青蒿素及其衍生物对细胞凋亡机制影响的研究综述*

徐志慧 代 勇 孙雪英 韩 韬 梁 昊

1成都中医药大学基础医学院硕士研究生2012级,成都 610075

2成都中医药大学基础医学院副教授,成都 610075

青蒿素(artemisinin，ART)是我国科学家在1972年首次从菊科植物黄花蒿中提取的含有过氧基团的倍半萜内酯类化合物，其衍生物主要有青蒿琥酯(artesunate)、蒿甲醚(artemether)、蒿乙醚(arteether)、双氢青蒿素(dihydroartemisinin)等，最初开发运用于疟疾的治疗。近期的研究[1]发现其还有更广泛的作用，包括抗肿瘤、抗孕、抗纤维化、抗血吸虫、抗弓形虫、抗心律失常以及抗细胞毒性等，其中诱导细胞凋亡是其重要的作用机制。目前研究最多的是青蒿素及其衍生物在诱导肿瘤细胞凋亡的作用。本文针对青蒿素及其衍生物对细胞凋亡的调控的实验和机制研究作一综述。

1 细胞凋亡的概念

细胞凋亡的概念是病理学家Kerr等在Cancer杂志上首次提出的。所谓细胞凋亡是指有核细胞在一定条件下通过启动其自身内部遗传机制，主要通过内源性DNA内切酶的激活而发生的细胞自然死亡过程[2]。其是程序性细胞死亡的一种表现形式，也是机体生长发育、细胞分化、生理及病理性死亡的重要机制。细胞凋亡对多细胞生物正常的生理过程，如机体的发育、免疫稳定、防止器官硬化、抵御病毒入侵、防止细胞癌变等方面都有着重要的作用。目前针对细胞凋亡机制的研究有很多，主要集中在细胞凋亡信号传导机制、酶学机制、线粒体的作用以及基因调控机制几个方面。

2 青蒿素及其衍生物诱导细胞凋亡的实验研究及临床应用研究

在青蒿素及其衍生物的动物实验研究中，Moore等[3]首先报道了联合应用硫酸亚铁和双氢青蒿素可显著抑制鼠移植性纤维肉瘤的生长，而单独应用二者之一则作用不大。马振秋等[4]报道5 μmol/L的双氢青蒿素(DHA)作用于体外培养的大鼠胶质瘤细胞(C6细胞)24 h后，开始抑制C6细胞的生长，作用48 h后细胞凋亡率可达30%；25 μmol/L的DHA作用48 h后，凋亡率接近50%。郭燕等[5]报道在诱导小鼠淋巴管瘤形成后，分离并培养小鼠淋巴管内皮细胞(LEC)，再用不同浓度的青蒿素(ART)处理后，LEC细胞出现明显的凋亡特征。战晓农等[6]报道对接种人结直肠癌LoVo细胞的人结直肠癌Balb/c裸鼠分别用高、中、低剂量双氢青蒿素(120，60，30 mg/kg)处理，结果显示对裸鼠移植瘤的抑制率分别为36.54%、26.55%和12.43%，并且高剂量组的Bcl-2的阳性表达率为63.66%。谢红等[7]研究双氢青蒿素对人白血病细胞K562细胞增殖及凋亡的作用，实验结果显示用不同浓度(1×10-4、1×10-5、1×10-6mol/L)的药物处理K562细胞，可见K562细胞生长均受到抑制，并呈剂量依赖性；用Hoechst 33342/PI双荧光染色，在荧光显微镜下观察到经双氢青蒿素处理细胞24 h后可见细胞凋亡现象；Western blot检测显示，1×10-5mol/L浓度的双氢青蒿素作用K562细胞24 h后，可见胞质中细胞色素C的含量明显增多，而线粒体中细胞色素C则明显减少。孙雅洁等[8]用青蒿素、双氢青蒿素、蒿甲醚和青蒿琥酯分别体外抑制人肺癌细胞(A549)、人胃癌细胞(BGC823)、人结肠癌细胞(HCT116)、人红白血病细胞(K562)和人肝癌细胞(SMMC7721)，实验结果显示，青蒿素、双氢青蒿素、蒿甲醚及青蒿琥酯对5株肿瘤细胞有选择性的抑制作用，且对每株肿瘤细胞的抑制活性不同。其中，双氢青蒿素和青蒿琥酯对5株肿瘤细胞均有抑制作用，且青蒿琥酯的抑制作用较强；蒿甲醚对5株肿瘤细胞中的BGC823、HCT116和SMMC7721等3株细胞有不同程度的抑制作用；青蒿素仅对5株肿瘤细胞中的SMMC7721有抑制作用，且抑制活性较弱。

同时，近年来已经有一些青蒿素抗肿瘤的临床应用研究。Singh等[9]用蒿甲醚治疗1例垂体大腺瘤患者，每日1次，口服蒿甲醚40 mg，12个月后患者临床症状明显改善，受损的视力、听力逐渐恢复。CT扫描显示瘤体密度明显降低，肿瘤体积减小。Berger等[10]用青蒿琥酯辅助标准化学治疗2例用标准化学治疗无法控制病情的晚期转移性黑素瘤患者，其中1例患者治疗期间多次检查结果显示症状改善，脾、肺中转移灶消退，47个月后仍存活，远远超过晚期黑素瘤患者2～5个月的中位生存期。国内还有经超声引导瘤体注射青蒿琥酯治疗18例原发性中晚期肝癌的报道[11]，治疗前后比较，其甲胎蛋白(alpha-fetoprotein，AFP)水平、肿块大小、回声改变、肝脏血供等均显著改善，患者疼痛等症状也减轻明显。张祖贻等[12]在试用青蒿琥酯联合长春瑞滨与顺铂治疗中晚期非小细胞肺癌的临床随机对照试验中发现，联合用药组可显著提高患者的疾病控制率，同时延长疾病进展时间。

3 青蒿素及其衍生物诱导细胞凋亡的作用机制

对于青蒿素及其衍生物诱导细胞凋亡尤其是肿瘤细胞凋亡的作用机制，目前尚未完全明了，一般认为青蒿素及其衍生物是通过下面几种方式诱导肿瘤细胞凋亡。

3.1 调节肿瘤相关基因的表达诱导凋亡

研究[13]表明青蒿素类药物诱导肿瘤细胞凋亡可能与Bcl-2、Bax、p53等基因有关。Bcl-2与Bax是Bcl-2家族中功能相反的2个重要成员，Bcl-2阻止凋亡，Bax促进细胞凋亡。在陈先国等[14]的青蒿琥酯对佐剂性关节炎滑膜的实验中，数据表明青蒿琥酯可上调滑膜组织中Fas/FasL、Bax及下调Bcl-2的表达，以此来达到诱导滑膜细胞凋亡的目的。p53为抑癌基因，其生物学功能是在G1期监视细胞基因组DNA的完整性，可阻止DNA突变的细胞通过G1和G2期限制点，诱导细胞生长停滞于G1期，使这些细胞凋亡。谢茹燕等[15]用蒿甲醚(ART)作用于人胃癌细胞株SGC-7901和MKN-45及胰腺癌细胞株SW-1990和BXPC-3，实验发现5 mg/ml的ART作用于SGC-7901细胞株，细胞周期变化主要表现为G0/G1期增加，S期减少；当1.25 mg/ml的ART作用于MKN-45、BXPC-3、SW-1990细胞株，细胞周期变化也均表现为G0/G1期增加，S期减少。p53是Bcl-2/Bax的上游调控基因，通过其下游蛋白质产物p21WAF1/CIP1 下调Bcl-2、上调Bax，促进细胞凋亡过程。但也有研究学者认为p53并非凋亡发生必不可少的调控基因。

3.2 激活caspase诱导细胞凋亡

细胞凋亡是一系列胞内蛋白水解酶的活化和功能发挥作用所致，其中caspase活化是导致细胞凋亡的中心环节，而caspase-3是凋亡级联反应中最关键性的效应蛋白酶之一。研究表明，青蒿素及其衍生物诱导细胞凋亡与激活caspase通路有关。谢红等[16]在用双氢青蒿素处理K562细胞的实验中发现，双氢青蒿素处理K562细胞48 h后，反转录-聚合酶链反应(RT-PCR)可以检测到caspase-3的表达，同时可以检测到胞质中的细胞色素C(Cyt-C)的含量明显增多，而线粒体中Cyt-C则明显减少。由此可以表明双氢青蒿素在诱导人白血病细胞过程中激活了效应蛋白酶caspase-3的表达，同时可能通过促进Cyt-C的释放，可进一步激活caspase-3，促进细胞凋亡的级联反应来诱导白血病细胞凋亡。

3.3 线粒体膜电位下降诱导细胞凋亡

线粒体膜电位是线粒体电化学梯度的主要组成成分，常态的膜电位对维持线粒体功能是必不可少的。线粒体膜电位下降可导致促凋亡物质释放、caspase激活，导致细胞凋亡增多。董海鹰等[17]用青蒿素作用于体外培养的人红白血病K562细胞，用荧光分光光度计检测，在给药后细胞线粒体膜电位下降，且呈药物浓度和作用时间的依赖关系。

3.4 端粒酶活性下降诱导凋亡

端粒酶是一种特殊的核糖核蛋白多聚酶，端粒酶的活化可以弥补复制造成的端粒缩短，端粒酶活性的增加与肿瘤的发生、发展密切相关。端粒酶活性下降可以促进细胞的程序性死亡过程，端粒酶活性抑制剂不仅可以增加肿瘤细胞的凋亡率，而且可以增加其他化疗药物的临床疗效。刘加军等[18]用不同浓度的青蒿素作用于体外培养的K562细胞，实验发现随药物浓度的增加及作用时间的延长，细胞凋亡逐渐升高，但是细胞端粒酶活性却逐渐下降，其中在6 μmol/L的青蒿素引起的端粒酶活性下降最为明显，而且细胞凋亡率也相对较高。

除了通过上述的几个机制诱导细胞凋亡之外，青蒿素及其衍生物可能还有其他未知的机制对细胞凋亡进行调节。

4 小结

综上所述，细胞凋亡本身就是一个很复杂的机制，实验研究已经确定青蒿素及其衍生物确实可以引起多种细胞特别是肿瘤细胞的凋亡，但是其诱导机制复杂，涉及到多种凋亡调控基因、蛋白酶的表达，以及相关信号传导途径，尚需进一步的研究证实。

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