紫花牡荆素抗肿瘤作用机制的研究进展*

华 丽,周燕红

(湖北科技学院医学部临床医学院,湖北 咸宁 437100)

恶性肿瘤是威胁人体生命健康的重大疾病之一,其发病率与病死率逐年增长,目前治疗手段主要有手术、放化疗、靶向治疗等,但往往会导致严重毒副作用的发生[1]。因此,研究肿瘤的发病机制及寻找安全、有效的抗肿瘤药物尤为重要。近年来,中草药的抗肿瘤性得到了广泛的研究和证实,逐渐成为肿瘤防治的重要手段。紫花牡荆素(casticin,5,3′-二羟基-3674′-四甲氧基黄酮)是从中草药蔓荆子中提取的甲基黄酮类化合物,为多酚类物质,分子式为C19H18O8,分子量为374.34,具有多种生物活性,如抗癌、抗炎、抗氧化等[2]。近年来,研究发现紫花牡荆素在抗肿瘤方面有良好的活性,本文对紫花牡荆素抗肿瘤作用的研究进展进行综述。

1 紫花牡荆素抗肿瘤作用

1.1 抑制肿瘤细胞的增殖

肿瘤的发生与肿瘤细胞的恶性增殖密切相关,因此,抑制肿瘤细胞增殖是治疗肿瘤的有效手段之一。研究发现[3],casticin能有效抑制食管癌、胆囊癌、肝细胞癌、乳腺癌、白血病等多种肿瘤细胞株的增殖。

Casticin剂量依赖性地抑制食管癌(esophageal cancer,EC)细胞的增殖和克隆形成,并诱导细胞周期停滞在亚G1和G2期,从而抑制增殖能力[4]。有研究显示,牡荆素以剂量和时间依赖性抑制胆囊癌细胞增殖[5]。对人肝癌细胞系(MHCC97)的研究发现[3],casticin通过下调B-连环蛋白和阻断Wnt/β-连环蛋白途径,以剂量依赖性的方式抑制增殖特性。Chan等[2]证实casticin可通过抑制微管蛋白聚合、细胞周期阻滞、有丝分裂灾难和凋亡来抑制白血病细胞K562细胞增殖,同时磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B,PI3K/AKT)通路特异性抑制剂能够增强casticin诱导的细胞死亡。此外,casticin还可通过抑制c-Myc蛋白从而抑制p53突变型Hs578T乳腺癌细胞增殖[3]。Casticin可通过调控线粒体凋亡途径和PI3K/Akt信号通路相关蛋白的表达,诱导胰腺癌细胞的凋亡,从而抑制其增殖[6]。

1.2 促进肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡是细胞在基因调控下发生的程序性死亡,主要受内源性线粒体途径、内源性内质网途径以及外源性死亡受体途径调控[7]。促进肿瘤细胞凋亡是抗肿瘤活性的重要标志之一。研究[2-3,8]发现,casticin可通过多种信号通路及机制调控肿瘤细胞凋亡而表现出其抗肿瘤活性,并能通过上调死亡受体5诱导肝癌细胞及肺癌凋亡;通过活性氧(reactive oxygen species,ROS)介导的线粒体通路诱导宫颈癌细胞凋亡;通过G2/M期阻滞诱导前列腺癌PC-3细胞凋亡;诱导p53和半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)依赖性细胞凋亡进而抑制U251胶质瘤细胞和TSGH-8301膀胱癌细胞的生长;casticin也能通过内质网应激增强TRAIL诱导的胃癌细胞凋亡。研究表明[3],casticin可降低人食管癌细胞系TE-11和ECA-109中抗凋亡Bcl-2的水平,并增加促凋亡Bax蛋白,同时casticin也上调caspase-3和caspase-9以及聚ADP-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase,PARP)的水平,触发线粒体凋亡途径。在胆囊癌细胞中,casticin通过上调Bax、caspase-3、caspase-9和PARP的表达以及下调Bcl-2的表达来诱导G0/G1停滞和线粒体相关细胞凋亡[5]。在HL-60白血病细胞中,casticin以剂量依赖方式诱导细胞凋亡,主要是通过激活caspase-3、caspase-8和caspase-9、诱导磷酸组蛋白(H3)磷酸化、上调细胞内ATP水平、增加ROS并阻断p38丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases,MAPK)途径来诱导细胞凋亡[3]。Casticin通过灭活FoxM1基因诱导卵巢癌细胞凋亡[3]。Casticin抑制致瘤NF-κB通路的激活并增加ROS生成和caspase-3,从而引起黑色素瘤细胞凋亡[9]。有研究[10]发现casticin通过抑制人非小细胞肺癌细胞中的拓扑异构酶Ⅱα诱导细胞凋亡。

1.3 阻滞细胞周期

细胞周期停滞,可抑制肿瘤细胞生长发育,进而影响肿瘤发展进程。细胞周期停滞是癌细胞细胞死亡的主要原因之一。细胞周期可划分为G1、S、G2及M期,细胞周期调控紊乱是恶性肿瘤生长的最基本的生物学特征。Casticin是一种新型选择性PI3K抑制剂,可显著抑制鼻咽癌增殖,并通过上调Bax/BCL2表达诱导G2/M期阻滞和细胞凋亡[3]。在食管癌的研究中,casticin处理诱导S期细胞周期停滞,增强促凋亡基因Bax的表达和caspase-3的激活,从而导致细胞凋亡[11]。Casticin可诱导胆囊癌中G0/G1期停滞,从而导致细胞凋亡[5]。Ramchandani等[3]研究发现,在黑色素瘤细胞中,casticin能通过增加p35、p31和CHK-1蛋白的表达,同时下调Cdc25c(细胞分裂周期蛋白25C蛋白)、CDK1(周期蛋白依赖性激酶,cyclin-dependent kinases)、细胞周期蛋白A和细胞周期蛋白B来控制细胞周期,从而使G2/M细胞周期停滞。Casticin可诱导细胞形态变化、DNA浓缩和损伤,并使口腔癌SCC-4细胞的G2/M细胞周期停滞[12]。在HL-60白血病细胞中,casticin预处理可诱导G2/M细胞周期停滞,G0/G1和S期细胞减少[3]。有研究表明[3],casticin能够诱导肝癌HepG2、PLC/PRF和人前列腺癌PC-3细胞细胞凋亡,并使细胞周期阻滞于G2/M期。研究[13]发现,紫花牡荆素将大部分肺癌细胞阻滞在G2/M期,可防止细胞形成纺锤体,抑制有丝分裂,最终达到促进细胞凋亡。在小鼠黑色素瘤模型中,casticin诱导线粒体依赖性细胞凋亡以响应多种刺激,并且还诱导早期G2/M细胞周期停滞[3]。

1.4 抑制细胞侵袭和迁移

肿瘤细胞的侵袭和迁移是指恶性肿瘤细胞穿透基底膜,通过细胞迁移进入血液或淋巴系统,进而到达远端并恶性增殖的过程,是恶性肿瘤的特征之一[1]。Casticin可抑制肺癌干细胞(lung cancer stem-like cells,LCSLCs)的自我更新和侵袭,并引起干细胞标记物CD133,CD44和ALDH1(aldehyde dehydrogenase 1)蛋白表达降低以及基质金属蛋白酶(MMP)活性降低[3]。此外,casticin也能通过下调MPP-2/NF-kB或通过PI3K/AKT/mTOR通路抑制人黑色素瘤细胞[14]、乳腺癌细胞的迁移和侵袭[15]。Casticin通过Ras/Akt/NF-kappa B信号通路以浓度依赖式抑制人前列腺癌DU145细胞的迁移和侵袭[16]。有研究表明[17],casticin呈时间和浓度依赖式抑制口腔鳞状细胞癌和人黑色素瘤A375.S2细胞的迁移和侵袭能力。研究表明[3]casticin可以通过p-EGFR/Ras/p-ERK通路下调黑色素瘤细胞A375.S2细胞的迁移和侵袭能力。Casticin可通过miR-148a-3p/wnt1信号通路抑制肝癌细胞的迁移和侵袭[18]。

1.5 抑制上皮-间质转化

上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)已被确定为肿瘤发生过程中的关键角色之一,其特点是增加间质基因如纤连蛋白、波形蛋白和N-钙粘蛋白的表达,并抑制E-钙粘蛋白的表达。E-钙粘蛋白表达的缺失被认为是癌症发生过程中,也是EMT的关键步骤。研究发现[19],在卵巢癌SKOV3细胞和源自SMMC-7721细胞的肝癌干细胞(LCSC)中,不同浓度的牡荆素可以通过增加E-钙粘蛋白表达,同时抑制N-钙粘蛋白来逆转EMT过程。Casticin可逆转EMT过程,抑制中β-catenin的表达,从而抑制口腔鳞状细胞癌的侵袭转移[17]。Casticin也可上调卵巢癌[2]、宫颈癌[3]中的E-钙粘蛋白并下调N-钙粘蛋白,从而抑制EMT。在神经胶质瘤的研究中,casticin可抑制EMT相关因子Twist1的表EMT进程[3]。

2 紫花牡荆素抗肿瘤作用涉及的信号通路及分子机制

2.1 FOXO3a/FoxM1信号通路

FOXO3a(forkhead box O3a)作为FOXM1上游调节因子,FOXM1/FOXO3a信号通路可以通过调节肿瘤细胞的生物学功能来发挥调控癌症发生与发展的作用[21]。在肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)中,casticin通过siRNA沉默叉头盒O(FOXO)3a磷酸化蛋白,并降低叉头盒M1(FoxM1)的表达。因此,FOXO3a/FoxM1信号通路是HCC中casticin的可行通路[3]。Casticin通过灭活FoxM1基因诱导卵巢癌细胞凋亡[3]。在小细胞肺癌H446细胞中,casticin上调AMPK和乙酰辅酶A羧化酶(Acetyl-CoA carboxylase,ACC),并通过AMPK/FOXO3信号通路沉默FOXO3表达[22]。

2.2 PI3K/Akt信号通路

PI3K/Akt信号通路是细胞内最重要的信号通路之一,参与细胞增殖、凋亡和细胞周期等相关活动,并在抗肿瘤治疗中发挥重要作用。Casticin通过下调PI3K/Akt信号通路抑制乳腺癌细胞迁移和侵袭,最终导致MMP-9表达[15]。Casticin通过PI3K/Akt信号通路来诱导细胞凋亡,且可能与PI3K的磷酸化受到抑制有关。紫花牡荆素可通过调控线粒体凋亡途径和PI3K/Akt信号通路相关蛋白的表达,诱导胰腺癌细胞的凋亡,从而抑制其增殖[6]。Casticin是一种新型选择性PI3K抑制剂,可显著抑制鼻咽癌增殖,并通过上调Bax/BCL2表达诱导G2/M期阻滞和细胞凋亡[3]。Casticin通过激活HL-60、Kasumi-2和K562人类白血病细胞中的caspase-3和PARP,在激活PI3K/Akt信号通路中发挥重要作用[3]。

2.3 Wnt/β-catenin通路

在经典的Wnt信号通路中,Wnt信号通路的激活会导致β-连环蛋白(β-catenin)的细胞核积聚,这可能会导致EMT程序。研究发现[17],casticin能通过调控Wnt/β-catenin通路发挥抗癌作用。在人口腔鳞状细胞癌(OSCC)UM1和HSC-3细胞中,casticin下调β-catenin(Wnt/β-catenin通路的重要组成部分)。β-catenin的过度表达会诱导肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移活动,而其下调可以负向调节这些致瘤过程。

2.4 MAPK信号通路

MAPK信号通路参与介导细胞增殖、侵袭、凋亡和血管生成等多种生理病理活动[23]。在HL-60白血病细胞中,casticin以剂量依赖性方式诱导细胞凋亡,主要是通过激活caspase-3、caspase-8和caspase-9,诱导磷酸组蛋白(H3)磷酸化,上调细胞内ATP水平,增加ROS并阻断p38(MAPK)途径来诱导细胞凋亡[3]。

2.5 NF-κB信号通路

NF-κB信号通路参与肿瘤微环境调控,并与肿瘤血管生成、肿瘤细胞增殖和转移等活动密切相关。Casticin抑制致瘤NF-κB通路的激活并增加ROS生成和caspase-3,从而引起黑色素瘤细胞凋亡。在结直肠癌细胞中,casticin通过抑制NF-κB通路的激活,引起SW480细胞的凋亡[3]。

除了上述提到的信号通路外,casticin还可通过调控JNK、STAT3、c-Met、P53等通路发挥抗肿瘤增殖、侵袭、迁移、诱导凋亡等作用[4]。

3 结 语

随着对casticin研究的不断深入,越来越多研究证实casticin具有抗肿瘤活性,其抗肿瘤机制主要有抑制增殖、诱导肿瘤细胞凋亡、阻滞细胞周期,抑制侵袭转移等。Casticin可通过调控PI3K/Akt、JNK、MAPK以及Wnt/β-catenin等相关信号通路多环节、多途径参与到肿瘤增殖、侵袭转移与凋亡过程中,影响肿瘤的发生发展。

尽管人们对牡荆素对不同细胞系的潜在抗癌作用进行了研究,但这些研究大多数仅限于体外研究,只有少数针对食管癌、肝癌、白血病和黑色素瘤等癌症的体内研究来评估casticin的抗肿瘤作用。目前由于进行的体内研究数量较少,casticin的药代动力学特性,包括给药、生物利用度、分布等尚不明确。此外,casticin的安全性和有效性尚未见报道,这给临床评估该药物带来了风险。为了测试casticin对癌症患者的有效性和治疗应用,有必要进行更多的临床试验。