近期研究表明，誘導細胞凋亡可通過凋亡基因、炎癥因子、環氧化酶、線粒體/caspase等途徑來實現，小檗堿則是通過調控細胞周期和阻止能量產生來抑制腫瘤細胞增殖，還可以通過斷裂DNA從而誘導腫瘤細胞凋亡[25]。小檗堿與阿霉素結合對小鼠黑色素瘤B16F10細胞在體外和體內都有明顯的影響，兩種藥物聯用明顯抑制細胞生長和誘導細胞凋亡,并引起G2/M細胞周期阻滯。小檗堿對ERK1/2的磷酸化，比Akt磷酸顯示出更強的抑制作用，而藥物的組合表現出比Akt磷酸更大的抑制效果。研究結果表明,小檗堿和阿霉素作為一種新的藥物組合可抑制黑色素腫瘤生長[26]。此外，小檗堿還具有干擾腫瘤宿主機體炎性微環境的作用，減弱腫瘤生長，說明這種炎性微環境下的各種成分也是腫瘤治療的有效靶點，為治療腫瘤提示了新的方向[27]。

6 其他

除此之外，還有很多生物堿類藥物具有抗腫瘤作用。紫杉醇類生物堿是從紅豆杉科(Taxaceae)植物紅豆杉的干燥根、枝葉以及樹皮中提取的生物堿。將紫杉醇處理的HepG2細胞ACA間接免疫熒光染色、抗核仁抗體B23間接免疫熒光染色,研究其對HepG2細胞殺傷的反應機理，發現紫杉醇具有顯著的抗癌效果[29]。

吳茱萸堿提取于蕓香科植物吳茱萸的成熟果實，通過啟動caspase-3，8依賴的途徑，達到誘導人肺腺癌細胞凋亡的作用，從而抑制腫瘤細胞分裂增殖[30]。三尖杉酯堿和高三尖杉酯堿是從粗榧科植物三尖杉中提取的生物酯堿。三尖杉酯堿通過抑制細胞生長和誘導細胞凋亡殺傷急性早幼粒白血病NB4細胞，還可能通過下調Mcl-1蛋白發揮誘導急性早幼粒白血病NB4細胞凋亡的抗白血病作用[31]。粉防己堿是防己科植物粉防己的主要生物堿。粉防己堿和防己諾林堿與阿霉素聯合使用對MDR Caco-2和CEM/ADR5000癌細胞具有明顯的細胞毒作用，臨床上可作為一種新型的用藥組合用于治療癌癥[32]。

7 結語

國內外研究表明，天然植物中抗腫瘤活性成分可以抑制化療過程中的不良反應，同時具有提高機體免疫力，輔助提高藥物療效的功能。由此可見，對于新型生物堿類藥物的開發和研制將在今后具有廣泛的市場應用價值。在實踐過程中，生物堿一直在抗腫瘤治療領域處于優勢地位，因此，進一步探索生物堿的抗腫瘤機制，并且研發新型抗腫瘤生物堿藥物將成為未來研究領域的熱點。

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(責任編輯：魏 曉)

Research Progress of Alkaloids Antitumor Drugs of Natural Plants

Cao Mingzhe1, Ji Yubin1,2*,Xin Guosong1,2,Li Yinglin1,Zhang Lu1,Yang Qi1

(1.Research Center on Life Sciences and Environmental Sciences, Harbin University of Commerce, Harbin 150076,China;2.Engineering Research Center of Natural Anticancer Drugs, Ministry of Education, Harbin 150076, China)

According to recent study,alkaloids chemical constituents from plants have the characteristics of good antitumor activity,high effect,good tolerance,small side effects and it have had good results in the clinic.In this paper,we divide alkaloids chemical into several categories according to different plant sources.In addition,we summarized the research progress on its antitumor effect,this summarize will provide reference for the future studies of natural alkaloids antitumor drugs.

Alkaloid；Natural Plant；Anti-tumor；Research Progress

2014-11-11

國家自然科學基金(81274067)；黑龍江省自然科學基金(D201229)

曹明哲(1989-)，男，哈爾濱商業大學碩士研究生，研究方向為藥物化學。

季宇彬(1956-),男，哈爾濱商業大學教授，博士生導師，研究方向為腫瘤藥理學。E-mail：jyb@hrbcu.edu.cn

R285

A

1673-2197(2015)07-0059-03

10.11954/ytctyy.201507027