黄酮类化合物抗肿瘤作用机制研究进展

黄酮类化合物抗肿瘤作用机制研究进展

黄酮类化合物是自然界分布广泛的次生代谢产物。它是药物滥用植物中最重要的活性成分之一，具有广泛的药理作用。由于具有极大的抗肿瘤潜力,黄酮类化合物已成为药物化学研究的热点与重点,而且目前已有多个黄酮类化合物作为抗肿瘤药进入临床。黄酮类化合物抗肿瘤作用的靶点包括细胞周期蛋白依赖性激酶、硫氧还蛋白还原酶、基质金属蛋白酶、丝裂原激活的蛋白激酶等。本文介绍近年来黄酮类化合物抗肿瘤作用机制研究的进展。1黄酮类化合物人们将细胞周期蛋白(cyclin)比作细胞周期调控的变速器,将细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)比作细胞周期调控的发动机,但二者必须结合形成cyclin/CDK复合物才能发挥调控细胞周期的作用。此复合物通过对不同底物的作用引发细胞周期时相转变,启动DNA合成,运行细胞分裂,从而达到推进细胞周期运行的目的。CDK抑制剂可有效阻止癌细胞周期进程,从而抑制肿瘤细胞增生,对提高抗癌药物的疗效和寻找新的抗肿瘤物质具有重要意义。黄酮类化合物对CDK的抑制作用可以是间接的或直接的,其通过调节细胞周期素、细胞周期素激酶抑制蛋白等通路而起作用。现发现有此作用机制的黄酮类化合物包括以下3种。1)Flavopiridol(1)一种有效的小分子CDK抑制剂,最初来源于生长在印度的一种植物Dysoxylumbineetariferum,目前已可人工合成。大量的体内外试验证实,flavopiridol对多种肿瘤都具有强烈的抑制作用。其作用机制包括直接抑制CDK的活性以及抑制细胞周期素D1和表皮生长因子受体(EGFR)的转录,从而下调其表达水平、诱导肿瘤细胞凋亡和抗血管生成。目前,flavopiridol已进入临床Ⅰ、Ⅱ期试验,并显示出良好的抑瘤效应。2)P276-00(2)一种CDK抑制剂,对肿瘤细胞生长的抑制活性为flavopiridol的2～3倍,并且毒性比flavopiridol低。P276-00对某些CDK具有一定的选择性作用,如对CDK1-B、CDK4-D1和CDK9-T1的抑制作用较强,半数抑制浓度(IC50)均低于100nmol/L,其中对CDK4-D1的选择性为对CDK2-E的40倍,而flavopiridol则没有这种选择性。P276-00对多种人类肿瘤细胞具有明显的抑制活性,表1是采用3H-胸腺嘧啶摄入法测得的该化合物对不同肿瘤细胞的IC50值。目前,P276-00已经进入I/II期临床研究阶段。3)Acacetin(3)能剂量和时间依赖性地降低肿瘤细胞中CDK2、CDK4、CDK6水平,增加Cip1/p21水平,并能降低Cdc25C、Cdc2/p34、cyclinB1水平,使细胞周期分别停滞于G1期和G2/M期。但若在其7位羟基上连接一个双鼠李糖或乙酰基,其抗肿瘤活性将会大大降低。2化区域内硫氧还蛋白的抗氧化酶活性硫氧还蛋白(TRX)是一类分布广泛的小分子硫氧化还原酶,其结构中一般都有一个具有氧化还原活性的Cys-Gly-Pro-Cys的氨基酸序列,在活化区域内则含有具备氧化还原活性的二硫巯基。硫氧还蛋白在维持细胞功能方面起重要作用,可调节细胞凋亡的发生、影响核因子κB(NF-κB)的DNA结合活性等。Quercetin(4)是硫氧还蛋白的抑制剂,对该酶的IC50值为0.97μmol/L,可使细胞生长周期停止在S期,细胞聚集在sub-G1期,进而发生凋亡。另外,Quercetin还能通过线粒体途径激活caspase-3和caspase-9,从而诱导肝癌细胞HepG2凋亡。3mmp抑制剂的激活基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases,MMPs)是一组含Zn2+的、参与降解细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)的最重要的蛋白酶。目前已知的MMPs可分为分泌型和膜型两类。一般情况下,MMPs以酶原形式存在,而在特定的情况下,其既可被体内存在的天然激活剂激活,也可被体内特定的抑制剂(TIMP)所抑制。研究已证实MMPs参与人体众多的生理和病理过程,其中MMP-2和MMP-9与肿瘤细胞的转移有关,因此可通过对MMP-2和MMP-9的抑制来预防肿瘤的转移。Ko等通过对36种黄酮类化合物的研究发现:Myricetin(5)对MMP-2的抑制能力最强,其机制与抑制PKC转位、ERK磷酸化和c-jun蛋白表达来阻断内源性或TPA诱导的MMP-2的活性有关。体外研究表明,Myricetin对人类结肠癌细胞320HSR、320DM、HT29和205-X中MMP-2的IC50分别为11.18、11.56、13.25和23.51μmol/L。Vijayababu等发现,Quercetin对前列腺癌细胞中MMP-2和MMP-9的表达有抑制活性,且具剂量依赖性。在用100μmol/L的Quercetin对前列腺癌细胞PC-3进行处理后,细胞的MMP-9酶原水平增高,而MMP-9水平显著降低。4黄酮7-羟基黄酮和7,4-二羟基黄酮芳香化酶是一种重要的雌激素供应调节器,现已成为治疗雌激素依赖性肿瘤的一个靶点。一些天然产物对芳香化酶有很好的抑制作用,如白杨素(5,7-二羟基黄酮)、7-羟基黄酮和7,4′-二羟基黄酮对该酶的IC50值分别为4.2、0.51和3.2μmol/L。另外,研究还发现,合成的7-甲氧基黄酮和7,4′-二甲基黄酮对芳香化酶也有很好的抑制作用,其IC50值分别为1.9和9μmol/L,与上述2种天然黄酮化合物的活性相近。构效关系研究也表明,黄酮的7位羟基和4′-羟基并不是其活性所必须的,被甲基化后活性变化不大,但后者的生物利用度却明显高于其羟基化合物,且代谢特性稳定。5statin—作用于微管微管蛋白是抗肿瘤药物的一个主要靶点,为一种异二聚体蛋白,在细胞分裂中起重要作用。凡能稳定微管或抑制微管生成的化合物都具有潜在的抗肿瘤活性。考布他汀(Combretastatin)是从南非植物CombretumcaffrumKuntze的树皮中分离得到的天然微管蛋白抑制剂,Quintin等将考布它汀和黄酮拼合得到了一系列黄酮类化合物,其中有7个化合物(6～12)对微管具有作用,能明显降低微管聚集率。构效关系研究发现,对于5、7位羟基取代的这些化合物,在3位引入位阻较大取代基时,其活性明显低于2位引入位阻较大取代基的化合物;但若5、7位无羟基取代时,在3或2位引入位阻较大的取代基后,化合物的活性相当;而在苯环和C3位之间插入羰基可使化合物活性增强。6fas的激活细胞凋亡是一种主动的过程,是为更好地适应生存环境而主动采取的一种死亡方式,其涉及一系列基因的激活、表达及调控等过程。细胞凋亡与疾病的关系密切,凋亡受到抑制,就有可能会导致肿瘤的发生。Erhart等发现黄酮类化合物能诱导HCT-116结肠癌细胞凋亡,其机制包括激活caspase-2、3、8、9、10和减少抗凋亡因子Bcl-2蛋白的表达,其中caspase-10是通过caspase-1诱导激活。研究还发现,黄酮能诱导释放线粒体凋亡诱导因子(AIF)而触发caspase非依赖的细胞凋亡途径,引起细胞凋亡。有研究表明,对CDK有抑制作用的化合物Acacetin会引起胃肿瘤细胞AGS的细胞核形态改变及DNA断裂,诱导其凋亡,这种诱导作用具有时间和浓度依赖性。Acacetin诱导凋亡的机制主要包括:①激活caspase-3,降解DNA片段形成因子DFF-45和ADP-riobse聚合酶;②导致线粒体的跨膜电位迅速降低,激活活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS),释放线粒体细胞色素C进入胞质溶胶,激活Caspase-9酶原,进而激活Caspases-9;③促进Fas和FasL蛋白上调,进而启动Fas诱导的细胞凋亡途径。研究发现,Apigenin(13)能诱导非白血性白血病细胞和人神经母细胞瘤细胞系NUB-7、LAN-5、SK-N-BE以及肝癌细胞HepG2的凋亡,其作用机制与诱导非白血性白血病细胞中PKCδ、提高人神经母细胞瘤细胞中野生型p53及p53诱导基因产物P21和Bax的水平、诱导肝癌细胞中TNF-α和IFN-γ释放以及激活Caspases、激活NADPH氧化酶产生ROS等有关。另外,在许多恶性肿瘤中都存在B-连环蛋白信号的调节失控,Apigenin能通过阻断B-连环蛋白信号而有效抑制TRAMP小鼠前列腺癌的生长。除此之外,Apigenin还能通过促进缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)和血管内皮生长因子(VEGF)的表达来抑制肿瘤血管生成。构效关系研究表明,Apigenin结构中双键和4′-羟基是其诱导凋亡活性所必需的。Jaceosidin(14)是从植物Artemisiaargyi中提取分离的一个黄酮化合物,Kim等的研究发现,该化合物可诱导RAS转化的人类乳房表皮细胞的凋亡,其活性与导致细胞内ROS积聚及抑制细胞外信号调节蛋白1/2(ERK1/2)和JNKc-Jun氨基端激酶激活有关。Chao等的研究表明,黄芩素(15)能诱导膀胱癌细胞凋亡,用40～80μmol/L的黄芩素处理膀胱癌BFTC905细胞24小时后,细胞凋亡率显著增加,IC50小于50μmol/L。其机制与阻断了细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK2)-凋亡抑制基因(Survivin)途经引起细胞凋亡有关。汉黄芩素(16)是从中药黄芩中提取分离得到的一个化合物,研究表明其能促进鬼臼毒甙诱导的HL-60、Jurkat和肺癌细胞的凋亡,但其对5-氟尿嘧啶和顺铂诱导的凋亡无促进作用。从中药木蝴蝶中分离得到的千层纸素(17)可抑制HepG2细胞的增殖,这种抑制作用具有时间和浓度依赖性。千层纸素能使HepG2细胞形态学发生改变并伴随DNA断裂。在用千层纸素处理后,细胞生长周期停止在G2/M期,且凋亡数量增加。使用千层纸素后,肿瘤细胞内的Bcl-2和pro-caspase-3蛋白减少。用高清免疫球蛋白A(HIGA)小鼠肾小球膜细胞进行的实验显示,千层纸素具有抑制细胞增殖的作用。同时,千层纸素对血小板衍生的生长因子(PDGF)受体酪氨酸激酶也有抑制作用,而对其他生长因子受体酪氨酸激酶无影响。Luteolin(18)则能降低雄激素受体表达;抑制胰岛素样生长因子-1(IGF-1)和蛋白激酶AKT,使下游的p70S6K1、GSK-3b和FKHR/FKHRL1磷酸化减少;并能抑制由IGF-1诱导的EGFR和MAPK/ERK信号的激活及cyclinD1和p21表达的增加,进而诱导前列腺癌细胞凋亡[。7抑制肺癌细胞凋亡除上述机制外,黄酮类化合物的抗肿瘤作用还与丝裂原激活的蛋白激酶(MAPKs)有关。该类酶属丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶类,包括ERK1/2、丝裂原激活的蛋白激酶的激酶(MEK)、MEK激酶(MEKK)、p38丝裂原激活的蛋白激酶等。MAPKs在调节MMPS或u-PA中起重要作用,而许多肿瘤病理学进程,如癌细胞黏附、侵袭及血管生成等都与MAPKs或PI3K-Akt诱导的NF-κB和AP-1激活有关。二氢黄酮和2′-OH二氢黄酮能通过抑制MAPKs激活NF-κB和AP-1,进而抑制肿瘤细胞增殖,还能通过MAPKs途径抑制MMP-2表达,从而阻止肺癌细胞的侵袭与转移。此外,NF-κB在细胞存活、增殖、肿瘤发生过程中起重要作用。而Morin(19)能通过抑制NF-κB的激活和NF-κB调控基因表达,进而促进细胞凋亡。另外还有一些黄酮类化合物的抗肿瘤作用机制目前尚不明确,但已发现其抗癌效果受结构及浓度的影响。比如,Pedro等对7个天然异戊烯黄酮化合物(20～26)抑制ER阳性和ER阴性的乳腺癌细胞增殖的效果进行的研究结果表明:那些在C8位有异戊烯取代的、并且在C3和C2′成环的黄酮化合物(20、21、22、25)在较高浓度(约3.12μmol/L)时,对癌细胞增殖有抑制作用,但在浓度为0.02～0.78μmol/L的范围内则表现为促进细胞增殖。Zhang等研究了从植物Muntingiacalabura中得到的4个黄酮化合物(27～30)对肿瘤细胞系SGC-7901、BEL-7402、HeLa和HL-60增殖的影响,发现化合物27对4种细胞均有显著的抗增殖活性,IC50分别为4.1、12.0、5.3和1.8μmol/L。Balasubramanian等研究发现,从植物Indigoferaaspalathoides的茎中分离得到的黄酮苷化合物(31)对57种人体肿瘤细胞,包括白血病、非小细胞肺癌、结肠癌、中枢神经系统、黑素瘤、卵巢癌、前列腺癌和乳房癌等细胞均有细胞毒性作用,其IC50值范围为4.06～4.81μmol/L。给接种了肿瘤S180的小鼠使用从植物CirsiumjaponicumDC中提取分离得到的2个黄酮化合物——5,7-dihydroxy-6,4′-dimethoxyflavone(32)和柳穿鱼苷(33)后发现,当这2个化合物的使用剂量为50mg/kg时