天然植物中生物碱类抗肿瘤药物研究进展

曹明哲，季宇彬,2*，辛国松,2，李莹琳，张 璐，杨 祺

(1.哈尔滨商业大学 生命科学与环境科学研究中心，黑龙江 哈尔滨 150076； 2.国家教育部抗肿瘤天然药物工程研究中心，黑龙江 哈尔滨 150076)



天然植物中生物碱类抗肿瘤药物研究进展

曹明哲1，季宇彬1,2*，辛国松1,2，李莹琳1，张 璐1，杨 祺1

(1.哈尔滨商业大学 生命科学与环境科学研究中心，黑龙江 哈尔滨 150076； 2.国家教育部抗肿瘤天然药物工程研究中心，黑龙江 哈尔滨 150076)

近年来研究发现，植物中提取的生物碱类化学成分具有良好的抗肿瘤活性，并且具有疗效高、耐受性好、毒副作用小等特点，在临床上也取得了良好效果。按照植物来源不同，将生物碱分为几大类，并对其抗肿瘤作用研究新进展进行综述，为今后天然生物碱类抗肿瘤药物的研究提供参考。

生物碱；天然植物；抗肿瘤；研究进展

生物碱是指来源于生物界的一类含氮有机化合物，因其主要存在于植物中，又称为植物碱。其多数为结构复杂的多环化合物，分子中大多含有含氮杂环，如吡啶、吲哚、喹啉、嘌呤等，在植物中常与有机酸结合成盐而存在，还有少数以酰胺、糖苷和有机酸酯的形式存在。科学研究发现，天然植物中的生物碱，在抑制细胞端粒酶活性、减少肿瘤扩散以及诱导肿瘤细胞分化与凋亡、抑制肿瘤细胞周期和增殖等多方面具有显著活性，并且具有提高机体免疫功能、减低化疗不良反应等功效。生物碱种类多样,结构复杂,来源广泛,大多与中药制剂相关。其分类方法也多有不同，常见分类方法：按植物来源、药理作用、理化性质、结构不同等方式划分。近年来对生物碱的深入探索研究发现，许多常见的药用植物富含生物碱，如麻黄、黄连、川芍、贝母、山豆根、苦豆子等。研究表明，具有抗肿瘤功效的生物碱包括喜树碱、苦参碱、长春碱、石蒜碱、小檗碱、三尖杉酯碱等，种类多样，其抗肿瘤作用机制也多有不同。

1 喜树碱类生物碱

喜树碱是从珙桐科植物喜树(NyssaceaeCamptothecaDecne)的根、皮、茎和种子中分离得到的生物碱。最早该生物碱在体外对L1210细胞和HeLa细胞显示出比较明显的抗癌活性，引起研究人员的广泛关注。有实验证明，喜树碱1mg/kg体外培养可抑制HeLa细胞和L5178等细胞的DNA和RNA合成[1]。对喜树碱及其衍生物抗肿瘤活性的初步筛选及部分作用机制研究得出，喜树碱衍生物Ⅶ、Ⅷ体外能明显抑制肿瘤细胞增殖，衍生物Ⅷ对荷瘤小鼠具有较强的抑制肿瘤作用，衍生物Ⅶ、Ⅷ可降低一氧化氮，升高肿瘤坏死因子α和白细胞介素2[2]。作为一种具有广谱抗癌活性的重要天然产物，喜树碱在临床上通常被应用于治疗原发性肝癌、膀胱癌和大肠癌等[3]。喜树碱及其半合成衍生物对卵巢癌和小细胞癌有强效抑制作用，临床使用效果明显，已成为全球第三大抗癌药物[4]。研究发现，紫玉草的种子产生喜树碱的含量最高(1.0%～1.4%的种子干重)。全扫描液质联用和液相色谱-电喷雾电离质谱分析显示，除了喜树碱，该种子还含有一些其他衍生物，如10-羟基喜树碱、9-去甲氧基喜树碱、20-去氧喜树碱。紫玉草种子的粗提物制剂对乳腺癌MDA、MB273细胞和两种卵巢癌细胞系NCL/ADR-RES、SKOV有一定作用。这是喜树碱及其衍生物在该物种第一次被报道[5]。有研究指出，10-羟基喜树碱对小鼠黑色素瘤肺转移模型具有抑制作用[6]。10-羟基喜树碱还可以抑制癌基因的表达并改变其细胞周期调控，对肿瘤细胞凋亡起到诱导作用[7]。

2 苦参碱类生物碱

苦参碱类生物碱大都提取于苦参、广豆根及苦豆子等豆科(Leguminosae sp.)植物中。该类生物碱包括苦参碱、槐国碱、槐醇碱、氧化苦参碱以及氧槐国碱等。因其具有疗效显著，毒副作用小，可抑制肿瘤的耐药性，能和多种化疗药物共同使用的特点[8]，目前已成为肿瘤治疗领域应用最广泛的生物碱之一。当前研究显示，苦参碱可抑制肿瘤细胞增殖，诱导肿瘤细胞分化，包括人红白血病细胞株K-562，人肾癌细胞系GRC-1细胞株，肺腺癌A549细胞[9]等，并且对上述细胞的抑制作用呈时间-剂量依赖关系，即随着给药时间延长和药物浓度增加，细胞的存活率随之降低。研究表明，低剂量苦参碱对人肝癌细胞的增殖有显著的抑制作用。细胞在G0/G1期比例显著增高，S期的比例下降，表明苦参碱能有效抑制肿瘤细胞进入S期[10]。苦参碱已被证明在MARC-145细胞中具有抗呼吸综合征病毒活性。研究讨论[11]苦参碱对呼吸综合征病毒N蛋白的表达与诱导细胞凋亡的影响，通过荧光染色分析细胞凋亡，Western-blot研究苦参碱对caspase-3的活化作用，分析苦参碱对N蛋白表达的作用。结果表明苦参碱可抑制N蛋白在MARC-145细胞中的表达，进而被认为可能通过抑制caspase-3活化以诱导细胞凋亡。苦参碱可通过抑制肿瘤血管和某些致癌病毒的产生以达到抗肿瘤作用。研究发现[12]，苦参碱可通过调节Bcl-2和Bax蛋白的表达激活caspase-9、caspase-3级联反应，使肝癌HepG2细胞凋亡。

3 长春花类生物碱

长春碱是从夹竹桃科(Apocynaceae)植物长春花中提取的生物碱。作为一种新型的化疗药物，其具有抑制微管蛋白组装的活性，毒性小，对特异性肿瘤疗效良好的特点[13]。目前长春碱与顺铂、甲氨喋呤的联用是治疗泌尿道上皮癌的首选。结合长春碱-微管蛋白复合晶体结构图研究发现，以长春碱家族中活性较好、化学稳定性较高的长春瑞滨(NVB)为先导物，对其C-3位进行结构修饰，合成了多个长春瑞滨衍生物，观察其对肿瘤A549细胞的体内体外抑制增殖活性，总结C-3位的构效关系，发现了具有深入研究价值的活性化合物。对长春瑞滨的C-4位进行前药设计，在其C-4位接入不同的酯键基团以合成新衍生物，可降低长春瑞滨的毒性，改善口服吸收[14]。研究人员用溶剂提取长春花草粉[15]，并通过柱色谱进行纯化得到双吲哚类生物碱——长春碱。长春碱对神经胶质瘤细胞BT325具有明显的毒性作用[16]。细胞自噬，是一种分解代谢的生存途径，在癌症治疗方面引起了极大的关注。在人类肝脏和结肠癌细胞中，采用细胞自噬诱导物纳米脂质体C6-神经酰胺进行治疗，同时在诱导物上结合长春花碱可增加细胞凋亡。研究表明通过细胞自噬机制的调节，纳米脂质体C6-神经酰胺和长春花碱具有协同抗癌活性[17]。

4 石蒜科生物碱

石蒜碱是石蒜科(Amaryllidaceae)植物中含量较高的生物碱成分。石蒜碱是最早分离得到的单体生物碱，研究发现石蒜碱对人早幼粒白血病HL-60细胞、人乳腺癌MCF-7细胞、小鼠黑色素瘤B16F10细胞等多种肿瘤细胞株显示出良好的抗肿瘤活性，作用机制与其抗增殖、细胞凋亡诱导作用有关[18-20]。石蒜碱主要通过触发线粒体凋亡途径来发挥凋亡诱导作用。实验数据表明[21]，盐酸石蒜碱作为一种新型的抗卵巢癌制剂，对卵巢癌Hey1B细胞株具有强侵入性的抗癌作用。其毒性低，可有效抑制细胞有丝分裂增殖导致细胞周期停滞，还可抑制血管生成基因的表达，包括VE-钙黏蛋白，血管内皮生长因子，并减少Akt在Hey1B细胞的磷酸化。表明盐酸石蒜碱可选择性地抑制卵巢癌细胞的增殖和新血管形成，是一种治疗卵巢癌极具开发价值的药物。石蒜碱及其盐酸盐对大鼠W-256的生长和小鼠纤维肉瘤具有较强的抑制作用(ED50=0.3 mg/L)，但对小鼠肝癌、艾氏腹水癌皮下型、肉瘤S-180的抑制作用不明显[22]。通过线粒体途径石蒜碱可诱导人白血病细胞凋亡，并在胱门蛋白酶激活前引起Mcl-1的快速周转。此外，伴随Mcl-1的下调，细胞凋亡显著，可观察到患者的急性髓细胞和白血病原始细胞。研究结果表明，石蒜碱是对抗白血病的一个很好的候选治疗剂，值得进一步研究评估[23]。

5 小檗碱类生物碱

小檗碱又称黄连素，是从毛茛科(Ranunculaceae)黄连属(Coptis Salisb)植物黄连、黄柏根茎中提取的生物碱。小檗碱具有细胞毒性，可抑制肿瘤细胞生长并促进其凋亡，对时间和剂量显示出依赖性。小檗碱可通过将碱性成纤维生长因子活化的人脐静脉内皮细胞周期阻滞在G0/G1期来抑制活化HUVEC细胞的增殖，从而诱导该细胞发生凋亡，抑制新血管生成，达到抗肿瘤目的[24]。近期研究表明，诱导细胞凋亡可通过凋亡基因、炎症因子、环氧化酶、线粒体/caspase等途径来实现，小檗碱则是通过调控细胞周期和阻止能量产生来抑制肿瘤细胞增殖，还可以通过断裂DNA从而诱导肿瘤细胞凋亡[25]。小檗碱与阿霉素结合对小鼠黑色素瘤B16F10细胞在体外和体内都有明显的影响，两种药物联用明显抑制细胞生长和诱导细胞凋亡,并引起G2/M细胞周期阻滞。小檗碱对ERK1/2的磷酸化，比Akt磷酸显示出更强的抑制作用，而药物的组合表现出比Akt磷酸更大的抑制效果。研究结果表明,小檗碱和阿霉素作为一种新的药物组合可抑制黑色素肿瘤生长[26]。此外，小檗碱还具有干扰肿瘤宿主机体炎性微环境的作用，减弱肿瘤生长，说明这种炎性微环境下的各种成分也是肿瘤治疗的有效靶点，为治疗肿瘤提示了新的方向[27]。

6 其他

除此之外，还有很多生物碱类药物具有抗肿瘤作用。紫杉醇类生物碱是从红豆杉科(Taxaceae)植物红豆杉的干燥根、枝叶以及树皮中提取的生物碱。将紫杉醇处理的HepG2细胞ACA间接免疫荧光染色、抗核仁抗体B23间接免疫荧光染色,研究其对HepG2细胞杀伤的反应机理，发现紫杉醇具有显著的抗癌效果[29]。

吴茱萸碱提取于芸香科植物吴茱萸的成熟果实，通过启动caspase-3，8依赖的途径，达到诱导人肺腺癌细胞凋亡的作用，从而抑制肿瘤细胞分裂增殖[30]。三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱是从粗榧科植物三尖杉中提取的生物酯碱。三尖杉酯碱通过抑制细胞生长和诱导细胞凋亡杀伤急性早幼粒白血病NB4细胞，还可能通过下调Mcl-1蛋白发挥诱导急性早幼粒白血病NB4细胞凋亡的抗白血病作用[31]。粉防己碱是防己科植物粉防己的主要生物碱。粉防己碱和防己诺林碱与阿霉素联合使用对MDR Caco-2和CEM/ADR5000癌细胞具有明显的细胞毒作用，临床上可作为一种新型的用药组合用于治疗癌症[32]。

7 结语

国内外研究表明，天然植物中抗肿瘤活性成分可以抑制化疗过程中的不良反应，同时具有提高机体免疫力，辅助提高药物疗效的功能。由此可见，对于新型生物碱类药物的开发和研制将在今后具有广泛的市场应用价值。在实践过程中，生物碱一直在抗肿瘤治疗领域处于优势地位，因此，进一步探索生物碱的抗肿瘤机制，并且研发新型抗肿瘤生物碱药物将成为未来研究领域的热点。

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(责任编辑：魏 晓)

Research Progress of Alkaloids Antitumor Drugs of Natural Plants

Cao Mingzhe1, Ji Yubin1,2*,Xin Guosong1,2,Li Yinglin1,Zhang Lu1,Yang Qi1

(1.Research Center on Life Sciences and Environmental Sciences, Harbin University of Commerce, Harbin 150076,China;2.Engineering Research Center of Natural Anticancer Drugs, Ministry of Education, Harbin 150076, China)

According to recent study,alkaloids chemical constituents from plants have the characteristics of good antitumor activity,high effect,good tolerance,small side effects and it have had good results in the clinic.In this paper,we divide alkaloids chemical into several categories according to different plant sources.In addition,we summarized the research progress on its antitumor effect,this summarize will provide reference for the future studies of natural alkaloids antitumor drugs.

Alkaloid；Natural Plant；Anti-tumor；Research Progress

2014-11-11

国家自然科学基金(81274067)；黑龙江省自然科学基金(D201229)

曹明哲(1989-)，男，哈尔滨商业大学硕士研究生，研究方向为药物化学。

季宇彬(1956-),男，哈尔滨商业大学教授，博士生导师，研究方向为肿瘤药理学。E-mail：jyb@hrbcu.edu.cn

R285

A

1673-2197(2015)07-0059-03

10.11954/ytctyy.201507027