β－榄香烯衍生物抗肿瘤作用的研究进展

郑义 刘艳菊 田凤

(1.河南中医学院第三附属医院 河南 郑州 450008;2.河南中医学院 药学院 河南 郑州 450016)

β－榄香烯(elemene)是我国自行姜科植物温郁金(莪术)中提取的二类非细胞毒性抗肿瘤药物。大量研究结果表明β－榄香烯是抗肿瘤作用的主要物质基础，具有广谱、低毒、高效等优点，主要机制是诱导肿瘤细胞凋亡，同时还能抑制转移、抗肿瘤细胞耐药、增强机体免疫、增强化疗、放疗效果等。但β－榄香烯分子中只含C、H两种元素，造成其水溶性差，不利于跨膜转运，生物利用度低。在其结构中引入亲水基团，增强水溶性，提高抗癌活性［1］。改造β－榄香烯的结构，研究其药理、药效，有望获得活性高的抗癌新药。本文重点对β－榄香烯衍生物抗肿瘤作用机制进行综述。

1 β－榄香烯含氮衍生物

1.1 β－榄香烯氨基酸衍生物 细胞凋亡是一个由基因调控的主动而有序的细胞自我消亡过程。细胞周期包括间期(G1、S、G2)、分裂期(M)，其中有丝分裂在G1期对氨基酸等营养物质的需求最大，肿瘤细胞也快速增殖，对营养物质的需求远远大于正常细胞。β－榄香烯通过作用于肿瘤细胞G0/G1期，阻碍肿瘤细胞从S期进入G2、M期而抑制肿瘤细胞的生长［2］，基于此，徐莉英等［3］将氨基酸引入β－榄香烯中，β－榄香烯氨基酸衍生物不仅水溶性好，体内外抗癌活性也比β－榄香烯强，β－榄香烯氨基酸衍生物的抗肿瘤作用机制与β－榄香烯一致，均为诱导肿瘤细胞凋亡、增强免疫功能等。于志瀛［4］用AO/EB荧光双染法研究β－榄香烯衍生物(ET)诱导NB4细胞凋亡的机制，结果显示:用不同浓度的β－榄香烯－13－色氨酸(ET)处理白血病细胞(NB4)12 h后，细胞出现了染色质凝固、边缘化、凋亡小体及核断裂等典型的调亡形态学改变。通过流式细胞术进一步确证，ET主要是诱导NB4细胞凋亡来达到抗肿瘤效果。王芬等［5］研究报道N－(β－榄香烯－13－基)－脯氨酸对A549细胞有抑制作用，其抑制作用高于β－榄香烯;N－(β－榄香烯－13－基)－赖氨酸对HeLa、SGC－7901细胞有抑制作用，N－(β－榄香烯－13基)－赖氨酸对HeLa、U251细胞有抑制作用，其抑制作用均高于β－榄香烯。以上说明通过在β－榄香烯结构中引入氨基酸或寡肽片段均能增强其体外抗癌活性。但部分衍生物的活性较低，推测可能是由于癌细胞对不同氨基酸及寡肽片段吸收率不同，或者是由于β－榄香烯衍生物在实验pH范围内溶解度低而导致药效不高。

1.2 β－榄香烯聚乙二醇衍生物 聚乙二醇(PEG)具有良好的水溶性和生物相容性，将其引入β－榄香烯结构中有望得到水溶性好、抗癌活性高的β－榄香烯衍生物。成康民等［6］采用WST－1染色法研究β－榄香烯聚乙二醇衍生物抗肿瘤活性，细胞存活率检测表明β－榄香烯聚乙二醇的衍生物对K562和HeLa细胞株的抑制作用明显强于β－榄香烯，且抗肿瘤活性与衍生物的分子量存在一定的关系，分子量小于2 000，随着分子量的增大，抗癌活性增强，分子量大于5 000的衍生物活性降低，推测可能PEG分子量太大将掩盖β－榄香烯本身结构优势。

1.3 β－榄香烯芳杂环衍生物 徐莉英等［7］合成了系列β－榄香烯芳杂环衍生物，采用SRB法研究衍生物对癌细胞增殖的抑制作用。结果发现β－榄香烯芳杂环衍生物对HL－60、He-La、SGC－7901三种癌细胞的IC50值均远低于β－榄香烯。说明在β－榄香烯结构中引入含氮芳杂环，可提高其水溶性和体外抗癌活性。且引入不同的含氮芳杂环，其体外抗肿瘤活性无显著差异，表明芳杂环的结构对体外抗肿瘤活性不起决定性作用。徐莉英［8］通过体外实验，初步探讨对人癌细胞HL－60、SGC－7901、HeLa、BEL－7402和HepG2增殖抑制作用，凋亡形态学及生化学检测证明，这类化合物能将肿瘤细胞阻滞于G0/G1期，并诱导肿瘤细胞凋亡。

1.4 β－榄香烯胺类衍生物 徐莉英等［9］合成了一系列β－榄香烯胺类衍生物并研究其抗癌活性，结果表明β－榄香烯胺类衍生物对HL－60、HeLa、SGC－7901细胞的增殖具有抑制作用，且大多数衍生物的活性高于β－榄香烯，尤其金刚烷胺类衍生物的活性较强，N－取代哌嗪类衍生物的活性较弱。体外抗癌活性试验结果表明，β－榄香烯取代哌嗪衍生物(DX－1、DX－2)，体外对K562、HL60、HeLa、SGC－7901、PC3、LNCap等细胞株的IC50值比β－榄香烯的低1～2个数量级［9］，无明显骨髓抑制作用，且对化疗药物耐受的MCF－7/Adr细胞株具有同样的敏感性。小鼠体内抗癌活性试验结果是β－榄香烯取代哌嗪衍生物(DX－1、DX－2)在小鼠体内可显著抑制移植性肿瘤在小鼠体内的原位生长，抑制活性高于或相当于β－榄香烯，其抗癌机制为抑制肿瘤细胞生长和诱导细胞凋亡。王敬敬等［10］在β－榄香烯取代哌嗪类衍生物(DX－1、DX－2)的哌嗪基4－位氮上引入取代苯甲酰基或取代苯丙烯酰基，合成β－榄香烯取代哌嗪酰胺类衍生物并研究其抗肿瘤活性，MTT法测定β－榄香烯取代哌嗪类酰胺衍生物对人癌细胞的增殖抑制作用结果表明，β－榄香烯取代哌嗪类酰胺衍生物对人黑色素瘤细胞A375－S2的抑制活性高于未酰胺化的哌嗪类衍生物。

2 β－榄香烯醚类衍生物

某一课题组研究了十几种β－榄香烯单取代醚类化合物的体外对K562和HeLa癌细胞株的抑制作用，除极少数衍生物对K562细胞的IC50值比β－榄香烯低外，部分化合物活性仅略强于β－榄香烯，部分单取代醚类化合物的活性与β－榄香烯相当。

3 β－榄香烯醇酯类衍生物

文献资料表明β－榄香烯含氮衍生物氮原子上的活泼氢原子对其体外抗肿瘤活性起重要作用。当氮原子上的活泼氢原子被取代后，体外抗肿瘤活性显著降低［11－12］。比较所有氨基酸β－榄香烯醇酯类化合物氨基酸－(β－榄香烯－13－基)酯的IC50值发现:其中苯并四氢吡咯取代的甘氨酸－(β－榄香烯－13－基)酯的活性明显高于其他化合物，可能是由于其结构中除含有氨基酸结构片段外，吲哚环中的氮原子上还含有一个活泼氢原子。化合物(β－榄香烯－13－基)羧酸酯活性最低，可能是由于二元酸的2个羧基都与β－榄香烯成酯，水溶性降低的缘故。

4 β－榄香烯放射性衍生物

任云峰等［13］合成了β－榄香烯含氮衍生物放射性配合物，从3种β－榄香烯二(2－吡啶甲基)－胺与铼的配合物的体外活性数据看，β－榄香烯含氮衍生物配合物对HeLa细胞的IC50值在10.3～11.2 M，对LLC细胞的IC50值在4.8～7.8 M，抑制活性远高于β－榄香烯，其机制是减少Rb蛋白磷酸化，下调细胞周期素D1的表达，将细胞阻滞在G1期。研究显示采用放射性标记法合成β－榄香烯三羰基铼配合物，并进行体外抗癌活性的研究，β－榄香烯三羰基铼配合物抗癌活性明显强于β－榄香烯。

5 β－榄香烯吲哚衍生物

武芳莉等［14］在β－榄香烯吲哚衍生物的合成及其体外抗K562细胞增殖活性的实验中，对β－榄香烯进行了一系列结构修饰工作［9－10］，并进行了体外抗癌活性筛选，结果显示，β－榄香烯的色氨酸及色氨酸甲酯衍生物表现出比其他氨基酸衍生物更高的体外抗癌活性。体内抗癌试验结果表明，β－榄香烯的色氨酸甲酯衍生物可以显著抑制移植性肝癌H22细胞、Lewis肺癌LL/2细胞在小鼠体内的原位生长［3］。抗肿瘤作用机制诱导肿瘤细胞凋亡［15－16］。

6 β－榄香烯糖苷衍生物

在β－榄香烯骨架及其双键不受破坏的前提下，引入羟基、氨基等亲水性基团可以获得抗癌活性好的β－榄香烯衍生物［3］。糖类物质的亲水性较强，在细胞识别、信号传导等诸多生理活动中有积极的作用。众多糖类化合物在抗菌、抗氧化、抗病毒、抗肿瘤等方面性能良好。通过糖苷化对β－榄香烯进行糖基化修饰，可以改变药物分子的构象，提高其水溶性或生物活性，增加药物对受体的亲和能力，有望获得活性高、水溶性好的抗癌药物。

7 结语

综上所述，我国近十多年对β－榄香烯衍生物抗肿瘤作用机制进行了大量的研究，结果表明，诱导凋亡是β－榄香烯衍生物的主要抗肿瘤机制，但很多结果还需要深入的研究。总之，β－榄香烯衍生物能克服目前临床使用的β－榄香烯抗癌活性不太高且水溶性较差的缺点，这不仅为抗肿瘤药物的研究提供了实验数据，也为肿瘤的治疗提供了有效的手段。基于此对β－榄香烯衍生物的研究也成为较热门的领域。

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