强心苷类抗癌作用研究进展

陈大朋，唐泽耀，熊永建，林 原

强心苷类(cardiac glycosides)可分为外源性与内源性两类，外源性强心苷类是一类天然产物或其提取物的总称，如洋地黄(digitalis)、夹竹桃苷(oleander glycosides)以及蟾蜍提取物蟾蜍灵(bufalin)等［1］。强心苷类具有正性肌力作用，其作用机制是通过抑制Na+-K+-ATP酶活性，增加心肌细胞内Ca2+的浓度，从而使心肌收缩力增强［2］。早在20世纪60年代就有强心苷类物质治疗癌症的相关报道［3］，但由于其对人体的毒性，未能进行持续研究。然而，近年来有研究指出，强心苷诱导人体肿瘤细胞凋亡所需的浓度对人体并不产生毒性［4］。

此外，研究表明哺乳动物也分泌内源性强心苷类物质，如内源性哇巴因(endogenous ouabain)、内源性地高辛(endogenous digoxin)、内源性海蟾蜍毒素(marinobufagenin)等［5］;与正常组织相比，许多癌组织的 Na+，K+-ATP酶亚基的表达发生变化;内源性洋地黄类物质与Na+，K+-ATP酶相互作用的改变与癌症的发生可能有关［5-6］。

1 强心苷类的抗癌作用

强心苷类物质可通过多种方式产生抗癌作用，其主要作用机制如下所述。

1.1 强心苷类的主要抗癌靶点

1.1.1 强心苷类抑制Na+，K+-ATP酶活性 Na+，K+-ATP酶是强心苷类物质发挥抗癌作用的主要靶点，但是并不是所有的强心苷类物质的抗癌作用均与抑制Na+，K+-ATP酶有关。研究发现［4，7-8］，Na+，K+-ATP 酶在调节细胞增殖和多种基因表达方面具有作用，如毒毛花苷G(Strophanthin G)与Na+，K+-ATP酶结合后，可激活Ras和MAPK途径，增加线粒体活性氧(reactive oxygenspecies，ROS)的表达，导致线粒体继发性损伤、功能丧失，甚至自体吞噬。

1.1.2 强心苷类抑制缺氧诱导因子-1活性 研究发现，在许多的肿瘤细胞中，缺氧诱导因子-1α(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)表达水平增加。HIF-1活性升高将促进其靶基因，如血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、促红细胞生成素(erythropoietin，EPO)等表达增加，从而促进肿瘤生长、血管再生、肿瘤转移，导致肿瘤细胞生物学特性发生变化［9］。多种强心苷类药物，包括地高辛、毒毛花苷G、海葱次苷A(proscillaridin A)等均能抑制肿瘤细胞HIF-1a蛋白的合成和靶基因的表达，从而对肿瘤细胞的增殖具有抑制作用［10］。

1.1.3 强心苷类抑制FGF-2和NF-κB 研究提示，成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)，尤其是碱性纤维细胞生长因子，可参与细胞增殖或是肿瘤细胞的形成［11］。核转录因子-κB(NF-κB)的激活可以抑制肿瘤细胞凋亡。强心苷类物质可通过抑制NF-κB以及抑制FGF-2的分泌，从而抑制肿瘤细胞的增殖［12］。FGF-2和NF-κB均为强心苷类抗癌药物研制的重要靶点。

1.1.4 阻断雌激素受体 17β-雌二醇可通过激动雌激素受体(ERs)促进乳腺癌的生长，研究表明，强心苷可通过阻断这种作用有效的调节雌激素依赖的乳腺增生［13］。

1.1.5 抑制拓扑异构酶的活性 Terness等人在实验中发现，去除强心苷类物质结构中抑制Na+，K+-ATP酶活性的官能团后，强心苷类物质仍然具有诱导癌细胞凋亡的作用;毒毛花苷G、地高辛以及原海葱苷A可通过抑制拓扑异构酶2活性，降低人乳腺癌细胞系MCF-7的增殖［14］。

1.1.6 强心苷类诱导细胞凋亡 细胞凋亡是在基因调控下细胞程序性主动死亡的过程。在对雄激素非依赖性人类前列腺癌细胞实验研究中发现，强心苷类物质可通过抑制Na+，K+-ATP酶，使细胞内钙离子浓度增加，进而激活天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶(cysteine aspartic acid specific protease，Caspase)，诱导癌细胞凋亡［15］。野生型p53基因(wt p53)是肿瘤抑制基因，参与抑制肿瘤细胞增殖与诱导肿瘤细胞凋亡;地高辛可选择性抑制具有突变p53基因的癌细胞生长，而对于正常细胞野生型 p53基因无影响［16］，强心苷类物质，哇巴因，可以通过调节细胞周期相关蛋白的生成介导肝癌HepG2细胞周期S期阻滞与凋亡［8］。

1.1.7 强心苷类物质的细胞毒性 研究发现对于正常与癌细胞，地高辛皆可通过抑制Na+，K+-ATP酶使细胞内K+减少至正常浓度的1/3，抑制蛋白质合成，产生细胞毒性［17］。另有研究显示夹竹桃苷可以通过改变细胞膜流动性来调节白细胞介素-8受体而抑制其介导的生物学效应，产生细胞毒性［18］。也有实验发现高浓度哇巴因可引起明显的时间依赖性线粒体膜电位的消失，对肿瘤细胞产生毒性［19］。

1.1.8 其它抗癌靶点 强心苷类还可以通过作用于其它靶点抑制肿瘤细胞的增殖。如夹竹桃苷强心苷类物质可以抑制细胞膜的流动性从而降低肿瘤细胞的增殖，蟾毒灵可降低环腺嘌呤核苷酸(cAMP)的含量影响肿瘤细胞的增殖。此外，强心苷类物质可通过降低热休克蛋白(heat shock protein，Hsp70)的含量从而抑制肿瘤细胞的增殖［4］。

2 强心苷类抗癌效果

2.1 抗乳腺癌疗效观察 早在1979年，研究人员便发现了强心苷类物质对于乳腺癌的疗效。调查发现［12］，曾经接受过强心苷治疗患者的乳腺癌发病率明显低于未接受强心苷治疗的患者的发病率。强心苷类物质中具有治疗乳腺癌作用的很多，如萝摩科植物中含有的卡罗托苷(calotropin)夹竹桃科中的夹竹桃苷元，玄参科植物中的羟基洋地黄毒苷等成分，对乳腺癌癌细胞增生均有明显地抑制作用［20］。

关于强心苷与乳腺癌的关系，也存在相反的报道，如2008年，Ahern等［21］通过临床研究，报道了地高辛应用会导致乳腺癌患病率增加。他们认为地高辛的应用与乳腺癌患病率的增加具有一定的关系。

2.2 对前列腺癌症的作用 研究提示，强心苷类可通过引起细胞内钙离子浓度的增加产生毒性以及诱导细胞凋亡，直接抑制雄激素依赖性的前列腺癌细胞LNCaP的增生，也可以直接抑制雄激素不依赖性的前列腺癌细胞DU145和PC3的增生［12］。强心苷类物质中具有抑制前列腺癌细胞增生作用的有蟾毒灵、地高辛、洋地黄毒素等［22］。

2.3 对其他种类癌作用研究 萝摩科植物中含有的卡罗托苷、异牛角瓜苷，夹竹桃科中的毛地黄毒苷配基对人非小细胞肺癌的增生具有明显的抑制作用［23］。

夹竹桃科中的夹竹桃甙元，萝摩科植物中含有的卡罗托苷、异牛角瓜苷等对人结肠癌细胞增生抑制作用明显;菊科植物星状风毛菊中含有的强心苷类可抑制胃癌细胞增生［23］。除此之外，许多强心苷类物质对呼吸道癌、肺癌、人黑色素瘤、纤维素肿瘤、胶质母细胞瘤以及口腔上皮癌细胞增生均有抑制作用，其具体的作用机制尚在研究中［4］。

3 内源性强心苷类物质与癌症的关系

有研究提示，内源性强心苷类物质也可以以生长因子的形式，对于心肌以及平滑肌细胞的增殖和分化产生影响［5］。Weidemann等［25］在2004年研究发现，在被研究的乳腺癌患者中，73.6%的乳腺癌患者的血浆内源性洋地黄含量要比对照组低3倍，而10.8%的乳腺癌患者血浆内源性洋地黄含量却很高。这些现象说明，乳腺癌患者体内的内源性洋地黄的含量发生了明显的变化，但是，乳腺癌的发生与内源性洋地黄含量的变化之间具体存在什么关系，其机制与意义有待进一步阐述。

4 展望

毫无疑问，如何解决强心苷类对癌症细胞和正常细胞的选择性低的问题，以及进一步阐明各种内源性强心苷之间的关系及其与癌症发生与治疗之间的关系，将促进强心苷类在抗肿瘤方面的应用。

［1］ Acquarone N，Castello C，Antonucci G，et al.Pharmacologic therapy in patients with chronic heart failure and chronic kidney disease:a complex issue［J］.J Cardiovasc Med(Hagerstown)，2009，10(1):13-21.

［2］ Kolkhof P，Geerts A，Schäfer S，Torzewski J.Cardiac glycosides potently inhibit C-reactive protein synthesis in human thepatocytes［J］.Biochem Biophys Res Commun，2010，394(1):233-9.

［3］ Shiratori O.Growth inhibitory effect of cardiac glycosides and aglycones on neoplastic cells:in vitro and in vivo studies［J］.Gann，1967，58(6):521-8.

［4］ Newman R A，Yang P，Pawlus A D，Block K I.Cardiac glycosides as novel cancer therapeutic agents［J］.Mol Interv，2008，8(1):36-49.

［5］ Schoner W，Scheiner-Bobis G.Endogenous and exogenous cardiac glycosides:their roles in hypertension，salt metabolism，and cell growth［J］.Am J Physiol Cell Physiol，2007，293:C509-36.

［6］ Bagrov A Y，Shapiro J I.Endogenous digitalis:pathophysiologic roles and therapeutic applications［J］.Nat Clin Pract Nephrol，2008，4(7):378-92.

［7］ 陈少萍.强心苷的抗肿瘤治疗研究进展［J］.药学服务与研究，2009，9(6):401-4.

［7］ Chen S P.Research progress of cardiac glycosides of anti-tumor therapy［J］.Pharm Care Res，2009，9(6):401-4.

［8］ 高默杰，徐忠伟，王凤梅，等.钠钾泵抑制剂通过调节细胞周期相关蛋白的生成介导肝癌HepG2细胞周期S期阻滞与凋亡［J］.中国药理学通报，2010，26(4):452-6.

［8］ Gao M J，Xu Z W，Wang F M，et al.The linkage between cell cycle S phase arrest and apoptosis on human hepatocellular carcinom a HepG2 induced by Na+，K+-ATPase inhibitors via regulating proteins associated with cell cycle［J］.Chin Pharmacol Bull，2010，26(4):452-6.

［9］ 张 芸，张 崇，许化溪.缺氧诱导因子与炎症及肿瘤的关系［J］. 中国药理学通报，2007，23(1):17-9.

［9］ Zhang Y，Zhang C，Xu H X.The relation of hypoxia-inducible factor with inflammation and tumor［J］.Chin Pharmacol Bull，2007，23(1):17-9.

［10］ Zhang H，Qian D Z，Tan Y S，et al.Digoxin and other cardiac glycosides inhibit HIF-Ⅰalpha synthesis and block tumor growth［J］.Proc NatI Acad Sci USA，2008，105(50):19579-86.

［11］冯学泉，王金环，徐新女，等.碱性成纤维细胞生长因子小干扰RNA与人类免疫缺陷病毒1型病毒蛋白R基因对裸鼠胶质瘤的抑瘤作用［J］.中华肿瘤杂志，2010，32(10):725-8.

［11］ Feng X J，Wang J H，Xu X N et al.Anti-glioma effect of combination of bFGF-siRNA and Vpr in nude mice［J］.Clin J Oncol，2010，32(10):725-8.

［12］ Winnicka K，Bielawski K，Bielawska A.Cardiac glycosides in cancer research and cancer therapy［J］.Acta Pol Pharm，2006，63(2):109-15.

［13］沈国栋，赵 婷，张安莉，等.ErbB2高表达的人乳腺癌原位移植瘤裸鼠模型的建立［J］.中国药理学通报，2010，26(10):1391-4.

［13］Shen G D，Zhao T，Zhang A L，et al.Establishment of nude mice xenograft model of human breast cancer with ErbB2 overexpression［J］.Chin Pharmacol Bull，2010，26(10):1391-4.

［14］ Bielawski K，Winnicka K，Bielawska A.Inhibition of DNA topoisomerasesⅠandⅡ，and growth inhibition of breast cancer MCF-7 cells by ouabain，digoxin and proscillaridin A［J］.Biol Pharm Bull，2006，29(7):1493-7.

［15］ McConkey D J，Lin Y，Nutt L K，et al.Cardiac glycosides stimulate Ca2+increases and apoptosis in androgen-independent，metastatic human prostate adenocarcinoma cells［J］.Cancer Res，2000，60(14):3807-12.

［16］ Wang Z，Zheng M，Li Z C，et al.Cardiac glycosides inhibit p53 synthesis by a mechanism relieved by src or MAPK inhibition［J］.Cancer Res，2009，69(16):6556-64.

［17］ Perne A，Muellner M K，Steinrueck M，et al.Cardiac glycosides induce cell death in human cells by inhibiting general protein synthesis［J］.PloS One，2009，4(12):e8292.

［18］ Manna S K，Sreenivasan Y，Sarkar A.Cardiac glycoside inhibits IL-8 induced biological responses by downregulating IL-8 receptors through altering membrane fluidity［J］.J Cell Physiol，2006，207(1):195-207.

［19］ Huang Y T，Chueh S C，Teng C M，Guh J H.Investigation of ouabain-induced anticancer effect in human androgen-independent prostate cancer PC-3 cells［J］.Biochem Pharmacol，2004，67(4):727-33.

［20］ Winnicka K，Bielawski K，Bielawska A ，Surazyński A.Antiproliferative activity of derivatives of ouabain，digoxin and proscillaridin A in human MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancer cells［J］.Biol Pharm Bull，2008，31(6):1131-40.

［21］ Ahern T P，Lash T L，Sørensen H T，Pedersen L.Digoxin treatment is associated with an increased incidence of breast cancer:a population-based case-control study［J］.Breast Cancer Res，2008，10(6):R102.

［22］ Lin J，Denmeade S，Carducci M A.HIF-1alpha and calcium signaling as targets for treatment of prostate cancer by cardiac glycosides［J］.Curr Cancer Drug Targets，2009，9(7):881-7.

［23］ Frese S，Frese-Schaper M，Andres A C，et al.Cardiac glycosides initiate Apo2L/TRAIL-induced apoptosis in non-small cell lung cancer cells by up-regulation of death receptors 4 and 5［J］.Cancer Res，2006，66(11):5867-74.

［24］ Choedon T，Mathan G，Arya S，et al.Anticancer and cytotoxic properties of the latex of Calotropis procera in a transgenic mouse model of hepatocellular carcinoma［J］.World J Gastroenterol，2006，12(16):2517-22.

［25］ Weidemann H.Na/K-ATPase，endogenous digitalis like compounds and cancer development-a hypothesis［J］.Front Biosci，2005，10:2165-76.