薯蓣皂苷元抗肿瘤作用机制研究进展

王 弥，李 卫，郭亚春，宋鸿儒

（承德医学院，河北承德，067000）

薯蓣皂苷元抗肿瘤作用机制研究进展

王 弥，李 卫，郭亚春，宋鸿儒△

（承德医学院，河北承德，067000）

薯蓣皂苷元；抗肿瘤；研究进展

薯蓣皂苷元（diosgenin，Dio）是从薯蓣属植物的根茎中提取出来的一种植物甾体化合物，是薯蓣皂苷的水解产物，在薯蓣属植物中有着丰富的含量。传统中医学认为，薯蓣属植物具有利水消食、活血通络、截疟、祛痰、解毒消肿等功效[1]。现代药理学研究证明，Dio具有免疫调节、抗肿瘤、降血脂等功能，并且毒副作用较低，因此，应用较为广泛[2-4]。近几年来，Dio的抗肿瘤活性备受关注，研究证实，Dio对多种肿瘤细胞均有一定的抑制作用。本文就Dio抗肿瘤作用机制的研究现状进行综述。

1 诱导细胞凋亡

细胞凋亡是由基因控制的自主有序的程序性死亡，涉及了细胞内外一系列信号转导过程，凋亡受阻是肿瘤发生的基础，诱导肿瘤细胞凋亡是治疗癌症的一个重要方向。机体主要通过内源性的线粒体途径和外源性的死亡受体途径启动凋亡，线粒体途径中，Bcl-2家族蛋白具有重要的调节作用，死亡受体途径主要由TNF/TNFL和Fas/FasL等介导，最终都通过激活Caspase级联反应启动细胞凋亡。体外研究Dio的抗肿瘤和诱导凋亡作用发现，Dio对肝癌细胞株HepG2、白血病细胞HL-60及乳腺癌细胞MCF-7均能产生细胞毒性作用，能抑制它们的生长，并且MCF-7细胞大量凋亡；进一步检测发现，Dio作用后，MCF-7细胞死亡受体4（DR4）和caspase-3的水平明显升高，可能是由于外源性凋亡通路被激活而产生诱导细胞凋亡的作用[5]。Dio处理HepG2细胞后发现，Dio诱导HepG2细胞凋亡具有剂量和时间依赖性，并且能下调Bax蛋白水平，上调Bcl-2、Bid蛋白水平，激活caspase-3、caspase-9、caspase-8，最终导致细胞色素-C的释放，并伴随着JNK、p38 MAPK和凋亡信号调节激酶1（ASK1）的磷酸化，同时产生大量的活性氧（ROS）。这些结果说明，Dio通过Bcl-2蛋白家族介导的线粒体途径及caspase-3依赖性方式诱导HepG2细胞凋亡，此外，大量的ROS引起氧化应激反应可能也通过活化ASK1诱导凋亡发生[6]。有研究者发现，在HEL白血病细胞中，Dio通过激活p53信号途径，调节caspase-3的活性，诱导细胞凋亡[7]；在人乳腺癌细胞Bcap37和人结肠癌细胞HT-29中，Dio通过抑制环氧合酶-2（COX-2）的表达而促进细胞凋亡[8]；在食管癌细胞Eca109、结肠癌细胞系HCT116和HT29中，Dio可能通过p38通路调控细胞的增殖与凋亡[9-10]。上述研究结果均提示，Dio可通过多种通路调控细胞凋亡。

2 阻滞细胞周期

众所周知，细胞周期调节异常是肿瘤细胞的一个重要特点，许多抗肿瘤药物通过阻滞细胞周期发挥治疗作用，调控细胞周期也是Dio抗肿瘤的作用机制之一。参与细胞周期调控的分子主要有细胞周期素、细胞周期素依赖性激酶(CDK)、细胞周期素依赖性激酶抑制物(CKI)。Dio对肝癌细胞抗肿瘤作用的研究表明，Dio以剂量依赖的方式诱导3种肝癌细胞株（Bel-7402、SMMC-7721、HepG2）细胞发生G2/M细胞周期阻滞；同时检测细胞周期相关蛋白发现，在SMMC-7721细胞中，p21和p27蛋白的表达显著上升，而作为p21的一个重要调节者，p53 mRNA的表达却未见明显变化，但Dio作用后抑制了Akt的磷酸化。这些结果说明，Dio诱导肝癌细胞周期阻滞主要是通过p53非依赖性地上调p21和p27蛋白表达，同时抑制PI3K/Akt信号通路来实现的[11]。细胞周期蛋白B1(Ccnb1)是细胞有丝分裂过程中调节细胞周期的一种非常重要的蛋白质，其复合物主要在G2/M期表达[12]。Dio处理人结肠癌HCT-116细胞后，流式细胞仪检测发现细胞周期阻滞在G2/M期，并且Westen Blot检测发现Ccnb1表达下调，这与流式细胞仪的分析结果一致[13]。Dio处理人宫颈癌Hela细胞发现，Dio使宫颈癌细胞G0/G1期细胞阻滞，S期细胞减少，细胞周期相关蛋白Cyclin D1表达下调，CyclinB1却未见明显变化[15]。另有研究发现，Dio的衍生物中，化合物7可将肿瘤细胞周期阻滞在G0/G1期，G2/M期细胞、sub-G0期细胞数量明显减少，从而导致细胞凋亡[14]。上述研究均提示，Dio可能通过阻滞细胞周期达到抗肿瘤的效果。

3 抑制肿瘤细胞侵袭和转移

恶性肿瘤最主要的生物学特性是局部浸润和远处转移，这也是肿瘤患者死亡的主要原因之一，因此，抑制肿瘤细胞侵袭和转移对于肿瘤的治疗具有非常积极的意义。目前研究结果显示，Dio可以抑制并影响乳腺癌细胞MDAMB-231的迁移行为；此外，MDA-MB-231细胞系中，高表达的Vav2蛋白能够诱导激活Cdc42，引起乳腺癌细胞的侵袭和转移，而Dio处理MDA-MB-231细胞后，能够显著抑制肌动蛋白聚合和Vav2磷酸化，抑制Cdc42的活化，进而在一定程度上抑制肿瘤细胞的转移[16-17]。Transwell[9]实验发现，Dio对食管癌Eca109细胞的迁移和侵袭效应有一定影响，并且呈浓度依赖性，为阐明其作用机制，有学者检测了3条主要的MAPK信号通路蛋白，发现Dio可通过抑制p38蛋白的活性抑制细胞的侵袭和迁移[18]。Dio在体外能够抑制人前列腺癌PC-3细胞的转移，并且在低于20μM的非细胞毒性浓度时即可明显抑制PC-3细胞的转移，说明Dio抑制PC-3细胞的侵袭和迁移并不依赖于它的细胞毒性作用。其作用机制可能是Dio通过抑制ERK、JNK和PI3K/Akt信号途径及NF-kB的活性，从而下调MMP-2、MMP-9、MMP-7 mRNA的表达[19]。Dio对人胃癌细胞生物学行为的影响研究中，细胞迁移检测实验发现Dio能明显抑制BGC-823细胞和SGC-7901细胞的迁移和侵袭能力，可能通过p38通路的磷酸化起作用[4，20]。

4 调节端粒酶活性，诱导肿瘤细胞分化

正常细胞的端粒酶多没有活性，但在肿瘤细胞中端粒酶被激活，因此，端粒酶有望成为肿瘤治疗的一个新靶点。有研究者发现，纯Dio和葫芦巴中提取的Dio均可通过抑制端粒酶逆转录酶基因（hTERT）的表达下调端粒酶活性，从而抑制A549细胞增殖，而纯化的Dio抑制效果更加明显[21-22]。诱导分化是目前抑制肿瘤细胞增殖的另一种策略。有研究发现，Dio能诱导人红白细胞HEL细胞向巨核细胞分化，随后发生凋亡，其中刺猬基因（Hedgehog）和Sonic hedgehog信号通路的激活发挥了至关重要的作用[23]。

5 药物增敏及逆转耐药性

耐药性是癌症治疗的一个主要难题，也是治疗失败的一个重要因素。Dio与肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL）联合应用于非小细胞肺癌A549细胞，两药合用组凋亡细胞比例显著增加，提示Dio和TRAIL联合应用对诱导A549细胞凋亡具有协同作用[24]。此外，Dio还能增强HT-29细胞对TRAIL诱导凋亡的敏感性，可能与Dio激活p38 MAPK途径、上调死亡受体5（DR5）的表达有关[25]。Dio与百里香醌联合可显著降低小鼠移殖瘤的体积和质量，诱导细胞凋亡，为治疗皮肤癌提供了新思路[26]。Dio的葡萄糖苷衍生物还可以通过激活NF-κB信号途径下调MDR1的表达，从而逆转K562细胞中阿霉素诱导的多药耐药[27]。

6 诱导自噬

自噬是细胞防御和应激调控的一种机制，是目前癌症研究的热点，但在肿瘤发生发展的不同阶段，自噬发挥着不同作用。研究证实，葫芦巴提取物可能通过自噬途径诱导人T淋巴瘤Jurkat细胞死亡，而Dio是葫芦巴提取物的有效成分之一，可能也具有诱导Jurkat细胞自噬的作用，但仍需要进一步研究证实[28]。而在慢性髓性白血病细胞（CML）中，Dio刺激可产生大量的ROS，氧化应激在对细胞产生细胞毒作用的同时诱导细胞自噬，但这种自噬却作为细胞的保护作用抑制了Dio的细胞毒作用，并且抑制自噬能够提高Dio抗CML细胞的活性[29]。因此，Dio在诱导细胞自噬中的生物学作用还有待进一步研究。

7 思考与展望

综上所述，Dio作为一种天然的化合物来源广泛，并且对多种肿瘤细胞的生长有显著的抑制作用，能够通过多个环节影响肿瘤的发生、发展。但对于不同的肿瘤细胞，Dio的作用靶点不同，因此，利用现代分子生物学技术进行更深入的研究具有重要意义。未来可以开展Dio抗肿瘤作用的临床试验，更深入地探讨Dio抗肿瘤作用的机制，随着人们对Dio抗肿瘤活性分子机制的不断探索，Dio的应用前景将进一步受到关注。

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