百里醌的抗癌作用及其机制的研究进展

滕佳佳,沈寒春,赵 甜,邓敏艳,刘 岸

(湖南理工学院 化学化工学院,湖南 岳阳 414006)

0 引言

恶性肿瘤是人类最为严重的疾病之一[1,2].目前,在癌症治疗方面,通常选用手术、放疗和化疗等方法进行治疗,但这些方法有易产生耐药性、毒副作用大、治疗后期并发症多等缺点.以天然植物为来源的抗癌药物具有良好的抗癌效应,且毒副作用小,具有显著优势[3～5].

百里醌(Thymoquinone,TQ)作为黑种草籽的有效成分,在阿拉伯、东南亚、南亚及一些非洲国家中被广泛应用于临床.研究发现TQ 具有降血糖、降压、抗菌、止痛、免疫调节、抗炎、解挛及抗氧化等作用[6～8],进一步研究发现,TQ 还可有效抑制胰腺癌[9]、前列腺癌[10]和大肠癌[11]等多种癌细胞的恶性生物学行为.本文综述近5 年来TQ 的药理学进展,着重阐述其抗癌活性及作用机制.

1 TQ 的生物利用度

2 TQ 对炎症的作用

炎症是机体对于刺激的一种防御反应,起保护作用,但当炎症反应不受自然生理过程的控制时,它可能会引起炎症性疾病.通常对这类疾病的治疗药物分为甾体类抗炎药和非甾体类抗炎药,但长期使用可能会导致副反应的发生.在一种印度传统药物制剂中发现TQ 对炎症具有一定的作用.据报道,TQ 能抑制花生四烯酸代谢的环氧合酶(cyclooxygenase,COX)和5-脂氧合酶(lipoxygenase,5-LOX)途径.这些酶是炎症途径中的主要因子,通过表达为不同的炎性细胞因子发挥作用,导致中性粒细胞、巨噬细胞的浸润和氧化应激反应的产生,最终导致组织损伤[18].TQ 具有抑制巨噬细胞产生一氧化氮的作用,证明其具有抗炎作用.许多细胞因子,如肿瘤坏死因子α (tumor necrosis factor,TNF-α)、白细胞介素-1(interleukin,IL-1)、IL-2、IL-6 和IL-10,都在炎症中起重要作用.其中TNF-α 和IL-1 对其他促炎细胞因子(IL-6 和IL-8)、活性氧/氮(ROS/RNS)和脂质介质的过度表达起着重要作用,这些细胞因子可能导致败血症患者的器官衰竭.采用TQ 治疗败血症时,这些细胞因子的水平会被调节.TQ 也能在脓毒症期间抑制促炎细胞因子的产生,从而减少炎症细胞的浸润,并对组织和器官的损伤起保护作用[19].

3 TQ 的抗癌作用

TQ 作为一种天然药物,其对恶性肿瘤的治疗作用在现代医疗技术的开发下不断地被发现和应用,主要通过诱导细胞凋亡、细胞周期阻滞作用、抑制血管生成、抑制肿瘤侵袭转移,发挥治疗作用.

3.1 诱导细胞凋亡作用及机制

细胞凋亡是一种自身可控的程序性死亡,是对生理或病理变化的反应,目的是消除死亡、病变或老化的细胞.现有研究显示,TQ 可诱导宫颈癌(SiHa 和C33A)、白血病(HL60)、胃癌(HGC-27)、卵巢癌(SKOV3)、前列腺癌(DU-145)、乳腺癌(T47D)和肺癌(A549 和H1299)等细胞系的细胞发生凋亡[20～24].

3.1.1 诱导细胞凋亡的途径

控制细胞凋亡主要有两种途径: 一是由Bcl 蛋白类调控的内在途径/线粒体途径.在这一途径中,线粒体膜通透性因各种刺激触发而增加,从而释放凋亡基因导致细胞膜破裂和线粒体功能障碍.这种功能障碍激活各种凋亡蛋白酶,例如可被上游的始动子激活的caspase-3.在治疗动物脊椎损伤的实验中发现,TQ可通过PPAR-γ 和PI3K/Akt 通路降低caspase-3 和caspase-9 的活性,促使细胞凋亡[25].

第二种途径可表述为P53 的细胞依赖性途径参与细胞凋亡过程,而TQ 可直接或间接对P53 信号通路进行调控,从而诱导细胞凋亡.研究表明,TQ 呈浓度依赖性诱导细胞凋亡,包括P53 的升高及Bcl-2 的下调,研究还显示了TQ 诱导细胞凋亡的多种途径,如Jak-STAT、Akt、Notch、ERK-JNK 和NF-κB.

3.1.2 TQ 诱导细胞凋亡的作用

南国的戏剧运动现在应该向他第二个阶段了。他曾允许降到民众的低地把民众引向艺术的殿堂，但第一期的运动中他还不免有些在艺术的殿堂中徘徊瞻顾。现在请许他发表第一期第二次的剧目，这些虽然是第一期运动的完成但已可以看见向第二期的推进了。[27]259

TQ 诱导细胞凋亡的作用可表现为引起细胞损伤且无法修复,例如,在TQ 对胶质母细胞瘤细胞的影响的实验研究中发现,TQ 通过Bax 蛋白和细胞色素c 蛋白水平的升高诱导细胞凋亡.同时,在有关人结肠癌细胞HCT116 的治疗中发现,TQ 对P53 和P21 蛋白水平有升高作用且对抗凋亡蛋白Bcl-2 的表达具有抑制作用[26].

此外,TQ 不仅对人脐静脉内皮细胞系(human umbilical vein endothelical cells,HUVCEs)细胞凋亡具有一定的调控作用,还为防治动脉粥样硬化提供了新思路.具体表现为在有关HUVECs 细胞研究中发现,TQ 可抑制Akt/mTOR 信号通路和上调Beclin1 蛋白激活引起自噬,从而促使Bcl-2 蛋白表达被抑制发生凋亡,并降低过氧化氢所导致的HUVECs 细胞凋亡.TQ 作用脓毒症大鼠后,可激活SIRT1/STAT3 通路从而对大鼠肝损伤和糖代谢紊乱发挥保护作用,这表明TQ可作为一种潜在治疗由脓毒血症导致肝功能损害和糖代谢紊乱的药物[27].

3.2 细胞周期阻滞作用及其机制

真核生物的细胞周期分为: 间期与分裂期M 及G0期.细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase,CDK)在所有真核生物中起着至关重要的作用[28],CDK 同时控制细胞周期的G1/S 转换和G2/M 转换.在肿瘤细胞中,CDK 能够使细胞从静止期(G0)向细胞周期前进的机制发生改变.在对人类多个黑色素瘤细胞的实验中发现: TQ 对G1期和凋亡期的恶性肿瘤细胞的增殖、聚集有抑制作用,能同时抑制c-SrC 和JAK2 刺激[29].

在TQ 治疗24 h 内,所有类型的乳腺癌细胞在第一个G1细胞周期阶段均有增加;48 h 内,G1期细胞停止合成细胞所需物质,细胞凋亡[30].XU 等在其研究中也发现了相同的结果,通过激活P21 细胞对乳腺癌细胞的G1期产生周期阻滞作用[31].Wirres 等在体外观察TQ 对HCT116、HCT116p53-/-结肠癌和HepG2肝癌细胞增殖、凋亡及信号转导途径的影响,发现HCT116 细胞对TQ 处理最敏感(10 μmol/L),在处理72 h 和96 h 后诱导S/G2期细胞周期分布的改变[32].同时,TQ 可激活PI3K/Akt 和NF-κB,使胆管癌细胞产生G2/M 期阻滞[31].许多研究证明TQ 可通过诱导恶性肿瘤细胞周期阻滞来发挥抗肿瘤作用.

3.3 抗肿瘤血管生成作用及其机制

血管的生成能为肿瘤的生长和转移提供氧气和营养,因此抑制肿瘤血管的生成,能够对肿瘤的治疗起到一定程度上的帮助.影响血管生成的因素主要有: 成纤维细胞生长因子(aFGF 和bFGF)、转化生长因子、肝细胞生长因子(hepatorcyte growth factor,HGF)、肿瘤细胞坏死因子、血管生成素、IL-8.在这些因素中,促进血管生成的最重要因素之一是血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)[28].

在人类前列腺癌(PC3)和骨肉瘤细胞(SaOS-2)移植瘤模型的裸鼠实验中发现,TQ 能降低肿瘤血管的形成,在骨肉瘤中,它能抑制VEGF 的形成.在同一实验中还证明了TQ 可作用于NF-κB 及其下游分子发挥其抗血管生成作用,通过抑制HUVES 分化为管状结构,降低内皮细胞的成管能力[33].此外,由VEGF 诱导的细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated,ERK)的活化、人工基地膜上管腔的形成和内皮细胞的增殖活性都能被TQ 抑制,同时表现为剂量依赖性递减[34].小剂量的TQ 作用于内皮细胞24 h 后,可使被剪切的caspase-3 水平上调,抑制Akt 和ERK 磷酸化,从而使体内外乳腺癌血管的生长被抑制[35].

3.4 肿瘤侵袭转移抑制作用

3.4.1 对乳腺癌的作用

TQ 通过不同信号通路和靶标发挥抗肿瘤抑制作用.通过TQ 对真核细胞延伸因子-2 激酶(eEF-2K)表达影响的研究,发现其通过NF-κB/miR-603/eFF-2K 信号轴抑制三阴性乳腺癌细胞增殖、迁移、侵袭和肿瘤生长.与上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)相关的转录因子EMT-TFs 可被TQ 影响,并与其他细胞有协同作用,例如miR-34a,抑制乳腺癌细胞的侵袭、转移[36].

3.4.2 对宫颈癌的作用

在调节上皮间质转换调节蛋白和肿瘤转移的实验中,TQ 对限制宫颈癌细胞的迁徙及入侵表现为时间和剂量依赖性.TQ 限制上皮间质转化的诱导因子Twist1、Zeb1 的表达并使E-Cadherin 的表达上调,因此,涵盖这两种诱导因子的信号通路可被TQ 所抑制,从而发挥抗侵袭转移作用[37].

3.4.3 对肾癌的作用

一项对肾癌的研究确定了TQ 对限制癌细胞迁移和侵袭的有效性,证实了其对人肾癌769-P 和786-O细胞系迁移和侵袭的抑制能力.实验结果表明,TQ 能增强E-cadherin 的表达,下调Snail、ZEB1 和vimentin的mRNA 和蛋白水平,并呈剂量依赖性.它还上调肝激酶B1(LKB1)和AMP 活化蛋白激酶(AMPK)的磷酸化水平[38].张玉娇等在人肾癌786-O 和ACHN 细胞系的实验中发现,信号通路AMPK/mTOR 可以被TQ诱导产生自噬,以此抑制肾癌的癌细胞转移[39].

3.4.4 对胶质母细胞瘤的作用

人类胶质母细胞瘤相关细胞U-87 和CCF-STTG1 细胞可与TQ 发生反应,促使焦点黏附激酶(focal adhesion kinase,FAK)的急剧下降,其原因为TQ 对ERK 磷酸化、基质金属蛋白酶(MMP-2 和MMP-9)的分泌具有抑制作用[40].

3.4.5 对其他癌症的作用

用TQ 对肺癌A549 细胞进行伤口愈合实验和Transwell 侵袭实验表明,细胞迁移和侵袭抑制均呈现出时间依赖性.此外,在对黑色素瘤进行预防和转移的相关实验中发现TQ 可以作用于靶点NLRP3 炎性小体.同时,可通过使用TQ 降低COX-2 的表达这一方法来防止结肠癌肿瘤细胞发生转移.还有研究显示TQ 能降低雄激素受体剪接突变体7(androgen receptor splice variant-7,AR-V7)的蛋白水平,有望作为前列腺癌治疗的候选靶标[41].表1 简要总结了TQ 的抗癌作用.

表1 TQ 的抗癌作用

4 TQ 与其他药物联合使用

针对HL-60 细胞系和具有耐药性的MCF-7/TOPO 肿瘤细胞,TQ 与化疗药物阿奇霉素的联合用药能提高抗癌活性,抗癌效果明显[2].与另一种化疗治疗药物顺铂(CDDP)联合使用时,不同剂量的TQ 与CDDP联用对提高肺癌NCI-H146 细胞系细胞增殖抑制率都有较好治疗效果[42,43].其联用也能对胃癌起抗癌作用,其作用机制表现为抑制PI3K/AKT 信号的传导途径从而激活线粒体途径,同时通过PTEN 基因的上调、P-糖蛋白的下调来完成这一过程[44].对乳腺癌细胞系(T47D)的研究显示,TQ 与吉西他滨联合使用或单独使用,均对癌细胞具有凋亡作用[29].此外,对恶性胶质母细胞(U87MG)的研究发现,TQ 与TMZ 协同作用能抑制胶质瘤恶性肿瘤所需的MMP-2 和MMP-9 的表达[40].一系列恶性肿瘤的研究均发现,部分临床上使用的抗癌化疗药物与TQ 联用能够起到协同作用,对原有化疗药物的治疗效果有一定的提升,并能降低药物的毒副作用和耐药性.

5 结束语

许多天然药物及其化合物还未被用于药理学研究.通过本篇综述可以发现,TQ 作为一种天然药物在体内体外都已有许多应用,具有巨大的潜力,对于炎症和恶性肿瘤的治疗有良好的作用.但仍有一些作用机制尚未明确,需要进一步的研究及临床实验.