紫花牡荊素抗腫瘤作用機制的研究進展*

華 麗,周燕紅

(湖北科技學院醫學部臨床醫學院,湖北 咸寧 437100)

惡性腫瘤是威脅人體生命健康的重大疾病之一,其發病率與病死率逐年增長,目前治療手段主要有手術、放化療、靶向治療等,但往往會導致嚴重毒副作用的發生[1]。因此,研究腫瘤的發病機制及尋找安全、有效的抗腫瘤藥物尤為重要。近年來,中草藥的抗腫瘤性得到了廣泛的研究和證實,逐漸成為腫瘤防治的重要手段。紫花牡荊素(casticin,5,3′-二羥基-3674′-四甲氧基黃酮)是從中草藥蔓荊子中提取的甲基黃酮類化合物,為多酚類物質,分子式為C19H18O8,分子量為374.34,具有多種生物活性,如抗癌、抗炎、抗氧化等[2]。近年來,研究發現紫花牡荊素在抗腫瘤方面有良好的活性,本文對紫花牡荊素抗腫瘤作用的研究進展進行綜述。

1 紫花牡荊素抗腫瘤作用

1.1 抑制腫瘤細胞的增殖

腫瘤的發生與腫瘤細胞的惡性增殖密切相關,因此,抑制腫瘤細胞增殖是治療腫瘤的有效手段之一。研究發現[3],casticin能有效抑制食管癌、膽囊癌、肝細胞癌、乳腺癌、白血病等多種腫瘤細胞株的增殖。

Casticin劑量依賴性地抑制食管癌(esophageal cancer,EC)細胞的增殖和克隆形成,并誘導細胞周期停滯在亞G1和G2期,從而抑制增殖能力[4]。有研究顯示,牡荊素以劑量和時間依賴性抑制膽囊癌細胞增殖[5]。對人肝癌細胞系(MHCC97)的研究發現[3],casticin通過下調B-連環蛋白和阻斷Wnt/β-連環蛋白途徑,以劑量依賴性的方式抑制增殖特性。Chan等[2]證實casticin可通過抑制微管蛋白聚合、細胞周期阻滯、有絲分裂災難和凋亡來抑制白血病細胞K562細胞增殖,同時磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B,PI3K/AKT)通路特異性抑制劑能夠增強casticin誘導的細胞死亡。此外,casticin還可通過抑制c-Myc蛋白從而抑制p53突變型Hs578T乳腺癌細胞增殖[3]。Casticin可通過調控線粒體凋亡途徑和PI3K/Akt信號通路相關蛋白的表達,誘導胰腺癌細胞的凋亡,從而抑制其增殖[6]。

1.2 促進腫瘤細胞凋亡

細胞凋亡是細胞在基因調控下發生的程序性死亡,主要受內源性線粒體途徑、內源性內質網途徑以及外源性死亡受體途徑調控[7]。促進腫瘤細胞凋亡是抗腫瘤活性的重要標志之一。研究[2-3,8]發現,casticin可通過多種信號通路及機制調控腫瘤細胞凋亡而表現出其抗腫瘤活性,并能通過上調死亡受體5誘導肝癌細胞及肺癌凋亡;通過活性氧(reactive oxygen species,ROS)介導的線粒體通路誘導宮頸癌細胞凋亡;通過G2/M期阻滯誘導前列腺癌PC-3細胞凋亡;誘導p53和半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)依賴性細胞凋亡進而抑制U251膠質瘤細胞和TSGH-8301膀胱癌細胞的生長;casticin也能通過內質網應激增強TRAIL誘導的胃癌細胞凋亡。研究表明[3],casticin可降低人食管癌細胞系TE-11和ECA-109中抗凋亡Bcl-2的水平,并增加促凋亡Bax蛋白,同時casticin也上調caspase-3和caspase-9以及聚ADP-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase,PARP)的水平,觸發線粒體凋亡途徑。在膽囊癌細胞中,casticin通過上調Bax、caspase-3、caspase-9和PARP的表達以及下調Bcl-2的表達來誘導G0/G1停滯和線粒體相關細胞凋亡[5]。在HL-60白血病細胞中,casticin以劑量依賴方式誘導細胞凋亡,主要是通過激活caspase-3、caspase-8和caspase-9、誘導磷酸組蛋白(H3)磷酸化、上調細胞內ATP水平、增加ROS并阻斷p38絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases,MAPK)途徑來誘導細胞凋亡[3]。Casticin通過滅活FoxM1基因誘導卵巢癌細胞凋亡[3]。Casticin抑制致瘤NF-κB通路的激活并增加ROS生成和caspase-3,從而引起黑色素瘤細胞凋亡[9]。有研究[10]發現casticin通過抑制人非小細胞肺癌細胞中的拓撲異構酶Ⅱα誘導細胞凋亡。

1.3 阻滯細胞周期

細胞周期停滯,可抑制腫瘤細胞生長發育,進而影響腫瘤發展進程。細胞周期停滯是癌細胞細胞死亡的主要原因之一。細胞周期可劃分為G1、S、G2及M期,細胞周期調控紊亂是惡性腫瘤生長的最基本的生物學特征。Casticin是一種新型選擇性PI3K抑制劑,可顯著抑制鼻咽癌增殖,并通過上調Bax/BCL2表達誘導G2/M期阻滯和細胞凋亡[3]。在食管癌的研究中,casticin處理誘導S期細胞周期停滯,增強促凋亡基因Bax的表達和caspase-3的激活,從而導致細胞凋亡[11]。Casticin可誘導膽囊癌中G0/G1期停滯,從而導致細胞凋亡[5]。Ramchandani等[3]研究發現,在黑色素瘤細胞中,casticin能通過增加p35、p31和CHK-1蛋白的表達,同時下調Cdc25c(細胞分裂周期蛋白25C蛋白)、CDK1(周期蛋白依賴性激酶,cyclin-dependent kinases)、細胞周期蛋白A和細胞周期蛋白B來控制細胞周期,從而使G2/M細胞周期停滯。Casticin可誘導細胞形態變化、DNA濃縮和損傷,并使口腔癌SCC-4細胞的G2/M細胞周期停滯[12]。在HL-60白血病細胞中,casticin預處理可誘導G2/M細胞周期停滯,G0/G1和S期細胞減少[3]。有研究表明[3],casticin能夠誘導肝癌HepG2、PLC/PRF和人前列腺癌PC-3細胞細胞凋亡,并使細胞周期阻滯于G2/M期。研究[13]發現,紫花牡荊素將大部分肺癌細胞阻滯在G2/M期,可防止細胞形成紡錘體,抑制有絲分裂,最終達到促進細胞凋亡。在小鼠黑色素瘤模型中,casticin誘導線粒體依賴性細胞凋亡以響應多種刺激,并且還誘導早期G2/M細胞周期停滯[3]。

1.4 抑制細胞侵襲和遷移

腫瘤細胞的侵襲和遷移是指惡性腫瘤細胞穿透基底膜,通過細胞遷移進入血液或淋巴系統,進而到達遠端并惡性增殖的過程,是惡性腫瘤的特征之一[1]。Casticin可抑制肺癌干細胞(lung cancer stem-like cells,LCSLCs)的自我更新和侵襲,并引起干細胞標記物CD133,CD44和ALDH1(aldehyde dehydrogenase 1)蛋白表達降低以及基質金屬蛋白酶(MMP)活性降低[3]。此外,casticin也能通過下調MPP-2/NF-kB或通過PI3K/AKT/mTOR通路抑制人黑色素瘤細胞[14]、乳腺癌細胞的遷移和侵襲[15]。Casticin通過Ras/Akt/NF-kappa B信號通路以濃度依賴式抑制人前列腺癌DU145細胞的遷移和侵襲[16]。有研究表明[17],casticin呈時間和濃度依賴式抑制口腔鱗狀細胞癌和人黑色素瘤A375.S2細胞的遷移和侵襲能力。研究表明[3]casticin可以通過p-EGFR/Ras/p-ERK通路下調黑色素瘤細胞A375.S2細胞的遷移和侵襲能力。Casticin可通過miR-148a-3p/wnt1信號通路抑制肝癌細胞的遷移和侵襲[18]。

1.5 抑制上皮-間質轉化

上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)已被確定為腫瘤發生過程中的關鍵角色之一,其特點是增加間質基因如纖連蛋白、波形蛋白和N-鈣粘蛋白的表達,并抑制E-鈣粘蛋白的表達。E-鈣粘蛋白表達的缺失被認為是癌癥發生過程中,也是EMT的關鍵步驟。研究發現[19],在卵巢癌SKOV3細胞和源自SMMC-7721細胞的肝癌干細胞(LCSC)中,不同濃度的牡荊素可以通過增加E-鈣粘蛋白表達,同時抑制N-鈣粘蛋白來逆轉EMT過程。Casticin可逆轉EMT過程,抑制中β-catenin的表達,從而抑制口腔鱗狀細胞癌的侵襲轉移[17]。Casticin也可上調卵巢癌[2]、宮頸癌[3]中的E-鈣粘蛋白并下調N-鈣粘蛋白,從而抑制EMT。在神經膠質瘤的研究中,casticin可抑制EMT相關因子Twist1的表EMT進程[3]。

2 紫花牡荊素抗腫瘤作用涉及的信號通路及分子機制

2.1 FOXO3a/FoxM1信號通路

FOXO3a(forkhead box O3a)作為FOXM1上游調節因子,FOXM1/FOXO3a信號通路可以通過調節腫瘤細胞的生物學功能來發揮調控癌癥發生與發展的作用[21]。在肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)中,casticin通過siRNA沉默叉頭盒O(FOXO)3a磷酸化蛋白,并降低叉頭盒M1(FoxM1)的表達。因此,FOXO3a/FoxM1信號通路是HCC中casticin的可行通路[3]。Casticin通過滅活FoxM1基因誘導卵巢癌細胞凋亡[3]。在小細胞肺癌H446細胞中,casticin上調AMPK和乙酰輔酶A羧化酶(Acetyl-CoA carboxylase,ACC),并通過AMPK/FOXO3信號通路沉默FOXO3表達[22]。

2.2 PI3K/Akt信號通路

PI3K/Akt信號通路是細胞內最重要的信號通路之一,參與細胞增殖、凋亡和細胞周期等相關活動,并在抗腫瘤治療中發揮重要作用。Casticin通過下調PI3K/Akt信號通路抑制乳腺癌細胞遷移和侵襲,最終導致MMP-9表達[15]。Casticin通過PI3K/Akt信號通路來誘導細胞凋亡,且可能與PI3K的磷酸化受到抑制有關。紫花牡荊素可通過調控線粒體凋亡途徑和PI3K/Akt信號通路相關蛋白的表達,誘導胰腺癌細胞的凋亡,從而抑制其增殖[6]。Casticin是一種新型選擇性PI3K抑制劑,可顯著抑制鼻咽癌增殖,并通過上調Bax/BCL2表達誘導G2/M期阻滯和細胞凋亡[3]。Casticin通過激活HL-60、Kasumi-2和K562人類白血病細胞中的caspase-3和PARP,在激活PI3K/Akt信號通路中發揮重要作用[3]。

2.3 Wnt/β-catenin通路

在經典的Wnt信號通路中,Wnt信號通路的激活會導致β-連環蛋白(β-catenin)的細胞核積聚,這可能會導致EMT程序。研究發現[17],casticin能通過調控Wnt/β-catenin通路發揮抗癌作用。在人口腔鱗狀細胞癌(OSCC)UM1和HSC-3細胞中,casticin下調β-catenin(Wnt/β-catenin通路的重要組成部分)。β-catenin的過度表達會誘導腫瘤細胞的增殖、侵襲和遷移活動,而其下調可以負向調節這些致瘤過程。

2.4 MAPK信號通路

MAPK信號通路參與介導細胞增殖、侵襲、凋亡和血管生成等多種生理病理活動[23]。在HL-60白血病細胞中,casticin以劑量依賴性方式誘導細胞凋亡,主要是通過激活caspase-3、caspase-8和caspase-9,誘導磷酸組蛋白(H3)磷酸化,上調細胞內ATP水平,增加ROS并阻斷p38(MAPK)途徑來誘導細胞凋亡[3]。

2.5 NF-κB信號通路

NF-κB信號通路參與腫瘤微環境調控,并與腫瘤血管生成、腫瘤細胞增殖和轉移等活動密切相關。Casticin抑制致瘤NF-κB通路的激活并增加ROS生成和caspase-3,從而引起黑色素瘤細胞凋亡。在結直腸癌細胞中,casticin通過抑制NF-κB通路的激活,引起SW480細胞的凋亡[3]。

除了上述提到的信號通路外,casticin還可通過調控JNK、STAT3、c-Met、P53等通路發揮抗腫瘤增殖、侵襲、遷移、誘導凋亡等作用[4]。

3 結 語

隨著對casticin研究的不斷深入,越來越多研究證實casticin具有抗腫瘤活性,其抗腫瘤機制主要有抑制增殖、誘導腫瘤細胞凋亡、阻滯細胞周期,抑制侵襲轉移等。Casticin可通過調控PI3K/Akt、JNK、MAPK以及Wnt/β-catenin等相關信號通路多環節、多途徑參與到腫瘤增殖、侵襲轉移與凋亡過程中,影響腫瘤的發生發展。

盡管人們對牡荊素對不同細胞系的潛在抗癌作用進行了研究,但這些研究大多數僅限于體外研究,只有少數針對食管癌、肝癌、白血病和黑色素瘤等癌癥的體內研究來評估casticin的抗腫瘤作用。目前由于進行的體內研究數量較少,casticin的藥代動力學特性,包括給藥、生物利用度、分布等尚不明確。此外,casticin的安全性和有效性尚未見報道,這給臨床評估該藥物帶來了風險。為了測試casticin對癌癥患者的有效性和治療應用,有必要進行更多的臨床試驗。