大黃酸抗腫瘤機制的研究進展

蔣 蘭， 楊 毅

(1.重慶三峽醫(yī)藥高等專科學(xué)校，重慶 404120；2.重慶市抗腫瘤天然藥物工程技術(shù)研究中心，重慶 404120；3.三峽庫區(qū)道地藥材開發(fā)利用重慶市重點實驗室，重慶 404000；4.重慶大學(xué)附屬三峽醫(yī)院，重慶 404000)

大黃酸(化學(xué)結(jié)構(gòu)式見圖1)主要分布于蓼科植物(如大黃、何首烏、蘆薈等)中，藥理作用十分廣泛，包括抗菌、抗炎、利尿、治療糖尿病和腎病等[1-2]。近年來，關(guān)于大黃酸抗腫瘤的報道日益增多，對肝癌、乳腺癌、肺癌、舌癌、胃癌等均有抑制作用，能通過調(diào)節(jié)促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、磷酸肌醇3激酶(phosphatidylinositide 3-kinase，PI3K)、蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)和核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)等多種分子及多種信號通路[如Ras/Raf/MEK(MAPK)/ERK和PTEN/PI3K/Akt/mTOR等]來抑制細胞增殖，誘導(dǎo)細胞凋亡并防止轉(zhuǎn)移，從而發(fā)揮抗腫瘤的作用[3-6]。本文就近年來大黃酸抗腫瘤機制進行綜述，以期為該成分相關(guān)基礎(chǔ)研究及臨床用藥提供參考。

圖1 大黃酸化學(xué)結(jié)構(gòu)式

1 抑制腫瘤細胞增殖

惡性腫瘤細胞與正常細胞最突出的區(qū)別，就是前者不受正常生長調(diào)控系統(tǒng)的控制[7]。Tang等[8]研究了大黃酸對大鼠F98膠質(zhì)瘤細胞的抗癌潛力，結(jié)果表明各成分能顯著抑制F98膠質(zhì)瘤細胞中細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK1/2)激活，停滯細胞周期。β-連環(huán)蛋白及其下游靶標(biāo)的過度表達會促進癌細胞的增殖、侵襲等，而大黃酸在肝癌HepG2細胞和宮頸癌HeLa細胞中均可誘導(dǎo)β-連環(huán)蛋白降解，原癌基因c-Myc、周期蛋白cyclin D1表達均降低，細胞周期停滯于S期，從而抑制細胞增殖[9]。

2 促進腫瘤細胞凋亡

細胞凋亡指的是細胞自主有序死亡，以維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，它會呈現(xiàn)出如細胞皺縮、染色質(zhì)凝集、凋亡小體形成、細胞骨架解體等特征性形態(tài)學(xué)變化，如果凋亡的自然進程被阻斷或抑制，就易形成腫瘤。凋亡的發(fā)生是由許多相互關(guān)聯(lián)的過程控制的，主要包括死亡受體介導(dǎo)的外在途徑和線粒體介導(dǎo)的內(nèi)在途徑，前者由細胞表面的死亡受體、腫瘤壞死因子受體家族介導(dǎo)；后者主要由非受體刺激激活，例如DNA損傷、代謝應(yīng)激、紫外線輻射等，細胞凋亡受到B淋巴細胞瘤-2(Bcl-2)家族蛋白調(diào)控(抗凋亡作用如Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w等，促凋亡作用如Bax、Bak、Bad、Bim等)，它們通過活化胱天蛋白酶或調(diào)節(jié)細胞色素c的釋放發(fā)揮作用。大量研究證明，大黃酸是一種有效的凋亡誘導(dǎo)劑，尤其是作用于線粒體介導(dǎo)的內(nèi)在途徑[10-12]。

Li等[13]研究大黃酸對人胃癌SGC-7901細胞作用時，發(fā)現(xiàn)大黃酸可增加Bax/Bcl-2比率，降低Bcl-xL、caspase-3蛋白表達，通過線粒體途徑介導(dǎo)細胞凋亡。Du等[14]在研究大黃酸作用肝癌HepG2細胞時，發(fā)現(xiàn)該成分能直接作用于線粒體，導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換，Ca2+、細胞色素c釋放到胞漿中，并觸發(fā)caspase 3的激活和隨后的凋亡過程。Wang等[15]同樣研究了大黃酸對肝癌HepG2細胞和Huh7的潛在抗癌能力，發(fā)現(xiàn)大黃酸處理后癌細胞活力明顯受到抑制，可通過誘導(dǎo)活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生和激活JNK/Jun/caspase-3信號通路而誘導(dǎo)細胞凋亡。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活子3(Signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)作為一種轉(zhuǎn)錄因子，在腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮了十分重要的作用。Yang等[16]發(fā)現(xiàn)，大黃酸可通過抑制STAT3途徑上調(diào)Bax表達、下調(diào)Bcl-2表達來誘導(dǎo)非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)凋亡。

除此以外，大黃酸還可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ER應(yīng)激)誘導(dǎo)凋亡，ER應(yīng)激是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)折疊錯誤或未折疊的蛋白堆積造成，并誘導(dǎo)適應(yīng)性細胞反應(yīng)，稱為未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)，鈣穩(wěn)態(tài)和UPR失衡等許多因素均可誘發(fā)ER應(yīng)激，最終會導(dǎo)致細胞凋亡。大黃酸處理乳腺癌細胞時，可促進細胞蛋白質(zhì)的錯誤折疊以及ER應(yīng)激，最終引起細胞凋亡[17]。Hsia等[18]在研究大黃酸對人肺癌A-549細胞的作用機理時發(fā)現(xiàn)，大黃酸可引起ER應(yīng)激，其反應(yīng)標(biāo)志物葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78、ROS、Ca2 +水平升高，細胞色素c的釋放增加，最終導(dǎo)致凋亡。

3 減少腫瘤細胞血管生成、抑制侵襲轉(zhuǎn)移

腫瘤血管是腫瘤生長轉(zhuǎn)移的前提，新生血管為后者提供了氧氣等必備條件，故可通過抑制血管生成來抑制腫瘤的發(fā)展。研究表明，大黃酸在常氧和低氧條件下可通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt/ERK途徑抑制血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表達，從而抑制血管形成[19]。

惡性腫瘤的主要特點之一是侵襲轉(zhuǎn)移，患者在發(fā)病初期通常癥狀不明顯，很難查覺，等到確診時往往發(fā)生了多處轉(zhuǎn)移。基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloprotein，MMP)在腫瘤轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮了重要作用，它可破壞細胞外基質(zhì)和血管的基底膜等組織學(xué)屏障。Ren等[20]研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸以劑量依賴方式抑制卵巢癌細胞的增殖和遷移，主要是通過下調(diào)MMP-1、MMP-2、MMP-9的表達實現(xiàn)抗腫瘤作用。Zhou等[21]同樣發(fā)現(xiàn)，大黃酸能抑制卵巢癌侵襲及轉(zhuǎn)移，其作用機制與抑制Rac1/ROS/MMPs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)、轉(zhuǎn)錄激活因子1蛋白磷酸化，下調(diào)MMP活性有關(guān)。此外，大黃酸還可通過調(diào)節(jié)NF-κB等途徑來抑制MMP-9、VEGF的表達，從而抑制人鼻咽癌NPC細胞、人舌癌SCC-4細胞的侵襲和遷移[22-23]。

4 免疫調(diào)節(jié)

腫瘤細胞在其周邊通常會形成一個免疫抑制的微環(huán)境，使得轉(zhuǎn)移細胞免受機體免疫的攻擊，這種免疫抑制微環(huán)境與其瘤內(nèi)的低氧水平關(guān)系緊密，在低氧環(huán)境中多種免疫抑制分子[如環(huán)氧合酶-2(Cyclooxygenase-2，COX-2)、程序性死亡配體1(Programmed cell death ligand 1，PD-L1)及VEGF等]表達會上調(diào)，而缺氧誘發(fā)因子-1α((hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)作為低氧環(huán)境的關(guān)鍵響應(yīng)分子可直接調(diào)控其表達。HIF-1α在正常細胞中無法檢測到，但癌細胞經(jīng)常表達以支持其生長，促進血管生成和高糖酵解(也稱為瓦博格效應(yīng))[24]。胡立娟[25]發(fā)現(xiàn)，大黃酸能阻斷PI3K/Akt、MAPK/ERK信號通路，下調(diào)HIF-1α、VEGF表達，進而改善胰腺癌細胞的瓦博格效應(yīng)及誘發(fā)的惡病質(zhì)。Yuan等[26-27]研究證實，大黃酸可在缺氧條件下誘導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)作用，下調(diào)結(jié)直腸癌CRC細胞中HIF-1α和免疫抑制分子，淋巴細胞對人結(jié)直腸癌CRC腫瘤細胞的毒性增強，有望與效應(yīng)淋巴細胞聯(lián)合用于CRC治療。

5 聯(lián)合其他抗腫瘤藥物，減毒增效

目前，癌癥的治療效果欠佳，部分原因是由于腫瘤細胞會產(chǎn)生耐藥性。研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸與化療藥物聯(lián)合使用時可逆轉(zhuǎn)耐藥性，增加放化療功效。

阿霉素(Doxorubicin，DOX)抗瘤譜較廣，是一種周期非特異性藥物，對多種腫瘤細胞都有抑制作用，但是由于本身的嚴(yán)重不良反應(yīng)和耐藥性，其臨床效果有限。Wu等[28-29]發(fā)現(xiàn)，大黃酸和DOX在肝癌細胞中具有協(xié)同抗腫瘤作用，通過與線粒體上的電壓依賴性離子通道、腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)位酶等的結(jié)合，誘導(dǎo)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放，抑制肝癌SMMC-7721細胞的線粒體能量代謝，降低細胞ATP和ADP水平，從而逆轉(zhuǎn)肝癌細胞對阿霉素的耐藥性。納米顆粒作為化療藥物的載體系統(tǒng)，因其對腫瘤的特異性、較少的不良反應(yīng)而受到越來越多的關(guān)注。Han等[30]制備了DOX和大黃酸(RHE)共載聚合物膠束(納米DOX/RHE)，表現(xiàn)出較好的腫瘤靶向性，納米顆粒使得藥物釋的速率變慢，導(dǎo)致血漿藥物濃度升高，并且大黃酸在降低卵巢癌細胞耐藥性的同時，可提高DOX的治療作用。

PD-L1與程序性細胞死亡受體1(programmed cell death protein 1，PD-1)結(jié)合時，會產(chǎn)生抑制性信號，同時CD8+T淋巴細胞激活信號被抑制，導(dǎo)致腫瘤免疫逃逸。阿特珠單抗作為一種PD-L1抑制劑可阻斷PD-1/PD-L1信號通路，從而重新激活T細胞，擊殺癌細胞。Shen等[31]探討了大黃酸和阿特珠單抗聯(lián)合使用對乳腺癌的影響，發(fā)現(xiàn)在聯(lián)合療法下脾臟和腫瘤中CD8+T細胞比例、血清中腫瘤壞死因子和白細胞介素6、各種凋亡因子水平均明顯高于其他治療組，乳腺腫瘤生長得到有效抑制，提示大黃酸可增強阿特珠單抗治療乳腺癌作用。

Bu等[32]將大黃酸與培美曲塞(Pemetrexed，PTX)聯(lián)合治療肺癌A549細胞，發(fā)現(xiàn)前者通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt/mTOR途徑和癌細胞中的Bcl-2蛋白家族、影響自噬和凋亡來增強后者抗腫瘤活性。

表皮生長因子受體(Epidermal growth factor receptor，EGFR)信號通路在多種癌細胞的增殖、血管生成、轉(zhuǎn)移等方面發(fā)揮作用，其靶向治療在臨床上已得到廣泛應(yīng)用，但隨著該類藥物的廣泛使用，耐藥問題也隨之而來。在多種耐藥細胞中發(fā)現(xiàn)，STAT3的反饋性激活是EGFR抑制劑產(chǎn)生耐藥的原因之一[33]，而大黃酸可抑制其磷酸化，誘導(dǎo)胰腺癌PC細胞凋亡，與EGFR抑制劑厄洛替尼聯(lián)用時有助于克服胰腺癌細胞對后者的耐藥性，協(xié)同促進細胞凋亡，抑制細胞增殖，從而增強抗腫瘤效果[34]。Zhuang等[35]同樣發(fā)現(xiàn)，大黃酸與EGFR抑制劑聯(lián)用可促進人結(jié)直腸癌CRC細胞的凋亡，協(xié)同發(fā)揮抗腫瘤作用，并能將CRC阻滯G2/M期，抑制細胞周期相關(guān)蛋白的表達。

6 大黃酸衍生物研究

對天然產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)改造是現(xiàn)代藥物研發(fā)的一個主要途徑，大黃酸雖然具有良好的抗腫瘤功效，但其特有的三環(huán)骨架結(jié)構(gòu)導(dǎo)致水溶性較差，生物利用率不高，在很大程度上限制了臨床應(yīng)用。大黃酸和其他蒽醌類化合物的主要區(qū)別就在于前者具有1個游離的羧基，許多學(xué)者著手對該基團進行結(jié)構(gòu)改造，以期提高其生物活性[36-38]。

林雅軍[39]將大黃酸與賴氨酸反應(yīng)合成，得到了賴氨酰大黃酸(Rhein lysinate，RHL)，它在水中的溶解度大大增加，并且在抑制腫瘤細胞增殖方面與先導(dǎo)化合物相似。Zhen等[40]將賴氨酰大黃酸和紫杉醇聯(lián)合用于H460、A549非小細胞肺癌的治療，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合治療后NSCLC細胞系增殖明顯減少，Bcl-2、NF-κB蛋白下調(diào)，增強了紫杉醇在NSCLC細胞中的抑制生長作用。紀(jì)春梅等又研究了賴氨酰大黃酸與順鉑聯(lián)用對人肺癌A549細胞的影響，發(fā)現(xiàn)兩藥合用后Bax上調(diào)，Bcl-2表達下調(diào)，可增強順鉑抗腫瘤作用，誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡。另外，賴氨酰大黃酸對宮頸癌HeLa細胞、人膠質(zhì)瘤U87裸鼠移植瘤生長也具有良好的抑制作用[41-44]。

張汪偉等[45]將大黃酸通過不同連接基團與生物素、葉酸偶聯(lián)，得到了10個化合物，抗腫瘤實驗表明部分化合物的活性強于陽性對照氟尿嘧啶。黃駿凱等[46]將大黃酸與硝酸酯類供體相連，得到5個大黃酸硝酸酯類化合物，均顯示出一定的抗腫瘤活性，而且顯著高于先導(dǎo)化合物大黃酸。郝長波等[47]將大黃素進行乙酰化、氧化等一系列反應(yīng)，合成了11個結(jié)構(gòu)新穎的6-烷氧基-大黃酸-氨基酸化合物(2-7aa～2-7ee)，并考察它們對4株癌細胞的體外抑制活性，發(fā)現(xiàn)2-7ea 對四者均有一定抑制活性。

7 展望

大黃酸作為一種廣泛存在于中草藥中的蒽醌類化合物，具有多種藥理活性，近年來發(fā)現(xiàn)該成分可通過調(diào)控多種分子、信號途徑來發(fā)揮抗腫瘤的作用。目前，對癌癥的治療效果欠佳原因之一就是腫瘤細胞會產(chǎn)生耐藥性，而大黃酸與化療藥物聯(lián)合使用時可逆轉(zhuǎn)該特性，增強療效，但該成分具有三環(huán)骨架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其水溶性較差，在很大程度上限制了臨床應(yīng)用。近年來，隨著化學(xué)合成技術(shù)的發(fā)展，通過結(jié)構(gòu)修飾來提高生物活性已成為目前熱點，相信隨著未來研究的開展，大黃酸及其衍生物有望成為新一代臨床抗腫瘤新藥。