小檗碱与芒柄花黄素抗肿瘤作用机制的研究进展▲

苏 芮 熊 雨 蔺 婷 何迎春,3

(1 湖南中医药大学研究生院，长沙市 410208，电子邮箱：1281454058@qq.com；2 中医药防治眼耳鼻咽喉疾病湖南省重点实验室，长沙市 410208；3 湖南中医药大学医学院，长沙市 410208)

【提要】 小檗碱与芒柄花黄素分别是黄连、黄芪的主要活性成分，均具有抗肿瘤的作用，其机制主要包括抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞侵袭和转移、抑制肿瘤血管新生、调节机体免疫、诱导或抑制肿瘤细胞自噬死亡等。本文主要针对小檗碱与芒柄花黄素抗肿瘤作用机制的研究进展进行综述。

近年来，肿瘤的发病率越来越高，治疗主要以放疗和化疗为主，但放疗和化疗的毒副作用始终困扰着患者，因此寻求更加安全有效的治疗方法成为每位医务工作者的责任。中医药是中华民族的瑰宝，中草药作为中医预防和治疗疾病的独特药物，在预防与治疗癌症时也发挥着重要的作用。黄连与黄芪是我国中药最常见的两味药物，分别有着清热燥湿解毒和益气补虚等功效，也是湖南中医药大学第一附属医院田道法教授依据临床经验创立的抗鼻咽癌中药复方益气解毒方中的两味君药[1-3]。

小檗碱是黄连的主要活性成分，含量为5.20%～7.69%，是一种低毒的天然异喹啉生物碱[4-5]。芒柄花黄素是从黄芪中提取的天然化合物[6]。在抗肿瘤方面，小檗碱对肝癌、结肠癌、卵巢癌、宫颈癌、乳腺癌、肺癌等都有明显的抑制作用[7-10]。芒柄花黄素也具有抗肿瘤和神经保护特性，能通过多种信号通路诱导肿瘤细胞凋亡，并在抑制肿瘤细胞增殖方面具有巨大的潜力[11]。研究表明，芒柄花黄素对肺癌、乳腺癌、胃癌、卵巢癌都有明显的抑制作用[12-16]。同时，本课题组邹攀等[17]人通过网络药理学等软件分析出黄连与黄芪对鼻咽癌有多个作用靶点，而小檗碱和芒柄花黄素是其中两个主要的作用成分。因此，本文针对小檗碱和芒柄花黄素抗肿瘤的作用机制进行综述。

1 抑制肿瘤细胞增殖

肿瘤细胞来源于正常干细胞，因其失去了细胞间的接触作用，使得彼此间无接触抑制而大量增殖[18]。细胞的大量、无限度的增殖导致了肿瘤的产生。肿瘤细胞的增殖过程不受机体控制，它能通过自身的生理机制而无限增殖，最终影响机体的正常生理过程[19]。因此，抑制肿瘤细胞的增殖是抗肿瘤的关键所在。

张世霞等[20]研究发现，小檗碱与Wnt/β-连环蛋白信号通路抑制剂联合作用于胃癌细胞后，通过降低己糖激酶、丙酮酸激酶的活性，来干扰胃癌细胞糖酵解水平，进而抑制胃癌细胞增殖。李永等[21]研究证实，小檗碱能够抑制喉癌细胞增殖，浓度越高抑制率越明显；同一浓度，药物作用时间越长，抑制率越明显，其抑癌作用可能是通过降低了环氧合酶2与细胞周期蛋白B1的表达介导的。此外，小檗碱可降低增殖相关蛋白Ki-67的表达和上调B细胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)关联X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)/Bcl-2基因来抑制肺癌干细胞增殖和诱导其凋亡的，药物浓度越高，抑制率和凋亡率越显著[22]。李通等[23]的研究显示，芒柄花黄素作用于结直肠癌细胞后，其HOTAIR基因和Bcl-2表达量降低，Bax表达量增高，且随药物浓度和时间的递增，抑制作用增强。同时研究发现，芒柄花黄素作用于肺癌细胞A549后，细胞增殖率随着浓度和时间的延长而降低，其作用机制可能与降低抗凋亡相关基因Bcl-2 mRNA的表达有关[24]。以上研究表明，小檗碱和芒柄花黄素在体外能抑制多种肿瘤细胞增殖，且随着药物浓度的增加和用药时间的延长，抑制效果增强，其作用机制主要与降低增殖相关蛋白和周期相关蛋白的表达及降低抗凋亡相关基因表达等有关。

2 诱导肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡是在基因控制下的程序化死亡。正常情况下的细胞凋亡能够变相促进机体生长发育，维持内环境的稳定[25]。细胞凋亡通常是受凋亡相关信号和凋亡因子调控，并通过特定途径发生的，其中凋亡相关蛋白主要涉及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)家族蛋白和Bcl-2家族蛋白，参与的通路包括线粒体通路、死亡受体通路、内质网通路和磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信号通路等[26]。随着肿瘤细胞凋亡分子机制研究的增多，肿瘤的治疗也逐渐出现了许多新靶点，我们可以通过启动和增强凋亡机制，来抑制肿瘤的发生和发展[27]。

小檗碱可将人肠癌细胞阻滞在G2/M期诱导肿瘤细胞凋亡，在一定范围内，随着药物浓度和时间的增加，诱导肿瘤细胞凋亡的作用更加明显[28]。小檗碱能明显抑制肝癌细胞活力，使细胞核固缩，形成凋亡小体，使细胞内活性氧簇急剧上升，且随着药物浓度的增加，凋亡率更加显著，其药物作用机制可能与提高Bax和激活Caspase3的表达有关[29]。芒柄花黄素能够通过多壁碳纳米管这一药物载体增强对肝癌细胞的抗癌性，其作用机制可能与提高活性氧簇水平和促使线粒体膜电位功能障碍有关[30]。芒柄花黄素在体内和体外均能诱导骨癌细胞凋亡，其作用机制可能与降低磷酸化Akt和磷酸化PI3KCA等关键信号通路蛋白和上调Bax和Caspase3蛋白的表达有关[31]。以上研究表明小檗碱与芒柄花黄素在体内或体外均能诱导多种肿瘤细胞凋亡，其作用机制主要与提高活性氧簇水平、上调Bax和Caspase3蛋白的表达以及抑制PI3K信号通路等有关。

3 抑制肿瘤细胞侵袭和转移

肿瘤细胞侵袭和转移是肿瘤疾病恶化的标志之一。肿瘤细胞转移是指恶性肿瘤细胞从原发部位，经淋巴道、血液或体腔等途径，到达其他部位继续生长的过程。肿瘤的复发和转移与肿瘤干细胞密切相关，而肿瘤干细胞侵袭转移的相关机制主要与上皮细胞-间充质转化(epithelial to mesenchymal transition，EMT)、微小RNA(mircoRNA,miRNA)的表达以及微环境的变化等机制有关[32]。肿瘤相关巨噬细胞对肿瘤的发生发展有着重要的作用，参与了肿瘤转移和侵袭、免疫调节、血管和淋巴管的形成。

研究表明小檗碱可抑制肺癌A549细胞的增殖、侵袭和迁移，可能与调控肿瘤巨噬细胞表型有关[33]。有研究表明，化疗药物诱导的细胞凋亡会导致多种炎症因子的释放，改变癌细胞的微环境，促进肝癌的侵袭和转移，而小檗碱能通过抑制人钙非依赖型磷脂酶A2和 LOX-5的表达来降低肿瘤微环境中白三烯B4等炎症因子的表达，从而逆转肝癌细胞的黏附和迁移[34]。芒柄花黄素能够抑制结肠癌细胞增殖，诱导细胞周期停滞，并且能够抑制细胞侵袭，其作用机制可能与抑制PI3K/Akt信号传导和转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)信号通路有关[35]。古彩茹等[16]的研究发现，芒柄花黄素能够抑制卵巢癌细胞的活力、迁移和侵袭，且浓度越高抑制作用越明显，其作用机制可能与上调 E-钙黏蛋白的mRNA及蛋白水平和下调基质金属蛋白酶9的mRNA及蛋白水平有关。肿瘤细胞的侵袭与转移是肿瘤治疗中的难点，以上研究表明小檗碱与芒柄花黄素对肿瘤细胞的侵袭和转移有一定的抑制作用，主要包括介导肿瘤细胞的EMT进程，上调E-cadherin等EMT相关蛋白,抑制肿瘤细胞发生间质化，改变肿瘤的微环境以及抑制PI3K/Akt等信号通路。

4 抑制肿瘤新生血管的生成

肿瘤的生长关键取决于支持性微环境，该微环境包括肿瘤的脉管系统；肿瘤血管的生成为肿瘤的发生发展提供充足的养分，是肿瘤发生发展的重要环节，因此利用血管的可塑性进行抗血管生成免疫治疗，也已经成为临床治疗癌症的新方法[36]。近年来大量研究表明中药或其有效成分抑制肿瘤血管生成的研究非常活跃，也具有明显的广度和深度，其中包括黄连的有效成分小檗碱[37]。血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信号通路在肿瘤血管新生中至关重要，而血管内皮细胞生长因子受体2(vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2)又是VEGF信号通路中关键因子[38]。

李力等[39]的研究表明，小檗碱与VEGFR2有良好的结合作用，其能抑制VEGFR2的活性，阻断VEGFR2介导的Akt/mTOR/P70S6K信号通路，进而抑制人脐静脉内皮细胞HU-VEC与肝癌细胞A549融合株(EA.hy926)细胞的增殖与迁移，最终抑制细胞黏附分子表面血管的生成，且药物浓度越高抑制作用越明显。刘岩[40]等的研究发现，小檗碱抗肿瘤血管生成的部分机制可能与其抑制JAK/STAT3信号通路中重要的转录因子STAT3磷酸化有关。有研究[41]表明，芒柄花黄素是一种具有潜在抗血管生成的抗癌活性新型药物，能够在体外和体内抑制碱性成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor 2,FGF2)诱导血管生成。其中，在体外芒柄花黄素以浓度依赖性抑制FGF2诱导的人脐静脉内皮细胞增殖、迁移和侵袭；在体内，芒柄花黄素通过FGF2/FGFR2信号通路抑制MDA-MB-231乳腺癌异种移植物的生长和血管生成。抑制肿瘤血管的新生是肿瘤疾病治疗的重要策略，上述研究表明小檗碱与芒柄花黄素能够有效抑制肿瘤血管的新生。

5 调节机体免疫

免疫系统是防御病原体入侵最有效的武器，它能发现并清除异物以及外来病原微生物等引起内环境波动的因素[42]。机体免疫力的强弱与肿瘤的发生、发展关系密切[43]。近年来，肿瘤免疫治疗受到越来越多的关注。肿瘤免疫治疗是通过重新启动并维持肿瘤-免疫循环，恢复机体正常的抗肿瘤免疫反应，从而控制与清除肿瘤的一种治疗方法[44-45]。研究表明，在体外小檗碱能通过降低程序性细胞死亡蛋白-1配体水平并减弱非小细胞肺癌细胞与程序性细胞死亡蛋白-1的结合能力，从而恢复癌细胞对T细胞杀伤的敏感性；在体内小檗碱通过激活T细胞免疫起到抗肿瘤作用，从而抑制异种移植肿瘤生长[46]。此外，小檗碱其中的两种化合物2,3-亚甲二氧基-9-[(2,2,3,3-四甲基环丙烷-1-羰基)氧基]-10-甲氧基原小檗碱氯化物和2,3-二甲氧基-9-[2-(金刚烷-1-基)乙酰氧基]-10-甲氧基小檗碱氯化物被认为是有潜力的吲哚胺 2,3-双加氧酶1调节剂，可用于小分子癌症免疫治疗[47]。有研究表明，中、高剂量的芒柄花黄素能够提高巨噬细胞的吞噬功能及溶菌酶含量[48]，这说明中等剂量及以上的芒柄花黄素可以增强实验小鼠的固有免疫应答功能。另外，芒柄花黄素的抗炎作用可以帮助机体清除代谢废物，使机体处于良好的、适于正常细胞生长代谢的环境，以此增强机体对癌细胞的免疫力[49]。以上研究表明，小檗碱与芒柄花黄素主要通过先天免疫系统的免疫细胞渗入肿瘤微环境来调节肿瘤进展，同时调节淋巴细胞参与介导的免疫反应来发挥抗肿瘤的作用。

6 调控肿瘤细胞自噬

自噬是一种细胞程序性死亡[50]。自噬可维持内环境的稳定，在机体生理、病理过程中均可出现。关于自噬与肿瘤的关系研究越来越多，自噬对肿瘤是双向调控作用，早期能抑制肿瘤生长，晚期又能促进肿瘤发展，其作用机制比较复杂[51]。因此，若能发挥自噬的有益作用，则可抑制肿瘤细胞增殖并诱导其凋亡。有研究发现，小檗碱可通过提高葡萄糖调节蛋白78(glucose regulated protein 78,GRP78)水平和GRP78与Ⅲ型磷脂酰肌醇激酶结合的能力，诱导自噬性癌细胞死亡[52]。姜黄素与小檗碱可协同增加磷酸化JNK和Beclin1蛋白水平，降低磷酸化Bcl-2，从而诱导人乳腺癌细胞凋亡及自噬性细胞死亡[53]。有研究表明，芒柄花黄素作用于人三阴性乳腺癌细胞后，细胞内自噬体表达较少，且抑制肿瘤细胞作用显著，由此说明芒柄花黄素可能通过抑制自噬来发挥抗肿瘤作用[54]。自噬与肿瘤的关系较为复杂，小檗碱联合芒柄花黄素与肿瘤细胞自噬的作用机制仍需进一步深入研究。

7 总结与展望

小檗碱与芒柄花黄素作为黄连、黄芪的主要活性成分，均在抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞侵袭迁移等作用机制中发挥作用，并且对多种肿瘤细胞具有抑制作用。已有大量文献表明，小檗碱对乳腺癌、结肠癌、卵巢癌等有抑制作用[55-57]，芒柄花黄素能抑制肺癌细胞、乳腺癌细胞、多发性骨髓瘤的生长、迁移和侵袭[58-60]。而两者配伍是否能提高抗肿瘤的效应，如何配伍才能达到更佳的治疗效果，以及两者配伍的抗肿瘤机制等问题需要进一步研究。