诱导肿瘤细胞凋亡的天然药物及其作用机制

1、2011年第39卷第1期中 医 药 学 报Vol 39,No 1,2011ActaChineseMedicineandPharmacology125诱导肿瘤细胞凋亡的天然药物及其作用机制王爱红,陈美霓,符兆英*(延安大学转化医学研究所,陕西延安716000)摘 要:从天然产物中选择诱导肿瘤细胞凋亡的药物,是目前国内外寻找与研究抗肿瘤药物的一个重要方向。本文综述了国内外已发现的一些比较重要的能诱导肿瘤细胞凋亡的天然药物及其作用机制。关键词:细胞凋亡;天然药物;肿瘤中图分类号:R285 文献标识码:A 文章编号:1002-2392(2011)01-0125-03 肿瘤是细胞增殖过度和/或凋亡不足而

2、导致的一种疾病,细胞凋亡(apoptosis)在肿瘤发生发展和肿瘤预防治疗中的意义可能比细胞增殖更为重要。从天然资源中寻找具有抗肿瘤活性或诱导肿瘤细胞凋亡作用的药物,是近年来国内外抗肿瘤药物研究的热点之一。本文综述了我国和国外的一些比较重要或较新发现的能诱导肿瘤细胞凋亡的天然药物(包括中药)及其作用机制。1 白藜芦醇(Trans-resveratrol)白藜芦醇因首先在白藜芦(VeratrumalbumL.)中提取得到并且化学结构为芳香醇而得此名,属蒽醌萜类化合物。白藜芦醇现在已经在多种植物中被发现,是植物受细菌、真菌感染而产生的一种植物抗毒素(phytoalexin)。白藜芦醇在蓼科植物虎杖

3、(PolygonumcuspidatumSieb.etZucc.)根茎和红葡萄皮等中含量较高。近些年来,国内和国外均对白藜芦醇生物活性的研究给予关注,其诱导肿瘤细胞凋亡的作用在近几年内特别被受到重视。业已发现,白藜芦醇可引起肺癌、肝癌、胃癌、食道癌、结直肠癌、前列腺癌、乳腺癌、子宫颈癌、子宫癌、膀胱癌、胶质细胞瘤、神经母细胞瘤、视网膜膜细胞瘤、骨肉瘤、早幼粒细胞白血病等多种肿瘤细胞的凋亡。白藜芦醇诱导细胞凋亡的机制尚未全清。在人乳腺癌细胞系MDA-MB-231,白藜芦醇可直接引起线粒体膜电位下降,线粒体外膜通透性增高和第二种线粒体衍生的caspase活化因子(SMAC)从线粒体向细胞质的释放,

4、以及随之而来的caspase-9和caspase-收稿日期:2010-11-15 修回日期:2011-01-10基金项目:陕西省教育厅专项科研计划项目(编号:07JK429)作者简介:王爱红(1973-),女,博士,副教授,主要从事细胞生物学和中药诱导肿瘤细胞凋亡工作。*通讯作者:符兆英(1962-),男,硕士,教授,硕士研究生导师,主要从事中药诱导肿瘤细胞凋亡研究。E-mai:lyadxfzyyau.3的活化,最终导致细胞凋亡。在caspase3缺陷的人2+乳腺癌细胞系MCF-7,白藜芦醇可经升高Ca浓度、2+2+活化依赖Ca的蛋白酶calpain,降解细胞膜Ca-1ATP酶同工酶1和fod

5、rin而导致细胞凋亡。人膀胱癌T24细胞经白藜芦醇处理后,出现显著的细胞活性下降。白藜芦醇通过调节Bcl-2家族蛋白的活性而活化caspase9和caspase3并引起多聚ADP核糖聚合酶(PARP)的降解而诱导细胞凋亡。白藜芦醇尚可通过活化p21蛋白、下调细胞周期蛋白(cyclin)D1、细胞周期蛋白依赖性激酶(Cdk)4和磷酸化的Rb而使T24细胞的细胞周期停止于G1期。白藜芦醇可抑制人U251胶质瘤细胞的增殖、使细胞周期停止并诱导细胞凋亡。在前列腺癌,发现了白藜芦醇诱导细胞凋亡的新机制。肿瘤转移相关蛋白1(MTA1)是核小体改构去甲基(NuRD)共抑制复合体的一部分,可介导组蛋白和非组蛋

6、白的翻译后修饰(去甲基化)而导致转录抑制。MTA1在前列腺癌中的过度表达与肿瘤浸润和转移有关。Kai等在前列腺癌细胞发现了MTA1新的作用:MTA1可恢复p53信号通路。白藜芦醇可下调MTA1蛋白的表达,使MTA1/NuRD复合体不稳定(去甲基化功能下降),从而导致p53蛋白的甲基化与活化和随后的凋亡促进蛋白基因的转录,最终导致细胞凋亡。所以MTA1是白藜芦醇诱导细胞凋亡作用的一4个新的分子靶标。2 姜黄素(Curcumin)姜黄素是从姜科植物姜黄(CurcumalongaL.)根茎中提取的一种酚类色素,植物姜黄的根茎为中药姜黄(rhizomacurcumaelongae),姜黄素的抗肿瘤作用

7、近年在国内外备受关注,是天然抗癌药研究的焦点之一。姜黄素可引起肺癌、肝癌、食道癌、鼻咽癌、胰腺癌、前列腺癌、卵巢癌、淋巴瘤、骨髓瘤、胶质瘤、胶质母细胞瘤、黑色细胞瘤、髓母细胞瘤、骨肉瘤等多种肿瘤细胞的凋亡,而对多种正常组织来源的原代细胞不引起凋321265中 医 药 学 报2011年第39卷第1期ActaChineseMedicineandPharmacologyVo l39,No 1,2011亡。姜黄素可经内源性途径(线粒体途径)、外源性途径(死亡受体途径),核转录因子 B(NF- B)途径和PI3K/Akt信号途径引起细胞凋亡;经姜黄素处理的细胞对TRAIL诱导的细胞凋亡的敏感性升高,姜黄

8、素6亦可增强多种化疗药对肿瘤细胞的杀伤作用。在人前列腺癌PC3细胞系,姜黄素引起的细胞凋亡依赖于细胞内神经酰胺(ceramide)的集聚、线粒体的损伤和凋亡诱导因子(AIP)从线粒体的释放等过程,而不依赖于各种caspase。在髓母细胞瘤细胞系,姜黄素通过下调Bcl-2和Bclxl的表达而引起caspase介导8的细胞凋亡。在非小细胞肺癌,姜黄素通过活性氧下调Bcl-2表达,并可通过泛素-蛋白酶体系统的降解作用而下调Bcl-2,引起细胞失接触导致的细胞凋亡。3 异黄酮类化合物(Isoflavones)大豆异黄酮(soybeanisoflavones)是从大豆提取得到一种多酚化合物(polyph

9、enols),主要包括染料木素(Genistein)和大豆甙元(Daidzein);二者均为植物雌激素(phytoestrogens),而具有抗肿瘤作用的成分主要为染料木素。染料木素又称染料木黄酮、金雀异黄酮,首先是从豆科植物染料木亦称金雀花(GenistatinctoriaLinn.)广豆(SophorasubprostralaChunetT.Chen)提取得到的。近年来发现染料木素具有增强肿瘤对化疗11,12和放疗的敏感性的作用和诱导肿瘤细胞凋亡的作用,特别是和其他抗肿瘤药物联合应用时。染料木素诱导肿瘤细胞凋亡的机制包括下调抑制细胞凋亡的Bcl-2基因表达和上调促进细胞凋亡的BAX基因的表

10、达。染料木素和其他抗肿瘤药合用时,可诱导caspase途径的细胞凋亡,亦可抑制Akt的磷酸化并导致随后的caspase9去磷酸化或哺乳类凋亡抑制蛋白XIAP和存活蛋白(survivin)的表达下调。4 葡萄子提取物(Grapeseedextrac,tGSE)GSE是由葡萄科植物葡萄(VitisviniferaL.)的种子采用特殊工艺提取加工而得,活性成分为类生物黄碱素(bioflavonoid)原花青素(oligomericproanthocyani dins,OPC;Proanthocyanidin,PAorPAC;procyanidin),16为一种多酚化合物(polyphenols)。可

11、引起人前列腺癌来源的PCADU145细胞的线粒体通透性增加,细胞色素c从线粒体释放,从而导致caspase9和caspase173活化、PARP被裂解,最终导致细胞凋亡。GSE可升高PCADU145细胞的磷酸-JNK1/JNK2水平和磷酸-cJUN水平,经JNK的活化而抑制细胞增殖和导18致细胞凋亡。GSE亦可引起人前列腺癌来源的LNCaP细胞的anoikis和凋亡。GSE引起的LNCaP细胞anoikis和凋亡伴随有显著的黏着斑激酶(focalad131513,149,107hesionkinase)水平的升高、caspase9和caspase3的活化和PARP的裂解;此外GSE还引起p53

12、蛋白的磷酸化和向线粒体的移位,可能是GSE诱导凋亡的另一种19机制。除了可引起人前列腺癌细胞系凋亡外,GSE还可引起人结肠癌细胞和人白血病细胞凋亡。5 水飞蓟素(Silymarin)水飞蓟素是从菊科水飞蓟属植物水飞蓟(Silybummarianum(L.)Gaertn.CarduusmarianusL.)种子中提取得到的一类黄酮木酯素(flavonolignans)化合物的混合物,包括水飞蓟宾(silybin)、异水飞蓟宾(isosi lybin)、水飞蓟亭(silyChristin)和水飞蓟宁(silydian in),其中水飞蓟宾是其主要活性成分,也是含量最高的成分。水飞蓟素可诱导多种类型

13、的癌细胞凋亡,其作用包括促进PARP裂解,激活caspase3和caspase9,抑制信号传导,抑制转录激活因子3(STAT3)活性,抑制蛋白激酶B(PKB)和NF- B活性,降低survivin和Bcl-2表达,升高CiPl/P21和Bax表达等。水飞蓟素诱导黑色素瘤细胞A375-S2凋亡的机制是增加死亡受体通道下游的Fas相关死亡域蛋白(FADD)的表达,继而促使caspase8前体裂解。水飞蓟素可通过促进PARP、caspase9和caspase3的裂解以及降低sur vivin的表达,而诱导人前列腺癌细胞LNCap和22Rvl凋亡;可通过抑制STAT3的活性诱导人前列腺癌细胞DUl45

14、凋亡;可降低人前列腺癌细胞PC-3的存活率,促进癌细胞凋亡。对于白血病K562细胞,水飞蓟宾可抑制PKB的活性,激活caspase9和caspase3,促进PARP裂解而诱导癌细胞凋亡。水飞蓟宾可活化p53-caspase2和促进caspase介导的Cipl/p2l裂解而诱导人膀胱移行性乳头状癌细胞RT4凋亡。对人肝癌HuH7细胞,水飞蓟宾可通过降低survivin表达,增强caspase9和caspase3活性而促进细胞凋亡6 苦参碱(Matrine)和苦参素(Oxymatrine)22,232021。中药苦参系豆科植物苦参(SophoraflavescensAit)的干燥根。主要有效成分为

15、苦参碱和苦参素(氧化苦参碱),二者均有诱导肿瘤细胞凋亡的作用。苦参碱可通过多种途径诱导肿瘤细胞凋亡。苦参碱可调节Bcl-2和Bax蛋白的表达,经线粒体途径激活caspase-9、caspase-3级联反应,最终引起肝癌HepG2细胞凋亡。苦参碱作用于C6胶质瘤细胞后,肿瘤坏死因子受体相关死亡域蛋白(TRADD)mRNA及蛋白表达水平均增强。苦参碱可明显下调人肝癌HepG2细胞内谷胱甘肽(GSH)水平,由于GSH的消耗通常发生在细胞凋亡之前,故苦参碱可能通过下调细胞内GSH水平,产生氧自由基而参与细胞凋亡过程。苦参碱抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡的机制还可能2011年第39卷第1期中 医 药 学 报

16、Vol 39,No 1,2011ActaChineseMedicineandPharmacology127有:抑制端粒酶催化元件hTERT-mRNA的表达,使端粒酶活性下降;抑制C-mye,Bcl-2等癌基因的表达并使ras、p53、Bax等抑癌基因的活性增强;使死亡受体Fas表达增强,通过FasL-Fas-FADD通路介导细24胞凋亡。对苦参素诱导卵巢癌HO8910细胞凋亡的研究发现,苦参素既能抑制卵巢癌细胞增殖,又能诱导卵巢癌细胞凋亡,使HO8910细胞周期阻滞于S+G2-M期。7 紫檀菧(Pterostilbene)紫檀菧是豆科植物紫檀属小叶紫檀(Pterocarpussantalinu

17、sL.)中所含的一种多羟基二苯乙烯类化合物,在化学上与白藜芦醇类似。因首次从紫檀中发现,并属菧类化合物(stilbenoid),故命名为紫檀菧,后来在其它植物如蓝梅(blueberries)、葡萄和芦荟中也发现了紫檀菧的存在。紫檀菧可引起对FasL耐受的淋巴瘤细胞系(HUT78B1和HUT78B3)和对多种化疗药耐受(multidrug-resistan,tMDR)的白血病细胞系(HL60-R和K562-ADR)的细胞凋亡;因该作用不被泛caspase抑制剂Z-VAD-fmk抑制,故紫檀菧可能是通过非caspase依赖的途径诱导细胞凋亡;紫檀菧在引起显著的细胞凋亡的浓度下,并不对正常造血干细胞

18、产生毒性作用。在人胃癌AGS细胞系,紫檀菧引起了剂量和时间依赖性的细胞增殖抑制和细胞凋亡。紫檀菧引起的细胞死亡伴随有特征性的细胞核形态改变,DNA断裂和细胞形态改变。对紫檀菧引起的细胞凋亡的分子机制的研究发现,caspase2、caspase3、caspase8、caspase9均被紫檀菧活化,并伴随有caspase3下游靶标分子DNA裂解因子(DFF-45)和PARP的裂解。此外,还发现Bcl家族蛋白、线粒体通路和caspase级联反应的活化均参与了紫檀菧引起的细胞凋亡。紫檀菧显著地增强了DNA损伤诱导的生长静止基因GADD45和GADD153的表达。流式细胞分析发现紫檀菧阻止细胞周期进展使

19、其静止于G1期、增强p53、p21、p27、和p16蛋白的表达,抑制细胞周期蛋白A、细胞周期蛋白E、Cdk2、Cdk4、和Cdk6的表达,而细胞周期蛋白D1表达未受影响。紫檀菧可使Rb的磷酸化减低。总之,以上研究表明,紫檀菧诱导胃癌AGS细胞凋亡的机制是,通过线粒体和Fas/FasL途径活化caspase级联反应、增强GADD基因表达、修饰细胞周期的进展并改27变细胞周期调节蛋白。在肺癌NCI-H460和SK-MES-1细胞系,浓度为20 M的紫檀菧引起了明显的细胞增殖抑制和细胞凋亡,伴随有caspase3和caspase7活性的显著升28高。在乳腺癌细胞系,紫檀菧亦引起细胞凋亡和2625ca

20、spase3及caspase7活性的升高;caspase3和caspase7的抑制剂可彻底阻断紫檀菧的细胞凋亡作用。用紫檀菧处理过的细胞,还出现线粒体膜去极化、过氧化离子升高和细胞周期的改变。8 结语由于医疗费用的不断上涨和为了减少药物副作用,世界各国近些年来纷纷把目光投向了天然药物。美国在1906年禁止将草药作为药品销售,1994年开始允许植物药作为饮食补充剂销售,2004年首次承认植物药为药品。西方发达国家的医药市场也逐渐开始接受天然药物;2000年以来全球植物药的销售额年增长率在6%以上,近六、七年来全球植物药及草药市场30年增长率为10%12%。我国植物动物和矿物中药资源有12807种

21、,是世界上天然药物资源最丰富的国家之一,开发与利用我国的天然药物资源有着非常广阔的前景。参考文献:1 AlkhalafM,El-MowafyA,RennoW,eta.lResveratrol-inducedapoptosisinhumanbreastcancercellsismediatedprimarilythroughthecaspase-3-dependentpathwayJ.ArchMedRes,2008,39(2):162-168.2 BaiY,MaoQQ,QinJ,eta.lResveratrolinducesapoptosisandcellcyclearrestofhumanT2

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