小檗堿與芒柄花黃素抗腫瘤作用機制的研究進展▲

蘇 芮 熊 雨 藺 婷 何迎春,3

(1 湖南中醫(yī)藥大學研究生院，長沙市 410208，電子郵箱：1281454058@qq.com；2 中醫(yī)藥防治眼耳鼻咽喉疾病湖南省重點實驗室，長沙市 410208；3 湖南中醫(yī)藥大學醫(yī)學院，長沙市 410208)

【提要】 小檗堿與芒柄花黃素分別是黃連、黃芪的主要活性成分，均具有抗腫瘤的作用，其機制主要包括抑制腫瘤細胞增殖、誘導腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞侵襲和轉(zhuǎn)移、抑制腫瘤血管新生、調(diào)節(jié)機體免疫、誘導或抑制腫瘤細胞自噬死亡等。本文主要針對小檗堿與芒柄花黃素抗腫瘤作用機制的研究進展進行綜述。

近年來，腫瘤的發(fā)病率越來越高，治療主要以放療和化療為主，但放療和化療的毒副作用始終困擾著患者，因此尋求更加安全有效的治療方法成為每位醫(yī)務(wù)工作者的責任。中醫(yī)藥是中華民族的瑰寶，中草藥作為中醫(yī)預防和治療疾病的獨特藥物，在預防與治療癌癥時也發(fā)揮著重要的作用。黃連與黃芪是我國中藥最常見的兩味藥物，分別有著清熱燥濕解毒和益氣補虛等功效，也是湖南中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院田道法教授依據(jù)臨床經(jīng)驗創(chuàng)立的抗鼻咽癌中藥復方益氣解毒方中的兩味君藥[1-3]。

小檗堿是黃連的主要活性成分，含量為5.20%～7.69%，是一種低毒的天然異喹啉生物堿[4-5]。芒柄花黃素是從黃芪中提取的天然化合物[6]。在抗腫瘤方面，小檗堿對肝癌、結(jié)腸癌、卵巢癌、宮頸癌、乳腺癌、肺癌等都有明顯的抑制作用[7-10]。芒柄花黃素也具有抗腫瘤和神經(jīng)保護特性，能通過多種信號通路誘導腫瘤細胞凋亡，并在抑制腫瘤細胞增殖方面具有巨大的潛力[11]。研究表明，芒柄花黃素對肺癌、乳腺癌、胃癌、卵巢癌都有明顯的抑制作用[12-16]。同時，本課題組鄒攀等[17]人通過網(wǎng)絡(luò)藥理學等軟件分析出黃連與黃芪對鼻咽癌有多個作用靶點，而小檗堿和芒柄花黃素是其中兩個主要的作用成分。因此，本文針對小檗堿和芒柄花黃素抗腫瘤的作用機制進行綜述。

1 抑制腫瘤細胞增殖

腫瘤細胞來源于正常干細胞，因其失去了細胞間的接觸作用，使得彼此間無接觸抑制而大量增殖[18]。細胞的大量、無限度的增殖導致了腫瘤的產(chǎn)生。腫瘤細胞的增殖過程不受機體控制，它能通過自身的生理機制而無限增殖，最終影響機體的正常生理過程[19]。因此，抑制腫瘤細胞的增殖是抗腫瘤的關(guān)鍵所在。

張世霞等[20]研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿與Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路抑制劑聯(lián)合作用于胃癌細胞后，通過降低己糖激酶、丙酮酸激酶的活性，來干擾胃癌細胞糖酵解水平，進而抑制胃癌細胞增殖。李永等[21]研究證實，小檗堿能夠抑制喉癌細胞增殖，濃度越高抑制率越明顯；同一濃度，藥物作用時間越長，抑制率越明顯，其抑癌作用可能是通過降低了環(huán)氧合酶2與細胞周期蛋白B1的表達介導的。此外，小檗堿可降低增殖相關(guān)蛋白Ki-67的表達和上調(diào)B細胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)關(guān)聯(lián)X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)/Bcl-2基因來抑制肺癌干細胞增殖和誘導其凋亡的，藥物濃度越高，抑制率和凋亡率越顯著[22]。李通等[23]的研究顯示，芒柄花黃素作用于結(jié)直腸癌細胞后，其HOTAIR基因和Bcl-2表達量降低，Bax表達量增高，且隨藥物濃度和時間的遞增，抑制作用增強。同時研究發(fā)現(xiàn)，芒柄花黃素作用于肺癌細胞A549后，細胞增殖率隨著濃度和時間的延長而降低，其作用機制可能與降低抗凋亡相關(guān)基因Bcl-2 mRNA的表達有關(guān)[24]。以上研究表明，小檗堿和芒柄花黃素在體外能抑制多種腫瘤細胞增殖，且隨著藥物濃度的增加和用藥時間的延長，抑制效果增強，其作用機制主要與降低增殖相關(guān)蛋白和周期相關(guān)蛋白的表達及降低抗凋亡相關(guān)基因表達等有關(guān)。

2 誘導腫瘤細胞凋亡

細胞凋亡是在基因控制下的程序化死亡。正常情況下的細胞凋亡能夠變相促進機體生長發(fā)育，維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[25]。細胞凋亡通常是受凋亡相關(guān)信號和凋亡因子調(diào)控，并通過特定途徑發(fā)生的，其中凋亡相關(guān)蛋白主要涉及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)家族蛋白和Bcl-2家族蛋白，參與的通路包括線粒體通路、死亡受體通路、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路和磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信號通路等[26]。隨著腫瘤細胞凋亡分子機制研究的增多，腫瘤的治療也逐漸出現(xiàn)了許多新靶點，我們可以通過啟動和增強凋亡機制，來抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[27]。

小檗堿可將人腸癌細胞阻滯在G2/M期誘導腫瘤細胞凋亡，在一定范圍內(nèi)，隨著藥物濃度和時間的增加，誘導腫瘤細胞凋亡的作用更加明顯[28]。小檗堿能明顯抑制肝癌細胞活力，使細胞核固縮，形成凋亡小體，使細胞內(nèi)活性氧簇急劇上升，且隨著藥物濃度的增加，凋亡率更加顯著，其藥物作用機制可能與提高Bax和激活Caspase3的表達有關(guān)[29]。芒柄花黃素能夠通過多壁碳納米管這一藥物載體增強對肝癌細胞的抗癌性，其作用機制可能與提高活性氧簇水平和促使線粒體膜電位功能障礙有關(guān)[30]。芒柄花黃素在體內(nèi)和體外均能誘導骨癌細胞凋亡，其作用機制可能與降低磷酸化Akt和磷酸化PI3KCA等關(guān)鍵信號通路蛋白和上調(diào)Bax和Caspase3蛋白的表達有關(guān)[31]。以上研究表明小檗堿與芒柄花黃素在體內(nèi)或體外均能誘導多種腫瘤細胞凋亡，其作用機制主要與提高活性氧簇水平、上調(diào)Bax和Caspase3蛋白的表達以及抑制PI3K信號通路等有關(guān)。

3 抑制腫瘤細胞侵襲和轉(zhuǎn)移

腫瘤細胞侵襲和轉(zhuǎn)移是腫瘤疾病惡化的標志之一。腫瘤細胞轉(zhuǎn)移是指惡性腫瘤細胞從原發(fā)部位，經(jīng)淋巴道、血液或體腔等途徑，到達其他部位繼續(xù)生長的過程。腫瘤的復發(fā)和轉(zhuǎn)移與腫瘤干細胞密切相關(guān)，而腫瘤干細胞侵襲轉(zhuǎn)移的相關(guān)機制主要與上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial to mesenchymal transition，EMT)、微小RNA(mircoRNA,miRNA)的表達以及微環(huán)境的變化等機制有關(guān)[32]。腫瘤相關(guān)巨噬細胞對腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著重要的作用，參與了腫瘤轉(zhuǎn)移和侵襲、免疫調(diào)節(jié)、血管和淋巴管的形成。

研究表明小檗堿可抑制肺癌A549細胞的增殖、侵襲和遷移，可能與調(diào)控腫瘤巨噬細胞表型有關(guān)[33]。有研究表明，化療藥物誘導的細胞凋亡會導致多種炎癥因子的釋放，改變癌細胞的微環(huán)境，促進肝癌的侵襲和轉(zhuǎn)移，而小檗堿能通過抑制人鈣非依賴型磷脂酶A2和 LOX-5的表達來降低腫瘤微環(huán)境中白三烯B4等炎癥因子的表達，從而逆轉(zhuǎn)肝癌細胞的黏附和遷移[34]。芒柄花黃素能夠抑制結(jié)腸癌細胞增殖，誘導細胞周期停滯，并且能夠抑制細胞侵襲，其作用機制可能與抑制PI3K/Akt信號傳導和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)信號通路有關(guān)[35]。古彩茹等[16]的研究發(fā)現(xiàn)，芒柄花黃素能夠抑制卵巢癌細胞的活力、遷移和侵襲，且濃度越高抑制作用越明顯，其作用機制可能與上調(diào) E-鈣黏蛋白的mRNA及蛋白水平和下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶9的mRNA及蛋白水平有關(guān)。腫瘤細胞的侵襲與轉(zhuǎn)移是腫瘤治療中的難點，以上研究表明小檗堿與芒柄花黃素對腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移有一定的抑制作用，主要包括介導腫瘤細胞的EMT進程，上調(diào)E-cadherin等EMT相關(guān)蛋白,抑制腫瘤細胞發(fā)生間質(zhì)化，改變腫瘤的微環(huán)境以及抑制PI3K/Akt等信號通路。

4 抑制腫瘤新生血管的生成

腫瘤的生長關(guān)鍵取決于支持性微環(huán)境，該微環(huán)境包括腫瘤的脈管系統(tǒng)；腫瘤血管的生成為腫瘤的發(fā)生發(fā)展提供充足的養(yǎng)分，是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，因此利用血管的可塑性進行抗血管生成免疫治療，也已經(jīng)成為臨床治療癌癥的新方法[36]。近年來大量研究表明中藥或其有效成分抑制腫瘤血管生成的研究非常活躍，也具有明顯的廣度和深度，其中包括黃連的有效成分小檗堿[37]。血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信號通路在腫瘤血管新生中至關(guān)重要，而血管內(nèi)皮細胞生長因子受體2(vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2)又是VEGF信號通路中關(guān)鍵因子[38]。

李力等[39]的研究表明，小檗堿與VEGFR2有良好的結(jié)合作用，其能抑制VEGFR2的活性，阻斷VEGFR2介導的Akt/mTOR/P70S6K信號通路，進而抑制人臍靜脈內(nèi)皮細胞HU-VEC與肝癌細胞A549融合株(EA.hy926)細胞的增殖與遷移，最終抑制細胞黏附分子表面血管的生成，且藥物濃度越高抑制作用越明顯。劉巖[40]等的研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿抗腫瘤血管生成的部分機制可能與其抑制JAK/STAT3信號通路中重要的轉(zhuǎn)錄因子STAT3磷酸化有關(guān)。有研究[41]表明，芒柄花黃素是一種具有潛在抗血管生成的抗癌活性新型藥物，能夠在體外和體內(nèi)抑制堿性成纖維細胞生長因子2(fibroblast growth factor 2,FGF2)誘導血管生成。其中，在體外芒柄花黃素以濃度依賴性抑制FGF2誘導的人臍靜脈內(nèi)皮細胞增殖、遷移和侵襲；在體內(nèi)，芒柄花黃素通過FGF2/FGFR2信號通路抑制MDA-MB-231乳腺癌異種移植物的生長和血管生成。抑制腫瘤血管的新生是腫瘤疾病治療的重要策略，上述研究表明小檗堿與芒柄花黃素能夠有效抑制腫瘤血管的新生。

5 調(diào)節(jié)機體免疫

免疫系統(tǒng)是防御病原體入侵最有效的武器，它能發(fā)現(xiàn)并清除異物以及外來病原微生物等引起內(nèi)環(huán)境波動的因素[42]。機體免疫力的強弱與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切[43]。近年來，腫瘤免疫治療受到越來越多的關(guān)注。腫瘤免疫治療是通過重新啟動并維持腫瘤-免疫循環(huán)，恢復機體正常的抗腫瘤免疫反應(yīng)，從而控制與清除腫瘤的一種治療方法[44-45]。研究表明，在體外小檗堿能通過降低程序性細胞死亡蛋白-1配體水平并減弱非小細胞肺癌細胞與程序性細胞死亡蛋白-1的結(jié)合能力，從而恢復癌細胞對T細胞殺傷的敏感性；在體內(nèi)小檗堿通過激活T細胞免疫起到抗腫瘤作用，從而抑制異種移植腫瘤生長[46]。此外，小檗堿其中的兩種化合物2,3-亞甲二氧基-9-[(2,2,3,3-四甲基環(huán)丙烷-1-羰基)氧基]-10-甲氧基原小檗堿氯化物和2,3-二甲氧基-9-[2-(金剛烷-1-基)乙酰氧基]-10-甲氧基小檗堿氯化物被認為是有潛力的吲哚胺 2,3-雙加氧酶1調(diào)節(jié)劑，可用于小分子癌癥免疫治療[47]。有研究表明，中、高劑量的芒柄花黃素能夠提高巨噬細胞的吞噬功能及溶菌酶含量[48]，這說明中等劑量及以上的芒柄花黃素可以增強實驗小鼠的固有免疫應(yīng)答功能。另外，芒柄花黃素的抗炎作用可以幫助機體清除代謝廢物，使機體處于良好的、適于正常細胞生長代謝的環(huán)境，以此增強機體對癌細胞的免疫力[49]。以上研究表明，小檗堿與芒柄花黃素主要通過先天免疫系統(tǒng)的免疫細胞滲入腫瘤微環(huán)境來調(diào)節(jié)腫瘤進展，同時調(diào)節(jié)淋巴細胞參與介導的免疫反應(yīng)來發(fā)揮抗腫瘤的作用。

6 調(diào)控腫瘤細胞自噬

自噬是一種細胞程序性死亡[50]。自噬可維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，在機體生理、病理過程中均可出現(xiàn)。關(guān)于自噬與腫瘤的關(guān)系研究越來越多，自噬對腫瘤是雙向調(diào)控作用，早期能抑制腫瘤生長，晚期又能促進腫瘤發(fā)展，其作用機制比較復雜[51]。因此，若能發(fā)揮自噬的有益作用，則可抑制腫瘤細胞增殖并誘導其凋亡。有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿可通過提高葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose regulated protein 78,GRP78)水平和GRP78與Ⅲ型磷脂酰肌醇激酶結(jié)合的能力，誘導自噬性癌細胞死亡[52]。姜黃素與小檗堿可協(xié)同增加磷酸化JNK和Beclin1蛋白水平，降低磷酸化Bcl-2，從而誘導人乳腺癌細胞凋亡及自噬性細胞死亡[53]。有研究表明，芒柄花黃素作用于人三陰性乳腺癌細胞后，細胞內(nèi)自噬體表達較少，且抑制腫瘤細胞作用顯著，由此說明芒柄花黃素可能通過抑制自噬來發(fā)揮抗腫瘤作用[54]。自噬與腫瘤的關(guān)系較為復雜，小檗堿聯(lián)合芒柄花黃素與腫瘤細胞自噬的作用機制仍需進一步深入研究。

7 總結(jié)與展望

小檗堿與芒柄花黃素作為黃連、黃芪的主要活性成分，均在抑制腫瘤細胞增殖、誘導腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞侵襲遷移等作用機制中發(fā)揮作用，并且對多種腫瘤細胞具有抑制作用。已有大量文獻表明，小檗堿對乳腺癌、結(jié)腸癌、卵巢癌等有抑制作用[55-57]，芒柄花黃素能抑制肺癌細胞、乳腺癌細胞、多發(fā)性骨髓瘤的生長、遷移和侵襲[58-60]。而兩者配伍是否能提高抗腫瘤的效應(yīng)，如何配伍才能達到更佳的治療效果，以及兩者配伍的抗腫瘤機制等問題需要進一步研究。