明日葉查爾酮抗腫瘤作用研究進展

張 雷,李子超,王力平,高 翔,李 群

(1.青島大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山東青島 266071;2.青島大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山東青島 266071;3.中國海洋大學(xué)校醫(yī)院,山東青島 266100)

明日葉(Angelicakeiskei)屬傘形科當(dāng)歸屬,原產(chǎn)于日本太平洋沿岸八丈、伊豆等大島,因今日摘葉、明日就能冒出新葉的強盛生命力而得名[1],在日本又被稱為天賜之草、海峰人參、珍立草等。從1603年起,島上居民就有食用明日葉的習(xí)慣,并將明日葉用于滋補、利尿、通便、催乳等。大量研究發(fā)現(xiàn),明日葉中主要活性物質(zhì)為查爾酮類物質(zhì),因其分子結(jié)構(gòu)能與不同的受體結(jié)合,所以具有多重生理活性,如抗菌[2]、抗炎[3]、抗病毒[4]、抗氧化[5]、抗腫瘤、降“三高”、預(yù)防心腦血管疾病[6]等。目前明日葉在日本已認定為“健康食品級”,成為國民桌上的佳肴和常用于養(yǎng)生保健的功能性食品。如今腫瘤已成為危害人類健康的頭號殺手,不僅給患者帶來嚴重的并發(fā)癥,而且給患者家屬帶來沉重的經(jīng)濟負擔(dān)和巨大的身心壓力。2014年世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計表明,2012年全世界癌癥病例新增1409萬,死亡820萬,其中我國新增和死亡病例均居世界首位,分別為307萬(21.8%)和220萬(26.9%),且這一數(shù)值呈逐年上升趨勢[7]。面對如此嚴峻的形勢,國內(nèi)外科研人員加強了對抗腫瘤藥物的研究,尤其是對天然產(chǎn)物抗腫瘤的研究越來越深入。明日葉查爾酮是從明日葉中分離出的一類黃酮類化合物,因其顯著的抗腫瘤活性與極低的副作用引起國內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注。本文對明日葉查爾酮抗腫瘤作用及其作用機制相關(guān)的國內(nèi)外研究作一綜述,以期為明日葉查爾酮抗腫瘤相關(guān)研究和明日葉天然查爾酮資源的進一步開發(fā)利用提供參考。

1 明日葉中查爾酮的種類和分布

1.1 明日葉中查爾酮的種類

明日葉查爾酮是具有1,3-二苯基丙烯酮結(jié)構(gòu)(如圖1)的黃酮類化合物的總稱,是明日葉的主要活性成分。其中在明日葉折斷的根莖或葉子中流出的黃色汁液干物質(zhì)中,查爾酮類物質(zhì)的含量高達90.2%[8]。至今已從明日葉中分離并鑒定了24種查爾酮類化合物,其分子式、中英文名稱及來源見表1,其結(jié)構(gòu)式見圖2。

圖2 從明日葉中分離鑒定的查爾酮衍生物結(jié)構(gòu)式Fig.2 Chemical structures of chalcones isolated from A. keiskei

圖1 查爾酮類化合物的骨架結(jié)構(gòu)Fig.1 The chemical structure of chalcone

表1 從明日葉中分離鑒定的查爾酮衍生物Table 1 Identified chalcones from A. keiskei

1.2 明日葉中查爾酮的分布

Kim等[5]對明日葉中5種主要查爾酮類化合物(黃當(dāng)歸醇、4-羥基德里辛、異補骨脂查爾酮、黃當(dāng)歸醇B、黃當(dāng)歸醇F)在植物中不同部位的含量進行了檢測(結(jié)果如表2所示),結(jié)果顯示其在明日葉不同部位中含量有顯著差異,5種明日葉查爾酮的總含量在明日葉不同部位的比較結(jié)果為:根皮(10.51 mg/g)>莖(8.52 mg/g)>葉子(2.63 mg/g)>根干(1.44 mg/g)。

表2 明日葉不同部位中5種查爾酮類化合物的含量Table 2 The 5 main chalcone contents in different parts of A. keiskei

2 明日葉查爾酮抗腫瘤作用

近年來,眾多科研工作者通過建立腫瘤細胞模型與動物模型,研究發(fā)現(xiàn)明日葉中7種查爾酮類衍生物(主要為黃當(dāng)歸醇與4-羥基德里辛)對包括胃癌、肝癌、肺癌、子宮癌、白血病、骨肉瘤、黑色素瘤等14種腫瘤細胞具有優(yōu)良的抗腫瘤活性(見表3)。在深入研究后發(fā)現(xiàn)明日葉查爾酮是通過誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞血管生成、增強機體細胞抗氧化能力、增強機體免疫力、抑制腫瘤細胞侵襲與轉(zhuǎn)移等途徑發(fā)揮抗腫瘤作用。

表3 明日葉查爾酮抗腫瘤作用相關(guān)研究Table 3 Researches on the anti-tumor activity of chalcones from A. keiskei

3 明日葉查爾酮抗腫瘤作用機制

3.1 誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡

大量研究表明,腫瘤的形成是細胞增殖調(diào)控與細胞凋亡發(fā)生紊亂的結(jié)果,細胞凋亡狀態(tài)及其調(diào)控基因的異常參與了腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[25]。目前公認的細胞凋亡發(fā)生機制主要有三條途徑,即內(nèi)源性線粒體介導(dǎo)途徑、外源性死亡受體介導(dǎo)途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑。已有研究報道通過細胞及動物實驗證實明日葉查爾酮可引起人神經(jīng)母細胞瘤、白血病、胃癌、肺癌、黑色素瘤等腫瘤細胞的凋亡,其作用機制可能通過調(diào)控凋亡相關(guān)因子的表達以及影響細胞凋亡信號傳導(dǎo)等途徑[16,18,21-22,26-28],但目前尚未有明日葉查爾酮影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑的相關(guān)研究報道。

3.1.1 對凋亡相關(guān)基因表達的調(diào)控Bcl-2家族基因根據(jù)其結(jié)構(gòu)及功能可將該基因家族分為兩類:抗凋亡基因(Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-W、Mcl-1、CED9等)與促凋亡基因(Bax、Bak、Bcl-XS、Bad、Bik、Bid等),細胞生命和凋亡的許多信號正是受這兩類基因之間協(xié)同作用調(diào)控的[29]。在多種癌細胞中,Bcl-2蛋白通過抑制細胞凋亡促進癌細胞的增殖,而相應(yīng)的micro RNA可通過下調(diào)細胞內(nèi)的Bcl-2蛋白水平來使癌細胞凋亡[30]。孫赫等[27]研究發(fā)現(xiàn)明日葉查爾酮提取物可通過降低荷瘤小鼠H22肝癌細胞中Bcl-2蛋白表達水平,促進小鼠H22肝癌細胞的凋亡。Bax的同二聚體(Bax/Bax)能在腫瘤細胞外膜上產(chǎn)生大孔,并通過促進細胞色素C的釋放進而促進腫瘤細胞凋亡,而Bcl-2/Bax的異源二聚體則會防止腫瘤細胞外膜上孔洞形成并抑制細胞凋亡[31]。孟揚等[26]研究了明日葉查爾酮提取物對荷瘤小鼠H22肝癌細胞Bax蛋白表達的影響,發(fā)現(xiàn)明日葉查爾酮可激發(fā)小鼠腫瘤細胞中Bax蛋白的表達,促進小鼠腫瘤細胞凋亡,抑制腫瘤細胞的增殖和生長。

3.1.2 影響細胞凋亡通路的信號傳導(dǎo)

3.1.2.1 內(nèi)源性線粒體介導(dǎo)的細胞凋亡通路 線粒體通透性轉(zhuǎn)變孔的開放程度、線粒體跨膜電位的下降情況、線粒體中凋亡因子的釋放量是線粒體介導(dǎo)細胞凋亡的主要途徑[32]。半胱氨酸蛋白酶(caspase)家族蛋白存在于細胞漿中,組成細胞凋亡級聯(lián)信號傳導(dǎo)通路,在凋亡啟動和執(zhí)行過程中起關(guān)鍵作用。其中caspase-3為關(guān)鍵的執(zhí)行分子,它在凋亡信號傳導(dǎo)的許多途徑中發(fā)揮功能。大多數(shù)激發(fā)細胞凋亡的因素均需要通過caspase-3介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)途徑導(dǎo)致細胞凋亡,當(dāng)caspase-3激活時,細胞凋亡加速[33]。Tabata等[22]從明日葉莖中分離得到黃當(dāng)歸醇,并發(fā)現(xiàn)其能通過激活I(lǐng)MR-32神經(jīng)母細胞瘤細胞和Jurkat白血病細胞中的caspase-3,來誘導(dǎo)細胞凋亡。孟揚等[26]研究了明日葉查爾酮提取物對荷瘤小鼠H22肝癌細胞caspase-3蛋白表達的影響,發(fā)現(xiàn)明日葉查爾酮可提高激活型caspase-3蛋白的表達來誘導(dǎo)H22肝癌細胞的凋亡。Nishimura等[28]發(fā)現(xiàn)異補骨脂查爾酮可顯著促進pro-caspase-3和pro-caspase-9的水解,并隨后提高激活型caspase-9和caspase-3的含量,通過線粒體途徑誘導(dǎo)人神經(jīng)母細胞瘤細胞IMR-32和NB-39的凋亡,并且對正常細胞沒有細胞毒性。還有研究證實,4-羥基德里辛可促進細胞色素C的釋放并激活pro-caspase-9,通過線粒體途徑誘導(dǎo)人急性髓性白血病HL60細胞的凋亡[21]。

3.1.2.2 外源性死亡受體介導(dǎo)的細胞凋亡通路 Fas/FasL、腫瘤壞死因子受體(TNFR)、腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)這3條通路則是死亡受體介導(dǎo)細胞凋亡的主要形式[34]。Akihisa等[21]研究證實,4-羥基德里辛可促進腫瘤壞死因子(TNF)的釋放,激活caspase-8和caspase-3,通過TNFR途徑誘導(dǎo)人急性髓性白血病HL60細胞的凋亡。

3.2 抑制腫瘤血管生成

腫瘤血管可以為腫瘤細胞提供生長、侵襲與轉(zhuǎn)移所必需的氧氣、營養(yǎng)成分及腫瘤生長因子等,在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)是至今鑒定出來的最強效、最特異的促腫瘤血管生成因子,它的大量表達會促進腫瘤的生長和新生血管的形成。抑制腫瘤血管新生,切斷腫瘤細胞的營養(yǎng)供應(yīng)和轉(zhuǎn)移途徑已成為腫瘤治療的新策略[35]。Kimura等[23-24]報道從明日葉根中分離的黃當(dāng)歸醇與4-羥基德里辛在LLC荷瘤小鼠體內(nèi)實驗中能夠抑制腫瘤引起的新血管生成,并在基質(zhì)膠血管生成實驗中,1～100 μmol/L濃度的該兩種明日葉查爾酮能夠抑制人臍靜脈內(nèi)皮細胞(HUVECs)類毛細血管的生成。另外,黃當(dāng)歸醇還可通過阻斷VEGF與血管內(nèi)皮細胞的結(jié)合來抑制LLC肺癌小鼠腫瘤組織的血管生成。李子超等[36-37]在顯微鏡下觀察到在每日喂食25～50 mg/kg明日葉查爾酮提取物11 d后可使H22肝癌荷瘤小鼠肝癌組織間質(zhì)的血管變得稀疏并發(fā)生纖維化,其腫瘤組織微血管密度(MVD)顯著下降,證實明日葉查爾酮對小鼠H22肝癌組織新血管生成具有抑制作用,并在進一步研究中發(fā)現(xiàn)其作用機制可能通過下調(diào)VEGF、缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1α等重要促腫瘤血管生成因子的表達實現(xiàn)的。

3.3 抗氧化作用

一個正常細胞要轉(zhuǎn)變成癌細胞必須經(jīng)過兩個階段,即誘發(fā)與促進。大量研究證明,致癌的兩個階段都與活性氧(ROS)有關(guān)。在誘發(fā)階段,活性氧既可直接損傷DNA,也可通過脂類過氧化而間接損傷DNA;在促進階段,促癌劑能促使細胞產(chǎn)生活性氧間接攻擊DNA。細胞對DNA損傷反應(yīng)的異常將導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生[38]。基于ROS的致瘤特性,食源性抗氧化劑已經(jīng)成為潛在的預(yù)防腫瘤發(fā)生和抗腫瘤藥物。研究證實,明日葉查爾酮具有清除DPPH自由基的活性[39]和有效的超氧化物清除活性[15]。侯芳霖等[40]發(fā)現(xiàn)明日葉查爾酮提高了H22肝癌荷瘤小鼠血清中超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活力、并降低了脂質(zhì)過氧化的重要標(biāo)志物——丙二醛(MDA)的含量,同時也顯著降低了腫瘤細胞的增殖活性。提示明日葉查爾酮的抗腫瘤作用與H22肝癌小鼠細胞的抗氧化能力增強有關(guān)。

3.4 增強機體免疫力

機體免疫功能影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展,而隨著腫瘤的進展,能反向抑制機體的免疫功能。明日葉查爾酮可通過T淋巴細胞和自然殺傷細胞等多種途徑增強機體的免疫能力,在抗腫瘤過程中發(fā)揮重要的作用。Kimura等[24]發(fā)現(xiàn)4-羥基德里辛能抑制小鼠脾臟淋巴細胞、CD4+、CD8+和NK-T細胞四種免疫細胞數(shù)目的減少并顯著降低了LLC肺癌小鼠腫瘤的質(zhì)量,提示4-羥基德里辛的抗腫瘤作用可能與其增強LLC肺癌小鼠免疫力有關(guān)。

3.5 抑制腫瘤細胞侵襲和轉(zhuǎn)移

侵襲與轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的主要生物學(xué)特性。侵襲是指惡性腫瘤細胞侵犯和破壞周圍正常組織,進入循環(huán)系統(tǒng)的過程。轉(zhuǎn)移則是指侵襲中的癌細胞遷移到特定組織器官并發(fā)展成為繼發(fā)性癌灶的過程。腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移主要受上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)、細胞外基質(zhì)(ECM)降解、黏附作用及腫瘤血管形成等多重因素影響[41]。Kimura等[23]發(fā)現(xiàn)黃當(dāng)歸醇能夠顯著降低轉(zhuǎn)移至肝臟的LLC小鼠肺癌細胞的數(shù)量,并且發(fā)現(xiàn)荷LLC肺癌小鼠在口服50 mg/kg黃當(dāng)歸醇15 d后,原發(fā)腫瘤的生長和腫瘤向肺部的轉(zhuǎn)移均受到顯著的抑制,荷瘤小鼠存活時間也同時得到延長。該研究團隊又進一步發(fā)現(xiàn)[24],4-羥基德里辛也能夠抑制LLC肺癌荷瘤小鼠癌細胞轉(zhuǎn)移,其原因是由于4-羥基德里辛能顯著抑制腫瘤誘導(dǎo)的新血管的形成所引起的。近年來,腫瘤微環(huán)境在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的重要作用,引起了人們的高度重視。而作為腫瘤基質(zhì)中重要的免疫抑制細胞——腫瘤相關(guān)巨噬細胞(TAMs),參與了腫瘤發(fā)生、生長、侵襲和轉(zhuǎn)移等過程,已經(jīng)成為了潛在的腫瘤治療新靶點[9]。Sumiyoshi等[20]通過建立高轉(zhuǎn)移度骨肉瘤LM8荷瘤小鼠模型,發(fā)現(xiàn)每日兩次喂食25或50 mg/kg黃當(dāng)歸醇和4-羥基德里辛可以抑制小鼠瘤組織向肺與肝臟轉(zhuǎn)移,并抑制了瘤組織中TAM的表達,其機理是通過抑制腫瘤微環(huán)境中M2型巨噬細胞的激活與分化作用。

3.6 其他可能作用機制

有資料顯示,惡性腫瘤細胞中鈣調(diào)蛋白的含量均會大幅增加,因此許多抗癌藥物,正是通過抑制鈣調(diào)蛋白的活性或降低鈣調(diào)蛋白的含量來達到治療惡性腫瘤的目的[42]。Okuyama等[43]通過熒光法檢測發(fā)現(xiàn)濃度為1 μg/mL黃當(dāng)歸醇和0.5 μg/mL 4-羥基德里辛可有效抑制Ca2+-鈣調(diào)蛋白加強的N-苯基-1-萘胺的熒光強度,提示該兩種明日葉查爾酮可通過調(diào)節(jié)Ca2+-鈣調(diào)蛋白系統(tǒng)促進抗腫瘤作用。

4 結(jié)語與展望

雖然目前已有較多明日葉查爾酮抗腫瘤作用相關(guān)研究,包括體外細胞實驗和小鼠體內(nèi)實驗,但多數(shù)研究僅探索了在明日葉中含量較多且相對容易提取、分離的兩種主要的明日葉查爾酮衍生物(黃當(dāng)歸醇和4-羥基德里辛)的抗腫瘤作用,其余多種查爾酮相關(guān)研究仍需開展。另外,目前研究對其主要作用靶點以及確切的分子水平作用機理仍需深入研究并闡明。同時,目前雖已有明日葉查爾酮能通過引起腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞血管生成、增強機體細胞抗氧化能力、增強機體免疫力、抑制腫瘤細胞侵襲與轉(zhuǎn)移等途徑發(fā)揮抗腫瘤作用,但關(guān)于明日葉查爾酮對阻滯腫瘤細胞增殖周期以及對藥物增敏及逆轉(zhuǎn)耐藥性的相關(guān)研究尚未開展。再者從臨床角度上,相關(guān)體內(nèi)實驗和臨床實驗仍需開展,來進一步確認明日葉查爾酮的抗腫瘤效果。