消化道肿瘤的中药治疗及机制研究新手段

陈昱初, 李冉, 刘静, 童珊珊

(江苏大学药学院, 江苏 镇江 212013)

消化系统肿瘤包含肝癌、胃癌、结直肠癌、胰腺癌等,具有发病率高、侵袭性强、预后差等特点。近年来,手术方式的改进、免疫新药的研发、靶向药物的迭代更新有效降低了消化系统肿瘤的病死率,而耐药、术后并发症、药物不良反应等仍是临床面对的难点问题[1］。近年来,中药在增强消化系统肿瘤药物敏感性和克服耐药方面显示出独特的优势,涉及的中药有效成分包括生物碱、黄酮类化合物、萜类、皂苷类、多糖等。这些成分通过抑制消化系统肿瘤细胞的增殖、诱导肿瘤细胞凋亡、调节免疫功能等途径发挥抗肿瘤作用[2-3］,其研究涵盖了整体、器官、细胞、分子等层面[4-5］。而研究手段除了细胞实验、动物实验外,已拓展到分子对接、亲和识别等新技术的使用,尤其是活性成分高通量筛选及其机制研究已成为目前该领域的重要方向。

1 消化道肿瘤中医学总体认识

中医药对于肿瘤的认识历史悠久,认为肿瘤病机以“虚、毒、瘀、积”为主,与气血瘀滞有关。中医学对消化道肿瘤相关论述可散见于文献中,病因可分为内因、外因、不内外因,正气亏虚、情志内伤、饮食劳伤等。《内经》中言:“正气存内,邪不可干,邪之所凑,其气必虚”。认为正气内虚,使邪气有机可乘,而邪气致病,进一步加重正虚症状。《景岳全书》记载“脾肾不足及虚弱失调之人,多有积聚之病”,指出脾胃虚弱是“积”即消化道肿瘤的重要成因。中医学很早就认识到情志因素与消化道肿瘤间的联系,《内经》中言:“若内伤于忧怒,则气上逆,气上逆则六输不通,温气不行,凝血蕴裹而不散,津液涩渗,着而不去,而积皆成矣”。饮食失调是本病发生与发展的一个重要因素,《济生续方》复云:“凡人脾胃虚弱,或饮食过度,或生冷过度,不能克化,致成积聚结块”,均明确了饮食失调可诱发本病。李平教授[6］在防治消化道肿瘤方面有着独到的理论见解和丰富的临床经验,其综合各家学说[7］,认为脏腑虚衰、瘀毒蕴结,故正气亏虚、瘀毒停滞为本病致病机制,病性为邪实正虚之证,在治疗中要扶正益气、解毒通络,达到减毒增效辅助化疗的效果。张凯旋[8］对国医大师徐经世诊治消化道肿瘤的用药规律研究和临床经验进行总结,认为消化道肿瘤患者本虚标实,以正气亏虚为本,虽病变部位以脾胃居多,但亦与肝胆紧密相关,消化道肿瘤的病机多属寒热错杂,虚实夹杂。消化道肿瘤的治疗宜统筹兼顾扶正与祛邪,掌握演变,权衡缓急,以时刻不忘扶正为基石,扶正当以首健脾胃,以此调和中州,扶正化源,旨在“扶正安中”。

现代中医临床认为消化道肿瘤系指正气亏虚状态下,“瘀、毒、痰”等病理因素结聚发为有形实邪。病位责之脾、胃、肠腑,正气亏虚、情志内伤、饮食劳伤、体质状况改变是消化道肿瘤的诱因。治疗应结合病因病机遣方用药,以“扶正解毒通络法”为基础原则。

2 中药单体治疗消化道肿瘤

2.1 黄酮类

黄酮类化合物是一类天然的抗氧化剂,广泛存在于各种中草药中,如银杏、黄芪、葛根等,主要通过清除自由基、抗氧化、抗炎等途径来保护细胞和组织。杜亚青等[9］发现毛蕊异黄酮发挥抗胃癌作用主要以剂量依赖性上调促凋亡蛋白Bax的表达,同时下调抗凋亡蛋白Bcl-2的表达,促进细胞色素C的释放,并增加cleaved caspase-3和-9的表达水平,从而抑制胃癌干细胞样细胞的增殖、迁移与侵袭并诱导凋亡。小槐花黄酮8-异戊烯基槲皮素则是通过调控Wnt/β-catenin和AMPK信号通路抑制结肠癌细胞增殖和转移[10］。同时,马仕虎等[11］研究表明,槲皮素可以通过抑制TLR4/NF-κB信号通路激活,抑制直肠癌模型大鼠的炎症反应和应激反应。木犀草素作为常见的黄酮类化合物,可以抑制多种肿瘤的发生发展,如结直肠癌、胃癌、喉癌、肝癌等[12-15］,可上调结直肠癌细胞中的miR-384表达,下调细胞和结肠癌组织中多效营养因子的表达,从而抑制结直肠癌细胞的侵袭和转移。由此可见,黄酮类不仅是潜在的抗胃癌化合物,还能抑制结直肠癌细胞的侵袭和转移。

2.2 多糖类

多糖类化合物是由多个单糖分子组成的天然化合物,是公认的免疫调节剂,主要通过提高患者免疫水平及诱导癌细胞凋亡发挥抗消化道肿瘤的作用。黄芪多糖具有免疫调节、抗炎、抗氧化和抗肿瘤等活性。贾铭丽等[16］研究表明,通过腹腔灌注顺铂并联合注射用黄芪多糖治疗胃癌合并恶性腹腔积液患者,机体免疫水平提高,体内炎症反应减弱。相关基础研究显示,黄芪多糖在抑制胃癌细胞增殖并诱导其凋亡、减轻胃癌细胞耐药性等方面也具有一定疗效。桂壮等[17］研究发现,黄芪多糖可干扰胃癌细胞MKN45、MGC-803的细胞周期,并诱导其凋亡。近期的研究还发现,远志多糖RP02-1可通过调节Caspase-3、Bax和Bcl-2表达诱导胰腺癌细胞AsPC-1和BxPC-3凋亡[18］。云芝多糖[19］可通过调控Bax和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白p21WAF/Cip1,诱导胰腺癌细胞PANC-1凋亡。

2.3 生物碱类

生物碱是一类天然含氮的有机化合物,通常具有生物活性和碱性。麻黄、黄连、长春花等都含有生物碱。生物碱的作用方式主要通过与乙酰胆碱受体、肾上腺素受体等受体结合,从而产生药理作用。小檗碱是黄连内分离出的活性成分,李春霖等[20］发现黄连素可通过调控JAK/STAT信号通路抑制溃疡性结肠炎小鼠结肠上皮细胞凋亡,促进外周血中性粒细胞凋亡,进而发挥治疗溃疡性结肠炎的作用。苦参碱是苦参内分离出的具有抗炎、抗肿瘤等活性的活性物质。王斐斐等[21］评估miR-155-5p在人胃癌细胞系(SGC7901、MGC803)与正常胃黏膜上皮(GES-1、AGS)细胞中的表达情况,发现miR-155-5p可能是胃癌的治疗靶点,氧化苦参碱可通过miR-155-5p的调节作用发挥抗肿瘤作用。梁艳田等[22］对石斛碱粗提物的抗肿瘤作用进行了探索,从金钗石斛中提取的水溶性和脂溶性生物碱粗提物能抑制结肠癌细胞Caco-2的增殖,抑制作用呈剂量和时间依赖性,流式细胞术检测发现水溶性生物碱粗提物使细胞周期阻滞于G1期,蛋白质免疫印迹结果表明,水溶性和脂溶性生物碱粗提物可通过线粒体途径激活半胱氨酸蛋白酶-3信号通路,进而对Caco-2产生细胞毒性。生物碱在体内和体外研究中均被证实其可抑制消化道肿瘤细胞生长、降低细胞的存活率、诱导癌细胞的凋亡。

2.4 萜类

萜类天然产物抗消化道肿瘤作用主要是诱导肿瘤细胞凋亡及抑制癌细胞增殖。白术内酯I是从白术中提取的倍半萜类活性成分,具有抗炎、抗肿瘤等作用。李小芳等[23］通过体内研究发现,白术内酯I的诱导凋亡作用与调节促凋亡基因和抑制凋亡基因的表达有关。通过增加Bax、caspase-3和P53蛋白的表达,降低Bcl-2蛋白的表达,白术内酯I可以显著诱导人胃癌细胞SGC-7901裸鼠移植瘤的凋亡。木瓜总三萜是木瓜内分离出的三萜类活性成分,具有抗炎和保护黏膜的功效。冯旻璐等[24］研究表明,木瓜总三萜具有抑制人胃癌HGC-27细胞线粒体活性和细胞增殖的作用,其机制可能与促进miR-10a表达和抑制PI3K/Akt/mTOR/p70S6K信号通路激活有关。

2.5 皂苷类

皂苷类对预防胃癌和肠癌的发生及恶性进展具有重要意义。皂苷是一类含有皂苷元的低聚糖苷类化合物,主要存在于植物的根部和种子中,如人参、甘草、柴胡等。皂苷通过与细胞膜结合,产生溶血、抗炎、抗肿瘤等药理作用。蔡甜甜等[25］研究显示,1-甲基-3-硝基-1-亚硝基胍诱导的胃癌前病变模型大鼠存在胃黏膜多灶性萎缩,伴明显上皮细胞异型增生。三七总皂苷则能显著改善胃黏膜腺体萎缩状态,使异型增生转为良性,此过程伴随p53、NF-κB表达下调,caspase-3表达上升,这是三七总皂苷通过抑制NF-κB信号传导来对抗炎症反应,促凋亡,保护胃黏膜,延缓疾病恶性进展的关键证据。细胞学和基因表达谱实验证实低极性人参皂苷能够有效地抑制肠癌细胞增殖,呈剂量依赖性[26］;人参皂苷在荷瘤裸鼠模型体内具有抗肠癌的作用,使瘤体积明显缩小,瘤体荧光信号强度显著减弱,瘤组织有变性退化,细胞密度明显下降等现象。同时,通过上调瘤组织抑癌基因p53、甲基巴豆酰辅酶A羧化酶(MCC)和结直肠癌缺失蛋白(DCC)的mRNA及其蛋白表达水平,下调癌基因c-Myc的mRNA及其蛋白表达水平,从而发挥其抗肠癌的作用,揭示人参皂苷可发挥多功能及多靶点的抗肠癌作用。

中药单体在消化道肿瘤治疗中显示出较为理想的疗效,筛选出具有明确治疗作用的中药单体化合物,着重研究其抗癌机制是目前中药抗肿瘤研究的重要方向之一,其作用机制总结见表1。

表1 中药单体治疗消化道肿瘤的作用机制

3 中药复方治疗消化道肿瘤

复方中药的复杂成分与机体复杂系统的相互作用,表现出整体水平上的综合效应,其功效以扶正、解毒、化滞、散瘀为多见,是复杂成分通过多途径、多靶点的整合调节作用而实现的(表2)。何峰[29］考察柴胡桂枝汤对消化道肿瘤化疗后不良反应的防治作用,发现其能够改善外周血象指标,减少不良反应的发生。周霈等[30］在芪蓝颗粒方剂配伍与抗口腔黏膜癌作用研究中,结合古籍及临床疗效组方由黄芪、绞股蓝、川芎、富硒绿茶等组成的芪蓝颗粒,发现其可通过调节细胞周期和免疫功能,延缓或阻止口腔癌发展,并且对平阳霉素的抗癌效果有协同增效作用。研究表明[31］,中药经典方四君子汤可以通过抑制小鼠结肠癌皮下瘤生长、抑制外周血白细胞的炎症反应,从而达到影响自然杀伤细胞活性及结肠癌细胞增殖的作用。肠复方可以诱导结肠癌细胞在原位移植瘤中的凋亡,并且高剂量组的肠复方效果优于氟尿嘧啶组[32］。胡兵等[33］通过检测肠癌细胞中多个表观遗传修饰基因表达的改变,发现藤龙补中汤可以促进肠癌细胞停滞在G0期,表观遗传调控是藤龙补中汤的重要作用机制。

表2 中药复方治疗消化道肿瘤的作用机制

中药复方按照君臣佐使进行配伍,用于消化道肿瘤治疗具有多层次的功效。钱玲[34］探究复方葛根汤抗结肠癌分子机制及拆方优化方案,通过网络药理学预测该方抗结直肠癌的潜在靶点和作用通路,采用体外结肠癌HCT116细胞模型和体内HCT116细胞衍生BALB/c裸鼠肿瘤移植模型,从体内外探究复方葛根汤对结肠癌的药效作用及分子机制,发现复方葛根汤能显著抑制体内HCT116细胞衍生的移植瘤生长,其机制可能是通过下调溶质载体家族7成员11重组蛋白(SLC7A11)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX4)蛋白水平以及上调前列腺素内过氧化物合成酶2(PTGS2)、长链酯酰辅酶A合成酶(ACSL4)蛋白水平诱导铁死亡从而抑制肿瘤增长,通过调控IL-6/STAT3通路并下调其下游因子MMP2、转录因子重组蛋白(TWIST)、MMP7和SLC7A11蛋白水平而抑制肿瘤发展。在溃疡性结肠炎向结肠癌转化关键基因的筛选及中药预测研究中,赵珠琳[35］运用生物信息学技术通过GEO数据库筛选溃疡性结肠炎向结肠癌转化的差异基因,构建“中药-有效成分-靶点”作用关系网络图,预测发现三七、黄芩、人参叶和当归4味中药通过槲皮素、豆甾醇、β-谷甾醇和山奈酚等有效成分调控PTGS2、PTGS1、核受体共激活因子2(NCOA2)等靶点,可能干预溃疡性结肠炎向结肠癌转化过程。

刘婷[38］利用计算机检索多个数据库,收集了6种中药注射剂在不同癌症治疗中联合化疗与单纯化疗的随机对照研究数据,用R软件做网状meta分析。从免疫指标改善分析出康艾注射液的优选癌种是肝癌,而肝癌的优选中药注射剂也是康艾注射液,进一步证实了康艾注射液应用在肝癌治疗上的可能优势;肠癌优选参芪扶正注射液,其在改善肠癌患者的CD4/CD8中有优势,但对改善CD3+T细胞并没有优势;胃癌优选鸦胆子油乳注射液。

4 中药治疗消化道肿瘤机制研究的新手段

中药作用机制的研究是中药现代化和中药药理学的重要内容,对于揭示中药的作用原理和指导临床合理用药具有重要意义。分子对接、亲和识别、微流控等新手段可以对中药的作用机制进行有效的模拟和预测,进一步提高中药研发的效率和准确性,成为近期研究的热点。

4.1 分子对接

分子对接是利用软件将小分子(配体)放置于大分子靶标(受体)的结合区域,通过计算参数,预测两者的结合能力和结合方式,根据结合能力强弱,初步推测分子可能的作用机制,描述药物与潜在靶标间的相互作用方式。余炜等[39］通过分子对接及网络药理学探究“乌药蜜饮”方的有效成分及其作用于结直肠癌的主要生物过程和信号通路,筛选得到4种中药有效成分(木犀草素、槲皮素、黄芩素、汉黄芩素)和包括细胞肿瘤抗原P53、丝/苏氨酸蛋白激酶1、丝裂原活化蛋白激酶1等14个对应的核心靶点。核心靶点基因通过调控癌症相关通路、磷脂酰肌醇3激酶-丝/苏氨酸激酶通路(PI3K-Akt)等肿瘤相关信号通路,诱导细胞周期阻滞和凋亡,从而达到治疗结肠癌的目的。王方园等[40］基于分子对接技术和网络药理学探究丹参-赤芍药对治疗结直肠癌的作用机制,发现丹参-赤芍药对可能作用于雌激素受体1(ESR1)、黏着连接蛋白β1(CTNNB1)和视网膜母细胞瘤基因1(RB1)等靶点,通过PI3K-Akt信号通路、TNF信号通路、p53信号通路、缺氧诱导因子-1(HIF-1)信号通路等相关通路,从而抑制结直肠癌细胞的增殖和迁移能力。

4.2 亲和识别技术

亲和识别技术包括药物亲和靶蛋白稳定性筛选技术和亲和色谱筛选及分离技术等。亲和靶蛋白稳定性筛选原理是小分子药物与靶蛋白结合后可稳定靶蛋白结构,使其对蛋白酶的酶解敏感性降低。黄飘[41］在白桦脂酸抑制Wnt通路和抗大肠癌作用的分子机制研究中,利用药物亲和反应的靶点稳定性技术联合蛋白质谱分析检测候选活性分子的直接结合蛋白,发现中药白头翁的活性成分白桦脂酸具有Wnt通路和结肠癌抑制作用,TRAF2为白桦脂酸的潜在靶标蛋白,并证实了TRAF2是Wnt/β-catenin通路的调控因子。桂振威[42］利用药物亲和反应靶点的稳定性和细胞热力学稳定性分析,研究小檗碱靶向胰岛素样生长因子-2 RNA结合蛋白3(IGF2BP3)的抗结直肠癌机制,得出小檗碱可靶向结合IGF2BP3,通过泛素-蛋白酶体途径促进其被E3连接酶TRIM21靶向降解,干扰其对细胞周期蛋白依赖性激酶4/细胞周期蛋白D1 mRNA的稳定,导致结直肠癌细胞周期阻滞,从而抑制结直肠癌的发展。该研究为基于IGF2BP3和TRIM21的临床治疗和抗癌药物设计提供了新的策略。亲和色谱法是基于固定相特异性识别活性分子的色谱分离技术。Gu等[43］建立了一种新型的二维细胞膜色谱系统,通过分析比较黄芩在肝癌细胞膜色谱与正常肝脏细胞色谱柱的保留行为,从中筛选出13个潜在的抗肿瘤成分如千层纸素、汉黄芩素和白杨素等。

4.3 微流控芯片

微流控芯片技术是一种利用微通道处理或操纵微小流体的技术,具有体积轻、反应速度快、能耗低、样品及试剂用量少的特点和优点,在中药分离检测、机制作用研究以及高通量筛选等方面,能显著提高研究效率,为中药研发及高通量筛选提供了新技术[44］。孙悦等[45］探究复方木鸡颗粒中药效组分组成的各配伍组诱导肝癌HepG2细胞凋亡的药效学研究中,筛选出药效组分最佳配伍比例,初步揭示了复方木鸡颗粒药效组分抗肝肿瘤的组分组成规律,为抗肝肿瘤类新药的开发及临床联合用药奠定前期实验基础。基于微流控芯片技术,王乙同等[46］研究证明水红花子复方含药血清对肝肿瘤SMMC-7721细胞具有促凋亡作用,且能抑制其分泌血管内皮生长因子从而间接抑制肿瘤血管新生,达到抗肿瘤效果。

5 小结与展望

我国每年新增消化道恶性肿瘤患者有180～200万人,传统的放化疗预后较差,且总体生存期不高。近年来免疫治疗的发展和中医药的介入,为患者带来了新希望。以中医药理论为指导,从细胞、分子、基因水平探讨中药治疗消化道肿瘤的机制研究及活性成分筛选是目前的研究趋势[47］。中药有效成分复杂,在临床运用中多以复方制剂居多;中药讲究药材相互之间配伍运用,且在煎煮过程中可能发生成分的改变或者药物之间相互作用;中药吸收与代谢途径不明确以及中药的潜在肝毒性、肾毒性、心肌毒性和其他不良反应,这些难点问题目前都已取得了明显进展[48-50］。随着学科间的互相合作,更多新的检测方法将对中药活性成分实现精准地定性定量分析,阐明具体作用靶点和机制通路,并找出其在消化道肿瘤治疗中的关键或标志性活性成分,从而为患者提供更加个性化、安全有效的治疗方案。