色胺酮抗恶性肿瘤分子机制研究进展

周 涵,魏 静，李 媛，谢 敏，屈梦扬，方 艳

(陕西中医药大学基础医学院病理教研室，陕西 西安 712046)

恶性肿瘤的发病率和病死率逐年上升，严重影响人类生命健康。色胺酮是噬菌体A-C、吡咯吲哚喹唑啉、(±)-十字花烷的生物遗传前体，形态为黄色针状晶体，可从靛蓝、马蓝等天然植物和中药青黛、大青叶中提取[1-2]，目前已衍生出多种人工合成方法[3]。色胺酮及其衍生物表现出抗肿瘤、抗菌[4]、抗炎[5]、抗病毒[6]等多种生物活性，其毒副作用小，安全性能高[7]，具有良好的研究和应用前景。研究表明，色胺酮及其衍生物可通过对肿瘤细胞的杀伤作用或诱导其凋亡、抑制多药耐药基因表达、浓度依赖性抑制DNA合成等方式起到抗肿瘤的效果[8]。本文就近年来有关色胺酮治疗恶性肿瘤的分子机制研究进行综述，旨在为色胺酮应用于恶性肿瘤的临床治疗提供参考。

1 色胺酮的抗肿瘤作用

1.1 色胺酮与乳腺癌乳腺癌是全球女性最常见的恶性肿瘤，是绝经后女性死亡的主要原因之一，发展中国家乳腺癌的5 a生存率显著低于发达国家，而早期发现乳腺癌能有效提高患者的生存率,改善其预后[9]。

肿瘤炎症微环境促进了恶性肿瘤的发生、发展及增殖和侵袭。一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase,NOS)1、环氧化酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)蛋白表达与乳腺癌炎性微环境的形成密切相关[10]；肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)作为一种有效的促炎细胞因子，能在不同的炎症环境中促进调节性T细胞(regulatory T cell,Treg)扩增，并与肿瘤坏死因子受体(tumor necrosis factor receptor,TNFR)2结合发挥免疫抑制作用[11]；肿瘤炎症微环境中的白细胞介素(interleukin,IL)-10能通过抑制机体抗免疫反应介导肿瘤细胞免疫逃逸，并影响乳腺癌预后[12],而色胺酮能通过调节NOS1、COX-2、TNF-α及IL-10的表达水平影响肿瘤炎性微环境，从而发挥抗乳腺癌的作用[10]。

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)信号通路在哺乳动物细胞中有细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)通路、大丝裂原激活蛋白激酶(big mitogen-activated protein kinase,BMK)1/ERK5通路、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase， JNK)通路、p38/MAPK通路这4条主要的分支，与细胞的增殖、分化、凋亡等相关，在乳腺癌细胞增殖和转移中发挥着关键作用[13]。研究显示，色胺酮对乳腺癌MCF-7细胞具有抑制增殖和诱导凋亡的作用[14]。色胺酮可能通过激活MAPK信号通路中的凋亡信号通路发挥其抗乳腺癌MCF-7细胞增殖的作用。为进一步验证 MAPK 信号通路参与色胺酮抗MCF-7细胞增殖的作用，周威等[15]分别用浓度为 6.25、12.50、25.00 μmol·L-1的色胺酮处理乳腺癌MCF-7细胞，结果显示，各组细胞p-JNK、p-ERK蛋白表达水平均显著升高，提示ERK信号通路及JNK信号通路的激活可能对色胺酮抗乳腺癌发挥正向调节作用，但具体机制尚不清楚。分化抗原(cluster of differentiation,CD)44蛋白作为跨膜糖蛋白，在细胞表面广泛分布，参与乳腺癌、宫颈癌、肺癌等多种肿瘤细胞的生长、增殖、侵袭和转移等，调节Ras-MAPK、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B,PI3K/AKT)、Ras相似物GTP酶(ras homologous GTPases,Rho GTPases)等多种信号通路[16]；核转录因子-κB(nuclear transcription factor-κB,NF-κB)主要介导了癌症中的炎症反应，在恶性肿瘤中发挥着促进细胞增殖、推动血管生成和转移、增强上皮-间质转化及调节炎症反应等作用，乳腺癌外泌体刺激巨噬细胞NF-κB活化，产生IL-6、TNF-α等多种促炎细胞因子，介导乳腺癌发展[17]。色胺酮可能通过降低CD44蛋白表达来调控Ras-MAPK、PI3K/AKT等多种信号通路，也可能通过调控NF-κB信号通路及抑制NF-κB蛋白转录活性来抗乳腺癌细胞增殖[18]。有研究报道，癌症患者的血清可溶性CD14水平高于非癌症患者及健康人，CD14可作为评估乳腺癌预后的生物标志物之一[19]，色胺酮可能通过上调CD14蛋白表达调节MAPK、NF-κB、Toll样受体(toll-like receptor,TLR)等多种信号通路来抑制乳腺癌细胞增殖[18]。

综上所述，色胺酮能通过调节NOS1、COX-2蛋白表达影响乳腺癌炎症微环境的形成，也可通过调控促炎因子TNF-α和免疫抑制因子IL-10抑制机体抗免疫反应，在体内外抑制乳腺癌细胞生长。此外，色胺酮能调控与乳腺癌细胞增殖相关的MAPK信号通路，激活其中的ERK、JNK信号通路，抑制乳腺癌细胞增殖。同时，色胺酮可以通过降低跨膜糖蛋白CD44水平并上调可溶性CD14水平，调控MAPK、NF-κB等多种信号通路，抑制乳腺癌细胞恶性生长。

1.2 色胺酮与神经胶质瘤神经胶质瘤起源于神经胶质细胞，为颅内最常见的原发性恶性肿瘤，占颅内肿瘤的40%～50%，胶质母细胞瘤作为胶质瘤中恶性程度最高的原发性脑肿瘤，具有侵袭性强及异质性高等特点，其中位生存期仅15个月，预后较差。手术切除、放射治疗、化学治疗和抗血管生成治疗等方法的运用并未能有效降低神经胶质瘤患者的病死率及复发率[20-21]。

PLATTEN等[22]研究表明，色氨酸代谢活跃于包括胶质瘤在内的脑肿瘤中，并促进肿瘤细胞的恶性表型的发生、发展，参与肿瘤炎症微环境的免疫抑制。吲哚胺2,3-双加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)和色氨酸2,3-双加氧酶(tryptophan 2,3-dioxygenase,TDO)是参与犬尿氨酸(kynurenine,KYN)代谢通路(kynurenine pathway,KP)第一步和限速步骤的2种酶，可在肿瘤细胞、血管细胞、免疫细胞等多种细胞中表达[23]，并且IDO1/TDO的表达与神经胶质瘤的病理分级及生存率呈正相关[24]。KYN和喹啉酸是芳烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AhR)的内源性激动剂，AhR通过介导IL-10的产生以及调节树突状细胞、Treg的分化来抑制肿瘤微环境中的适应性抗肿瘤免疫反应；胶质瘤中水通道蛋白-4(aquaporin-4,AQP-4)表达与IDO1/TDO表达呈正相关，AQP4表达上调促进肿瘤周围水肿的发生、发展，与肿瘤细胞的迁移侵袭密切相关[25]。 DU等[24]研究发现，IDO1和TDO均可通过Kyn-AhR-AQP4信号通路促进恶性神经胶质瘤的产生。LI等[26]提出色胺酮及其衍生物可作为IDO和TDO的双重抑制剂，能同时抑制IDO1和TDO的酶活性以及IDO1的细胞活性，可逆转肿瘤细胞免疫耐受，但具体分子机制未作详细阐述，还需进一步研究。研究显示，IDO在肝癌、食管癌、肺癌、胰腺癌、胶质瘤等多种恶性肿瘤中均呈过表达[27-30]，其有望成为临床抗肿瘤治疗的重要靶点。

因此，色胺酮作为小分子免疫抑制剂能通过抑制参与KP途径的2种酶IDO和TDO的活性，调控Kyn-AhR-AQP4信号通路，抵抗肿瘤细胞免疫耐受，改善肿瘤周围组织水肿等，从而影响神经胶质瘤的发生、发展，降低胶质瘤患者的病死率。

1.3 色胺酮与白血病白血病是一种造血系统肿瘤性疾病，其骨髓外转移对疾病进展有重要意义[31]；临床针对该疾病通常采用化学治疗、免疫靶向治疗、造血干细胞移植等治疗方案[32]。人慢性髓系白血病细胞K562作为自然杀伤细胞的靶细胞之一，是具有多向分化潜能的红白血病细胞株，可以分化为粒系、单核系或红系细胞；急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia,AML)细胞株HL-60细胞是一种淋巴母细胞样细胞株，具有趋化反应和吞噬活性，可自发分化。

缪珊[33]研究发现，K562细胞对于色胺酮的敏感性最强，并且色胺酮作用于K562细胞具有量效性和时效性双重特征，同时起到了抑制增殖和诱导凋亡的作用。B细胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/leukemia-2,Bcl-2)在包括AML在内的多种恶性肿瘤的发展过程中均呈现过表达，可抑制细胞凋亡，细胞内在的凋亡途径是由Bcl-2家族蛋白的促凋亡和抗凋亡成员之间的平衡所介导和调节的，其中促凋亡蛋白如Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2-associated X protein,Bax)通过改变线粒体外膜通透性，促使细胞色素-C(Cytochrome C,Cyt-C)从线粒体释放至细胞质中，致半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)活化[34]，色胺酮可通过调节K562细胞的Bcl-2及其Bax的基因表达水平(如下调Bc1-2/Bax值),使线粒体跨膜电位下降,内膜上Cyt-C释放激活caspase-3，诱导K562细胞凋亡[33]。携带9号染色体原癌基因与22号染色体断裂簇位点基因的融合基因的染色体是白血病的重要致病因素之一[35]，色胺酮能通过下调携带9号染色体上原癌基因与22号染色体断裂簇位点基因的融合基因的mRNA表达使该融合基因的蛋白水平降低，从而抑制K562细胞增殖且诱导其凋亡。同时色胺酮能通过调节细胞周期分布，使K562细胞在G1/G0期和G2/M期过多积聚，S期比例显著降低，导致细胞DNA合成减少，从而抑制细胞增殖。此外，研究发现，色胺酮可有效减轻K562细胞对肝、脾、骨髓等多个部位的侵袭和破坏，对于临床症状的缓解和治疗效果的提升起促进作用[33]。

有研究显示，在白血病细胞中酪氨酸705和丝氨酸727残基的磷酸化使信号转导和转录激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)被异常激活，与白血病细胞的增殖和侵袭密切相关[36]。色胺酮的溴类似物能抑制STAT3 信号传导并通过 ERK 上调激活Bax诱导人白血病 HL-60 细胞中的caspase依赖性细胞凋亡。色胺酮作用于HL-60细胞的相关分子机制还需进一步研究。

有研究证实，IDO能在K562细胞和HL-60细胞中表达，并具有一定的功能活性[37]。此外，IDO水平可作为评估AML预后的指标，其高表达与AML患者预后较差有关[38]，因此色胺酮能通过抑制IDO活性调节AML患者预后。

综上所述，色胺酮作用于白血病K562细胞和HL-60细胞可表现出以下几点：(1)色胺酮能通过调控Bcl-2家族蛋白中的促凋亡蛋白(如Bax)激活凋亡因子caspase-3来诱导K562细胞凋亡；(2)色胺酮能通过降低携带9号染色体上原癌基因与22号染色体断裂簇位点基因的融合基因的表达对K562细胞起到抑制增殖、诱导凋亡及调节细胞周期分布的作用，使细胞增殖速度减慢；(3)色胺酮可能通过抑制STAT3 信号通路作用于HL-60细胞；(4)色胺酮可能通过调节IDO活性改善AML患者预后。

1.4 色胺酮与非黑色素瘤性皮肤癌非黑色素瘤性皮肤癌以基底细胞癌和鳞状细胞癌2种亚型多见，其患病率的增加与紫外线辐射密切相关，临床药物治疗不能控制其复发率，且药物的频繁使用易致面部畸形，并增加了患者的经济负担。因此，急需开发低成本、高效、安全性高的药物来改善当前临床用药方面的不足[39]。

TANG等[40]研究发现，炎症在机体存在慢性感染和自身免疫性疾病的状态下驱动上皮细胞的癌率，促进肿瘤的产生、发展和扩散，机体肿瘤炎症微环境的形成也抑制了自身细胞的抗肿瘤免疫力、削弱了癌症免疫疗法的功效。色胺酮能通过抑制肥大细胞浸润减轻皮肤炎症反应，从而调控皮肤癌的发生、发展[41]。

ZHANG等[42]研究发现，β-连环蛋白(β-catenin)在皮肤鳞状细胞癌HSC-5细胞中呈高表达，与肿瘤细胞的增殖和迁移密切相关，而色胺酮能抑制β-catenin核转运，调节β-catenin依赖性皮肤癌细胞的增殖[40]。原癌基因(cellular myelocytomatosis oncogene,c-Myc)参与多种肿瘤的发生、发展，是Wnt/β-catenin信号通路的下游基因，Wnt/β-catenin信号通路发挥着控制毛囊干细胞生长发育的作用[43]；细胞周期蛋白-D1 (cyclin-D1) 主要通过调控肿瘤细胞的G1/S期，促进肿瘤细胞增殖[44]。SHANKAR等[41]研究发现，小鼠皮肤癌模型色胺酮治疗组的表皮组织中c-Myc、cyclin-D1等多种促癌因子表达下调。

综上所述，色胺酮能通过抑制肥大细胞浸润来减轻炎症反应，增强机体对肿瘤细胞的免疫抑制作用，控制皮肤癌的发生、发展，而β-catenin、c-Myc、cyclin-D1等促癌因子的表达与皮肤癌细胞的增殖正相关，色胺酮可降低相关促癌因子的表达水平而抑制皮肤癌细胞的增殖。

2 色胺酮的其他作用

色胺酮及其衍生物能对肿瘤细胞的多药耐药性(mllltidrug resistance,MDR)起抑制作用，可通过下调MDR1基因表达来逆转乳腺癌MCF-7细胞对阿霉素及食管癌Eca109/cDDP细胞对顺铂的耐药性，从而增强了临床化学治疗效果[45-46]。同时，KIM等[47]研究发现，色胺酮可作为PIM1 抑制剂抑制 PIM1 激酶活性，但不影响其mRNA和蛋白质水平，且放射治疗联合PIM1抑制剂可显著缩小肿瘤体积，从而减缓肿瘤的发展进程。此外，SORDILLO等[48]研究发现，胶质母细胞瘤患者经放化疗后病情未得到长期缓解，或由于肿瘤细胞刺激分泌相关分子促使色氨酸代谢紊乱，机体产生适应性改变，而IDO和TDO的产生进一步加速了KP代谢，因此，色胺酮可能通过抑制IDO和TDO酶活性来调控KP，从而增强胶质母细胞瘤患者的放化疗敏感性。综上所述，色胺酮可作为一种新型放化疗增敏剂用于临床。色胺酮等潜在的放化疗增敏剂的研究、应用可推动临床肿瘤治疗方法的多样化发展，但用药剂量、质效关系等尚待进一步探讨。

3 结语

天然产物色胺酮及其衍生物的药理作用较为广泛，安全性高，有望成为恶性肿瘤临床治疗的理想用药。近年来,我国对色胺酮的研究主要集中于衍生物的制备及在其他医学领域的应用，如抗炎、抗菌、抗病毒等，抗肿瘤方面的研究较少，且其生物利用率低，药物毒副作用尚不清晰，因此，如何将色胺酮更加安全高效地应用于恶性肿瘤的临床治疗，是目前需要解决的问题。