紫草素抗宮頸癌作用機制的研究進展

黃國濤 洪莉 胡鳴 周敏 陳乾

[摘要] 宮頸癌是女性常見惡性腫瘤。研究發現紫草素能夠誘導人宮頸癌細胞產生ROS，并調控MAPKs的活性，上調p53的表達水平，引發B淋巴細胞瘤-2家族蛋白水平的改變，造成線粒體外膜通透性改變，促進細胞色素C從線粒體釋放到細胞質，引發一系列caspase的級聯反應，從而促使細胞發生凋亡，也可通過降低人宮頸癌細胞中FAK的表達水平和磷酸化水平來抑制細胞增殖，促進細胞凋亡，降低其黏附、侵襲和遷移能力，從而達到抗腫瘤的目的。本文就其作用機理進行詳細綜述。

[關鍵詞] 宮頸癌；紫草素；機理；綜述

[中圖分類號] R711.74 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）07（a）-0034-04

Research progress on the mechanism of shikonin against cervical cancer

HUANG Guotao HONG Li HU Ming ZHOU Min CHEN Qian

Department of Gynecology and Obstetrics， Renmin Hospital of Wuhan University， Hubei Province， Wuhan 430060， China

[Abstract] Cervical cancer is a common malignant tumor in women. Studies have shown that shikonin could induce ROS in human cervical cancer cells， regulate the activity of MAPKs， upregulate the expression of p53， change the protein level of B-cell lymphoma-2 family， trigger a cascade of caspase cascades， perturbate the mitochondrial membrane permeability and release the cyt ochrome-C from the mitochondria to the cytoplasm， which induces apoptosis of cells. In addition， it could also inhibit cell proliferation， promote apoptosis and reduce its biological behavior by decreasing the expression level and phosphorylation level of FAK in human cervical cancer cells. In this paper， a summary review is given about the detailed mechanism.

[Key words] Cervical cancer； Shikonin； Mechanism； Review

宮頸癌是女性常見的惡性腫瘤。在欠發達國家或地域，宮頸癌具有較高的發病率和死亡率，并在女性致命疾病中位列第三[1]。即便手術和放、化療等綜合應用能夠改善早期宮頸癌的預后情況，但復發、轉移的宮頸癌卻難以根治，這同樣是造成宮頸癌具有較高死亡率的主要因素之一。紫草素是一類萘醌化合物，是從紫草根部獲取的有效成分之一。研究發現，紫草素能夠抑制宮頸癌細胞的增殖、侵襲和轉移[2]。本文擬綜述紫草素抗宮頸癌細胞作用機制方面的研究進展。

1 紫草素的生物特性

紫草為紫草族多年生草本植物，具有超過兩千年的藥用記載，最早記錄于《神農本草經》。紫草素是紫草的有效成分之一，具備抗炎、抗菌、抗腫瘤等效用。紫草素可以對抗由脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）刺激細胞因子白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、IL-1β和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的表達，并上調IL-10的表達，且具有一定的濃度依賴性；紫草素能降低由LPS刺激的Toll樣受體4（toll-like receptor 4，TLR4）表達以及核因子-κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）的p65亞基磷酸化表達水平[3]。紫草素的抗炎機制可能是通過TLR4介導的信號通路活化NF-κB，降低TNF-α、IL-6和IL-1β的表達水平，并促進IL-10的表達。紫草素具有廣泛的抗菌譜，包括革蘭陰性菌中的沙門氏菌、大腸埃希菌，蠟狀芽孢桿菌、金葡菌在內的革蘭陽性菌，以及白色念珠菌。最低抑菌濃度和最低殺菌濃度表明，紫草素對相關細菌和真菌的抗菌作用與左氧氟沙星相當，其具有抗菌效用可能是由于與抗菌藥物胡桃醌具有相似的化學結構[4]。近年來，隨著對紫草素功能機制的探究，其抗腫瘤活性被人們發現，并成為關注的熱點。研究表明，在體內或體外實驗中應用紫草素處理胃癌、胰腺癌等腫瘤細胞系，抗腫瘤效果良好[5-6]。紫草素可通過抑制腫瘤細胞增殖、侵襲和轉移，抑制血管增生等多種方式而達到抗腫瘤效果。

2 紫草素抗宮頸癌細胞作用機制

2.1 通過ROS/MAPKs/caspase信號通路

活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）是需氧細胞在有氧代謝過程中生成的一類擁有較高氧化活性、化學性質非常活潑的含氧類物質。細胞內源性ROS大部分在線粒體內產生，呼吸鏈電子傳遞過程中會有部分電子漏出直接傳遞給O2而生成ROS。ROS內含有未成對電子，具有較高的氧化活性，過度的氧化應激會產生大量的ROS，從而產生細胞毒性，對細胞內脂質、核酸、細胞器膜蛋白等造成損害，引起細胞內正常生理生化功能的紊亂，誘導細胞發生凋亡甚至死亡[7]。絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）家族成員包括4個亞家族：ERKs、JNKs/SAPKs、p38、ERK5/BMK，是一類把細胞外信號，如細胞因子、神經遞質、內分泌激素等傳導到細胞核內部的重要傳遞者。其介導的信號通路與細胞的多種生理生化過程密切相關。P38參與調控細胞凋亡[8]及炎癥[9]的發生發展等過程，可作為抗炎新藥研發的靶點。JNKs/SAPKs參與調控細胞應激反應過程[10]，是應激信號轉導的重要參與者。ERK介導細胞的增殖分化[11]，并參與部分生長因子受體和營養相關受體的活化。caspase（含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶）是一組與程序性細胞死亡（包括細胞凋亡、細胞焦亡和程序性壞死）和炎癥密切相關的蛋白酶。caspase在程序性細胞死亡中的作用于1993年首次發現，并證實其能夠在細胞凋亡中發揮重要作用。caspase的激活確保細胞成分以受控的方式降解，對周圍組織進行細胞死亡的影響最小。caspase也在炎癥中起到重要作用，可直接處理促炎細胞因子，例如pro-IL-1β[12]。這些信號分子可誘導免疫細胞募集到受感染的細胞或組織。研究表明，caspase還與細胞增殖，腫瘤抑制，細胞分化，神經發育，軸突誘導和衰老等密切相關[13]。

大量研究表明，ROS與細胞凋亡有著緊密聯系[14]。線粒體可通過呼吸鏈電子漏產生大量的ROS，也可通過線粒體相關蛋白的活化來誘發細胞凋亡。線粒體內累積的ROS消耗掉谷胱甘肽（GSH）和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）后，線粒體通透性轉換孔（MPT）開放，細胞色素C（cytochrome-C，cyt-C）從膜間隙釋放到細胞質與凋亡酶激活因子1（apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1）及pro-caspase-9構成凋亡小體，引起Caspase-9的活化，引發一系列caspase的級聯反應，誘發細胞凋亡。吳振[15]發現，紫草素可通過caspase激活的機理來引發人宮頸癌Hela細胞發生凋亡，且呈現時間和濃度的依賴性。通過蛋白酶活力的檢測和caspase抑制劑的使用，已證實Caspase-3和Caspase-8參與了該過程。但通過死亡受體的拮抗實驗未能證實該過程與細胞凋亡的膜受體通路相關。Wu等[16]通過Western blot等實驗方法發現，紫草素能夠引發人宮頸癌Hela細胞中ERKs的磷酸化和上調p53的表達水平，但對c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和p38蛋白的表達水平無明顯影響，而使用絲裂原活化蛋白激酶激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK）抑制劑則能抑制ERKs磷酸化，下調p53的表達水平，并證實了在此過程中ERKs位于p53的上游，ERK的磷酸化能夠上調p53的表達水平。在多種細胞系中，p53能夠起到調控細胞凋亡和細胞周期進程的作用。Bax作為一種促凋亡蛋白，能夠作用于線粒體上的電壓依賴性離子通道，引起cyt-C從線粒體釋放到細胞質，并引發一系列caspase的級聯反應來促進細胞凋亡，而B淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）蛋白作為一種抗凋亡蛋白，則能夠阻止凋亡形成因子的釋放，p53則能夠通過提高Bax的表達水平和降低Bcl-2的表達水平來實現對細胞增殖和凋亡的調控。張亞宏等[17]通過流式細胞術和Western blot等檢測方法發現，紫草素能夠引發人宮頸癌Hela細胞產生ROS，并上調p-p38蛋白的表達水平；通過使用活性氧的清除劑及SB203580（p38的特異性抑制劑）已證實，ROS能夠調控p38的磷酸化，并誘發細胞發生凋亡。綜上，紫草素能夠引發宮頸癌細胞生成ROS，并調控MAPKs的活性，上調p53的表達水平，引起Bcl-2家族蛋白水平的改變，造成線粒體外膜通透性變化，促進cyt-C從線粒體釋放到細胞質，引發一系列caspase的級聯反應，從而引起細胞發生凋亡，達到抗腫瘤的目的。

2.2 通過FAK信號通路

局部黏著斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）是一種由人類PTK2基因編碼的非受體酪氨酸蛋白激酶。除某些類型的血細胞外，大多數細胞都能夠表達FAK。FAK與細胞的增殖、凋亡以及侵襲遷移等有著緊密聯系。抑制FAK的表達能夠上調G2/M和G0/G1期的細胞比率，下調S期的細胞比率，干擾細胞過渡到有絲分裂階段，阻滯細胞向S期過渡，進而抑制細胞增殖[18]。FAK酪氨酸激酶活性被激活是細胞遷移過程中重要的早期標志之一。FAK活化可誘發細胞內信號轉導途徑，促進細胞與胞外基質接觸的轉變，促進細胞遷移[19]。研究表明，FAK可通過FAK/PI3K-AKT[20-21]、FAK-RIP[22]等信號通路來實現惡性腫瘤的抗失巢凋亡。在整個細胞凋亡過程中，FAK是導致細胞變圓，失去局灶性接觸以及凋亡膜形成的重要因素。FAK的過度表達可抑制細胞凋亡并增加轉移性腫瘤的發病率。

近年來，FAK在腫瘤細胞中的作用機理成為人們研究的熱點。研究發現，FAK在卵巢癌[23]、子宮內膜癌[24]和宮頸癌[2]等多種惡性腫瘤中均呈現高表達水平。郝臻鳳等[2]通過Western blot和實時熒光定量PCR等實驗方法發現，經紫草素處理后的人宮頸癌Hela細胞中FAK蛋白和mRNA的表達水平呈下降趨勢，FAK的磷酸化水平降低，且呈濃度依賴性。而FAK的表達水平以及磷酸化水平的降低能夠阻礙腫瘤細胞增殖、引發腫瘤細胞凋亡、影響其黏附、侵襲和遷移能力。綜上，紫草素能夠通過下調宮頸癌細胞中FAK的表達水平和磷酸化水平來阻礙細胞增殖，促進細胞凋亡，減低其黏附、侵襲和遷移能力，進而達成抗腫瘤的目的。

3 總結和展望

紫草素能夠通過ROS/MAPKs/caspase和FAK信號通路來阻礙細胞增殖，促進細胞凋亡，降低其黏附、侵襲和遷移能力，進而達到抗腫瘤的目的。楊陽等[25]通過細胞水平免疫組織化學和流式細胞儀等方法發現，紫草素能夠下調人宮頸癌鱗癌SiHa細胞中G蛋白偶聯雌激素受體（Gprotein-coupled estrogen receptor1，GPER）、細胞周期蛋白D1（Cyclin D1）蛋白表達水平，上調G0/G1期的細胞比率，下調S期的細胞比率，進而抑制細胞增殖。該實驗表明紫草素阻礙宮頸癌細胞增殖可能是通過GPER通路下調Cyclin D1的表達水平來實現的。而FAK和ERK信號通路同樣可以調控細胞周期進程，影響細胞增殖。那GPER、FAK和ERK三條信號通路在調控宮頸癌細胞增殖方面是否有一定的聯系，目前還沒有關于此方面的研究。Dan等[26]發現，β-羥基異戊酰紫草素一種天然存在的紫草素衍生物，能夠通過PI3K/AKT/mTOR信號通路誘導人宮頸癌細胞發生凋亡，進而達到抗腫瘤的作用。那紫草素是否能同樣通過此信號通路來抑制宮頸癌的發展，目前還未見有關此方面的文獻報導。紫草素于抗宮頸癌方面是否還存在其他作用機制需要進一步探索。紫草素等天然小分子物質的抗腫瘤效用成為人們近年來關注的焦點，有望為抗腫瘤藥物的研發提供依據。

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（收稿日期：2018-03-14 本文編輯：李岳澤）