誘導腫瘤細胞凋亡的天然藥物研究進展＊

孟祥林綜述 劉明華審校

(瀘州醫學院藥學院藥理學教研室,四川 瀘州 646000)

腫瘤的發生不僅是分裂失控導致的細胞過度增生,同時也可能是細胞凋亡通路受阻,使本該死亡的細胞繼續存在而產生腫瘤,因此,選擇性誘導腫瘤細胞凋亡為目標的技術已成為腫瘤治療的重要策略之一。細胞凋亡(Apoptosis)是存在于細胞中的自毀機制,細胞凋亡能夠使機體清除衰老和異常的細胞,在維持許多細胞功能方面起到重要作用。1972年kerr等[1]首先提出“細胞凋亡”這一概念,是由體內外因素觸發的細胞內置的死亡程序誘導的細胞死亡過程。細胞凋亡是細胞在一定的生理或病理條件下,自己結束其生命的過程,具有嚴格的基因時控性和選擇性。生物體各種細胞的數量都是通過增殖與死亡之間的平衡來完成的。目前認為,細胞增殖過度是腫瘤發病的一個途徑,凋亡受阻或是細胞死亡不足是腫瘤發病的另一途徑,結果導致病變組織內腫瘤細胞存活延長,使細胞群體內存活與死亡的平衡被破壞,存活大于死亡,腫瘤增長數目的凈增長加大[2]。

我們可以根據可誘導腫瘤細胞凋亡的多種藥物的作用特點進行適當的歸類。雖然這些藥物的結構、來源或是作用于腫瘤細胞上游信號機制錯綜復雜,但誘導腫瘤細胞凋亡的機制最后都可以歸結為活化一條或兩條凋亡通路來促使腫瘤細胞凋亡。本文就腫瘤細胞凋亡的信號轉導途徑及一些最新的誘導腫瘤細胞凋亡的天然抗腫瘤藥物的研究進展綜述如下。

1 細胞凋亡的基本信號轉導途徑

Caspase家族是一類絲氨酸蛋白酶,是誘導細胞凋亡的必要信號分子,其家族成員共有十多個,彼此之間可以相互活化形成級聯反應,Caspase既可以作為凋亡的激發分子又可以作為效應分子。細胞凋亡可根據起始因子和進行途徑不同,可以分為受體依賴型的凋亡和非受體依賴型的凋亡兩種方式,彼此之間相互作用[3]。

1.1 受體依賴型凋亡

受體依賴型凋亡途徑(Receptor mediated apoptosis pathway)是指細胞通過細胞膜表面的受體接收周圍環境傳來的生長信號,維持正常的生長和分裂,一旦細胞失去與環境之間的信號交流或者發生重大的損傷,細胞就進入凋亡程序。該途徑也可理解為細胞膜通路或是外源通路。

“死亡受體”(Death Receptor,DR)屬于腫瘤壞死因子受體(TNFR)超家族成員,包括Fas(又稱CD95或Apol)、T NFR1(又稱p55或CD120a)、DR3、DR4和DR5,含有與 TNF受體同源的富含半胱氨酸的胞外區,另外還有一個彼此同源的胞內區,稱為“死亡結構域”(DD)以此招募下游的凋亡蛋白。死亡受體與其相應的配體結合后可以使細胞內的蛋白,如pre-Caspase聚集到細胞膜,形成死亡誘導性信號復合體,進一步通過死亡蛋白FADD(Fas associated death domain)適配蛋白活化Caspase-8和Caspase-10,而 Caspase-10可引發級聯反應,活化的Caspase-8又可引發了凋亡執行分子Caspase-3或Caspase-7的切割及活化,使得細胞發生凋亡[4-5]。激活的Caspase-8能在胞漿內裂解為Bid,裂解產物的羧基端片段(tBid)轉移到線粒體上,誘導線粒體釋放細胞色素C。Bid的裂解把死亡受體通路和線粒體通路聯系起來,有效地放大了凋亡信號。

1.2 非受體依賴性凋亡

非受體依賴性凋亡(Intrinsic mitochondrial-dependent pathway)主要通過線粒體介導的,即線粒體通路,也成內源通路。線粒體是非受體依賴的細胞凋亡的調控中心。對Caspase-3激活除了需要dATP或ATP外必須有線粒體內膜的細胞色素C釋放,線粒體參與凋亡轉導機制主要有兩個方面：(線粒體質膜的滲透性改變,PT孔的開放使線粒體基質和胞漿內的得以平衡流動,使原來存在的線粒體跨膜電位被驅散。離子的流動有可能造成線粒體基質的高滲狀態,從而使線粒體膨脹、細胞骨架蛋白受壓,直接導致細胞凋亡的發生。②線粒體的釋放反應,線粒體內膜含有許多死亡促進因子(DPF),包括細胞色素C、凋亡誘導因子(AIF)、促死亡蛋白、Caspase酶原等。線粒體釋放的細胞色素 C能與Apaf-1及Caspase-9形成一個復合體,在 dATP、ATP存在下活化Caspase-3、Caspase-6和 Caspase-7等成員,使凋亡進行下去[6-7]。線粒體內部釋放的proCaspase-3直接參與凋亡信號的轉導。這樣就有可能存在一個Caspase和線體的自身反饋的機制,凋亡刺激導致線粒體細胞色素 C、AIF、Caspase釋放,Caspase的活化又促進誘發這一過程,這對凋亡的加速和凋亡信號的傳遞又十分重要的意義。

2 誘導腫瘤細胞凋亡的天然抗腫瘤藥物

迄今為止,人們已經發現了不計的抗腫瘤藥物,其中誘導細胞凋亡的藥物有上百種之多,其中既有人工合成藥物又有天然藥物,現在天然抗腫瘤藥物的研究已經成為一個熱點,以后抗腫瘤天然藥物必將成為在抗腫瘤藥物中的主力。現將最新關于誘導腫瘤細胞凋亡的天然藥物作以簡單的綜述。

2.1 大黃素

大黃素(Emodin,EMO)是一類蒽醌類衍生物,其化學名為1,3,8-三羥基-6-甲基蒽醌(1,3,8-trihydroxy-6-methyl-antiraquinone),是大黃的主要有效成分,具有多種藥理作用。近年來國內外關于大黃素抗腫瘤的研究取得了一定的進展。

王春光[8]等人發現,大黃素處理荷K562細胞移植瘤的裸鼠后,proCaspase-9首先被裂解活化產生有活性的Caspase-9,通過一些中間過程有活性的Caspase-9繼而裂解proCaspase-3產生有活性的Csapase-3,有活性的Caspase-3繼而剪切另外的Caspase底物,引起級聯反應,最終導致細胞凋亡。金丹婷[9]等人通過酶標法檢測到大黃素作用后白血病K562細胞的Caspase-3、8、9活性明顯增高,推測大黃素誘導白血病k562細胞凋亡可能與線粒體和死亡受體途徑相關。

2.2 姜黃素

姜黃素是姜黃中提取的一種植物多酚,具有廣泛的應用價值,包括抗炎、抗氧化、抗人類免疫缺陷病毒、抗腫瘤、抗突變等,也是姜黃發揮藥理作用最重要的活性成分。近年它的抗腫瘤作用成為國內外研究的熱點。

劉特等[10]通過蛋白免疫印記研究發現,姜黃素在誘導人腦膠質瘤細胞凋亡過程中可以下調Bcl-2和上調Caspase-8的表達量。楊永杰[11]研究發現姜黃素在一定濃度范圍內能夠明顯抑制胃癌SGC7901細胞增殖,且抗凋亡基因Survivin的表達量下降。何慶芝[12]研究發現姜黃素處理人肝癌HepG-2細胞48 h后,細胞生長受到限制,細胞凋亡增加,并伴隨著細胞Bcl-2 mRNA表達的下調以及Bax mRNA表達的上調,并出現明顯的劑量反應,推測姜黃素可能通過該途徑誘導HepG-2細胞凋亡。

2.3 冬凌草甲素

冬凌草甲素(Oridonin)是從冬凌草(Rabdosia Rubescens Hara)中提取出來的一種貝殼杉烯二萜類化合物的最主要成分。其具有抗炎、抗菌和抗腫瘤的作用。目前很多研究發現冬凌草甲素參與腫瘤細胞的凋亡,從而很好的起到抗腫瘤活性作用。

Survivin是Caspase-3和Caspase-7的直接抑制因子即直接作用與級聯反應的最終效應蛋白Caspase-3和Caspase-7,也可以通過p21間接抑制Caspase-3,從而阻斷細胞的凋亡過程。宋芳[13]等人研究發現,冬凌草甲素降低人胰腺癌SW1990細胞中Survivin mRNA的表達,解除其對Caspase-3的抑制,促進細胞凋亡。車憲平[14]在研究冬凌草甲素誘導膀胱癌MB49細胞凋亡發現,采用分光光度法檢測Caspase家族,隨著冬凌草甲素作用時間的延長,MB49細胞的Caspase-3和Caspase-9活性均逐漸提高,但Caspase-8活性并不隨時間的延長而提高,應該說明冬凌草甲素可能通過Fas/FasL-線粒體途徑誘發MB49細胞凋亡。彭蕾[15]等人研究發現冬凌草甲素對人肺腺癌細胞株SPC-A-1細胞具有抑制增值和誘導凋亡作用,其機制可能與上調Bax/Bcl-2比例和上調p21 mRNA表達相關。

2.4 大蒜素

大蒜在我國有著悠久的食用歷史,大蒜素的主要有效成分為含硫化合物如二烯丙基硫(Diallyl sulfide,DAS)、二烯丙基二硫(Diallyl disulfide,DADS)和二烯丙基三硫(Daillyl trisul-fide,DATS)。近年來的體外實驗證明大蒜素能夠通過直接殺傷腫瘤細胞及調節免疫功能來干擾腫瘤細胞的生長途徑來抑制腫瘤的發生。相對于目前臨床上被廣泛應用的一般化療藥物,大蒜素幾乎沒有毒副作用,不引起體內炎癥反應,對機體正常的細胞影響很小。

最近的研究表明[17]大蒜素誘導的人膽管癌細胞的凋亡與細胞DNA分裂期阻滯密切相關。Yang等[18]研究結腸癌COLO 205細胞經過DADS處理后可促進Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9的活性,并且呈現時間依賴性。在使用Caspase廣譜抑制劑(Z-VAD-FM K)后再加用DADS作用COLO205細胞后可以抑制DADS對其誘導的凋亡作用。Chung等[19]研究發現,DATS可引起細胞色素C、Caspase-3和Caspase-9的表達增加。用DATS處理前列腺癌細胞誘導凋亡,在半胱天冬酶抑制劑zVAD-fmk和Caspase-9特異性抑制劑zLEHD-fmk影響下其誘導細胞凋亡的作用明顯減弱,細胞凋亡蛋白酶Caspase-3的活性明顯增加。

2.5 青蒿素及其衍生物

青蒿素(Artemisinin)最初是由我國學者從菊科植物黃花蒿(Artemisiaannualinn)葉中提取分離的具有過氧化基團的倍半萜內酯類化合物,青蒿琥酯(Artesunate)、蒿甲醚(Artemether)和二氫青蒿素(Dihydroartemisinin)等均為青蒿素衍生物,近年來發現青蒿素與其衍生物具有明確的體內外抗腫瘤活性,就誘導細胞凋亡方面的研究如下。

He等[22]最近報道二氫青蒿素能增強死亡受體5活性并激活死亡受體和線粒體通路誘導細胞凋亡。邵義如等[20]研究表明Caspase-3活化是雙青蒿素誘導結腸癌細胞SW480凋亡中關鍵性環節,由于Caspase-3位于凋亡信號轉導通路最下游,因此雙青蒿素對Caspase-3的激活,是否是通過其它途徑,或者多種途徑的交互作用,有待進一步研究。Lu等[21]發現二青蒿素在誘導白血病細胞HL-60凋亡過程中除線粒體膜電位下降、Caspase-9激活外還伴隨Caspase-8激活。Chen等也發現二青蒿素除下調 Bcl-2和上調Bax外,能同時升高 Fas和激活Caspase-8。

3 展望

抗腫瘤藥物現在已經成為不可缺少的治療腫瘤的方法之一,目前抗腫瘤藥物的研發與應用已經成為生物醫藥科學的一個迅速發展的重要領域,天然抗腫瘤藥物的研究現目前已經成為國內為研究的熱點,其抗腫瘤作用也是顯而易見的。抗腫瘤藥物篩選的基本條件是在藥物靶點的基礎上,建立適當的分析和檢測方法,發現新的具有治療作用的藥物,現在通過誘導細胞凋亡而達到治療腫瘤的研究方法越來越多,以誘導細胞凋亡的抗腫瘤藥物應運而生。深入研究細胞凋亡的作用機制有利于開發相應的抗腫瘤藥物,從而達到阻斷腫瘤的發展和發生的可能。

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