香叶木苷抗肿瘤作用及机制的研究进展

张 红,周英钰,卢卫红,程翠林,高 鑫,山 珊

(哈尔滨工业大学化学与化工学院,黑龙江哈尔滨 150001)

香叶木苷抗肿瘤作用及机制的研究进展

张 红,周英钰,卢卫红*,程翠林,高 鑫,山 珊

(哈尔滨工业大学化学与化工学院,黑龙江哈尔滨 150001)

香叶木苷又名地奥司明(Diosmin),在多种药食同源的天然植物中含量丰富,其作用于动静脉系统的药理学活性被广泛报道,其可抑制肿瘤细胞增殖,对癌细胞具有特异性促凋亡活性和化学预防作用,因而被认为是有潜质的抗肿瘤药物。本文将对香叶木苷对肿瘤细胞的增殖与凋亡、信号通路、抗多药耐药等方面的机制作以综述。

香叶木苷,抗肿瘤,机制

香叶木苷最早于1925年由Scrophularianodosa分离得到,于1969年被用于药物使用,主要应用于静脉功能不全、痔疮、淋巴水肿和静脉曲张等相关病症[1]。目前,香叶木苷作为一种黄酮苷类物质已在柑橘类水果[2]、芸香科类植物如两面针[3]、西草科植物如蓬子菜[4]等多种天然植物中被提取。药代动力学研究发现,香叶木苷的糖苷键可被肠道菌群快速降解为苷元香叶木素和芸香糖,在人体内以香叶木素的形式被降解吸收,其血浆的半衰期为26～43 h,被人体的酶降解为酚酸类物质及其甘氨酸的结合物经肾脏排出体外[5-6]。香叶木苷的作用机制复杂,对静脉有特异的亲和性,可增强静脉张力;降低白细胞与血管内皮细胞的粘附、移行,阻断炎症反应,增强毛细血管张力,降低血液粘稠度及毛细血管通透性,改善微循环;加强淋巴引流速度及淋巴管的收缩作用,促进淋巴回流,减轻水肿[7]。近年来,人们开始关注香叶木苷的抗癌活性。早在1999年S. Kuntz等人筛选了30多种黄酮类化合物,发现香叶木苷对结肠癌细胞Caco-2和HT-29有一定的抗增殖作用,并且结果显示其在一定范围内对正常细胞没有毒性[8]。Xie等人利用Colon205细胞系研究表明香叶木苷对癌细胞具有一定的抑制作用,而对正常细胞几乎没有毒性[9]。随着对其抗肿瘤活性不断被验证,研究人员逐渐对其作用机理展开了更深层次的研究。

1 香叶木苷对细胞增殖及凋亡的作用机制

备受关注的细胞凋亡途径主要包括死亡受体介导的外部凋亡途径、内部线粒体途径、B粒酶介导的细胞凋亡途径及内质网应激途径。参与这几种途径的主要蛋白分子有凋亡蛋白酶(caspases)、衔接蛋白(adapter proteins)、Bcl-2和凋亡抑制蛋白(IAPs)。当受到内部凋亡刺激因子作用后可引发细胞凋亡过程的级联反应,导致细胞凋亡。Bcl-2家族蛋白在细胞色素C向胞质的释放的环节中起主要的调控作用。caspase-3为效应凋亡蛋白酶,属于半胱氨酸蛋白酶类,能够对靶蛋白天冬氨酸残基上的肽键进行特异性切割,被活化后可导致维持细胞结构及生命活动所必须的蛋白裂解,最终导致细胞结构的破坏及DNA 损伤断裂,最终引起细胞死亡。

近几年研究发现,香叶木苷对正常细胞具有一定的保护作用。Sanjay L等人研究发现,香叶木苷可显著提高PC12细胞的存活率,抑制脂多糖(LPS)诱导产生肿瘤坏死因子(TNF-α),降低细胞DNA链断裂,减少促凋亡蛋白Bad的表达,增加抗凋亡蛋白Bcl-2的表达,并能抑制LPS诱导的caspase-3的激活,进一步证实了其抗凋亡作用[10]。Arab等对香叶木苷防治胃溃疡的研究中也证明了这一点,研究发现香叶木苷可通过抑制髓过氧化酶(MPO)和肿瘤坏死因子(TNF-α)以及核因子(NF-kB)、P65的表达抑制胃粘膜炎症,还可增强抗炎物质白细胞介素10(IL-10)的水平,同时可通过抑制脂质过氧化物,增强谷胱甘肽、谷胱甘肽过氧化酶、总抗氧化能力来终止胃部的氧化应激,对于胃黏膜细胞的凋亡,香叶木苷可抑制caspase-3的活性和细胞色素C的释放,并增强抗凋亡的Bcl-2的表达,提高细胞的存活率[7,11]。而在此之前Kobayashi S等人就发现黄酮类物质的许多药理学特性可能对细胞内的酶有抑制作用[12]。

对肿瘤细胞的研究中,香叶木苷则表现出相反的特性,如口腔癌细胞[13]、结肠癌细胞[14]、乳腺癌细胞[15]、肝癌细胞[16]等,香叶木苷具有抗增殖、促凋亡活性。刘宁宁研究发现香叶木苷能够抑制HepG2肝癌细胞增殖及肝癌标志物AFP的产生,有效降低肝癌细胞的迁移能力及转化生长因子TGF-β的表达,诱导细胞向正常细胞分化的同时,可降低其产生免疫抑制物质逃避机体免疫能力,是一种有效的诱导分化剂[16]。Tahir M等人研究发现香叶木苷可减少肝结节和早期肿瘤标志物(增殖细胞核抗原PCNA、核蛋白Ki67、鸟氨酸脱羧酶ODC)、氧化应激生物标志物、血清毒性指标(谷草转氨酶AST、谷丙转氨酶ALT、乳酸脱氢酶LDH)、细胞坏死标志物(核因子NF-κB、肿瘤坏死因子TNF-α)以及炎症标志物(环氧酶COX-2、一氧化氮合成酶iNOS),推测抑制细胞增殖和炎症标记物可能是香叶木苷抑制癌细胞的潜在机制[17]。

2 香叶木苷对肿瘤细胞信号通路的作用机制

近年来对肿瘤细胞周期抑制关注较多[18],其中包括细胞周期蛋白依赖性激酶进入细胞周期(CDKs)的抑制作用,通过破坏DNA使细胞停滞在G1/S或G2/M期[19]。而这种有丝分裂的结束取决于PP2A磷酸酶复合物活性[19-20]。Tran Duc D等人研究发现香叶木苷能够激活PP2A,从而抑制HA22T肝癌细胞增殖和肿瘤的生长,通过裸鼠模型实验发现香叶木苷呈剂量依赖性对HA22T肝癌细胞生长起到抑制作用,并通过激活PP2A和P53及下调PI3K-Akt-MDM2诱导细胞周期停滞在G2/M期,而当有PP2A抑制剂存在或对其进行siRNA沉默后,香叶木苷则没有上述作用[21]。Nagasundaram N等人认为CDK4-cyclin D1细胞周期调控基因蛋白复合物功能异常易引发癌症,CDK4可作为一个治疗靶标,通过系统的预测方法确定了五个高度有害的nsSNPs:R24C、Y180H、A205T、R210P、R246C,其对CDK4-cyclin D1和CDK4-flavopiridol的相互作用有一定的影响,而研究发现香叶木苷对突变的Y180H蛋白有良好的亲和力[22]。

JAK家族属于胞质酪氨酸激酶(TK),JAK-STAT信号通路是肿瘤研究的重要通路之一,主要参与细胞的增殖、分化、凋亡及免疫调节。通过Janus激酶(JAK2)/信号转导和转录激活因子3(STAT3)信号通路诱导磷酸化可降低Bax/Bcl-2比例[23]。研究发现香叶木苷可降低Bax/Bcl-2比值,激活该信号通路,减少LPS诱导的细胞DNA断裂,提高细胞的存活率[10]。Liu等人研究发现高剂量的香叶木苷能够显著减轻神经功能缺失,脑积水,脑梗塞体积,上调pJAK2、pSTAT3及Bcl-2的表达,下调Bax的表达,从而通过激活JAK2/STAT3信号通路保护脑缺血/再灌注损伤[24]。

Lewinska A等人使用DU145前列腺癌细胞系研究发现经黄酮类物质处理后细胞内的总活性氧和超氧化物歧化酶的生成增加,尤其是香叶木苷显著刺激DNA双链断裂(DSBs)和微核的产生,表现出明显的基因毒性[25]。Bhaskar K等人研究发现黄酮类物质可恢复生物调节剂(BRM)缺失的肿瘤细胞中的BRM,使BRM脱乙酰化恢复其功能,实验发现香叶木苷有效抑制野生型小鼠肺上的腺瘤,实验数据表明黄酮类物质可调节BRM表达和功能,BRM的功能可能是黄酮类化合物在体外和体内的抗癌作用的一个先决条件[26]。

3 香叶木苷对肿瘤细胞多药耐药性的作用

多药耐药是肿瘤治疗失败的主要阻碍之一,肿瘤细胞接触某一药物后表现出耐药性,常是因为某一特殊蛋白表达异常,经典观点主要认为与细胞膜转运蛋白的表达增加相关。P-糖蛋白(P-gp)是外排转运家族的一员,存在于肠、生殖器官及其他器官。P-gp和多药耐药相关蛋白(MRP)由ATP提供能量可将治疗药物由细胞内泵出细胞外,使药物的抗肿瘤作用减弱或消失而表现出耐药性。为减少肿瘤细胞对药物的外排,提高其对药物的敏感性,改善肿瘤治疗的效果,一些具有逆转肿瘤细胞多药耐药性的外排抑制剂被广泛研究。YOO等人使用Caco-2结肠癌细胞系研究发现香叶木苷可有效抑制P-gp的介导外排作用,可能增加以P-gp为底物的药物的吸收能力[27]。Rajnarayana等研究了一些黄酮类物质对尼地平运输的影响,发现香叶木苷在实验鼠小肠的各个部位均有抑制P-gp外排转运的作用[28]。胡大裕以流式细胞仪研究在表面活性剂F-68的作用下,P-gp的底物Rhl23在多药耐药细胞K562/A02及其亲本细胞K562/S内的蓄积差异,发现表面活性剂对肿瘤多药耐药性具有逆转作用[29]。这一作用对癌症治疗药物的吸收具有较深远的影响。

4 其他

香叶木苷是一种生物活性非常活跃的多酚,具有较强抗氧化活性,据报道香叶木苷可防护多种化学物质诱导的癌变发生。利用TCE诱导大鼠产生损伤,通过测定氧化应激的生物标志物、过氧化脂质(LPO)、血清毒性标志物、Caspase-3、7和9、Bax和p53的表达,发现香叶木苷可恢复抗氧化酶的水平,调节Bax和p53的表达从而减轻大鼠的肾损伤[30]。辐射可引起严重的氧化损伤,最终引发癌变。香叶木苷对辐射引起的损伤也有较强的修复作用,赵越等实验表明香叶木苷对辐射后小鼠肝脏MAD的含量、SOD的活力均有影响,一定剂量下能够提高超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-px)的活力,降低细胞内丙二醛(MDA)的含量,有效降低氧化损伤,降低正常细胞的死亡率,促进正常细胞的分化,减缓细胞因辐照所造成的损伤[31]。

5 结论与展望

香叶木苷主要用于静脉系统的临床治疗,但近年来发现其在抗肿瘤作用中崭露头角。研究发现,香叶木苷可通过调控Bcl-2家族蛋白和caspase-3,抑制肿瘤细胞增殖,引起细胞凋亡;也可通过破坏细胞内DNA进而破坏肿瘤细胞周期;可使JAK-STAT信号通路的相关蛋白差异表达从而调控信号转导途径;也有部分文献表明其可有效抑制P-gp的介导外排作用,可能增加以P-gp为底物的药物的吸收能力;并且发现香叶木苷在恢复抗氧化酶的水平及辐射引起的损伤也有较强的修复作用。但目前对香叶木苷抗肿瘤的分子信号转导机制的认识仍不够深入,相关研究较少。实验条件不同可能导致不同肿瘤细胞凋亡和增殖的相关基因和蛋白的表达研究结果不完全一致,并且香叶木苷的研究还处于初步阶段,其作用机制还不明确,目前对抗癌作用研究还停留在细胞实验和动物实验阶段,临床研究结果几乎没有。从文献研究结果来看,香叶木苷对正常细胞有促进增殖、分化作用,而对肿瘤细胞具有诱导凋亡的作用,这一作用机制尚未得出合理解释。香叶木苷在抗肿瘤作用方面具有较广阔的开发价值,今后的研究方向应该从信号传导通路和抗肿瘤作用靶点及临床应用进行深入地研究。

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Overview on anti-tumor mechanism and effect of diosmin

ZHANG hong,ZHOU Ying-yu,CHEN Cui-lin,LU Wei-hong*,GAO Xin,SHAN Shan

(College of chemistry and chemical engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150000,China)

Diosmin,a naturally occurring flavonoid compounds,which is found abundantly in various natural plants and citrus fruits. It has shown a broad range of pharmacological activities in arterial and venous systems. Recently the inhibitory effect on proliferation of tumor cell was reported extensively. Since its pro-apoptotic activity and chemical prevention effect,which was considered to be a potential anti-tumor drug. In this paper,it was reviewed the mechanisms progress of diosmin on tumor cells proliferation and apoptosis,signal pathway,anti-multidrug resistance.

diosmin;antitumor;mechanisms

2016-07-05

张红(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：食品科学与工程，E-mail：m15604809280@163.com。

*通讯作者:卢卫红(1970-)，女，教授，研究方向：极端环境营养与防护，E-mail：lwh@hit.edu.cn。

哈尔滨市优秀带头人项目(2013RFXXJ042)；载人航天领域预先研究项目(040102)；哈尔滨工业大学校基金(HIT.NSRIF.2017023)。

TS

A

1002-0306(2016)24-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.24.000