金雀异黄素诱导肿瘤细胞凋亡的研究进展

吕春秀综述 汪治宇审校

1972年澳大利亚学者Kerr等[1]首先从形态学方面描述了1种与坏死完全不同的细胞死亡方式——凋亡(apoptosis)，它与细胞分裂增殖同属于细胞最基本的生命活动，对组织的生长发育具有同等重要的调节作用，在维持机体平衡状态方面有积极的生物学意义，尤其是在肿瘤的发生发展中占有重要地位。1992年英国科学家Hickman等[2]提出诱导肿瘤细胞凋亡可以作为肿瘤治疗研究中的主要目标和手段。目前抗肿瘤药物的研究主要集中于抑制肿瘤细胞增殖及诱导肿瘤细胞凋亡两方面，其中诱导肿瘤细胞凋亡成为了国内外研究的热点。

金雀异黄素(Genistein)又称染料木素，是1种存在于豆科植物和齿状植物中的天然异黄酮化合物，其化学名为5，7，4’—三羟基异黄酮，具有多种生理或药理活性，对多种肿瘤具有较强的抑制作用[3]。Genistein抗癌研究已经成为世界热门焦点，并取得很大的进展。流行病学研究表明，大豆作为genistein惟一膳食来源，可能与中国、日本相对患乳腺癌、结肠癌、前列腺癌率低有关[4]。我们将近年来国内外有关金雀异黄素诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制综述如下，从而为金雀异黄素抗肿瘤的治疗提供依据。

1 Genistein的化学结构及抗肿瘤作用

1.1 化学结构

Genistein(如图1)是带芳香A-环的三苯基化合物，在分子的相对两极带有2个酚羟基，结构和相对分子质量与雌二醇类似，与ER结合，介导雌激素样作用。主要分为ER-α型和ER-β型。Genistein对ER-β的亲和力高于ER-α，故genistein仅影响部分ER。

图1 金雀异黄素

1.2 抗肿瘤作用

Genistein是1种具有多种生物学作用的异黄酮类物质，自从Akiyama等[5]1987年首次报道Genistein是1种蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)特异性抑制剂以来，其抗癌活性引起广泛关注。体内体外实验及流行病学研究结果显示，Genistein对多种肿瘤均有抑制作用[6]。Genistein不仅单独对多种肿瘤有预防和抑制作用,还和许多抗肿瘤药物(如他莫昔芬、顺铂、双氯乙基亚硝脲、柔红霉素、噻唑呋林)有协同抗肿瘤作用。

1.3 诱导肿瘤细胞凋亡的作用特点

Sarkar等[7]发现，Genistein能诱导MDA-MB-231、MDA-MB-435和MCF-7乳腺癌细胞，PC3、LNCaP前列腺癌细胞，H460和H322非小细胞肺癌细胞以及HN4头颈鳞癌细胞的凋亡。所有癌细胞在用不同浓度Genistein干预后，其凋亡率与对照组相比差异显著，且在一定范围内呈时间-剂量依赖性。

2 Genistein诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制

2.1 通过PI3K/Akt信号传导途径诱导肿瘤细胞凋亡

Akt是细胞内信息传导途径中的1个重要的蛋白激酶，它是磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)下游的靶蛋白，是PI3K/Akt信号传导途径的中心环节，它在控制细胞存活和凋亡过程中具有重要作用[8]。Akt的持续活化是其发挥促细胞生存、抑制细胞凋亡功能的重要前提，而Ser473和(或)Thr308位点的磷酸化是Akt激活的必要条件。付荣霞等[9]研究Genistein对人胃腺癌细胞中Akt及其磷酸化蛋白表达的影响，发现Genistein能显著降低Akt的活性形式——p-Akt(Ser473)和p-Akt(Thr308) 2种磷酸化蛋白的表达，通过抑制Akt活性形式——磷酸化Akt的形成而诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞增殖。以上资料证实金雀异黄素抑制了Akt和Akt激酶活性,从而导致对生存信号的抑制并诱导凋亡信号。

2.2 通过酪氨酸蛋白激酶途径诱导细胞凋亡

酪氨酸蛋白激酶( tyrosine protein kinase，TPK)是生长因子的受体， TPK引起的受体磷酸化和有丝分裂的信号转导，导致癌细胞增殖受抑制。TPK是1种催化蛋白质分子中酪氨酸残基磷酸化的蛋白激酶，当相应的生长因子如胰岛素生长因子-1(insulin like growth faetor- 1，IGF-1)、肝细胞生长因子(HGF)和EGFR与其受体结合后，即可诱导受体变构，进而导致受体胞内一定位置中的酪氨酸残基自身磷酸化，并激活受体TPK活性。TPK激活后，相继使其底物蛋白质磷酸化，构成激酶级联，从而将胞外信息传递到细胞内，对细胞分裂、分化及增殖、凋亡进行调控[10，11]。研究发现，在胰岛素样生长因子(IGF-1)调控下，Genistein可抑制人前列腺上皮细胞RWPE-1的增生，并显著减少G0/G1期细胞百分比,增加G2/M期细胞百分比,影响细胞周期，从而诱导细胞凋亡[12]。

2.3 通过NF-κB途径诱导肿瘤细胞凋亡

在细胞凋亡方面,核因子NF-κB(nuclearfactor-κB,NF-κB)引起人们的关注。NF-κB广泛存在于真核细胞内,是将信息从胞质传至胞核引起相应基因表达的重要的转录因子。最近发现NF-κB的异常核内表达与恶性肿瘤的发生密切相关,NF-κB在肿瘤细胞的凋亡中起到重要作用[13]。NF-κB的异常激活可诱导促癌基因c-myc的激活,使其过量表达而抑制细胞凋亡、促进细胞的生长和繁殖。NF-κB的异常激活还可启动cyclin D1的转录,促进G1/G0期向S期转换,促进细胞增殖、抑制凋亡,最终使细胞恶性转化、癌变。抑制NF-κB活性,则可诱导细胞凋亡。文献报道金雀异黄素具有抑制肿瘤细胞NF-κB活性,诱导细胞凋亡作用[14]。

2.4 通过有丝分裂原激活的蛋白激酶途径诱导肿瘤细胞凋亡

有丝分裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activatedp rotein kinasps,MAPK)是细胞内的1类富含丝/苏氨酸残基的蛋白激酶家族，是近年来研究的热点之一。根据其结构不同，可以分成3类多成员的亚家族：细胞外信号调节激酶(ERK)、C—Jun—N2末端激酶(JNK)和p38MAPK等，他们通过相互独立的信号途径激活下游信号分子从而激活MAPK[15]。激活的MAPK可以磷酸化多种转录因子，在将细胞外刺激信号转导至细胞及其核内，在多种受体信号传递途径中具有关键作用。研究表明多种刺激因子通过激活MAPK途径参与细胞的凋亡过程。Agarwal[16]用100～200 μmol的genistein作用于非雄激素依赖的人前列腺癌细胞DU145，发现呈浓度依赖性的抑制癌细胞的生长，免疫印迹法发现ERK 1/2的活性受到不同程度抑制，同时伴随细胞周期负性调节因子p21和p27的表达上调，而细胞周期蛋白激酶CDK2、CDK4的表达却减少。genistein还可通过抑制MAPK信号途径增加肿瘤对放疗的敏感性。

2.5 通过蛋白激酶CK2途径诱导肿瘤细胞凋亡

蛋白激酶CK2是1种在真核细胞中普遍存在的信使非依赖性丝/苏氨基酸蛋白激酶，它与许多生物活性有关,在许多恶性肿瘤中过表达,它可促进肿瘤细胞中抗凋亡因子NF-κB的活性[17，18]。NF-κB是近年来发现的重要转录调控因子，其广泛存在于细胞中，与肿瘤的发生发展和侵袭转移有密切关系。乳腺癌的发病机制就与转录因子NF-κβ的异常活化有关。有研究表明，在人原发性乳腺癌和培养的肿瘤细胞中，蛋白激酶CK2和NF-κB的必需调节物IκKβ及IκKα活性增高,NF-κB的另一种新的活化剂——IKKī/IKKε的表达也增高，而高表达的CK2可增加IKKī/IKKε的MRNA和蛋白表达水平，而且CK2能催化NF-κB的抑制蛋白IκB磷酸化能加速羧基端PEST区的降解，有利于NF-κB活化,促进抗凋亡基因的转录[19～21]。因此，CK2具有上调NF-κB的活性，这是乳腺癌发生的1个重要因素。而研究表明，抑制蛋白激酶CK2，阻断Wnt信号传导，进而抑制NF-кB，诱导肿瘤细胞凋亡[22]是金雀异黄素的全新抗肿瘤机理。

2.6 通过磷脂酰肌醇途径诱导肿瘤细胞凋亡

磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)通路信号转导异常增强，表现为催化这一通路的生化反应关键酶PI激酶、PI-磷酸(phosphatidylinositol-4-phosphate,PIP)激酶活性增强和第二信使分子三磷酸肌醇(inositol 1,4,5-trisphosphate,IP3)和二酰基甘油(diacylglycerol,DG)产生增加。genistein能对通过多种机理对多种肿瘤细胞的生长发挥抑制增殖、诱导凋亡的作用，能降低肝癌细胞PIP激酶活性,抑制肝癌细胞增殖，研究证实[23～25]， genistein能抑制磷酸肌醇通路信号转导，促进肝癌细胞凋亡。

2.7 通过凋亡信号传导途径诱导肿瘤细胞凋亡

细胞内外的多种信号刺激可以诱导细胞凋亡，这些信号传导途径是多种多样，研究发现genistein抑制胃癌细胞SGC-7901的增殖的机制主要是阻断信号转导途径，促进细胞凋亡[26]。Genistein可以增强癌细胞凋亡信号的转导，直接抑制CYP24酶活性来阻止前列腺癌细胞增殖[27]。

2.8 通过细胞周期途径诱导肿瘤细胞凋亡

细胞周期调控异常是肿瘤发生的1个重要原因，因其既能影响细胞分裂增殖又可能诱发细胞凋亡。已有许多研究表明，很多抗肿瘤药物能作用于细胞周期的某一环节使细胞增殖受阻，从而诱导其凋亡。研究发现genistein抑制乳腺癌细胞增殖的机制之一是将肿瘤细胞阻滞在S期，减少进入G2/M期的细胞数目，抑制肿瘤细胞生长代谢，减少有丝分裂，并导致受影响的肿瘤细胞快速凋亡[28]。大量研究表明分裂期阻滞是诱导肿瘤细胞凋亡的重要诱因。据此推测，金雀异黄素可能作用于细胞周期的调节点，从而干扰和阻滞肿瘤细胞的增殖，诱发肿瘤细胞凋亡。

综上所述，Genistein具有诱导多种肿瘤细胞凋亡的作用，是很有潜力的肿瘤防治生物活性成分，其诱导凋亡作用涉及影响多种凋亡基因和不同的凋亡信号途径，各种因子之间以及各种信号途径之间又相互影响、相互作用，构成复杂的凋亡调控网络，但还有许多环节的分子机制尚需进一步研究。随着现代分子生物技术的迅速发展，必将为Genistein的抗肿瘤机制研究起到巨大推动作用，而伴随此机制的研究定将为肿瘤的治疗开辟新途径。

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