番荔枝科中内酯类成分抗肿瘤作用的研究进展

杨海军， 张 宁， 曾庆琪， 余启平

国内外学者已从天然植物中提取并分离出活性较强的抗肿瘤药物，如喜树碱、鬼臼毒素、长春新碱、紫杉醇、三尖杉生物碱等，但临床研究表明，患者长期使用以上抗肿瘤药物，易产生多药耐药及严重不良反应。1982年Jolad等首先从番荔枝科的紫玉盘属植物(Uvaria L.)分离出抗肿瘤活性很强的番荔枝内酯(Uvaricin)，体外实验表明其具有抗白血病的活性，自此，番荔枝科成为继红豆杉(活性成分为紫杉醇)后研究的热点。近些年来，番荔枝内酯以其独特的作用机制和广泛的生物活性被喻为“明日抗癌之星”。本文就番荔枝科中内酯类活性成分的来源、化学结构，抗肿瘤实验研究，临床应用及作用机制做系统的总结。

1 番荔枝科的概述

番荔枝(南美番荔枝家族)有130类2 300多种，中国有24个属103个种和6个变种，荔枝在我国南方的广东、广西、海南、福建、台湾和云南等省均有栽培;东南亚、南美国家及地区也广泛分布。目前国内外学者已从番荔枝属(Annona)、紫玉盘属(Uvaria)、哥纳香属(Goniothalamus)、泡泡树属(Asimina)、卷团属(Rollinia)、木瓣树属(Xylopia)、暗罗属(Polyalthia)和阿蒂莫耶属(Atemoya hort)等8个属中共分离、鉴定出500余种番荔枝内酯化合物，他们分布在番荔枝科多种植物的根、树皮、种子、叶子以及果实中。

2 番荔枝科中具抗肿瘤活性的内酯成分的化学结构

番荔枝科植物中具有抗肿瘤活性的内酯成分有2种:(1)番荔枝内酯。目前已报道有6种结构类型，即无四氢呋喃环型、单四氢呋喃环型、邻双四氢呋喃环型、间双四氢呋喃环型、邻三四氢呋喃环型、吡喃环型番荔枝内酯。结构差异主要在含氧官能团的数目、位置，碳氢链的长度，四氢呋喃个数，末端α、β、不饱和γ内酯的类型。(2)苯乙烯内酯类化合物。景洪哥纳香树皮中可分离到苯乙烯内酯isoaltholactone，goniodiol-7-monoacetate，leiocarpin A，goniodiol，而根中可分离到goniolactone F。

3 番荔枝内酯类成分的抗肿瘤的实验研究

3.1 番荔枝内酯抗肿瘤作用及构效关系 动物体内外实验研究已证实，番荔枝内酯具有治疗肝癌、前列腺癌、胰腺癌、宫颈癌等作用［1-3］。Yuan 等［4］研究发现番荔枝内酯单体Annonacin对卵巢癌、宫颈癌、乳腺癌、膀胱癌、皮肤癌等多种肿瘤细胞均具有细胞毒作用。有报道称番荔枝内酯中治疗白血病活性最强的内酯是Bullatacin，按质量计算为紫杉醇作用的300 倍［2］。Queiroz等［5］证明番荔枝内酯 Squamocin及其衍生物对人表皮细胞、鼠淋巴白血病细胞体外有很强细胞毒作用。Hopp等［6］在观察细胞毒作用的同时还观察了番荔枝内酯对不同肿瘤细胞株的毒性选择性，结果发现，番荔枝内酯单体Bullacin B对人肺癌细胞A-549，人乳腺癌细胞MCF-7的IC50值为10－7μg/mL，其作用强于阿霉素106倍;对人胰腺癌PACA-2细胞的IC50值为0.1 g/mL。而另一种单体Annoglacins A对人胰腺癌PACA-2细胞的IC50值为10－7μg/mL，是阿霉素作用的104倍，对人乳腺癌细胞MCF-7和人肺癌细胞A2549的IC50值分别为10－4μg/mL 和10－3μg/mL。

目前，番荔枝内酯构效关系可以概括为生物活性来自于末端不饱和内酯环，通过一定长度烷基链同另一个环状官能团如四氢呋喃(THF)相连结。Alali等［7］认为番荔枝内酯的构效关系是:(1)抗肿瘤活性，邻THF番荔枝内酯＞不相邻THF番荔枝内酯＞单THF番荔枝内酯＞无环番荔枝内酯;(2)α、β、不饱和γ内酯结构是生物活性必需的;(3)分子结构中含羟基越多活性越强;(4)还原脂肪链羰基若连接羟基活性增强;(5)分子结构中羟基乙酰化活性降低。由于THF和不饱和内酯环间的碳链长度对于番荔枝内酯生物活性和对不同细胞的选择至关重要，所以在某种程度上，烷基链是比内酯环和THF更重要的构效因子。尽管不饱和内酯环是多数番荔枝内酯的共同特征，但对烷基链的化学修饰较两个功能环的变化更能明显影响番荔枝内酯的生物活性。不饱和内酯环和四氢呋喃环之间的距离为13个碳原子的生物活性最强［8］。

3.2 番荔枝内酯逆转肿瘤细胞多药耐药的作用多药耐药(multidrug resistant，MDR)可分为原发性和获得性两种。通常认为其发生机制与依赖ATP的药物外排泵及大小170 kD的P-糖蛋白(P-gp)的过表达有关。Oberlies等［9］通过对人乳腺癌细胞株MCF27/wt(野生型)和MCF27/Adr(阿霉素耐药型)的研究表明，Bullatacin能抑制MCF27/Adr的生长，并在10－4μg/mL到1 μg/mL范围内表现出剂量依赖性(即10－4μg/mL和1 μg/mL的细胞生长抑制率分别为0%和100%)。而在此范围内，Bullatacin对MCF27/wt的抑制率在50%左右出现平台期。Bullatacin逆转耐药性的作用机制可能是由于降低了耐药细胞株内P-gp的过表达。Raynaud等［10］的实验同样证明番荔枝总内酯(AAs)、Bullatacin和Atemoyacin-A对人乳腺癌细胞株MCF-7及其多药耐药性细胞株MCF-7/ADR、人喉癌细胞株KB、人喉癌多药耐药细胞株KBv200的细胞生长有抑制作用。

3.3 番荔枝中苯乙烯内酯类化合物的抗肿瘤作用番荔枝科植物中，具有抗肿瘤作用的苯乙烯类化合物很多集中在哥纳香属内。有人［11-12］从海南哥纳香中分离得到海南哥纳香素甲(苯乙烯吡喃酮类)，对其进行了抗肿瘤的体外细胞生长曲线测定、MTT试验及对体内移植性肿瘤的实验。体外实验显示其对HL-60和L1210肿瘤细胞的生长有抑制作用，对人卵巢癌 A2780、人肝癌Bel-7402、人结肠癌KCT8等肿瘤细胞有较强的杀伤作用，对HL-60细胞的 ED50 为 10－3mg·L－1，而 10 mmol·L－1海南哥纳香素甲作用6 h后即能诱导HL-60细胞凋亡，且时间和剂量呈依赖性。体内试验也显示其对肿瘤细胞有较强的抑制作用，IC50在2 mg·L－1左右，但对正常细胞影响较小，而对实体型肝癌H22小鼠、Lewis肺癌及腹水型S180小鼠，在剂量为40 mg·kg－1·d－1时，抑制率分别达 64.4%、59.4% 和61.3%，且与对照组比均具有统计学意义。另外，经腹腔注射25 mg·kg－1海南哥纳香素甲后，对Heps肝癌，EC实体瘤和 Lewis肺癌的抑瘤率分别为58.9%、47.1%和 50.0%，口服亦同样有效。Hawariah等［13］研究发现，苯乙烯内酯类化合物对人乳腺癌细胞MCF-7和MDA2MB 2231的 EC50分别为2.24 ×10－7mol/L 和5.62×10－7mol/L。Inayat-Hussain等［14］研究发现从哥纳香属植物中提取得到的苯乙烯内酯类化合物goniothalamin能诱导人白血病Jurkat T细胞出现凋亡。

4 番荔枝内酯类成分的作用机制

4.1 番荔枝内酯抗肿瘤的作用机制 番荔枝内酯的强抗肿瘤生物活性的机制可能是对细胞线粒体呼吸链的抑制作用，线粒体是细胞产生能量的主要场所，细胞线粒体呼吸电子传递链主要由4个蛋白酶复合物组成，分别是NADH氧化酶、琥珀酸氧化还原酶、细胞色素C氧化还原酶、细胞色素C氧化酶。其中最复杂且关键的蛋白酶是NADH氧化酶，其又可称为线粒体复合物(Mitochondrial Complex I)，若其被抑制将导致电子传递链大部分受阻，NADH氧化酶的经典抑制剂是鱼藤酮(Rotenone)，番荔枝内酯与鱼藤酮在化学结构和空间构型上完全不同，却具有类似鱼藤酮的强烈抑制NADH氧化酶的作用。由于NADH氧化酶可被番荔枝内酯抑制，不能形成氧化磷酸化反应所需要的质子梯度，导致ATP合成酶失活，从而使生成的ATP减少以达到抑制细胞能量代谢活动，最终使肿瘤细胞失去能量而死亡［15］。有研究报道番荔枝内酯的抗肿瘤机制可能是其与G1期肿瘤细胞结合，诱导Bax表达，增强Caspase23的活性，引发肿瘤细胞凋亡［16］。还有研究报道番荔枝内酯通过降低细胞内cAMP和cGMP的水平而诱导肿瘤凋亡［17］。

4.2 番荔枝苯乙烯内酯抗肿瘤的作用机制 对苯乙烯内酯类化合物抗肿瘤作用机制和作用靶点目前意见不一，Hawariah等［13］在研究中发现苯乙烯内酯通过非竞争性拮抗雌激素来发挥抑制肿瘤细胞增殖的作用。Pihie等［18］却认为苯乙烯内酯的抗细胞增殖作用并非通过雌激素受体介导。Inayat-Hussain等［14］研究发现番荔枝苯乙烯内酯在诱导Jurkat T凋亡过程中天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶Caspase23和Caspase27被激活，进而诱导凋亡。还有人［19］认为苯乙烯内酯的作用靶点在cAMP依赖蛋白激酶(PKA)的上游。

5 番荔枝内酯类成分的临床应用

以番荔枝内酯为活性成分的药物仍在不断的开发之中，但尚未有任何品种获批准上市。最有开发前途的药物是阿诺宁，为中国科学院华南植物研究所研制的具有较强的广谱抗癌活性的番荔枝内酯有效部位药物。阿诺宁由质量分数大于90%的5～6个番荔枝内酯化合物和质量分数小于10%的未知成分组成，其中单体化合物squamocin质量分数约占50% ～60%，bullatacin 质量分数约占 9.15%［20-21］。目前阿诺宁的临床前研究已基本成熟，其高效低毒的优势显而易见，进一步的临床试验我们将拭目以待。

6 展望

番荔枝科不同属中含有多种抗癌活性成分，其中以番荔枝内酯和苯乙烯内酯活性最强，国内外的相关研究已表明其有强抗瘤活性，且对不同肿瘤细胞有广泛毒性，而对正常细胞的毒性作用较小。因此有望开发成为继紫杉醇后又一新型的天然抗肿瘤药物。关于番荔枝内酯和苯乙烯内酯的临床试验是否进一步开展，值得关注。另外，由于番荔枝内酯和苯乙烯内酯含量低，工业化生产较难实施。因此，如何有效而经济地提取纯化有待科技工作者的解决。

［1］ Wang S，Zhang YJ，Chen RY，et al.Goniolactone A-F，six new styrylpyrone derivatives from the roots of Goniothalamus cheliensis［J］.J Nat Prod，2002，65(6):835-841.

［2］ Zhu JX，YU JG，Sun L，et al.Styryllactones in the Leaves of Goniothalamus cheliensis［J］.Chin J Nat Med，2006，4(2):91-93.

［3］ Chen SB，Yu JG.The chemical constituents in the stem of goniothalamus griffithii［J］.Acta Botanica Sinica，1999，41(3):330-333.

［4］ Yuan SS，Chang HL，Chen HW，et al.Annonacin，a mono-tetrahydrofuran acetogenin，arrests cancer cells at the G1 phase and causes cytotoxicity in a Bax and caspase-3-related pathway［J］.Life Science，2003，72(25):2853-2861.

［5］ Queiroz EF，Roblot F，Duret P，et al.Synthesis，spectroscopy，and cytotoxicity of glycosylated acetogenin derivatives as promising molecules for cancer therapy［J］.Med Chem，2000，43(8):1604-1610.

［6］ Hopp DC，Alali FQ，Gu ZM，et al.Three new bioactive bis-adjacent THF ring acetogenins from the bark of Annona squamosa［J］.Bioorg Med Chem，1998，6(5):569-575.

［7］ Alali FQ，Liu XX，Mclaughlin JL.Annonaceous acetogenins:recent progress［J］.J Nat Prod，1999，62(3):504-540.

［8］ Takada M，Kuwabara K，Nakato H，et al.Definition of crucial structural factors of acetogenins，potent inhibitors of mitochondrial complexⅠ［J］.Biochim Biophys Acta，2000，1460(2-3):302-310.

［9］ Oberlies NH，Croy VL，Harrison ML，et al.The Annonaceous acetogenin bullatacin is cytotoxic against multidrug resistant human mammary adenocarcinoma cells［J］.Cancer Lett，1997，115(1):73-79.

［10］ Raynaud S，Nemati F.Miccoli L，et al.Antitumoral effects of suamocin on parental and multidrug resistant MCF-7(human breast adenoearcinoma)cell lines［J］.Life Sci，1999，65(5):525-533.

［11］ Chen RY，Yu DQ，Ma LY，et al.The chemical constituents of goniothalamus howii Merr.et Chun［J］.Acta Pharm Sin，1998，33(6):453-456.

［12］ Alali FQ，Zhang Y，Rogers L，et al.(2，4-cis and trans)-gigantecinone and 4-deoxy-gigantecin，bioactive nonadjacent bis-tetrahydrofuran annonaceous acetogenins，from Goniothalamus giganteus［J］.J Nat Prod.1997，60(9):929-933.

［13］ Hawariah A，Stanslas J.In vitro response of human breast cancer cell lines to the growth-inhibitory effects of styrylpyrone derivative(SPD)and assessment of its antiestrogenicity［J］.Anticancer Res，1998，18(6A):4383-4386.

［14］ Inayat-Hussain SH，Osmanb AB，Dinc LB，et al.Caspase-3 and-7 are activated in goniothalamin induced apoptosis in human Jurkat T cells［J］.FEBS Letters，1999，456(3):379-383.

［15］ Miyoshi H ，Ohshima M ，Shimada H，et al.Essential structural factors of annonaceous acetogenins as potent inhibitors of mitchondrial complex I［J］.Biochem Biophys Acta，1998，1356(3):443-452.

［16］ Kuwabara K，Takada M，Iwata J，et al.Design syntheses and mitochondrial complex I inhibitory activity of novel acetogenin mimics［J］.Eur J Biochem，2000，267(9):2538-2546.

［17］ Chiu HF，Chih TT，Hsian YM，et al.Bullatacin，a potent antitumor annonaceous acetogenin，induces apoptosis through a reduction of intracellular cAMP and cGMP levels in human hepatoma 2.2.15 cells［J］.Biochem Pharmacol，2003，65(3):319-327.

［18］ Pihie AH，Stanslas J，Din LB.Non-steroid receptor-mediated antiprolifer ative activity of styrylpyrone derivative in human breast cancer cell lines［J］.Anticancer Res，1998，18(3A):1739-1743.

［19］ 钟利，楼丽广，胥彬.番荔枝科植物抗癌活性成分研究的新结果［J］.肿瘤，2003，23(2):162-163.

［20］ 谢冰芬，冯公侃，朱孝峰，等.阿诺宁的抗瘤作用研究［J］.癌症，2002，21(4):379-382.

［21］ 谢冰芬，吴萍，刘宗潮，等.阿诺宁各组分的抗肿瘤活性和急性毒性比较研究［J］.中草药，2007，38(8):1199-1202.