異鼠李素抗腫瘤作用機制的研究進展

趙方舒 侯林 楊穎 尹怡銘 王曉晴 倪雯婷 孫允紅 李保宏 田景振

中圖分類號 R979.1 文獻標志碼 A 文章編號 1001-0408（2021）24-3054-06

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2021.24.19

摘 要 目的：為異鼠李素的進一步研究和新藥開發提供依據。方法：收集文獻，就近年來異鼠李素抗腫瘤活性相關作用機制的研究進展進行綜述。結果與結論：異鼠李素是一種黃酮類化合物，其抗腫瘤作用機制主要包括阻斷腫瘤細胞的細胞周期（S期阻滯、G2/M期阻滯及G0/G1期阻滯）、誘導腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞遷移和侵襲、誘導活性氧的產生、增強抗腫瘤藥物活性、抑制致癌基因表達或增加抑癌基因表達等，可通過調控磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白、Ras/絲裂原激活蛋白激酶、Wnt/β-聯蛋白等信號通路發揮抗腫瘤作用。但目前大部分研究還停留在體外細胞實驗階段，研究人員應盡快建立動物模型對相關作用機制進行體內實驗驗證，同時需對異鼠李素的成藥性進行分析，以加快該化合物的新藥開發進程。

關鍵詞 異鼠李素;抗腫瘤;作用機制;進展

基金項目：山東省自然科學基金資助項目（No.ZR2019QH- 007）;山東省重點研發計劃（重大科技創新工程）項目（No.2020- CXGC010505）;山東省中醫藥科技項目（No.2020M009）

碩士研究生。研究方向：中藥新藥研發。E-mail：zfs13176019640@ 163.com

通信作者：教授，博士生導師。研究方向：中藥新藥研發與中藥抗病毒。E-mail：tianjingzhen@163.com

惡性腫瘤是世界各國普遍關注的一項公共衛生問題。近年來，我國的惡性腫瘤防治負擔較重，亟需探索更為有效、安全的抗腫瘤藥物[1]。目前，多種黃酮類成分已被證實可在體內外發揮抗腫瘤活性，如蘆丁[2]、槲皮素[3]、山柰酚[4]等。異鼠李素即3，5，7-三羥基-2-（4-羥基-3-甲氧基苯基）苯并吡喃-4-酮（結構式見圖1），也稱為3′-O-甲基槲皮素，是一種黃酮類化合物，是槲皮素的直接代謝物，其大量存在于水果、蔬菜和茶中，也廣泛存在于沙棘、銀杏葉和槐米等多種中藥材中[5-7]。研究表明，異鼠李素能抑制各種類型的腫瘤，包括宮頸癌、胃癌、皮膚癌、結腸癌、肺癌等[8-12]。基于此，筆者收集相關文獻，就近年來異鼠李素抗腫瘤活性相關作用機制的研究進展進行了綜述，以期為該成分的進一步研究和新藥開發提供依據。

1 阻滯腫瘤細胞的細胞周期

1.1 S期阻滯

研究表明，周期蛋白依賴性激酶（Cdks）可與周期蛋白（cyclin）結合形成異二聚體，該異二聚體可推動細胞周期的進展。其中，Cdk2/cyclin E復合物對驅動細胞從G1期向S期躍遷起著關鍵作用。cyclin A是DNA復制所必需的蛋白，主要在S期和G2期表達[13]。Wang等[14]使用異鼠李素處理人晚期胰腺癌PANC-1細胞后，發現處于S期的細胞顯著增多，處于G1期的細胞顯著減少，其機制可能是由于異鼠李素增加了PANC-1細胞中Cdk2蛋白的表達，促進了S期的啟動，同時降低了細胞內cyclin A的表達，抑制了DNA的復制，進而抑制S期的進展，最終將細胞阻滯在S期。在這一過程中，Ras/絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）信號通路下游級聯蛋白絲裂原激活蛋白激酶激酶（MEK）和細胞外調節蛋白激酶（ERK）的磷酸化水平明顯降低，而Ras蛋白的表達水平無變化，說明異鼠李素可能通過調控Ras/MAPK信號通路來實現PANC-1細胞的S期阻滯。Luan等[11]將含異鼠李素的小鼠血清作用于人HCT116和SW480兩種結腸癌細胞后發現，異鼠李素可通過誘導細胞S期阻滯來抑制這兩種結腸癌細胞的生長。此外，Wu等[15]研究了異鼠李素和異鼠李素-3-葡萄糖醛酸苷對人乳腺癌MCF-7細胞的抑制活性，結果發現，二者均可通過S期阻滯、減少處于G2/M期和G0/G1期的細胞數量來抑制腫瘤細胞的增殖，且異鼠李素的阻滯作用強于異鼠李素-3-葡萄糖醛酸苷。

1.2 G2/M期阻滯

研究表明，異鼠李素對多種腫瘤細胞有G2/M期阻滯的作用[16-21]。與G2/M期有關的蛋白有cyclin A、cyc- lin B1、Cdk1、Cdk2、細胞分裂周期蛋白25同源蛋白C（Cdc25C）、酪氨酸激酶Wee1等，其中Wee1可催化Cdk1上Y15位點的特異性磷酸化，使Cdk1失活;而Cdc25C可使該位點去磷酸化，從而抵消Wee1對Cdk1的抑制作用[16];Cdc25C還可在M期啟動階段進入細胞核，激活Cdk1/cyclin B1異二聚體，進而啟動有絲分裂[17]。Choi等[18]研究表明，用異鼠李素處理人肝癌Hep3B細胞后，細胞內cyclin A、cyclin B1的表達顯著減少，Cdks抑制因子p21蛋白的表達顯著增加，且通過免疫共沉淀實驗發現p21可分別與Cdk2、細胞分裂周期蛋白2（Cdc2）結合形成蛋白復合物，從而抑制后二者的活性，表明異鼠李素可通過誘導p21蛋白的表達抑制Cdk2 和Cdc2在細胞周期進程中的作用，由此抑制G2/M期進展。Park等[19]研究也發現，異鼠李素可增加人膀胱癌T24細胞中p21蛋白的表達，進而抑制Cdk1的活性，使細胞從G2期過渡到M期受阻;該研究還發現，在此過程中，調節細胞增殖的腺苷一磷酸活化蛋白激酶（AMPK）的下游分子——哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、p70核糖體S6蛋白激酶（p70S6K）和UNC-51樣激酶1（ULK1）的表達水平也顯著降低，推測異鼠李素還可通過抑制AMPK/mTOR信號通路而發揮G2/M期阻滯作用;此外，該研究還指出，具有抑制細胞周期作用的Wee1蛋白的表達水平也顯著降低，推測可能是由異鼠李素激活了某種負反饋調節途徑所導致的。Wei等[8]用異鼠李素處理人宮頸癌HeLa細胞后發現，其可造成細胞G2/M期阻滯;蛋白質印跡法分析結果表明，細胞內Cdc25C、Cdk1、cyclin B1和作為微管組成蛋白之一的α微管蛋白的表達均顯著下降，但細胞周期檢測點激酶2（Chk2）、Cdc25C和Cdk1的磷酸化水平有所升高。另外，Li等[20]和Jaramillo等[21]的研究結果也表明，異鼠李素可通過阻滯G2/M期而抑制人SW480、HCT116、HT-29等3種結直腸癌細胞的增殖，與其他研究不同的是，這兩項研究認為異鼠李素增強了細胞中cyclin B1的表達、降低了蛋白激酶B（PKB，又稱Akt）的磷酸化水平，提示異鼠李素可能是通過抑制磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）/Akt/mTOR信號通路而阻滯細胞周期。

1.3 G0/G1期阻滯

異鼠李素在人食管癌Eca-109細胞、人胃癌MKN28細胞、人肺癌A549細胞和小鼠肺癌Lewis細胞的體內實驗中均表現出G0/G1期阻滯作用，這與異鼠李素可造成DNA結合抑制劑1（Id1）、cyclin D1和增殖細胞核抗原（PCNA）表達減弱，而p53和p21蛋白表達增強有關[22]。其中，Id1可以提高cyclin D1的表達水平，cyclin D1與Cdk4結合成二聚體后可促進細胞從G1期進入S期，若Id1的表達受到抑制，則cyclin D1的水平會下調，進而使細胞周期進程受到阻滯[23-25]。有研究指出，PCNA在細胞增殖的啟動中起重要作用，其表達減少將會使DNA合成受阻，導致細胞無法進入S期而停留在G1期[26]。

異鼠李素阻滯腫瘤細胞細胞周期相關機制的示意圖見圖2。

2 誘導腫瘤細胞凋亡

胱天蛋白酶（caspase）是細胞凋亡機制的核心，其既是凋亡的起始者，又是凋亡的執行者[27]。有研究指出，異鼠李素既可以激活與caspase-8有關的外源性凋亡途徑，也可以通過激活caspase-9啟動線粒體內源性凋亡途徑。外源性凋亡發生于死亡受體Fas及其配體FasL結合時[28]。相關研究表明，異鼠李素可增加Fas和FasL的表達，使之形成死亡誘導信號復合體（DISC），促進caspase-8前體（pro-caspase-8）的組裝并激活生成caspase-8，最終啟動外源性細胞凋亡[18-19]。線粒體通透性增加、細胞色素c等分子釋放到細胞質可導致細胞內源性凋亡，這一過程與B細胞淋巴瘤2（Bcl-2）家族蛋白中促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白表達的失衡有關[27]。異鼠李素可以降低人膀胱癌T24細胞、人肝癌Hep3B細胞中抗凋亡蛋白Bcl-2的表達，增加促凋亡蛋白Bcl-2關聯X蛋白（Bax）、BH3結構域凋亡誘導蛋白（Bid）和截短型Bid蛋白（tBid）的表達，增強caspase-8活性[18-19]。線粒體膜電位是衡量線粒體功能的重要指標，有研究表明，異鼠李素可以降低線粒體膜電位，引起線粒體去極化，使線粒體膜通透性增加，促進細胞色素c從線粒體內被釋放[29]。發動蛋白相關蛋白1（Drp1）是一種與線粒體分解有關的膜分解蛋白，當Drp1在S616位點發生磷酸化后，其磷酸化產物可以促進線粒體分解，而在S637位點的磷酸化產物則會抑制線粒體分解。研究表明，異鼠李素聯合氯喹可以促進鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ（CaMKⅡ）在T286位點的磷酸化，并促使Drp1在S616位點發生磷酸化并向線粒體轉移，從而加速細胞色素c的釋放，進而啟動線粒體凋亡途徑[30]。

細胞色素c釋放到細胞質后可形成細胞色素c-凋亡蛋白酶活化因子1（Apaf1）-caspase-9凋亡體復合物，進而促進caspase的激活。熱休克蛋白（HSP）可在腫瘤細胞中與Apaf1結合，使Apaf1無法與細胞色素c結合形成凋亡小體，從而影響caspase-9在細胞質內的級聯反應，最終抑制腫瘤細胞凋亡。Luan等[11]發現，結腸癌細胞中HSPa1a、HSPa1b、HSPa8等3種HSP70家族蛋白的表達水平均有所升高，而經異鼠李素處理后，上述3種蛋白的表達水平均明顯下降，表明異鼠李素可通過抑制上述3種蛋白的表達而阻止腫瘤細胞的生長。

caspase-3是內源性和外源性凋亡途徑中共同的下游因子。多腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）是caspase-3的底物，PARP被剪切是caspase-3激活的指標，也是細胞凋亡的重要標志。相關研究表明，在經異鼠李素處理的人肝癌Hep3B細胞、膀胱癌T24細胞和肺癌A549細胞中，激活的caspase-3與被剪切的PARP數量均顯著增加，表明異鼠李素可通過誘導腫瘤細胞凋亡來發揮抗腫瘤作用[29]。

異鼠李素誘導腫瘤細胞凋亡相關機制的示意圖見圖3。

3 抑制腫瘤細胞遷移、侵襲

高度侵襲性腫瘤的特征之一是腫瘤組織具有較強的向正常組織遷移的能力，腫瘤細胞侵入鄰近組織和脈管系統是腫瘤轉移的第一步。抑制細胞遷移是治療腫瘤轉移的一種有前景的治療方法。研究表明，異鼠李素可通過抑制上皮-間質轉化（EMT）過程和減少基質金屬蛋白酶（MMPs）的表達來抑制腫瘤細胞的黏附、遷移和侵襲。

EMT與腫瘤細胞增殖、遷移、轉化密切相關。腫瘤細胞可在EMT過程中獲得間質細胞的特性，失去上皮的特性，增強運動和侵襲能力[31]，表現為間質標志物波形蛋白、N-鈣黏著蛋白、鋅指轉錄因子Snail等表達增加，上皮標志物E-鈣黏著蛋白表達減少。MMPs超家族是調節細胞外基質動態平衡的重要酶系，可使腫瘤細胞獲得降解細胞外基質（ECM）及突破ECM屏障的能力，MMP-2、MMP-9是這一蛋白酶家族中與腫瘤最為密切的因子。MMP-2又稱明膠酶A，MMP-9又稱明膠酶B，二者都可以降解ECM中的明膠，Ⅳ、Ⅳ、Ⅶ、Ⅹ型膠原蛋白和彈性纖維等，破壞基底膜的完整性，使腫瘤細胞沿著被破壞的ECM向周圍組織浸潤和轉移[32]，其中MMP-9還與腫瘤細胞的耐藥性相關[33-34]。Luo等[35]研究結果表明，異鼠李素作用于人肺癌A549細胞后可以上調E-鈣黏著蛋白的表達，下調波形蛋白、N-鈣黏著蛋白、鋅指轉錄因子Snail以及MMP-2、MMP-9的表達;同時，異鼠李素可顯著抑制該細胞中ERK1/2和Akt的激活，且當Akt或ERK1/2過表達時，異鼠李素抑制EMT的作用將消失，從而證實異鼠李素是通過阻斷Akt/ERK1/2信號通路來抑制腫瘤細胞的EMT。相似地，Cai等[36]用不同劑量異鼠李素處理雄激素非依賴型人前列腺癌DU145和PC3細胞后發現，異鼠李素可呈劑量依賴性地增加DU145和PC3細胞中E-鈣黏著蛋白的表達，降低波形蛋白、N-鈣黏著蛋白、MMP-2和MMP-9的表達;同時該研究還發現，在上述過程中異鼠李素并不改變細胞中PI3K、Akt和mTOR的蛋白表達水平，但卻顯著抑制了這3種蛋白的磷酸化水平，提示異鼠李素可能通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路來抑制DU145和PC3細胞的遷移和侵襲。

4 誘導活性氧的產生

異鼠李素還具有增加活性氧（ROS）產生的作用。有研究發現，人肝癌Hep3B細胞經異鼠李素處理后，細胞內產生了大量ROS，使用ROS清除劑N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC）后，細胞中的ROS積累有所減少，凋亡細胞數也有所減少，細胞周期阻滯和細胞活力均有所恢復，表明ROS的增加可能是異鼠李素抗腫瘤作用的關鍵因素[18]。CaMKⅡ的激活會導致ROS的大量產生，Hu等[30]研究發現，在人三陰性乳腺癌MDA-MB-231和BT549細胞中，異鼠李素和氯喹聯合使用會激活CaMKⅡ，進而使細胞中的ROS明顯增加，且超氧陰離子參與了異鼠李素和氯喹的抗腫瘤作用。Wu等[15]研究也發現，異鼠李素可造成人乳腺癌MCF-7細胞中過氧化氫和超氧陰離子的累積增加，表明其可通過激活ROS依賴性途徑而發揮細胞毒性作用。

5 增強抗腫瘤藥物活性

異鼠李素可以增強抗腫瘤藥物的活性。研究表明，異鼠李素與鉑類化合物（卡鉑、順鉑）聯用可增強鉑類化合物抑制人肺癌A549細胞增殖、阻滯其細胞周期、誘導其凋亡等一系列抗腫瘤活性[37]，進而有助于減少鉑類化合物的用量，達到減少鉑類化合物副作用的目的。Ramachandran等[9]研究表明，異鼠李素可以提高5-氟尿嘧啶、多柔比星、卡培他濱等3種化療藥物對人胃癌AGS細胞的生長抑制率。還有研究表明，異鼠李素可以通過降低核因子κB（NF-κB）的表達來顯著增強卡培他濱的抗腫瘤作用，其與卡培他濱聯合治療能顯著下調多種致癌基因產物的過度表達，如可抑制腫瘤組織中存活蛋白、X連鎖凋亡抑制蛋白（XIAP）和細胞間黏附分子1（ICAM-1）的表達[38]。異鼠李素還可增強索拉非尼對小鼠腎癌Renca細胞生長的抑制作用，使后者的半數抑制濃度（IC50）從26.1 μmol/L 降至12.0 μmol/L，這可能與異鼠李素對Akt/mTOR通路以及絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（CRAF）/MEK/ERK通路的抑制作用有關[39]。

6 抑制致癌基因表達或增加抑癌基因表達

p53蛋白是腫瘤抑制因子之一，可通過調節細胞周期或通過參與DNA的修復來抑制腫瘤的形成和發展[40]。有研究發現，異鼠李素作用于人肺癌A549細胞后，可增加細胞內p53蛋白的表達[22]。c-myc是一種常見的原癌基因，可使細胞無限增殖，與多種腫瘤的發生有關。異鼠李素可以抑制人食管癌Eca-109細胞中c-myc的表達，同時可誘導細胞中p53蛋白的積累[23]。已有研究發現，異常激活的Src蛋白可以促進腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉移，而異鼠李素可以通過激活C-Src酪氨酸激酶（CSK）來抑制Src蛋白在Y529位點的磷酸化，進而抑制Src蛋白的活性，在人結腸癌HT29細胞的相關研究中發現，上述作用可能與異鼠李素抑制Wnt/β-聯蛋白（β-catenin）和Akt/MAPK途徑有關[41]。過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）也參與了腫瘤相關的各種代謝紊亂[42]。Ramachandran等[9]研究發現，異鼠李素可增強人胃癌AGS細胞中PPARγ的活性，并增加PPARγ的表達，且當使用PPARγ特異性抑制劑后，異鼠李素對胃癌細胞遷移與侵襲的抑制作用被逆轉，說明異鼠李素可能是通過對PPARγ表達的調控來發揮抗腫瘤作用。

7 其他

已有研究表明，炎癥和腫瘤的形成有很強的關聯，一些炎癥反應加速了腫瘤的形成[43]，因此靶向抑制炎癥和參與炎癥過程的分子可能是良好的腫瘤防治策略。環氧合酶2（COX-2）是炎癥反應的主要介質之一，其產物前列腺素E2（PGE2）具有一定的致癌作用[44]。Kim等[10]用10 μmol/L的異鼠李素處理人鱗狀細胞癌A431細胞后發現，細胞內COX-2的表達幾乎完全被抑制;同時，該學者還觀察到，異鼠李素可通過抑制COX-2啟動子的作用，進而抑制表皮生長因子（EGF）誘導的小鼠表皮JB6細胞癌變。Saud等[41]發現，與模型組小鼠相比，經異鼠李素處理的小鼠能更快地從結腸炎中恢復，其微腺瘤形成率、結直腸增生和鱗狀化生程度、最終腫瘤發生率均顯著低于模型組（P<0.05），表明異鼠李素可以通過抗炎而發揮腫瘤預防作用。此外，異鼠李素可通過抑制mTOR通路來誘導人肺癌A549、SPC-A1細胞收縮，減少細胞黏附[45];也可通過以腺苷三磷酸（ATP）非競爭性方式直接與MEK1結合，并以ATP競爭性方式與PI3K結合，進而抑制MEK1和PI3K的活性，以此來發揮抗皮膚癌的作用[10]。異鼠李素調控信號通路相關機制的示意圖見圖4。

8 結語

異鼠李素的抗腫瘤作用涉及多種機制，尤其在阻滯腫瘤細胞的細胞周期和促進腫瘤細胞凋亡方面尤為突出，且可以通過調控PI3K/Akt/mTOR、Ras/MAPK、Wnt/β-catenin等信號通路而發揮作用。筆者曾對上文中提到的蛋白進行網絡藥理學分析，發現在促凋亡作用涉及的蛋白中，Fas、Bcl-2、Bax、tBid、Apaf1以及細胞色素c均屬于p53信號通路;在細胞周期涉及的蛋白中，Cdk1、Cdk2、cyclin B1、cyclin D1以及p53本身也參與了p53信號通路，推測異鼠李素可以通過部分調控p53信號通路而發揮抗腫瘤作用。總而言之，異鼠李素的抗腫瘤作用與抗增殖、促凋亡、抑制腫瘤細胞遷移和侵襲、抑制致癌基因表達或增加抑癌基因表達等途徑有關，提示異鼠李素在抗腫瘤方面可能具有一定的預防能力和臨床療效。但目前的研究仍存在不足，如在異鼠李素可增強抗腫瘤藥物活性這一方面，二者是如何起到協同作用的尚需研究者進一步探索;與異鼠李素調節腫瘤微環境相關的研究仍較少，如異鼠李素是否能抑制腫瘤血管生成、是否有增強免疫等作用仍有待研究;現階段關于異鼠李素抗腫瘤機制的研究大部分還停留在體外細胞實驗階段，研究人員應盡快建立動物模型對相關作用機制進行體內實驗驗證;同時需對異鼠李素的成藥性進行分析，如異鼠李素的溶解性、穩定性、生物利用度、半衰期、安全范圍等，以加快該化合物的新藥開發進程。

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（收稿日期：2021-07-12 修回日期：2021-10-28）