天然中药配合物的抗肿瘤活性及其机制研究

郑博丹，吴都督，王功顺※

(1.东莞市妇幼保健院药学部，广东 东莞 523000; 2.广东医科大学药学院，广东 东莞 523808)

天然中药中活性成分的药理作用体现在抗氧化活性、抗肿瘤活性及抑菌作用等方面。中药配位化学学说指出，中药单体的有效成分不是单纯的元素或者分子结构，而是两者形成的配位化合物[1-2]。中药单体与金属离子形成的配合物可以改变或增强中药单体原本的活性，是以配合物的形式存在并发挥药理作用。一般天然中药金属配合物都会比原本单一的有效成分有更显著的抗氧化活性、抗肿瘤活性及抑菌作用等。早在1978年美国食品药品监督管理局就批准顺铂用于肺癌、睾丸癌、骨癌以及早期卵巢癌等的治疗。顺铂和其他铂类化合物对癌症的治疗产生了巨大影响，并用于大部分抗癌化疗方案，创下无机金属配合物进入抗癌药物的先河[3]。目前，金属配合物在医药领域已得到广泛应用，如早期肿瘤检测试纸、一些临床药物或诊断用的试剂等。在新药研究领域，天然中药有效成分的金属配合物在治疗疾病方面也具有广阔的前景。现结合国内外近10年来对天然中药配合物的研究，对几类常见的天然中药(大黄蒽醌类、香豆素类、黄酮类、糖及糖苷类)所形成的配合物的抗肿瘤活性及其机制进行综述。

1 大黄蒽醌类金属配合物

大黄素对多种肿瘤细胞具有抗增殖作用，但抗肿瘤活性较低[4]。以大黄素为先导化合物，在其结构上引入金属元素形成稳定的配合物后可增强抗肿瘤作用。Thimmegowda等[5]探讨了芦荟大黄素配合物的抗肿瘤作用，与芦荟大黄素相比，配合物能有效降低人肝癌细胞(HepG2细胞)和人肺癌细胞(NCI-H460细胞)的增殖，且对人宫颈癌细胞(Hela细胞)和前列腺癌细胞(PC3)有一定的抑制作用。Yang等[6]合成并表征了金属离子锰与大黄素的金属配合物，并评价其抗肿瘤活性，用元素分析、红外光谱、原子吸收光谱、核磁等手段确定其结构，细胞毒性实验显示，配合物对人肝癌HepG2细胞、宫颈癌HeLa细胞、人乳腺癌MCF-7细胞、小鼠黑色素瘤B16细胞以及人三阴性乳腺癌MDA-MB-231细胞5种肿瘤细胞系的抑制作用较强，能诱导细胞形态学改变，降低细胞的存活率，诱导肿瘤细胞G0/G1期阻滞和凋亡。潘晓丽等[7]合成了大黄素-铜金属配合物，利用多种表征手段确定其结构，结果发现，配合物对自由基的清除率较大黄素单体有明显提高，表明金属离子与中药单体之间有协同作用。向晖等[8]合成了大黄酸与铬、铁以及铜三种金属离子的配合物，并用原子吸收光谱法等对其结构进行表征发现，大黄酸形成配合物后其抗肿瘤活性较中药单体有一定程度的提高。

2 香豆素类金属配合物

香豆素是属于苯骈α-吡喃酮家族的含氧杂环化合物，其能抑制凝血因子在肝脏的合成，竞争性抑制维生素K的转化。香豆素及其衍生物均可作为金属配合物的配体。Zhu等[9]研究香豆素铜配合物在体内、外对肺腺癌细胞(LA795细胞)的作用及机制发现，香豆素铜配合物能有效抑制LA795细胞的增殖，还能显著诱导LA795细胞凋亡，同时上调p53和Bax的表达，下调Bcl-2的表达。此外，香豆素铜配合物能剂量依赖性地抑制LA795细胞的生长，与细胞凋亡指数相一致。总之，香豆素铜配合物可通过诱导细胞凋亡抑制LA795细胞的增殖，这可能与p53和Bax的上调及Bcl-2的下调有关。Kostova和Momekov[10]以锆和双香豆素为原料，合成3种双香豆素锆配合物，通过元素分析、红外光谱、质谱分析等进行表征。对这3种新合成的配合物进行细胞毒性评价发现，锆配合物对急性骨髓性白血病细胞(HL-60细胞)和慢性粒细胞白血病细胞(LAMA-84细胞)均有一定的抑制作用。此类金属配合物为新的抗增殖剂和抗癌化合物的研究提供了方向。Achar等合成一系列香豆素与银的配合物发现，配合物对革兰阳性菌和革兰阴性菌均表现出良好的抗菌作用，且对人肺癌细胞(A549细胞)和人肺癌细胞(H1975细胞)有一定的细胞毒性作用；需要注意的是，配合物对男性正常龟头细胞(HS68细胞)表现出相对较小的细胞毒性。以上表明，银离子与香豆素形成配合物之后在抗菌及抗肺癌方面表现出更强的优势。

3 黄酮类金属配合物

黄酮类化合物是以2-苯基色原酮为母核的一类多酚类化合物，有抗肿瘤、抗感染、抗炎等药理作用。槲皮素可与金属钪、铁、钴、镍、铜等形成金属配合物[12-15]，并通过红外光谱、紫外-可见光谱、核磁共振氢谱、热分析等表征出分子结构。与槲皮素相比，槲皮素金属配合物具有更强的抗肿瘤活性，作用机制包括影响DNA的内部结构，抑制DNA的遗传与复制；清除自由基，使DNA免受氧化损伤。Dolatabadi[16]研究了槲皮素及其金属配合物与DNA的相互作用发现，配合物能插入到DNA的碱基对之间，影响DNA分子的内部构形，抑制DNA分子的遗传与复制。Zhou等[17]研究了槲皮素与8种不同稀土元素的配合，并检测其抗氧化和抗肿瘤活性，通过元素分析、热分析、红外光谱、核磁以及荧光光谱等手段合成了槲皮素金属配合物。采用四唑盐比色法和磺酰罗丹明B法测定了槲皮素及其配合物的抗氧化和抗肿瘤活性，结果发现，配合物对所选肿瘤细胞的抑制率优于槲皮素，清除自由基的能力更强，保护DNA免受氧化损伤和抗肿瘤作用较强。Raza等[18]合成了槲皮素铁金属配合物，通过元素分析、红外光谱、质谱分析等方式确定其结构，结果发现，配合物较槲皮素具有更强的自由基清除活性，能干预DNA的合成，显著切割超螺旋结构的pBR-322DNA，并呈剂量依赖性。Tan等[19]研究了槲皮素锌配合物的抗肿瘤活性发现，槲皮素锌配合物可以嵌入到堆积的DNA碱基对中，并且与强的嵌入剂溴化乙啶竞争嵌入结合位点；配合物对HepG2细胞、A549细胞均表现出显著的细胞毒性；Hoechst染色显示，HepG2细胞表现出典型的细胞凋亡形态学变化，表现为核收缩、染色质凝聚或碎裂。槲皮素锌配合物的抗肿瘤活性可能与其嵌入DNA有关。

Norma等[20]发现，芦丁的化学结构中具有与过渡金属配位不同的位点，与金属的络合增强了其生物学活性。通过紫外-可见光谱、红外光谱、元素分析以及核磁共振氢谱表征了芦丁锌配合物。对配合物的抗氧化、抗肿瘤活性以及体内外毒性进行评价，并与芦丁进行比较，结果发现，芦丁锌配合物在小鼠骨肉瘤模型中对正常成纤维细胞未显示出细胞毒性，但对人白血病细胞(KG1)、人慢性髓系白血病细胞(K562)、人多发性骨髓瘤细胞(RPMI8226)、小鼠黑色素瘤细胞(B16F10)以及人皮肤恶性黑色素瘤(SK-Mel-28)细胞等表现出抗氧化活性和细胞毒性。在腹水癌模型中，芦丁锌配合物能调节线粒体的膜电位和细胞周期，调节血管生成以及与细胞凋亡有关的基因的表达。

4 糖及糖苷类金属配合物

糖苷是单糖半缩醛羟基与另一分子的羟基、巯基缩合形成的含糖衍生物，分为硫苷、环烯醚萜苷等。Li等[21]制备了夏枯草多糖锌配合物，并研究其对HepG2细胞增殖的影响，结果发现，配合物能通过诱导细胞凋亡，有效抑制HepG2细胞的增殖，并改变其形态学结构，使染色质浓缩，导致细胞周期G0/G1期停滞。诱导细胞凋亡的机制可能是caspase-3蛋白和caspase-9蛋白的活化、活性氧的过度生成以及线粒体功能障碍。以上表明，夏枯草多糖锌配合物可为人类治疗和预防肝细胞肝癌提供帮助。

张茜等[22]以草乌多糖为配体，制备了4种多糖金属配合物。细胞毒性实验发现，草乌多糖铜配合物对HepG2细胞、乳腺癌细胞(MCF7细胞)以及结肠癌细胞(HT-29细胞)表现出很强的抑制作用。Martínez等[23]将黄芩苷与氧化钒进行配位络合，在pH=9的乙醇中合成，并采用物理和化学方法进行表征，结果发现，配合物能有效改善配体在A549细胞中生成活性氧的能力，而细胞与抗氧化剂如维生素C、维生素E预孵育可逆转该效应。研究发现，配合物是通过氧化应激机制抑制肿瘤细胞的生长[24]，细胞凋亡很大程度上取决于Bcl-2/Bax的相对变化。Islas等[25]研究发现，黄芩苷配合物具有比黄芩苷更强的结合力。

Ji等[26]在小鼠肺组织中发现，芍药苷可以增强Smad7的表达，升高干扰素的水平，但仅轻度影响基质金属蛋白酶1和金属蛋白酶抑制剂1信使RNA的表达。芍药苷能剂量依赖性减弱转化生长因子β1诱导的Snail和p-Smad2/3的表达，上调Smad7的表达，抑制A549细胞中p38和丝裂原活化蛋白激酶的表达。夏小健和黄蓓[27]的研究表明，芍药苷对肝炎、肝损伤以及肝纤维化有保护作用，其机制主要与不同信号通路引起的细胞凋亡、阻止癌细胞增殖、侵袭、转移以及保护肝脏功能等有关。晏雪生等[28]研究表明，芍药苷能明显抑制HepG2细胞增殖，在一定程度上诱导其凋亡，并能上调凋亡调控基因Bax和p53的表达，下调抗凋亡基因Bcl-2表达。Lee等[29]报道，芍药苷对p53通路缺陷的肝癌细胞株(Hep3B)有抑制作用，能通过促进细胞凋亡抑制肝癌。Hung等[30]研究发现，芍药苷可通过Fas/FasL信号通路抑制A549细胞的生长，通过增加细胞内相关信号蛋白的表达，活化下游信号蛋白，提高下游caspase-8的表达，影响细胞凋亡途径，从而抑制A549细胞的生长。

Hu等[31]探讨了丹参与赤芍合用诱导HepG2细胞凋亡的机制发现，其通过上调caspase-3、caspase-9以及p53的表达，下调Bcl-2的表达发挥作用。Li等[32]发现，芍药苷通过下调基质金属蛋白酶9的表达、上调miR-16的表达，抑制和诱导人胶质瘤细胞的增殖与凋亡。Shi等[33]发现，抑制细胞凋亡有助于治疗椎间盘内破裂(internal disc disruption,IDD)，建立家兔IDD模型，根据给药剂量分为芍药苷高剂量组(120 mg/kg)、芍药苷低剂量组(30 mg/kg)、模型生理盐水组以及无IDD的正常对照组。研究发现，与模型生理盐水组比较，低、高剂量组Bax蛋白的表达水平显著降低，Bcl-2蛋白的表达水平显著升高(P<0.01)，caspase-3和切割caspase-9的表达水平降低(P<0.05)，凋亡指数较模型生理盐水组下降(P<0.05)。研究显示，芍药苷通过调节Bcl-2家族蛋白的表达，抑制髓核细胞的凋亡和caspase-3和caspase-9的活化。Hu等[34]研究芍药苷对大鼠关节软骨细胞凋亡的影响及其可能的分子机制发现，芍药苷处理后关节软骨细胞Bax和caspase-3蛋白的水平下调，Bcl-2蛋白的水平上调，确定芍药苷是通过磷酸化蛋白激酶B调节信号转导途径预防和治疗骨关节炎。

5 小 结

通过查阅近年来关于天然药物中有效成分与金属离子形成配合物的文献不难发现，配合物更多的是利用金属离子对药物的结构进行调控，与中药单体形成协同作用，从而达到更强的抗炎、抗菌及抗肿瘤作用。目前金属配合物的合成除常规方法外，还有很多新的思路和途径，这为研制新的金属配合物提供了有效途径。对中药中有效成分的解析还需要从分子水平进一步的阐述及证明，中药中有效成分的主要活性成分大多是羟基、羧基等可以形成配位离子键的基团，再以金属离子作为中心离子，可形成新的配合物。相较于原本的中药单体，这些配合物的药理作用发生了变化，如原有药理作用增强、具有新的药理作用、减轻了原本的药物毒性等。

药物的治疗作用与毒性作用是相互共存且对立统一的，使药物的毒性作用减小的同时让治疗作用增强是药物不断更新发展的动力，也是寻找新药的目标。在这方面，配位化合物就是使更多具有药理活性的金属化合物经过配位结构修饰，再与天然中药络合，达到高效低毒的作用，其为研究新型抗肿瘤药物提供新的方向。