三种天然倍半萜类化合物抗癌作用及机制研究进展

邱颖 综述，汪家龙 审校

(黄山职业技术学院医学系，安徽 黄山 245000)

目前，癌症是全球第二大高致死率疾病，严重危害着人们的身体健康。根据最新的中国恶性肿瘤流行情况分析统计，在中国因癌症死亡的人数比例约为23.91%[1-2]。癌症是指细胞不受控制的生长并伴随着侵袭和转移等恶性行为。人们认为癌症是由遗传易感性和环境毒素之间的相互作用引起的[3-4]。从广义上讲，大多数化学治疗药物会通过损伤细胞，如破坏有丝分裂(细胞分裂)来发挥抗肿瘤作用，这些药物被称为细胞毒性药物。通常，细胞毒性抗癌剂分为烷化剂，铂类，抗代谢药，抗有丝分裂剂，拓扑异构酶I抑制剂，拓扑异构酶II抑制剂，DNA嵌入剂和DNA裂解剂。尽管临床上有大量的化学治疗药，但仍未满足临床的需要。主要原因包括：(1)常规药物缺乏选择性，导致毒性反应；(2)转移性扩散，即肿瘤在原发部位以外的器官中早期植入；(3)疾病的异质性，包括约100种癌症；(4)在几个治疗周期后对化学疗法产生内在或获得性耐药性，即多药耐药性[5]。因此，不断开发新型抗肿瘤药，提高药物的安全性，克服肿瘤耐药的发生成为我们攻克癌症的主要任务。

天然产物已经广泛应用于癌症的治疗[6]。倍半萜是由15个异戊二烯单元组成的15碳化合物，主要存在于高等植物和微生物中，其中许多具有生物学活性，包括抗微生物，抗肿瘤等作用[7]。由于倍半萜在抗癌的同时，对正常细胞毒性作用较低，使得越来越多的专家学者把目光投向倍半萜类化合物的研究。Hirsutanol、Chabranol、Parthenolide为典型的天然倍半萜类化合物，对我国发病率较高的癌症，抗癌作用明显，均为很有前景的生物活性分子。为此，本文就以上3种典型倍半萜类化合物的来源、结构特征、抗肿瘤作用特点及其机制等方面作以综述。

1 倍半萜化合物Hirsutanol

1.1 Hirsutanol的来源与结构特征 Hirsutanol是一种新型的倍半萜类化合物，分离自南海珊瑚Sarcophyton tortuosum 的内生菌。Ryo Asai1等人也曾报道从榆耳(真菌)中分离得到此化合物，其结构式如图1所示[8]：

图1 Hirsutanol结构式

1.2 Hirsutanol的抗肿瘤作用及作用机制 杨芬等人采用MTT法考察Hirsutanol对肿瘤细胞的增殖抑制作用[9]。用不同浓度的Hirsutanol处理多种肿瘤细胞72 h，包括肺癌(A549细胞)、乳腺癌(MCF-7、MDA-MB-231、MDA-MB-435、MDA-MB-453细胞)、肝癌(Hep3B、HepG2、Bel-7402细胞)、宫颈癌(HeLa细胞)、结肠癌(SW480、SW620、LoVo细胞)、鼻咽癌(CNE2、CNEI、SUNEI细胞)共15种，发现Hirsutanol具有明显的细胞毒作用且呈时间剂量依赖性。比较IC50可知，Hirsutanol对SW620结肠癌细胞的抗肿瘤作用最强。

Fen Yang、吴克伟等人认为Hirsutanol通过增加活性氧(ROS)的产生诱导肿瘤细胞发生凋亡[10-11]。ROS是一类化学性质活泼的含氧功能基团物质的统称。ROS在细胞生物学功能的调节中起着重要作用，与肿瘤的发生发展也有着密切的关系。在低浓度时，ROS通过调节细胞内信号传导和体内稳态表现出有益的作用。然而，在高水平下，ROS在蛋白质，脂质和DNA的损伤中起主要作用[12]。杨芬等人使用抗氧化剂 NAC 抑制了 Hirsutanol 诱导的ROS增殖及细胞凋亡，证实了ROS在Hirsutanol发挥细胞毒作用中起着至关重要的作用[10]214-220。吴克伟等人证实了Hirsutanol 通过增加活性氧选择性诱导多西他赛耐药非小细胞肺癌细胞 PC14/TXT 凋亡。马建国等进一步研究表明有效地干扰Nrf2表达后可极大增强Hirsutanol 对肿瘤细胞的增殖抑制作用[13]。因此，若能开发出Nrf2的抑制剂联合能诱导ROS产生药物，一方面能降低药物用量进而减小副作用，另一方面又能靶向杀伤肿瘤细胞，是一种值得尝试的治疗方案。

2 倍半萜化合物 Chabranol

2.1 Chabranol的来源与结构特征 Chabranol是具有罕见骨架的倍半萜类化合物，首次由台湾国立中山大学杜昌易教授自软珊瑚礁 Nephthea chabroli 中分离出来的[14]。王晓磊曾完成了Chabranol罕见骨架的首次仿生的不对称全合成[15]，结构式见图2。

图2 Chabranol结构式

2.2 Chabranol的抗肿瘤作用及作用机制 杜昌易等人在肺癌细胞A-549、鼠淋巴细胞白血病细胞P-388和结肠腺癌细胞HT-29中对Chabranol的体外生理活性进行了初步的研究，结果表明Chabranol对P-388显示出中等毒性[16]。吕延洪分别考察了Chabranol对人低分化胃腺癌细胞BGC-823、中分化胃腺癌细胞SGC-7901、人肝癌细胞SSMC-7721、人肝癌细胞HepG2和人脐静脉内皮细胞HUVECs的增殖抑制作用。结果表明倍半萜化合物Chabranol诱导BGC-823细胞死亡并且呈明显的时间依赖性；对SGC-7901、SSMC-7721和HepG2细胞的增殖抑制作用不明显；对HUVECs细胞基本没有抑制增殖作用。

研究指出，倍半萜化合物Chabranol抑制胃癌细胞BGC-823增殖和影响细胞周期分布的作用，有可能是通过促进肿瘤细胞自噬(Autophagy)和凋亡机制而实现的[16-17]。Chabranol使细胞周期停滞于G1-S期，可能是抑制了DNA的合成和有丝分裂，诱导细胞分化，从而引起了细胞周期阻滞和细胞生长抑制[17]1644-1653。刘欣跃等人用透射电子显微镜(TEM)检测了BGC-823肿瘤细胞的自噬和凋亡，在TEM下观察到用Chabranol处理的肿瘤细胞内部产生了自噬空泡和脂肪滴；另外还观察到胞体收缩和染色质边聚等早期凋亡的现象[18]。细胞自噬是真核生物在进化过程中高度保守、基于溶酶体的一种胞内降解途径，对维持细胞和生物体的稳态平衡有重要作用。研究表明，自噬参与生物体发育、免疫反应、代谢调节、细胞凋亡和衰老等多种过程[19]。某些抗肿瘤药物可以通过诱导自噬活性，从而达到抑制肿瘤细胞增殖的目的。凋亡是程序性细胞死亡，自噬和凋亡有着非常密切的关系[20]。

刘欣跃等进一步采用实时荧光定量 PCR 法检测细胞凋亡相关基因的转录表达水平，结果发现Chabranol可致低分化胃癌细胞中凋亡相关基因的转录表达发生变化，而对中、高分化胃癌细胞及正常胃上皮细胞中各基因影响甚小，因此推测Chabranol致低分化胃癌细胞发生凋亡的分子机制可能与凋亡通路中 p53、Bcl-2、Bax、Survivin、Caspase-3 基因的异常转录相关[21]。以上的结果提示倍半萜化合物Chabranol 具有潜在的抗胃癌活性，有可能成为治疗低分化胃癌的新药物。

3 Parthenolide

3.1 Parthenolide的来源与结构特征 小白菊内酯(parthenolide，PTL)，别名欧苷菊或者银胶菊内酯，是从小白菊中提取得到的倍半萜内酯生物活性化合物，也是蒿属、观光木属等药用植物的活性成分，在植物花和果实中含量最高[22-23]，其结构式见图3。

图3 Parthenolide结构式

3.2 Parthenolide的抗肿瘤作用及作用机制 近年来，研究发现PTL具有多种生物活性，如抗氧化、抗真菌、抗炎等，并且对多种癌症有抑制作用[23]246-248。PTL通过其特异性α-亚甲基-c-内酯环部分与各种蛋白质靶标之间的共价键形成，使多种细胞信号传导途径受到影响，具有多种治疗活性[24]。

李景等人发现PTL以剂量依赖性的方式有效抑制宫颈癌Hela细胞的增殖，其机制是PTL增强细胞内ROS生成，特异性的下调 4E-BP1信号通路促进Hela 细胞的自噬，从而抑制其增殖[24]1-4。刘成俊等人认为PTL可有效抑制A549细胞的增殖、迁移和EMT的发生，并诱导细胞凋亡。而Ezrin表达的下调可能参与了PTL抗肺癌A549细胞增殖和迁移的分子机制[25]。白祥建等人探究了PTL对非小细胞肺癌H1975凋亡、侵袭和迁移的影响及其可能的机制，结果发现PTL能明显诱导H1975细胞发生凋亡，抑制其侵袭和迁移，作用机制可能与PTL抑制PI3K/Akt信号通路有关[26]。韩言言等人同样证明了PTL以剂量依赖性的方式抑制乳腺癌MCF-7和MDA-MB-231细胞生长，也与PTL调节PI3K/Akt信号通路相关[27]。王哲等人发现PTL可以提高甲状腺癌BCPAP细胞的自噬水平，且以时间剂量依赖性的方式显著抑制肿瘤细胞的增殖[28]。艾俊体外培养人前列腺癌细胞PC-3，用不同浓度PTL作用PC-3细胞24、48、72h，发现PTL通过诱导凋亡能抑制人前列腺癌细胞PC-3的增殖，这可能与其上调Bax和降低Bcl-2 mRNA表达有关[29]。祝文浩等人报道PTL对BGC-823细胞增殖能力呈剂量依赖性抑制，对细胞周期产生阻滞并诱导细胞凋亡，这种抗肿瘤作用可能是通过抑制STAT3-c-Myc-E2F1发挥作用的[30]。

4 总 结

倍半萜化合物在自然界中分布广泛，且不断有新的倍半萜化合物被发现。因此，基于天然倍半萜成分的抗癌研究与开发利用将具有广阔的前景。

目前对天然倍半萜类的抗癌研究取得了一定的进展，但同时也存在一些不足,多数倍半萜结构复杂，且存在同分异构体，使用传统色谱分离方法，较难分离，且异构体间构型、构象的差异对抗癌作用的影响尚未深入研究。在药理活性方面的研究，目前还是主要集中在单体化合物的体外活性实验研究，而体内药效评价和构效关系的研究较少。

鉴于此，今后对天然倍半萜的深入研究与开发中，建议着重从下面几个方向入手：(1)采用先进仪器和技术发现、提取、研究更多的倍半萜类化合物，如 LC-MS，UPLC-MS 等；(2)对具有强抗癌活性的倍半萜化合物进行合成研究，积极广泛探索其抗肿瘤作用机制；(3)根据倍半萜的抗癌作用机制，联合用药，以克服肿瘤的耐药，增强抗肿瘤作用；(4)研究倍半萜化合物的构效关系，基于活性较好的倍半萜化合物进行结构修饰，开发出活性更高，安全性更好，价格更低的抗癌药物；(5)与药物制剂技术结合利用现有剂型或开发新剂型以提高生物利用度，延长药物作用时间。