乌索酸对肿瘤及肿瘤干细胞的作用

杨凌，苏秀兰

（内蒙古医科大学附属医院，临床医学研究中心，呼和浩特010050）

乌索酸（ursolic acid , UA或3β-hydroxyurs-12-en-28-oic acid）是在植物界普遍存在的三萜类化合物，可从各种植物如迷迭香、马郁兰、薰衣草、百里香和有机香草等的叶子、水果如苹果果皮、花和浆果中分离提取。近年来，关于UA的活性和低毒性的研究不断增加，并且受到了广泛的关注。研究表明，UA通过介导一些药理过程和调节几种信号通路而预防慢性病的发展，它表现出抗炎、抗癌、抗氧化、抗糖尿病、抗肥胖、肝脏保护、神经保护、心脏保护、抗骨骼肌萎缩等作用，多应用在运动补充剂、化妆品和保健品中。最近十年中，很多的研究都致力于从各种水果，植物和草药中分离和纯化这种三萜类化合物，制备更有效的水溶性衍生物，同时通过药理学和分子生物学探讨了UA在各种疾病中的临床应用价值。本文分别从呼吸系统、消化系统、泌尿生殖系统、神经系统、内分泌系统和皮肤系统肿瘤和肿瘤干细胞这七个方面对UA应用于肿瘤治疗的研究进行综述，详细阐述了UA在肿瘤治疗中的作用及其机制的研究进展。

1 乌索酸

UA（图1）是五环三萜类羧酸化合物（C30H48O3）分子量为456.71。其来源多种多样，包括植物的叶、花朵和药用植物的果实如枇杷（eriobotrya japonica）、帚石楠（calluna vulgaris）、迷失香（rosmarinusof ficinalis）和乌墨蒲桃（eugeniajambolana）[1]。根据异戊二烯单元的数量，萜类化合物是一种通过角鲨烯环化合成的天然物质[2]。五环三萜类化合物是含有六个异戊二烯单元的分子，基本分子式为C30H48Ox，它们普遍在骨架上有5个环[3]。文献报道五环三萜类化合物具有很多的功能，是研究的热点。这类化合物可能通过诱导抗炎反应，细胞保护和诱导细胞凋亡对癌症、肥胖症、骨质疏松症、动脉粥样硬化和心血管疾病等相关的慢性疾病产生疗效[4]。

图1乌索酸的结构图Fig.1 Molecular structure of ursolic acid

UA具有多种生物学功能[5]，包括抑制肿瘤发生、抑制肿瘤生长和抑制血管生成。此外，UA具有抗动脉粥样硬化、抗炎、保肝护胃、预防糖尿病和心血管治疗的能力[6]。UA还可以保护大鼠肝脏免受氯仿和D-半乳糖胺诱导的肝损伤[7]，在肝脏中起抗纤维化的作用[8]。UA对几种葡萄球菌菌株也具有抗菌活性[9]。另一方面，UA是代谢综合征的有效抑制剂，例如降低高血压，甘油三酯，减少炎症单核细胞积聚和相关的动脉粥样硬化[10-12]。为了进一步改善UA的活性和生物利用度，研究者进行了许多结构改造研究，一些重要的修饰包括C-3 / C-28，C-11，C-17和C-28位置的修饰以及在C-2 / C-3位置和环A的修饰[13]。研究表明，在3-OH和/或17-COOH位置进行修饰的UA衍生物在体外和体内均表现出显著的抗肿瘤作用[14]。此外，用哌嗪基团，特别是在C-28位置的哌嗪部分修饰的UA会产生较强的抑制癌细胞增殖作用[15]。由于UA在中医药治疗方面具有多种多样的疗效，近几年来，尽管对UA已经开展了深入研究，以阐明其发挥作用的确切机制，然而目前为止，这些机制尚未确定[2]。目前旨在预测UA分子靶标的研究已经开展，分析了UA预测靶标的信号传导途径。来自这些研究的生物信息数据表明，有611种可能的分子蛋白作为与UA相互作用的靶点，还有超过49种功能簇对UA进行响应[8]。值得注意的是，UA作用后有76个显著富集的通路，包括MAPK，p53和mTOR通路[8]。

2 乌索酸的抗肿瘤作用

大量研究表明，UA在体外和体内实验中均发挥良好的抗癌作用。UA可以调节啮齿动物和人肿瘤细胞的代谢，其抗癌机制与抑制肿瘤发生和癌细胞增殖、促进细胞周期停滞、调节细胞凋亡和自噬相关。

2.1 UA对消化系统肿瘤的作用

2.1.1 胃癌

Xiang等研究表明，UA可以抑制胃癌细胞BGC-823[16]和MGC-803[17]增殖，导致细胞G1期百分比增加，分子机制的研究发现，UA处理后能上调BGC-823细胞中miR-133a的水平，降低Akt1的表达[16]。UA通过上调Bax和下调Bcl-2的表达而激活Caspase-3，或通过将ROCK1和PTEN从细胞质转移至线粒体来激活Caspase-3 和Caspase-9，促进BGC-823[16]、MGC-803[17]、SGC-7901[18]和 SNU-484细胞的凋亡[16,17,19]。Kim等人的研究发现，UA通过降低基质金属蛋白酶MMP-2表达来抑制SNU-484细胞的迁移[19]。另外，UA还可以增加胃癌细胞对放化疗的敏感性。UA可以增强胃癌细胞BGC-823细胞对化疗药物紫杉醇的敏感性，其机制与UA对PI3K/Akt信号通路的抑制和P-gp的表达降低相关[20]。UA能够增强胃癌细胞BGC-823对放疗的敏感性，这可能与UA作用后增加了ROS的产生，导致G2/M期阻滞和诱导细胞凋亡有关[21]。

2.1.2 肝癌和胆囊癌

UA可以抑制肝癌HepG2细胞生长[22]，诱导人肝癌细胞系如HepG2，Hep3B，Huh7和HA22T中的促凋亡信号[22-24]。研究显示，UA具有显著促凋亡作用，能够增加人肝癌细胞中Caspase-3和Caspase-8的水平以及DNA片段化[38]，或是通过激活AMPK，促GSK3β磷酸化，抑制DNA甲基1（DNMT1）和转录因子Sp1表达[22,23]，。UA抑制肝癌细胞迁移的机制与其抑制FAK信号转导相关[25]。Yang等人的研究显示，UA具有促进多柔比星耐药的HepG2细胞凋亡的作用，这可能与UA活化BAX，从而促半胱天冬酶非依赖性细胞凋亡诱导因子（AIF）核转位有关[26]。另外，UA还可以抑制胆囊癌肿瘤的生长，通过阻滞肿瘤细胞周期于S期，并且激活Caspase-3和9，诱导细胞凋亡[27]。

2.1.3 结直肠癌

UA抑制结直肠癌细胞增殖的研究表明，UA可以阻滞细胞周期于G0/G1期，作用机制可能涉及cyclin D1、CKD4和MDM2表达的降低，p53和p21表达的上调[28-30]。UA通过上调BAX、抑制Bcl-2表达来活化Caspase-3和Caspase-9从而诱导结直肠癌细胞的凋亡[17,29,31]。UA可以通过活化JNK促进凋亡耐受结直肠癌细胞自噬[32]。研究显示，UA通过抑制NF-κB，下调MMP-9的表达来抑制结直肠癌细胞的转移[30,31]，它还可通过抑制VEGF-A和bFGF的表达，发挥抑制结直肠癌的血管生成[30,31]的功能。Shan等人的研究证明，在多药耐药结肠癌细胞中，UA下调Bcl-2、Bcl-xL和survivin的表达，抑制了多药耐药结肠癌细胞的增殖[33]。

2.1.4 胰腺癌

胰腺癌是世界上最致命的癌症之一。虽然吉西他滨作为标准化疗药物已被证实有效，但反应率仍为5.4%，5年生存率极差。体外细胞实验证实，UA可抑制胰腺癌细胞的生长并诱导凋亡，其机制可能涉及PI3K/Akt/NF-κB途径的失活和c-Jun-末端激酶（JNK）途径的激活。此外，在体内实验中，UA在裸鼠异种移植的胰腺癌细胞中引起细胞毒性[34]。在裸鼠模型中，口服UA增强吉西他滨的作用，抑制肿瘤的生长，UA和吉西他滨的组合抑制了癌细胞向远端器官如肝和脾的转移[35]。

2.2 UA对泌尿和生殖系统肿瘤的作用

在乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、膀胱癌和宫颈癌中，UA有抑制肿瘤细胞增殖和诱导凋亡和自噬的作用。

2.2.1 乳腺癌

UA通过上调p53和p21、下调MDM2和TOPK的表达，阻滞乳腺癌细胞周期于G1期[29]。此外，UA能抑制Akt的活化，促进乳腺癌细胞的自噬和凋亡。它还降低磷酸-细胞外信号调节激酶1/2水平和线粒体膜去极化的潜力[39]。同时也有报道，UA诱导Akt活化，增加氧化系统，并降低乳腺癌细胞中三磷酸腺苷（ATP），丙酮酸激酶和己糖激酶2的水平[40,41]。UA可能是AMPK的有效调节因子，它可抑制体内糖酵解和肿瘤生长。所以，在不同的情况下，UA对Akt的作用可能完全相反，进而调节不同的生物学过程。

2.2.2 卵巢癌

UA促进卵巢癌细胞SKOV3的凋亡，这可能与Caspase-3和Caspase-9的激活有关[42]。Meng等人的研究表明，UA通过降低MMP-2和MMP-9的表达来抑制卵巢癌细胞HO-8910PM的侵袭和转移[43]。Shin等人发现，UA可以抑制顺铂耐药卵巢癌细胞增殖，作用机制与UA阻滞肿瘤细胞周期于G0/G1期和诱导肿瘤细胞凋亡有关[44]。

2.2.3 前列腺癌

UA抑制前列腺癌细胞的增殖，促进前列腺癌细胞的凋亡。研究显示，其机制可能与UA可以调控PI3K/AKT/mTOR信号通路有关[45]。UA促前列腺癌细胞PC3凋亡和自噬，但3-methyladenine或RNA干扰抑制自噬，并可增强UA对PC3细胞凋亡的作用[46]。研究结果暗示，UA对细胞凋亡和自噬的调节，也要在具体的环境中进行分析，不能笼统的一概而论。

2.2.4 膀胱癌和宫颈癌

UA可降低ATP的产生并激活AMPK，从而抑制膀胱癌细胞T24的增殖[47]。UA促进人膀胱癌细胞的凋亡，作用机制与UA抑制NF-κB和Bcl-2的表达，激活Caspase-3相关[48]。UA促进宫颈癌细胞TC-1的自噬[49,50]，可能与UA调节Atg5的表达相关[49]。

2.3 UA对肺癌的作用

研究表明，UA可抑制肺癌细胞的增殖、侵袭和上皮-间质转化（EMT），其机制和UA降低VEGF和转化生长因子β1水平、降低AEG-1、细胞间黏附分子-1（ICAM-1）、MMP-9和MMP-2的表达相关[36,37]。VRK1主要控制细胞存活，是肺腺癌中的主要调节因子，被认为是适应性途径中的关键分子。研究人员发现，UA通过直接结合VRK1的催化结构域来抑制VRK1的催化活性，并抑制肺癌细胞中VRK1诱导的53BP1的聚集，并且UA与DNA损伤药物具有协同的抗癌作用[38]。

2.4 UA对神经胶质瘤的作用

恶性神经胶质瘤是最常见的原发性脑肿瘤，临床实践中迫切需要治疗神经胶质瘤的新方法。研究人员评估了UA对胶质瘤细胞U87MG的影响，并探讨了其分子机制。结果表明，在U87MG细胞中，UA诱导G1期阻滞和自噬。 UA诱导自噬的证据包括酸性囊泡细胞器的形成，自噬溶酶体的增加和LC3-II的积累。研究还发现UA诱导ER应激和细胞内钙的增加并伴随ROS的产生。由UA诱导的游离胞质钙的增加激活CaMKK-AMPK-mTOR激酶信号级联，最终引发自噬。研究结果揭示了由UA触发的新型细胞机制，并为将UA开发成候选药物提供了分子基础[51]。

2.5 UA对甲状腺癌的作用

甲状腺髓样癌（MTC）起源于甲状腺的C细胞，对放疗或化疗均不敏感。因此，肿瘤组织整体手术切除是MTC的唯一治愈性治疗方法。研究人员发现，在体外，UA可以抑制甲状腺髓样癌细胞MTCSK MTC的增殖，抑制肿瘤细胞中线粒体的活性，并不会对正常细胞产生毒性。UA可以激活MTCSK MTC细胞中Caspase-3的活性，诱导肿瘤细胞的凋亡。但是在MTC-SK MTC 细胞的裸鼠模型中，UA对移植瘤的生长并没有明显的抑制作用[52]。

2.6 UA对黑色素瘤的作用

Xiang等人的研究表明[25]，UA和其新型衍生物US597可以抑制黑色素瘤细胞的粘附，侵袭和迁移。口服UA或US597增加了黑素瘤肺转移C57BL/6小鼠的存活率，没有发现对小鼠的副作用，如体重减轻，内脏组织毒性和血细胞异常。UA和US597处理抑制FAK信号转导，调节ICAM-1蛋白的表达，ICAM-1是转移的生物标志物。因此，UA和US597是预防黑色素瘤转移的潜在候选药物[25]。

2.7 UA对肿瘤干细胞的作用

2.7.1 肿瘤干细胞

几乎所有的人类肿瘤都具有相当大的肿瘤异质性，癌细胞的表型、基因表达模式和增殖潜力均不同。肿瘤的异质性决定了开发有效治疗和新靶向药物的难度[53]。大量的研究证实，在肿瘤异质性和治疗抗性的因素中，许多肿瘤不受控制的生长是由一群肿瘤细胞驱动的，这群具有自我更新和分化能力的肿瘤细胞被称为肿瘤干细胞（CSCs）。与其他大部分肿瘤细胞不同，CSCs能够产生肿瘤并无限期地繁殖恶性克隆[54]。CSCs的存在首先在急性髓细胞性白血病（AML）中被发现，其中表面标志物用于区分具有肿瘤启动能力的可移植亚群与其余AML细胞[55]。10年后，使用适当的细胞表面标记物（例如CD133，CD24，CD90，ALDH1等），在实体瘤中也可以分离CSCs，或使用Hoechst 33342染料通过流式细胞术的方法进行分离，并且在无血清培养基中进行筛选[56-58]。

2.7.2 UA对肿瘤干细胞的作用

研究表明，UA可以抑制CSCs的增殖，诱导CSCs凋亡，逆转CSCs的耐药性。Dai 等人研究发现，UA显著抑制小鼠乳腺癌干细胞的增殖[59]。Zhang等人的研究显示，在体外，UA可以抑制卵巢癌细胞SKOV3和干细胞球的生长。在体内，单独注射UA或与顺铂联合UA后，移植瘤明显变小。此外， UA可以增强CSCs对顺铂的敏感性[60]。同一研究小组随后深入的研究发现，卵巢CSCs表达干性相关基因和耐药性显著高于正常贴壁细胞。在低氧条件下，卵巢CSCs生长更快，并且比常氧下更耐药。 UA可以在不同培养条件下抑制卵巢CSCs的增殖，通过抑制ABCG2和HIF-1α的表达逆转卵巢CSC的耐药性。缺氧条件下，HIF-1α的抑制剂YC-1和UA联合抑制卵巢CSC的干性基因和ABCG2的表达，其中UA通过激活PI3K/Akt信号通路，下调HIF-1α和ABCG2的表达[61]。

Lin等人的研究发现，UA在肝癌细胞PLC/PRF5和Huh7 HCC细胞中以剂量和时间依赖性方式抑制CD133+细胞的表达。降低CD133+细胞的比例。UA对Oct4，Tert，Bmi1，β-catenin，ABCG2和肿瘤球相关基因Ep300的表达都有抑制作用。此外，UA还能减少CK19阳性细胞的数量并增加CK8/18阳性细胞的数量。 UA治疗导致CD133+肝癌细胞 CSCs中自我更新能力下降和对阿霉素和长春新碱药物敏感性增加[62]。

Wang等人发现信号转导子和转录激活子3（STAT3）在醛脱氢酶（ALDH）+CD133+结肠癌起始细胞中激活。UA可以抑制STAT3磷酸化，并诱导ALDH+CD133+结肠癌起始细胞的Caspase-3切割，从而诱导凋亡。 UA降低细胞活力并抑制结肠癌起始细胞的肿瘤球形成，比天然化合物白藜芦醇和辣椒素更有效。研究还发现，UA可抑制DLD-1结肠癌细胞中由白细胞介素-6诱导的STAT3的活化。此外，每日用UA喂食小鼠，可以抑制HCT116移植瘤的生长[63]。

3 展望

UA可以抑制多种肿瘤细胞的增殖，诱导肿瘤细胞的凋亡和自噬，抑制肿瘤细胞的转移，并可以增加肿瘤细胞对放疗和化疗的敏感性，是非常具有潜力的抗肿瘤药物。尤其是目前已经研发出许多UA的衍生物，这些衍生物在提高抗肿瘤作用、减少毒副作用和增加溶解性方面有了很大的进步，很有希望进入临床抗肿瘤的应用。近几年关于UA抗肿瘤作用的研究集中在消化系统肿瘤、泌尿和生殖系统肿瘤，在其他系统的肿瘤中研究相对较少。所以在今后的研究中，希望研究者可以将注意力放在研究较少的肿瘤中，揭示UA更多的抗肿瘤的作用以及其机制，为UA更广泛的临床应用提供前期的基础研究数据。