药学毕业论文 药食同源中药三萜皂苷抗肿瘤作用机制研究进展

IV引言肿瘤是指机体在的某些致瘤因素的影响下,组织细胞异常增殖所造成的局部肿块。肿瘤组织不论从细胞形态还是组织学构造上,均与其发源的一般组织有不同程度的区别。良性肿瘤通常不转移不复发,也不会对生命构成威胁,但恶性肿瘤会损害患者机体组织、脏器的正常构造及功能,最后导致患者死于器官衰竭。在大多数国家，癌症仍是导致过早死亡的第一或第二常见原因，烷化剂类、铂类、抗代谢类以及多柔比星等抗生素类传统抗肿瘤药物会给患者带来骨髓抑制、恶心、呕吐、脱发等不良反应，会严重损伤患者的正常细胞及器官，而且易产生耐药性。基于此现状，中药以其在肿瘤不能治愈却仍有可能追求高生活质量方面的优势，成为抗肿瘤领域的热门研究方向。中药抗肿瘤历史悠久，《神农本草经》中记载抗肿瘤中药71种。药食同源类抗肿瘤中药因具有安全性高、毒性低、副反应小等特点，有望成为治疗肿瘤的一条新途径。三萜皂苷(TriterpenoidsSaponins)是由三萜皂苷元和一个或多个糖基和/或其他化学基团缩合而成的天然化合物，对多种肿瘤具有较好的抑制作用，且毒副作用较小，因此逐渐成为科研关注的热点。三萜皂苷类化合物在药食同源类中药抗肿瘤的活性成分中占比较大，为更好地开发其在抗肿瘤领域的应用，本文将以药食同源中药三萜皂苷的结构为框架，对近年来药食同源中药中三萜皂苷类化合物的抗肿瘤作用机制进行综述，以期为该领域的后续研究提供理论依据。三萜皂苷作为一种纯天然的植物代谢产物，主要分布在五加科、蝶形花科、石竹科、桔梗科、毛茛科、玄参科、葫芦科等植物中。目前已发现三萜皂苷结构类型中，常见的皂苷元主要分为四环三萜和五环三萜两大类，四环三萜皂苷按照苷元的结构可分为羊毛脂甾烷型、达玛烷型、葫芦素烷型、环菠萝蜜烷型等；五环三萜可分为齐墩果烷型、乌苏烷型、羽扇豆烷型等类型。药理研究表明，其具有抗肿瘤、抗炎、降血糖、镇静催眠、抗过敏、抗病毒等多种的生物活性。化学结构三萜类三萜类化合物结构类型很多，已发现达30余种类型，主要是二环三萜、三环三萜、四环三萜和五环三萜等类型。从中国民间用于癌症治疗的中草药东京枫杨分离鉴定了4个具有抗癌活性的三萜类化合物:齐墩果酸(1)，2α，3β，23－三羟基齐墩果酸(2)和乌苏酸(3)，并对化合物1～3和白桦酯酸(4)的抗癌活性进行了系统评价，化合物1～4在10mg·L－1浓度下对K562细胞增殖的的抑制率分别为42.4%，45.2%，33.7%和34.3%。流式细胞术检测表明:化合物3对tsFT210细胞有细胞周期抑制和细胞凋亡诱导作用。从山矾科植物华山矾根中分得1个对B16和BGC－823细胞具有显著细胞毒活性的新三萜化合物2beta，3beta，19alpha，24－tetrahydroxy－23－norurs－12－en－28－oicacid(5)。五味子科植物分到的三萜的药理作用研究报道较少，从Schisandrapropinqua(Wall.)Hook.F.etThoms的根和茎中分到的(6)具有抑制小鼠Lewis肺癌、脑瘤－22和肝硬化的作用，体外无细胞毒性。从Schisandrasphaerandra中分到的(7)具有抑制HIV逆转录酶和多聚酶的作用。灵芝是一种珍贵的药用真菌，具有较广泛的药理活性，主要具有抗肿瘤作用，从中分离得到的(8)对LLC、S－180、Meth－A有抑制作用，(9)和(10)对Meth－A具有抑制作用。(11)对LLC、T－47D、Meth－A有抑制作用。(9)和(12)对LLC、S－180、T－47D、Meth－A有抑制作用。三萜皂苷类三萜皂苷是三萜类化合物的糖类衍生物。由于糖分子的多样性，尤其是极性较大、糖链较长的三萜皂苷的活性大大区别于三萜，促进了其生物活性的发展，特别是在抗肿瘤、降血糖以及免疫调节等作用日益引起科学家的关注。三萜皂苷已成为天然产物研究中最活跃和进展最快的领域。从毛茛科植物升麻根茎中分离得到1个新三萜皂苷:7，8－二脱氧升麻亭。体外抗骨质疏松药理活性筛选中，发现它在浓度为10－9kg·L－1时，对大鼠成骨肉瘤细胞株(URM106)有明显的增殖作用。从豆科植物皂荚分得的三萜皂苷对Bel－7402、BGC－823、Hela、HL－60和MCF－7都有显著细胞毒活性，用流式细胞仪双着色法发现该化合物主要是诱导早期HL－60细胞凋亡，对HL－60G2/M期的增殖也有显著的促进作用。药食同源中药三萜皂苷抗肿瘤作用机制羊毛脂甾烷型茯苓为多孔菌科真菌茯苓的干燥菌核，性平，味甘、淡，归心、脾、肾经。茯苓酸是茯苓三萜类成分的重要代表，具有抗肿瘤、抗炎镇静等多种药理作用。Wnt信号传导途径的异常活化是肿瘤形成转移的重要原因，当有Wnt配体存在时，原本聚集在细胞质中的β-连环蛋白（β-catenin）就会向核内移位，调节下游靶基因的表达。茯苓酸可显著降低肾癌细胞中Wnt配体以及β-catenin的表达量，通过阻断该通路来促进肾癌细胞凋亡。Caspase家族和Bcl-2家族调控线粒体传递和放大死亡信号，在细胞凋亡中承担着不可替代的重要作用。茯苓酸可在上调Bcl-2家族中的促凋亡蛋白Bax的表达的同时下调抑凋亡蛋白Bcl-2的表达，并可通过增强Caspase3和Caspase7的活性来抑制肿瘤细胞增殖扩散，该机制在胃癌和骨肉瘤的研究中均已得到验证。此外，茯苓酸可下调舌鳞状细胞癌细胞CAL-27中过量表达的趋化因子受体CXCR4，从而诱导细胞周期阻滞，并造成肿瘤细胞凋亡。灵芝为多孔菌科真菌赤芝或紫芝的干燥子实体，性甘，平，归心、肺、肝、肾经，是我国传统名贵的药食同源类中药，灵芝酸是灵芝的重要活性成分。磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphatidylinositol3-kinase,PI3K）/蛋白激酶B（ProteinkinaseB,AKT）/雷帕霉素靶蛋白（Mammaliantargetofrapamycin,mTOR）信号通路在细胞的代谢、生长、增殖、存活、转录以及蛋白质合成等方面发挥着重要作用，灵芝酸A和灵芝酸D皆可下调PI3K、AKT和mTOR的磷酸化蛋白表达，促进肿瘤细胞的凋亡和自噬性死亡。灵芝酸A还可引发前列腺癌DU-145细胞线粒体功能障碍，使活性氧释放量增加，并上调促凋亡蛋白Bad和Caspase3，通过线粒体凋亡途径促进肿瘤细胞凋亡。达玛烷型人参人参为五加科植物人参的干燥根和根茎，味甘、微苦，微温。归脾、肺、心、肾经。达玛烷型人参皂苷为人参的主要活性成分，分为原人参二醇型和原人参三醇型。原人参二醇型人参皂苷Rg3、Rh2、Rb1、Rd、Rg5、Rk1、CK和原人参三醇型人参皂苷Re、Rg18、Rh4等均具有显著的抗肿瘤功效，其中尤以人参皂苷Rg3和人参皂苷Rh2的抗肿瘤作用研究居多。基质金属蛋白酶(Matrixmetalloproteinases,MMP)可以促进恶性肿瘤侵入周围组织、进入血管并在远处渗出，因此MMP也是治疗肿瘤的理想药理学靶点。多项研究表明，人参皂苷Rg3可以通过降低MMP-2和MMP-9的蛋白表达水平抑制鼻咽癌和甲状腺癌的迁移和侵袭。人参皂苷Rh2也具有类似的药理作用，其通过降低MMP-2和MMP-9的蛋白表达水平抑制人胰腺癌细胞株Bxpc-3的增殖、迁移和侵袭。c‐Jun蛋白在调节代谢稳态和调控分化、增殖、转化和死亡等一系列细胞过程中发挥着重要作用，肿瘤细胞中c‐Jun蛋白的表达会显著增加。人参皂苷Rg3通过下调组蛋白去乙酰化酶3的表达，可以增加c‐Jun蛋白的乙酰化水平，抑制其表达，从而抑制皮肤鳞状细胞癌CSCC细胞的上皮-间质转化。此外，人参皂苷Rg3和Rh2也可通过调控PI3K/AKT/mTOR信号通路以及线粒体凋亡途径诱导肿瘤细胞凋亡。西洋参西洋参为五加科植物西洋参的干燥根，原产美国、加拿大，味甘、微苦、凉，归心、肺、肾经。同作为五加科植物，西洋参的抗癌活性物质与人参相似，皆以人参皂苷Rg3与Rh2为主，在此不再赘述。葫芦素烷型罗汉果罗汉果为葫芦科植物罗汉果的干燥果实，是我国第一批批准的“药食两用”的中药材之一，其味甘，凉，归肺、大肠经。信号转导子和转录激活子(Signaltransducerandactivatoroftranscription，STAT)蛋白是一个细胞质转录因子家族，在正常细胞中，STAT3主要通过磷酸化激活，然后将质膜上的细胞因子和生长因子受体接收到的转录信号传递到核内，但在肿瘤细胞中，STAT3被过度激活并导致肿瘤的发展、转移和耐药。研究表明，罗汉果苷V通过调节STAT3信号通路促进胰腺癌细胞的凋亡，降低肿瘤增殖标志物Ki67和PCNA的表达，并可通过抑制血管生成和降低血管密度限制胰腺肿瘤的生长。另外，罗汉果苷Ⅴ通过逆转上皮-间质过渡和破坏细胞骨架，可抑制高血糖诱导的肺癌细胞迁移和侵袭，这对肺癌合并糖尿病患者的治疗具有重要的参考价值。罗汉果醇是罗汉果皂苷的苷元，也是罗汉果皂苷在体内的代谢产物，罗汉果醇对前列腺癌、肝癌、肺癌、鼻咽癌皆有抑制作用，其中对鼻咽癌细胞CNE1的抑制作用最为显著。苦瓜苦瓜是葫芦科苦瓜属的一年生攀缘性草本植物，具有明显的药用价值。苦瓜糖苷C对人神经母细胞瘤细胞IMR-32处理48h后产生显著的细胞毒性，且在无半胱天冬酶激活的情况下对DNA裂解有促进作用，是一种很有前途的坏死诱导型抗癌药物。Survivin是凋亡抑制蛋白家族的成员，调节细胞周期分布和细胞凋亡，且不在成人的正常组织中表达，具有肿瘤特异性。苦瓜素J是苦瓜糖苷C的一个苷元，可通过抑制survivin的表达促进顺铂和紫杉醇诱导的耐药人卵巢癌细胞死亡。环菠萝蜜烷型黄芪为豆科植物蒙古黄芪或膜荚黄芪的干燥根，性甘、微温，归肺、脾经，是我国传统补益中药。黄芪甲苷Ⅳ是黄芪的主要活性成分之一，对多种肿瘤都有抑制作用。肿瘤相关巨噬细胞通常分为M1和M2两个亚组，激活的M2型巨噬细胞会增强了肿瘤的生长、迁移和侵袭。黄芪甲苷Ⅳ通过阻断巨噬细胞的M2极化，从而抑制肺癌、卵巢癌、结直肠癌的恶化。自杀相关因子配体(Factorassociatedsuicide,Fas)是一种跨膜蛋白，可与自杀相关因子配体(Factorassociatedsuicideligand,FasL)结合启动凋亡信号，通过激活死亡受体活化通路引起细胞凋亡。黄芪甲苷Ⅳ联合顺铂可显著提高Fas、FasL表达水平，从而增加骨肉瘤细胞对顺铂诱导生长抑制反应的敏感性。ERK和JNK是丝裂原活化蛋白激酶MAPK家族中非常重要的两条信号通路，两者对于维持癌细胞增殖至关重要，黄芪甲苷Ⅳ和紫杉醇共同给药降低了ERK和JNK水平，从而抑制乳腺癌细胞的增殖。此外，CAV-1作为分子中枢，整合多个信号分子的转导，参与了癌症化学敏感性的调节，黄芪甲苷Ⅳ可通过抑制CAV-1，提高乳腺癌细胞对紫杉醇的化学敏感性。齐墩果烷型桔梗桔梗是桔梗科植物桔梗的干燥根，味苦、辛，性平，归肺经。桔梗的主要活性成分桔梗皂苷D是典型的齐墩果烷型五环三萜皂苷，具有显著抗肿瘤作用。叉头框（Forkheadbox,Fox）蛋白家族作为DNA结合区的转录因子，可以调控肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(Tumornecrosisfactor-relatedapoptosis-inducingligand,TRAIL)以及Fas/FasL的表达。TRAIL、Fas/FasL可以与混合谱系激酶结构区域样蛋白(Mixedlineagekinasedomain-like,MLKL)共同引发肿瘤细胞坏死。宋伟等探讨了桔梗皂苷D对上述通路的影响，结果发现桔梗皂苷D可以促进FOXO3a的核聚集并使TRAIL、Fas/FasL、MLKL、p-MLKL和p-MLKL四聚体蛋白的表达水平上升，从而介导前列腺癌细胞的程序性坏死。此外，桔梗皂苷D还可通过抑制NF-κB信号通路而逆转促炎细胞因子的过度表达，在减轻炎症反应的同时对PI3K/AKT/mTOR信号通路、STAT3信号通路、ERK/JNK信号通路等都具有调节作用，可多靶点抑制肿瘤细胞的生长、转移和侵袭。甘草甘草是豆科植物甘草、胀果甘草或光果甘草的干燥根和根茎，味甘，性平，归心、肺、脾、胃经。甘草所含的多种活性物质都具有抗肿瘤功效，其中的18β-甘草次酸属于甘草中齐墩果型三萜皂苷的皂苷元，是肠道细菌口服甘草酸水解产生的主要代谢物。Toll样受体TLR2通过识别病原相关的分子模式及某些内源性配体，在部分肿瘤的免疫发病机制及生物免疫治疗中起到一定作用。18β-甘草次酸可通过甲基化调节的TLR2信号通路抑制线粒体能量代谢，对胃癌具有抑制作用，并具有剂量依赖性的特点。此外，18β-甘草次酸还可通过介导JNK信号通路以及未折叠蛋白反应激活内质网应激途径促进肿瘤细胞凋亡，且研究表明，若阻断细胞自噬，可大大提高18β-甘草次酸的细胞毒性，这提示18β-甘草次酸与靶向自噬途径联用可成为肿瘤治疗的新策略。山银花本品为忍冬科植物灰毡毛忍冬、红腺忍冬、华南忍冬或黄褐毛忍冬的干燥花蕾或带初开的花。山银花三萜皂苷的主要骨架包括齐墩果酸和常春藤皂苷元，灰毡毛忍冬次皂苷乙的骨架属于后者，是山银花三萜皂苷中具有抗肿瘤作用的主要活性物质。研究表明，灰毡毛忍冬次皂苷乙通过增加活性氧的产生诱导细胞凋亡，激活Caspase-3和Caspase-9，切割多腺苷二磷酸核糖聚合酶PARP，上调蛋白激酶AMPK，抑制雷帕霉素靶蛋白mTOR，从而抑制人卵巢癌细胞的增殖。虽然灰毡毛忍冬次皂苷乙具有成为抗肿瘤药物的潜力，但现阶段对其研究比较少，抗肿瘤的具体机制尚未明确。葛根葛根又称野葛，是豆科植物野葛的干燥根。葛根味甘、辛，性凉，归脾、胃、肺经。葛根中所含的大豆皂苷是一种非常有潜力的抗肿瘤活性物质。P21、P27蛋白是近年来发现的细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(Cyclindependentkinaseinhibitor,CDKI)家族成员，与肿瘤的分化、浸润、增生和转移有关。大豆皂苷元B可以增加p21、p27、细胞周期蛋白A和细胞周期蛋白D的水平，使肿瘤细胞的细胞周期停滞在G0/G1期。此外，大豆皂苷元B可通过诱导细胞凋亡和自噬性死亡来缓解肿瘤的进展。细胞自噬可以防止细胞癌变，但肿瘤一旦形成，自噬就会促进肿瘤的发展，抑制自噬往往可以增强肿瘤的治疗效果。大豆皂苷元B诱导的凋亡和自噬之间的相互作用与上述情况不同。予以自噬阻断剂后，大豆皂苷元B处理的肿瘤细胞凋亡率并未上升，说明大豆皂苷元B可使肿瘤细胞以一种凋亡和自噬相对独立的方式致其死亡。夏枯草、乌梅、沙棘药食同源类中药夏枯草、乌梅、沙棘中均富含齐墩果酸。齐墩果酸是齐墩果烷类三萜的代表性化合物，其抗肿瘤作用靶点非常广泛。调节性T细胞(RegulatoryT,Treg)和促炎性辅助T细胞（ProinflammatoryThelper17,Th17)是肿瘤微环境的重要组成部分，Treg/Th17细胞的失衡与肿瘤中的免疫抑制密切相关。研究表明，miR-98-5p对IL-6的表达具有负调控作用，并通过IL-6调节Treg/Th17的平衡，而齐墩果酸可以促进miR-98-5p的表达，抑制IL-6，进而维持Treg/Th17的动态平衡，抑制肿瘤的发展。此外，齐墩果酸还可通过调控细胞周期蛋白线粒体凋亡通路相关蛋白的表达水平，诱导肿瘤细胞凋亡。乌苏烷型夏枯草、乌梅、沙棘熊果酸又称乌苏酸、乌索酸，是一种理想的天然化疗药物，在自然界中来源广泛。药食同源中药夏枯草、乌梅、沙棘中不仅含有齐墩果烷类代表性抗肿瘤活性物质齐墩果酸，还含有乌苏烷类代表性抗肿瘤物质熊果酸。AMPK即AMP依赖的蛋白激酶，具有促进代谢和抗癌的作用。PPARα属于核受体蛋白，主要参与转录因子表达的调控。熊果酸可通过AMPK和PPARα通路对皮肤癌细胞起抑制作用。另有研究显示，AKT/mTOR的过表达有助于口腔鳞状细胞癌细胞的增殖和放射耐药，熊果酸可通过下调上述通路及因子的表达而促进口腔鳞状细胞癌细胞的凋亡，并抑制其迁移。此外，熊果酸亦可通过诱导细胞周期阻滞、抑制基质金属酶蛋白的表达，抑制JAK和STAT3的磷酸化，激活线粒体凋亡通路，以及调控内质网应激等介导肿瘤细胞死亡。小结与展望三萜皂苷类化合物已成为天然药物研究中发展最快的领域之一，其在抗肿瘤方面具有非常好的潜力，有望作为有效的抗肿瘤药物应用于临床。目前对于药食同源中药中三萜皂苷类化合物的药理作用，以达玛烷型的人参皂苷Rg3、人参皂苷Rh2，齐墩果烷型的齐墩果酸以及乌苏烷型的熊果酸的研究最为丰富而全面，其次是羊毛脂甾烷型的茯苓酸和灵芝酸、环菠萝蜜烷型的黄芪甲苷Ⅳ和齐墩果烷型的桔梗皂苷D，对其他活性成分的研究相对较少。药食同源中药三萜皂苷类活性成分的作用靶点广泛，途径复杂，就目前的研究来看，其靶点主要集中于PI3K/Akt/mTOR信号通路、STAT3信号通路、死亡受体活化通路及线粒体通路等（图1）。现阶段对这类成分的研究大都处于试验阶段，对其抗肿瘤机制的探讨还远远不够，而且也缺少临床用药方面的研究。此外灵芝酸、黄芪甲苷Ⅳ、齐墩果酸和熊果酸等也存在药物生物效率低下、完全纯化困难高等问题。为改善三萜皂苷类药物抗肿瘤的效果，可考虑将三萜皂苷化合物制备纳米药物、与其他抗肿瘤药物联用或者对其进行结构修饰，以提高其生物利用度。图1药食同源中药三萜皂苷抗肿瘤部分靶点三萜皂苷类化合物纳米化给药可显著提高其生物利用度。已有研究表明，Fe@Fe3O4纳米颗粒与人参皂苷Rg3偶联制备的纳米药物(NpRg3)，可通过重塑体内不平衡的肠道菌群和代谢，抑制肝细胞癌的发生和转移。聚乳酸-乙醇酸（PLGA）共聚物是一种新型、生物相容性好且安全无毒的药物封装材料，已有文献报道，用PLGA封装20（R）-人参皂苷Rg3的纳米颗粒可以增加20（R）-Rg3的水溶性并维持其在血液循环中的有效药物浓度，提高生物利用度，与未包封的20（R）-Rg3相比抑制人皮肤鳞癌细胞A431增殖并诱导其凋亡的能力更加显著。联合治疗目前已成为治疗肿瘤的首要方案之一，联合用药比单一给药体系具有更强的细胞凋亡能力和逆转多药耐药的能力。如碳酸钙混合纳米粒子可用于顺铂和齐墩果酸的共递。顺铂-齐墩果酸复合纳米颗粒是稳定的药物传递系统，具有较高的生物相容性和pH响应性，其在pH5.5下120小时累积药物释放率超过90%，具有较好的肿瘤靶向。与单一给药系统相比，顺铂-齐墩果酸复合纳米颗粒的体外和体内抗癌效果都大大提高，可以逆转多药耐药，增加治疗后癌细胞的凋亡和细胞阻滞。此外，多功能人参皂苷Rg3脂质体系统(Rg3-LPs)能显著提高细胞对胶质瘤球状体的摄取和渗透，并且通过协同杀伤肿瘤、调节脑部肿瘤微环境、激活胶质瘤免疫微环境等增强紫杉醇的化疗疗效，从而显著提高抗肿瘤效果。对三萜皂苷活性成分进行结构修饰，其衍生物的抗肿瘤效果可能会远优于母体结构。如熊果酸衍生物UA232通过内质网应激途径比母体熊果酸具有更强的抑制肺癌细胞增殖的能力。齐墩果酸衍生物K73-03能够上调miR-421，下调丝氨酸肽酶抑制剂Kazal1型(SPINK1)，从而抑制线粒体功能，诱导胰腺癌细胞自噬和凋亡，而且实验结果表明，与抗肿瘤药物吉西他滨相比，SPINK1更可能是K73