盐霉素抗肿瘤机制的相关研究进展

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(南华大学附属第二医院泌尿外科，湖南 衡阳 421001)

·文献综述·

盐霉素抗肿瘤机制的相关研究进展

黄龙，王毅*，汪翼

(南华大学附属第二医院泌尿外科，湖南 衡阳 421001)

肿瘤干细胞(CSCs)是一群存在于肿瘤细胞中的亚群,具有自我更新和产生新的不同分化程度的肿瘤细胞。干细胞亚群的存在使得肿瘤可以逃避化疗药物、靶向治疗药物以及放射治疗等治疗手段的杀伤作用,也是肿瘤复发和转移的重要原因之一。盐霉素是由白色链霉菌发酵产生的属于聚醚类的一元羧酸，近年来研究发现盐霉素能高效杀死多种肿瘤干细胞,并对多种肿瘤有明显的抑制作用，是一种很有开发潜力的抗肿瘤药物。其作用机制可能与诱导肿瘤干细胞凋亡与抑制有关。

盐霉素； 细胞凋亡； 抗肿瘤； 药物

盐霉素(Salinomycin)属于聚醚类一元羧酸，由白色链霉菌(Streptomyces albus)发酵产生，具有特殊的环状结构，类似苯环样，盐霉素假环状结构中的聚醚部分能够与金属阳离子结合形成复合物,其分子表面的亲脂层又可以转运这些离子复合物穿过生物细胞膜,使得盐酶素具有杀死革兰阳性菌和抗禽类球虫病的作用，更是赋予了其稳定的生化特性，是一种典型的离子载体抗生素，上世纪70年代起，盐霉素主要用于抗鸡球虫病和促进畜禽生长[1]。2009年,Gupta等[2]在药物筛选实验时发现，盐霉素能选择性杀伤乳腺癌的肿瘤干细胞，提示盐霉素有望成为新型抗肿瘤药物。国内外近年来的研究亦发现盐霉素能显著抑制肿瘤细胞的生长、诱导肿瘤细胞凋亡；对多种肿瘤均有明显的抑制作用，盐霉素作为肿瘤干细胞的“杀手”，已经在多种细胞模型上得到了验证。Dong等[3]研究发现，在结直肠癌的肿瘤干细胞中检测其对盐霉素的敏感，结果显示,运用盐霉素后，癌症细胞伴有上皮细胞等标志物的表达上调和抑制波形蛋白(间充质细胞标志)的形成，从而进一步促进抑制细胞增殖、集落形成、细胞迁移、侵袭作用。

1 盐霉素诱导肿瘤细胞自噬的发生

细胞自噬(autophagy)是真核生物中进化保守的对细胞内物质进行周转的重要过程。该过程中一些损坏的蛋白或细胞器被双层膜结构的自噬小泡包裹后，送入溶酶体(动物)或液泡(酵母和植物)中进行降解并得以循环利用[4]。细胞自噬可分为如下三种形式，微自噬(microautophagy)、巨自噬(macroautophagy)和分子伴侣介导的自噬 (Chaperone-mediated autophagy，CMA)。随着科技的进步，对细胞自噬的了解也不断加深，细胞的自噬还参与着细胞程序性死亡，这种与自噬有关的程序性死亡被命名为自噬性细胞死亡。细胞自噬与细胞凋亡、细胞衰老一样，是十分重要的生物学行为，参与生物的发育、生长等多种过程。

Kim等[5]研究发现，盐霉素可以通过升高细胞内活性氧和使线粒体膜的去极化诱导前列腺癌细胞的凋亡。在肿瘤细胞中,Akt/NF-Kb通路的激活是很常见的一种现象。实验发现盐霉素能够阻断Akt蛋白的表达并抑制NF-kb的入核,通过有效抑制Akt/NF-Kb通路诱导卵巢癌细胞的凋亡。另有研究发现[6],盐霉素可以促进细胞进入自睡反应,引发线粒体膨胀、线粒体自唆、破坏线粒体结构以及细胞内ATP大量丧失,过度的自唾反应导致肿瘤细胞“自杀”。Verdoodt等[7]研究发现，在结肠癌和乳腺癌中，应用盐霉素可诱导细胞自噬的发生，从而导致肿瘤细胞凋亡。通过观察到细胞死亡的伴随特征，形成多空泡的增加和自噬标记的摄取，而证实了盐霉素可诱导细胞自噬。此外，研究还观察到盐霉素可以诱导和激活与自噬性细胞死亡有关的ROS及JNK信号通路，促使细胞凋亡。Kuo等[8]研究发现，在头颈部的鳞状细胞癌(鳞癌)干细胞中，盐霉素可以激活EMT并诱导Akt的磷酸化，促使癌细胞凋亡。

2 盐霉素与Wnt通路促使肿瘤细胞凋亡

Wnt基因为小鼠乳腺肿瘤病毒优先整合的位点，是一种癌基因，在细胞增殖和分化中起重要的作用。随后研究发现它与果蝇的无翅基因(wingless)属直相同源基因(orthologous gene)，从而将二者结合命名为Wnt基因。Wnt基因属于原癌基因，随着研究的不断深入，发现Wnt基因家族十分庞大，为多基因家族，其基因结构从低等的无脊椎动物到脊椎动物乃至人类具有高度保守性，其同源序列达27%～83%，对动物的生长发育起着至关重要的作用[9]。Wnt基因编码的Wnt蛋白，可启动细胞内信号传导途径，传导生长刺激信号，参与不同的发育机制，如细胞分化，迁移，以及决定细胞命运的增殖等。因其启动蛋白为Wnt蛋白，因此命名为Wnt信号途径。

研究发现Wnt信号通路在哺乳动物的发育，干细胞的更新，和癌症的进展中均起着极其关键的作用。2011年,Lu等[10]研究发现盐霉素通过抑制Wnt通路导致慢性淋巴细胞性白血病细胞的调亡,进一步研究表明，盐霉素影响Wnt通路是通过阻碍Wnt受体，诱导降解脂蛋白受体相关的磷酸化信号蛋白6，进而导致肿瘤细胞的凋亡。另有研究报道[11]，在胰腺癌细胞中，盐霉素可抑制Wnt/β-catenin信号相关的β蛋白，如β-catenin和p-gsk-3β,而导致胰腺癌细胞的生长抑制、凋亡。Quann等[12]利用荧光素酶研究发现在前列腺癌细胞中，盐霉素导致前列腺癌细胞的凋亡，可能与MAPK信号通路的激活相关，这一发现对研究癌症的发展十分关键。

然而，其确切的机制如何，盐霉素对复杂的癌症和肿瘤干细胞的信号通路的影响仍是未知，需要进一步研究和阐明。Haque等[13]研究发现，盐霉素导致肺癌细胞的凋亡是通过激活了p53通路，促使凋亡蛋白Caspase家族的表达，从而导致了肺癌症细胞的凋亡。另有研究发现，在前列腺癌细胞中，盐霉素是通过激活Caspase-3和PARP-1通路导致前列腺癌干细胞的凋亡。Ketola等[14]研究发现，在前列腺癌细胞中，盐霉素通过增加氧化应激水平，累积活性氧和线粒体膜去极化，而抑制前列腺癌细胞的生长，导致前列腺癌细胞的凋亡。

3 盐霉素与DNA的损伤(P21蛋白)

DNA存储着生物体赖以生存及繁衍的遗传信息，因此维持DNA分子的完整性对细胞至关紧要。许多因素都会导致DNA分子的损伤或改变，DNA损伤是DNA复制过程中DNA核苷酸序列永久性改变，并导致遗传特征改变的生物学现象。1947年，A.凯尔纳等研究发现，链丝菌等微生物经过紫外线(Ultraviolet rays，UV)照射后，暴露在正常光下可以减少死亡，证明这是许多微生物固有的DNA损伤修复功能，并把这一修复功能称为光复活。1968年Cleaver等[15]研究发现人常染色体隐性遗传的光化癌变疾病——着色性干皮病(Xeroderma Pigmentosum，XP)，是由基因突变造成的DNA损伤切除修复功能的缺陷引起。为恶性肿瘤的发生机理提供了一个重要的分子生物学证据,使DNA损伤修复的研究进入了医学领域。Kim等[5,16]研究表明，盐霉素与DNA损伤剂可导致DNA的损伤，使大量癌细胞的凋亡，通过增加p53和H2AX的表达，减少抗凋亡蛋白p21的表达，从而致DNA的损伤。另有研究发现，运用盐霉素可诱导阻滞G2期，使癌细胞对放射治疗更加敏感，抑制p21蛋白表达水平，促进H2AX和p53的激活与表达。Diehn等[17]研究发现在MDA-MB-231乳腺癌细胞中，盐霉素增加组蛋白H3和H4的高度乙酰化致癌症细胞凋亡抑制细胞生长。

4 盐霉素与离子通道

1952年，Hodgkin等[18]研究发现Na+和K+的电流和电导是膜电位和时间的函数，提出了离子通道的概念。离子通道的活性，就是细胞通过离子通道的开放和关闭来调节相应物质进出细胞速度的能力，对实现细胞的各种功能及特性均具有十分重要的意义。相关研究发现，离子通道的转运与肿瘤细胞的增殖、凋亡、浸润和迁移相关联，这一发现成为癌症治疗的新靶点。相关研究发现属于离子载体抗生素的盐霉素可促进离子通过膜的脂质屏障，中断原核和真核细胞中的天然离子转运系统，为高度选择性的钾离子载体抗生素，影响钾通道，促进钾离子从线粒体和细胞质中流出,从而影响线粒体PT孔的开放、引起线粒体跨膜电位下降以及细胞色素c释放，进而促进癌症细胞凋亡。

5 盐霉素抗癌作用的局限性

Lu等[10]研究表明，在外周血单核细胞(Peripheral blood mononuclear cells，PBMC)中，盐霉素需要100倍抗肿瘤细胞的浓度才能对正常的细胞产生毒副作用；同时，Scherzed等[19]研究发现，在人骨髓间充质干细胞(Human bone marrow mesenchymal stem cells，hBMSC)中，只有当盐霉素在剂量>30 μmol/L时，才会对正常细胞活力、迁移能力等造成影响。然而，在其他的“正常”细胞实验时，特别是其他骨髓细胞的做实验研究时，并没有得出可靠的实验数据支持。Boehmerie等[7,20]对盐霉素的毒性研究评价显示，在盐霉素处理人神经纤维细胞时，神经细胞内的Na+浓度增加，胞浆内的Ca2+浓度蛋白酶活性升高，线粒体膜去极化，进而通过诱导Caspase家族蛋白导致正常细胞凋亡。研究发现，一些动物，如猫，狗，猪，马，甚至还有人，在过量或误食盐霉素后，可以出现严重的毒副作用。正如前面所述，盐霉素可影响K+离子通道而抗肿瘤，而K+通道不仅在肿瘤细胞或是肿瘤干细胞中存在，正常的组织细胞中也存在，所以，盐霉素除了可以影响肿瘤细胞和肿瘤干细胞，它也可以对正常神经细胞和造血干细胞产生毒性。因此，临床上，在一些特定的组织、器官肿瘤使用盐霉素进行治疗时，需要制定一个较严谨的有效策略，防止出现盐霉素在抗癌的同时，因使用不当对正常细胞产生毒副作用。为此，Huczynski等[21]研究表明，根据盐霉素的分子结构，合成了一套酰胺和酯衍生物和苯并三氮唑霉素，且进一步研究表明其与盐霉素的抗菌和抗癌活性的作用相差无几，为人类抗肿瘤事业提出新的思路。

6 结 论

综上所述，盐霉素抗成体肿瘤细胞机制进行了初步探讨，主要集中在以下几个方面：(1)通过诱导氧化应激类固醇代谢产物的升高及抗氧化的类固醇代谢产物的降低抑制肿瘤细胞的生长及转移；(2)通过抑制wnt/-β连环蛋白途径或者降低细胞线粒体膜的膜电位，将细胞色素C释放到细胞质中，促进细胞的凋亡；(3)通过损害DNA降低抗凋亡蛋白P21的表达水平，促进细胞凋亡；(4) 盐霉素对正常细胞的副作用虽然相对较少，但是在过量或误食盐霉素后，仍然可出现严重的毒副作用。所以需在相对狭窄的治疗指数下使用盐霉素。考虑盐霉素潜在的不利毒副作用，未来的研究将主要集中盐霉素的构效关系(structure-activity relationship，SAR)，即研究出细胞毒副作用较小、可用于临床的、选择性强的抗肿瘤药物，让盐霉素早日成为新型的抗肿瘤药物而造福于医疗事业。

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10.15972/j.cnki.43-1509/r.2016.01.031

2015-11-04；

2015-12-15

*通讯作者，E-mail：wayne0108@126.com.

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