小檗碱抗乳腺癌机制研究进展

赵小飞，毛婷婷

(1.武警浙江省总队杭州医院，杭州 310051;2.武警浙江省总队机关门诊部，杭州 310020)

小檗碱抗乳腺癌机制研究进展

赵小飞1，毛婷婷2

(1.武警浙江省总队杭州医院，杭州 310051;2.武警浙江省总队机关门诊部，杭州 310020)

小檗碱是广泛存在于黄连、黄柏等天然产物中的异喹啉类生物碱。研究发现，小檗碱具有抑制乳腺癌发生、促进乳腺癌细胞凋亡、抑制乳腺癌细胞增殖、转移、侵袭和血管生成的作用，故就其抗乳腺癌的作用机制研究进展作一综述。

小檗碱;乳腺癌;机制;研究进展

小檗碱(berberine，Ber)又名黄连素，是存在于6科(小檗科、罂粟科、毛莨科、芸香科、防己科、鼠李科)植物中异喹啉类生物碱，临床长期用于解热、解毒、抗肠道细菌感染［1］。随着老药新用概念的提出，除了抗心律失常、降血压、抗氧化、降糖调脂等作用外，小檗碱对多种肿瘤均有不同程度的抑制作用，但其抗肿瘤机制尚不明确［2-3］。乳腺癌是女性较为常见的恶性肿瘤之一，其发病率呈逐年上升趋势。目前鲜有关于小檗碱在乳腺癌治疗领域的综述报道，本文就小檗碱治疗乳腺癌的相关机制进行综述，为进一步的开发利用提供参考。

1 抗氧化

正常情况下，机体的氧化与抗氧化处于动态平衡，但当受到某些外源化合物、物理因素或机体自身的抗氧化系统受损时，均可使机体的自由基水平明显增高，过量产生的自由基特别是活性氧自由基(reactive oxygen species，ROs)，可以使基因组DNA受到损伤而导致突变，进而激活原癌基因，抑制抑癌基因的表达，同时ROs通过改变转录因子以及蛋白激酶途径干扰正常细胞的信号传导，影响细胞的生长、分化和死亡，最终导致癌症的发生。大量研究表明，无论是内源性的或外源性的ROS，在癌症发生的启动、促进及发展阶段都发挥着重要作用［4］。许多小檗属植物，如B.cretica［5］、B.microphylla［6］、B.koreana［7］等均显示出较强的抗氧化作用。Abd EI-Wahab［8］等报道，小檗碱对多种癌细胞，包括人乳腺癌MCF-7细胞的抗氧化活性。黄嘌呤氧化酶和环氧合酶2(cyclooxygenase-2，COX2)是参与活性氧自由基生成的2种重要酶，小檗碱对其显示抑制活性。而COX2在正常组织中并不表达，是由刺激因子诱导表达的病理产物，在炎症和肿瘤细胞的产生中起重要作用。小檗碱可选择性地抑制COX2的活性而对COX1的活性无影响，不会影响COX1的正常生理功能［9］。但也有研究表明，小檗碱可诱导氧自由基介导的细胞凋亡［10］。这也许是与细胞状态及浓度相关。

2 细胞周期调控及凋亡诱导

细胞周期是细胞生命活动的基本过程，肿瘤的发生与细胞周期的失调密切相关。细胞凋亡是由许多基因产物及细胞因子参与的一种有序的细胞自我消亡形式，启动和进行受到精确调控，具有独特而复杂的信号系统。

研究表明，与细胞凋亡相关的一系列信号通路可受到小檗碱的调控。在活性氧介导的细胞凋亡中，小檗碱可通过影响JNK/P38 MAPK信号通路、蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、ERK、糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)促进细胞凋亡;活性氧还可使线粒体膜电位降低，引发线粒体裂解［11］。半胱氨酰天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase)酶家族是与细胞凋亡相关的重要酶系，引发的级联反应是细胞凋亡过程的中心环节。小檗碱直接可激活凋亡启动因子 capspase-8、caspase-9、凋亡执行因子caspase-3［12-13］。此外，Caspse也受到FasL、肿瘤坏死因子等其他凋亡因子的调控。Hsu等报道，小檗碱可通过激活肿瘤细胞的Fas/FasL通路或降低凋亡抑制蛋白 c-IAP1、XIAP的表达并诱导其凋亡［11］。在HER2-过表达型乳腺癌细胞中，小檗碱可以通过干扰细胞周期蛋白D1和细胞周期蛋白E的表达而实现对乳腺癌细胞G1期阻滞，其下游也是通过线粒体/半胱氨酰天冬氨酸蛋白水解酶发挥作用［14］。

p53基因是重要的细胞周期与细胞凋亡的调控基因之一，参与维持细胞周期的正常运行。p53诱导的细胞凋亡是抑制肿瘤发生的主要原因。小檗碱可引起p53基因表达升高，从而激活一系列下游靶基因的转录，诱导细胞周期G1期阻断和细胞凋亡的发生［13-15］。p53基因表达增加还可通过调控肿瘤抑制蛋白Cip1/p21(cyclin-dependent kinase inhibitor 1A)、凋亡蛋白酶激活因子(Apoptotic preoteaseactivating factor 1，Apaf-1)、Bax、FasL等凋亡因子促进细胞凋亡［16］。通过蛋白质印迹，可检测到小檗碱诱导的癌细胞中抑癌基因p53和kip1/p27的表达上调［17］。对野生型p53基因表达受到抑制的乳腺癌细胞株MCF-7，小檗碱可以恢复p53基因的表达［18］;对于p53基因突变型的肿瘤细胞，小檗碱可诱导非p53依赖通路的G2期阻滞［19］。因此，无论是对于非p53突变型抑或p53突变型癌细胞，小檗碱均可产生抑制作用。

对凋亡基因Bax及抗凋亡基因Bcl-2的影响也是其发挥凋亡诱导作用的一个途径。据报道，小檗碱可促进凋亡基因Bax，同时抑制抗凋亡基因Bcl-2、Bid、Bcl-xl的表达，凋亡诱导作用呈剂量依赖性［20］。根据Kim［21］，在2种乳腺癌细胞株MCF-7、MDA-MB-231中，小檗碱均显示出生长抑制作用，20μM含量即可诱导31%的MCF-7细胞株生长阻滞。它通过线粒体途径，使释放细胞色素c、激活凋亡启动因子caspase-9、抑制Bcl-2表达等促进细胞凋亡［17-22］。

3 与核酸相互作用

临床上许多药物都是通过与核酸的相互作用而发挥抗癌活性的。研究表明，在一定的pH下，小檗碱和DNA可形成复合物，其中以腺嘌呤核糖核苷酸结合能力最强［23-24］。此外，小檗碱还可与mRNA结合，干扰核酸翻译转录过程，或是嵌入tRNA使其苯丙氨化［24-25］。Liu等报道了小檗碱诱导的细胞凋亡，其机制主要是通过促使染色体DNA片段化和促进p53基因的表达［26］。

微小核糖核酸(microRNAs，miRNAs)是一类内源性非蛋白质编码小RNAs，通过与靶标基因3’UTR的完全或不完全配对，降解靶标基因mRNA或抑制其翻译，从而参与调控个体发育、细胞凋亡、增殖及分化等生命活动，miRNA可以担任抑癌基因或癌基因，与肿瘤的形成有着密切联系［27］。miR-21是最受关注的一类miRNA，在多种组织细胞中上调表达，其高表达与敏感性降低密切相关，miRNA的表达异常是耐药乳腺癌细胞的一个非常重要的特征［28-29］。小檗碱可抑制卵巢癌中miR-21的表达，进而发挥生长抑制和促进细胞凋亡作用。同源重组修复蛋白(RAD51)可以影响肿瘤细胞的射线敏感性，Wang［30］等报道了小檗碱对乳腺癌细胞MCF-7和MDA-MB-468的放射敏化作用，也进一步通过蛋白印迹实验证实同源重组修复蛋白(RAD51)的表达上调。

4 抑制肿瘤血管生成和肿瘤侵入

肿瘤诱导的血管生长是肿瘤过度生长的前提。广泛研究证实，在乳腺癌等多种实体肿瘤中均存在表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor， EGFR)和血管内皮生长因子受体 (vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR)的过表达，其与血管生成密切相关［31］。有报道表明，小檗碱可直接下调EGFR基因和VEGFR基因表达，减少新生血管生成，抑制细胞生长;还可通过激活泛素连接酶，促进由蛋白酶体介导的EGFR降解［32-34］。

肿瘤侵入是一个复杂的过程，包括细胞黏附、迁移和由肿瘤细胞分泌的不同酶对屏障组织的降解。Hou等报道了小檗碱可抑制 CD147的表达［12］，CD147是存在于细胞膜上的跨膜糖蛋白，能够调节癌细胞生长、侵袭和转移，并且参与癌血管生长和耐药性形成。小檗碱还参与细胞黏附调节，紧密连接蛋白ZO-1，是维持上皮极性、参与物质转运和肿瘤转移等过程的重要蛋白分子。研究发现，小檗碱可抑制其活性，从而减少肿瘤细胞转移和浸润［26-35］。

基质金属蛋白酶系(MMPs)是降解细胞外基质的一类酶，MMP-9在肿瘤侵袭和转移过程中起重要作用，他们可能通过降解胶原、层黏素、蛋白聚糖等细胞外基质大分子而破坏肿瘤侵袭的屏障，MMP也已成为肿瘤治疗的一个靶点［36］。小檗碱可直接下调乳腺癌细胞株中MMP-2和MMP-9的表达［37］。Her-2/neu是癌症转移的一个关键蛋白，也可诱导MMPs分泌。小檗碱对Her-2/neu过表达的SK-BR-3乳腺癌细胞具有生长抑制活性［38］。此外。还可抑制PI3K/Akt(phosphoinositide-3-kinase、磷酯酰肌醇3激酶)信号传导途径进而抑制乳腺癌细胞的增殖和侵袭。研究表明，小檗碱对乳腺癌细胞MDAMB-231黏附于基质的功能具有抑制作用，同时能浓度依赖性地抑制肿瘤细胞释放MMP-9，从而达到对肿瘤侵袭和转移的抑制作用［39-40］。

5 结语

作为一种临床上已广泛使用的天然药物，小檗碱的抗肿瘤作用被一些研究者看好。但目前有关抗肿瘤，特别是与乳腺癌治疗相关的具体作用机制尚未完全阐明，且研究大多限于体外研究，体内研究尚未见报道，抗肿瘤活性也相对较弱。但随着老药新用和多靶点药物设计策略的提出，小檗碱有望为治疗肿瘤这种复杂性疾病提供新的思路和途径，应用前景十分广阔。

［1］刘新迎，周联，王培训.小檗碱抗肿瘤机制研究进展［J］.中医药学刊，2006，24(8):1499-1501.

［2］郑洪艳，徐为人.小檗碱药理作用研究进展［J］.中草药，2004，35(6):708-711.

［3］金鑫，宋霞，曹永兵，等.小檗碱的结构改造及其药理活性的研究进展［J］.药学实践杂志，2014，32(3):171-175.

［4］张懿，倪鎏达.抗氧化剂对肿瘤放化疗疗效的影响［J］.肝脏，2014，19(2):144-146.

［5］Kukula-Koch W，Aligiannis N，Halabalaki M，et al.Influence ofextraction procedures on phenolic content and antioxidant activity of cretanbar berry herb［J］.Food Chem，2010，138:406-413.

［6］Ruiz A，Hermosín-Gutiérrez I，Mardones C，et al.Polyphenols and antioxidant activity of calafate(Berberismicrophylla)fruits and othernNative berries from Southern Chile［J］.J.Agric.Food Chem，2010，58(10):6081-6089.

［7］Qadir SA，Kwon MC，Han JG，et al.Effect of different extraction protocols on anticancer and antioxidant activities of Berberis koreana bark extracts［J］.J.Biosci.Bioeng，2009，107(3): 331-338.

［8］Abd El-Wahab AE，Ghareeb DA，Sarhan EEM.In vitro biological assessment ofberberis vulgaris and itsactive constituent，berberine:antioxidants，anti-acetylcholinesterase，anti-diabetic and anticancer effects［J］.BMC Complement.Altern.Med，2013，13:218.

［9］Chang WS，Chang YH，Lu FJ.Inhibitory effects of phenolics on xanthineoxidase.AnticancerRes，1994，12(2A):501-506.

［10］Meeran SM，Katiyar S，Katiyar SK.Berberine-induced apoptosis in human prostate cancer cells is initiated by reactive oxygen species generation.Toxicol［J］.Appl.Pharmacol，2008，229:33-43.

［11］Hsu WH，Hsieh YS，Kuo HC，et al.Berberine induces apoptosis in SW620 human colonic carcinoma cells through generation of reactive oxygen species and activation of JNK/p38 MAPK and FasL［J］.Toxicol，2007，81:719-728.

［12］Hou Q，Tang X，Liu H，et al.Berberine induces cell death in human hepatoma cells in-vitro by down regulating CD147［J］.Cancer Sci，2011，102:1287-1292.

［13］Lin JP，Yang JS，Lee JH，et al.Berberine induces cell cycle arrest and apoptosis in human gastric carcinoma SNU-5cell line［J］.World J.Gastroenterol，2006，12:21-28.

［14］Kuo HP，Chuang TC，Yeh MH，et al.Growth Suppression of HER2-Overexpressing Breast Cancer Cells by Berberine via Modulation of the HER2/PI3K/Akt Signaling Pathway［J］.J.Agric.Food Chem，2011，59(15):8216-8224.

［15］Kim S，Han J，Kim NY，et al.Effect of berberine on p53 expression by TPA in breast cancer cells［J］.Oncol Rep，2012，27(1):210-215.

［16］Vousden KH，Lu X.Live or let die:the cell's response to p53［J］.Nat.Rev.Cancer 2002，2(8):594-604.

［17］Patil JB，Kim J，Jayaprakasha GK.Berberine induces apoptosis in breast cancer cells(MCF-7)through mitochondrial-dependent pathway［J］.Eur.J.Pharmacol，2010，645:70-78.

［18］Kim HS，Kim MJ，Kim EJ，et al.Berberine-induced AMPK activation inhibits the metastatic potential of melanoma cells via reduction of ERK activity and COX-2 protein expression［J］.Pharmacol，2012，83:385-394.

［19］Wang L，Liu L，Shi Y，et al.Berberine Induces Caspase-Independent Cell Death in Colon Tumor Cells through Activation of Apoptosis-Inducing Factor［J］.PLoSOne，2012，7(5): e36418.

［20］He W，Wang B，Zhuang Y，et al.Berberine inhibits growth and induces G1 arrest and apoptosis in human cholangiocarcinoma QBC939 cells［J］.J.Pharmacol.Sci.，2012，119:341-348.

［21］Kim JB，Lee KM，Ko E，et al.Berberine inhibits growth of the breast cancer cell lines MCF-7 and MDA-MB-231［J］.Planta Med，2008，74(1):39-42.

［22］Kim JB，Yu JH，Ko E，et al.The alkaloid Berberine inhibits the growth of Anoikis-resistant MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancercell lines by inducing cell cycle arrest［J］.Phytomedicine，2010，17(6):436-440.

［23］Krey AK，Hahn FE.Berberine:complex with DNA.Science，1969，166:755-757.

［24］Islam MM，Pandya P，Chowdhury SR，et al.Binding of DNA-bindingalkaloids berberine and palmatine to tRNA and comparison to ethidium:spectroscopic and molecular modeling studies.J.Mol.Struct，2008，891:498-507.

［25］Islam MM，Sinha R，Kumar GS.RNA binding small molecules: studies on t-RNA binding by cytotoxic plant alkaloids berberine，palmatine and the comparison to ethidium［J］.Biophys.Chem，2007，125:508-520.

［26］Liu J，He C，Zhou K，et al.Coptis extracts enhance the anticancer effect of estrogen receptor antagonists on human breast cancer cells［J］.Biochem.Biophys.Res.Commun，2009，378:174-178.

［27］Iorio MV，Ferracin M，Liu CG，et al.MicroRNA Gene Expression Deregulation in Human Breast Cancer［J］.Cancer Res，2005，65:7065-7070.

［28］O'Day E，Lal A.MicroRNAs and their target gene networks in breastcancer［J］.Breast Cancer Res.，2010，12:201.

［29］吴韬，李艳琳，何苗，等.miRNA对乳腺癌耐药的调控机制［J］.现代肿瘤医学，2012，20(9):1959-1962.

［30］Wang J，Liu Q，Yang Q.Radiosensitization effects of berberine on human breast cancer cells［J］.Int J Mol Med，2012，30(5): 1166-1172.

［31］娄金丽，邱全瑛，郝钰.小檗碱抗肿瘤新生血管形成作用机制的研究［J］.中医中药与免疫，2006，22(3):235-246.

［32］Wang L，Cao H，Lu N，et al.Berberine Inhibits Proliferation and Down-Regulates EpidermalGrowth FactorReceptorthrough Activation of Cbl in Colon Tumor Cells［J］.PLoSOne，2013，8，e56666.

［33］Liu S，Fang Y，Shen H，et al.Berberine sensitizes ovarian cancer cells to cisplatin through miR-21/PDCD4 axis［J］.Acta Biochim.Biophys.Sin(Shanghai)，2009，45:756–762.

［34］Liang KW，Yin SC，Ting CT，et al.Berberine inhibits platelet derived growth factor-induced growth and migration partly through an AMPK-dependent pathway in vascular smooth muscle cells［J］.Eur.J.Pharmacol，2008，590:343-354.

［35］庄晓明，曹永晖，樊祥山，等.紧密连接蛋白claudin-1与乳腺肿瘤的相关性研究［J］.中国普外基础与临床杂志，2012，19 (2):192-196.

［36］王冬梅，贺柳杨，冬梅.基质金属蛋白酶在肿瘤发展过程中保护作用的研究进展［J］.国际免疫学杂志，2013，36(3):208-211.

［37］Kuo HP，Chuang TC，Tsai SC，et al.Berberine，an isoquinoline alkaloid，inhibits the metastatic potential of breast cancer cells via Akt pathway modulation［J］.J Agric Food Chem，2012，60 (38):9649-9658.

［38］Pierpaoli E，Arcamone AG，Buzzetti F，et al.Antitumor effect of novel berberine derivatives in breast cancer cells［J］.Biofactors，2013，39(6):672-679.

［39］陈淑珍，江敏，甄永苏.HERG钾通道表达与小檗碱的抗肿瘤作用的关系［J］.中国天然药物，2005，3(1):48-52.

［40］Kim S，Choi JH，Kim J，et al.Berberine Suppresses TNF-αinduced MMP-9 and Cell Invasion through Inhibition of AP-1 Activity in MDA-MB-231 Human Breast Cancer Cells［J］.Molecules，2008，13:2975–2985.

R737.9

A

1006-3250(2015)01-0114-03

2014-11-15

赵小飞，男，主管药师，医学本科，从事药剂的临床与研究。