天然中藥配合物的抗腫瘤活性及其機制研究

鄭博丹，吳都督，王功順※

(1.東莞市婦幼保健院藥學部，廣東 東莞 523000; 2.廣東醫科大學藥學院，廣東 東莞 523808)

天然中藥中活性成分的藥理作用體現在抗氧化活性、抗腫瘤活性及抑菌作用等方面。中藥配位化學學說指出，中藥單體的有效成分不是單純的元素或者分子結構，而是兩者形成的配位化合物[1-2]。中藥單體與金屬離子形成的配合物可以改變或增強中藥單體原本的活性，是以配合物的形式存在并發揮藥理作用。一般天然中藥金屬配合物都會比原本單一的有效成分有更顯著的抗氧化活性、抗腫瘤活性及抑菌作用等。早在1978年美國食品藥品監督管理局就批準順鉑用于肺癌、睪丸癌、骨癌以及早期卵巢癌等的治療。順鉑和其他鉑類化合物對癌癥的治療產生了巨大影響，并用于大部分抗癌化療方案，創下無機金屬配合物進入抗癌藥物的先河[3]。目前，金屬配合物在醫藥領域已得到廣泛應用，如早期腫瘤檢測試紙、一些臨床藥物或診斷用的試劑等。在新藥研究領域，天然中藥有效成分的金屬配合物在治療疾病方面也具有廣闊的前景。現結合國內外近10年來對天然中藥配合物的研究，對幾類常見的天然中藥(大黃蒽醌類、香豆素類、黃酮類、糖及糖苷類)所形成的配合物的抗腫瘤活性及其機制進行綜述。

1 大黃蒽醌類金屬配合物

大黃素對多種腫瘤細胞具有抗增殖作用，但抗腫瘤活性較低[4]。以大黃素為先導化合物，在其結構上引入金屬元素形成穩定的配合物后可增強抗腫瘤作用。Thimmegowda等[5]探討了蘆薈大黃素配合物的抗腫瘤作用，與蘆薈大黃素相比，配合物能有效降低人肝癌細胞(HepG2細胞)和人肺癌細胞(NCI-H460細胞)的增殖，且對人宮頸癌細胞(Hela細胞)和前列腺癌細胞(PC3)有一定的抑制作用。Yang等[6]合成并表征了金屬離子錳與大黃素的金屬配合物，并評價其抗腫瘤活性，用元素分析、紅外光譜、原子吸收光譜、核磁等手段確定其結構，細胞毒性實驗顯示，配合物對人肝癌HepG2細胞、宮頸癌HeLa細胞、人乳腺癌MCF-7細胞、小鼠黑色素瘤B16細胞以及人三陰性乳腺癌MDA-MB-231細胞5種腫瘤細胞系的抑制作用較強，能誘導細胞形態學改變，降低細胞的存活率，誘導腫瘤細胞G0/G1期阻滯和凋亡。潘曉麗等[7]合成了大黃素-銅金屬配合物，利用多種表征手段確定其結構，結果發現，配合物對自由基的清除率較大黃素單體有明顯提高，表明金屬離子與中藥單體之間有協同作用。向暉等[8]合成了大黃酸與鉻、鐵以及銅三種金屬離子的配合物，并用原子吸收光譜法等對其結構進行表征發現，大黃酸形成配合物后其抗腫瘤活性較中藥單體有一定程度的提高。

2 香豆素類金屬配合物

香豆素是屬于苯駢α-吡喃酮家族的含氧雜環化合物，其能抑制凝血因子在肝臟的合成，競爭性抑制維生素K的轉化。香豆素及其衍生物均可作為金屬配合物的配體。Zhu等[9]研究香豆素銅配合物在體內、外對肺腺癌細胞(LA795細胞)的作用及機制發現，香豆素銅配合物能有效抑制LA795細胞的增殖，還能顯著誘導LA795細胞凋亡，同時上調p53和Bax的表達，下調Bcl-2的表達。此外，香豆素銅配合物能劑量依賴性地抑制LA795細胞的生長，與細胞凋亡指數相一致。總之，香豆素銅配合物可通過誘導細胞凋亡抑制LA795細胞的增殖，這可能與p53和Bax的上調及Bcl-2的下調有關。Kostova和Momekov[10]以鋯和雙香豆素為原料，合成3種雙香豆素鋯配合物，通過元素分析、紅外光譜、質譜分析等進行表征。對這3種新合成的配合物進行細胞毒性評價發現，鋯配合物對急性骨髓性白血病細胞(HL-60細胞)和慢性粒細胞白血病細胞(LAMA-84細胞)均有一定的抑制作用。此類金屬配合物為新的抗增殖劑和抗癌化合物的研究提供了方向。Achar等合成一系列香豆素與銀的配合物發現，配合物對革蘭陽性菌和革蘭陰性菌均表現出良好的抗菌作用，且對人肺癌細胞(A549細胞)和人肺癌細胞(H1975細胞)有一定的細胞毒性作用；需要注意的是，配合物對男性正常龜頭細胞(HS68細胞)表現出相對較小的細胞毒性。以上表明，銀離子與香豆素形成配合物之后在抗菌及抗肺癌方面表現出更強的優勢。

3 黃酮類金屬配合物

黃酮類化合物是以2-苯基色原酮為母核的一類多酚類化合物，有抗腫瘤、抗感染、抗炎等藥理作用。槲皮素可與金屬鈧、鐵、鈷、鎳、銅等形成金屬配合物[12-15]，并通過紅外光譜、紫外-可見光譜、核磁共振氫譜、熱分析等表征出分子結構。與槲皮素相比，槲皮素金屬配合物具有更強的抗腫瘤活性，作用機制包括影響DNA的內部結構，抑制DNA的遺傳與復制；清除自由基，使DNA免受氧化損傷。Dolatabadi[16]研究了槲皮素及其金屬配合物與DNA的相互作用發現，配合物能插入到DNA的堿基對之間，影響DNA分子的內部構形，抑制DNA分子的遺傳與復制。Zhou等[17]研究了槲皮素與8種不同稀土元素的配合，并檢測其抗氧化和抗腫瘤活性，通過元素分析、熱分析、紅外光譜、核磁以及熒光光譜等手段合成了槲皮素金屬配合物。采用四唑鹽比色法和磺酰羅丹明B法測定了槲皮素及其配合物的抗氧化和抗腫瘤活性，結果發現，配合物對所選腫瘤細胞的抑制率優于槲皮素，清除自由基的能力更強，保護DNA免受氧化損傷和抗腫瘤作用較強。Raza等[18]合成了槲皮素鐵金屬配合物，通過元素分析、紅外光譜、質譜分析等方式確定其結構，結果發現，配合物較槲皮素具有更強的自由基清除活性，能干預DNA的合成，顯著切割超螺旋結構的pBR-322DNA，并呈劑量依賴性。Tan等[19]研究了槲皮素鋅配合物的抗腫瘤活性發現，槲皮素鋅配合物可以嵌入到堆積的DNA堿基對中，并且與強的嵌入劑溴化乙啶競爭嵌入結合位點；配合物對HepG2細胞、A549細胞均表現出顯著的細胞毒性；Hoechst染色顯示，HepG2細胞表現出典型的細胞凋亡形態學變化，表現為核收縮、染色質凝聚或碎裂。槲皮素鋅配合物的抗腫瘤活性可能與其嵌入DNA有關。

Norma等[20]發現，蘆丁的化學結構中具有與過渡金屬配位不同的位點，與金屬的絡合增強了其生物學活性。通過紫外-可見光譜、紅外光譜、元素分析以及核磁共振氫譜表征了蘆丁鋅配合物。對配合物的抗氧化、抗腫瘤活性以及體內外毒性進行評價，并與蘆丁進行比較，結果發現，蘆丁鋅配合物在小鼠骨肉瘤模型中對正常成纖維細胞未顯示出細胞毒性，但對人白血病細胞(KG1)、人慢性髓系白血病細胞(K562)、人多發性骨髓瘤細胞(RPMI8226)、小鼠黑色素瘤細胞(B16F10)以及人皮膚惡性黑色素瘤(SK-Mel-28)細胞等表現出抗氧化活性和細胞毒性。在腹水癌模型中，蘆丁鋅配合物能調節線粒體的膜電位和細胞周期，調節血管生成以及與細胞凋亡有關的基因的表達。

4 糖及糖苷類金屬配合物

糖苷是單糖半縮醛羥基與另一分子的羥基、巰基縮合形成的含糖衍生物，分為硫苷、環烯醚萜苷等。Li等[21]制備了夏枯草多糖鋅配合物，并研究其對HepG2細胞增殖的影響，結果發現，配合物能通過誘導細胞凋亡，有效抑制HepG2細胞的增殖，并改變其形態學結構，使染色質濃縮，導致細胞周期G0/G1期停滯。誘導細胞凋亡的機制可能是caspase-3蛋白和caspase-9蛋白的活化、活性氧的過度生成以及線粒體功能障礙。以上表明，夏枯草多糖鋅配合物可為人類治療和預防肝細胞肝癌提供幫助。

張茜等[22]以草烏多糖為配體，制備了4種多糖金屬配合物。細胞毒性實驗發現，草烏多糖銅配合物對HepG2細胞、乳腺癌細胞(MCF7細胞)以及結腸癌細胞(HT-29細胞)表現出很強的抑制作用。Martínez等[23]將黃芩苷與氧化釩進行配位絡合，在pH=9的乙醇中合成，并采用物理和化學方法進行表征，結果發現，配合物能有效改善配體在A549細胞中生成活性氧的能力，而細胞與抗氧化劑如維生素C、維生素E預孵育可逆轉該效應。研究發現，配合物是通過氧化應激機制抑制腫瘤細胞的生長[24]，細胞凋亡很大程度上取決于Bcl-2/Bax的相對變化。Islas等[25]研究發現，黃芩苷配合物具有比黃芩苷更強的結合力。

Ji等[26]在小鼠肺組織中發現，芍藥苷可以增強Smad7的表達，升高干擾素的水平，但僅輕度影響基質金屬蛋白酶1和金屬蛋白酶抑制劑1信使RNA的表達。芍藥苷能劑量依賴性減弱轉化生長因子β1誘導的Snail和p-Smad2/3的表達，上調Smad7的表達，抑制A549細胞中p38和絲裂原活化蛋白激酶的表達。夏小健和黃蓓[27]的研究表明，芍藥苷對肝炎、肝損傷以及肝纖維化有保護作用，其機制主要與不同信號通路引起的細胞凋亡、阻止癌細胞增殖、侵襲、轉移以及保護肝臟功能等有關。晏雪生等[28]研究表明，芍藥苷能明顯抑制HepG2細胞增殖，在一定程度上誘導其凋亡，并能上調凋亡調控基因Bax和p53的表達，下調抗凋亡基因Bcl-2表達。Lee等[29]報道，芍藥苷對p53通路缺陷的肝癌細胞株(Hep3B)有抑制作用，能通過促進細胞凋亡抑制肝癌。Hung等[30]研究發現，芍藥苷可通過Fas/FasL信號通路抑制A549細胞的生長，通過增加細胞內相關信號蛋白的表達，活化下游信號蛋白，提高下游caspase-8的表達，影響細胞凋亡途徑，從而抑制A549細胞的生長。

Hu等[31]探討了丹參與赤芍合用誘導HepG2細胞凋亡的機制發現，其通過上調caspase-3、caspase-9以及p53的表達，下調Bcl-2的表達發揮作用。Li等[32]發現，芍藥苷通過下調基質金屬蛋白酶9的表達、上調miR-16的表達，抑制和誘導人膠質瘤細胞的增殖與凋亡。Shi等[33]發現，抑制細胞凋亡有助于治療椎間盤內破裂(internal disc disruption,IDD)，建立家兔IDD模型，根據給藥劑量分為芍藥苷高劑量組(120 mg/kg)、芍藥苷低劑量組(30 mg/kg)、模型生理鹽水組以及無IDD的正常對照組。研究發現，與模型生理鹽水組比較，低、高劑量組Bax蛋白的表達水平顯著降低，Bcl-2蛋白的表達水平顯著升高(P<0.01)，caspase-3和切割caspase-9的表達水平降低(P<0.05)，凋亡指數較模型生理鹽水組下降(P<0.05)。研究顯示，芍藥苷通過調節Bcl-2家族蛋白的表達，抑制髓核細胞的凋亡和caspase-3和caspase-9的活化。Hu等[34]研究芍藥苷對大鼠關節軟骨細胞凋亡的影響及其可能的分子機制發現，芍藥苷處理后關節軟骨細胞Bax和caspase-3蛋白的水平下調，Bcl-2蛋白的水平上調，確定芍藥苷是通過磷酸化蛋白激酶B調節信號轉導途徑預防和治療骨關節炎。

5 小 結

通過查閱近年來關于天然藥物中有效成分與金屬離子形成配合物的文獻不難發現，配合物更多的是利用金屬離子對藥物的結構進行調控，與中藥單體形成協同作用，從而達到更強的抗炎、抗菌及抗腫瘤作用。目前金屬配合物的合成除常規方法外，還有很多新的思路和途徑，這為研制新的金屬配合物提供了有效途徑。對中藥中有效成分的解析還需要從分子水平進一步的闡述及證明，中藥中有效成分的主要活性成分大多是羥基、羧基等可以形成配位離子鍵的基團，再以金屬離子作為中心離子，可形成新的配合物。相較于原本的中藥單體，這些配合物的藥理作用發生了變化，如原有藥理作用增強、具有新的藥理作用、減輕了原本的藥物毒性等。

藥物的治療作用與毒性作用是相互共存且對立統一的，使藥物的毒性作用減小的同時讓治療作用增強是藥物不斷更新發展的動力，也是尋找新藥的目標。在這方面，配位化合物就是使更多具有藥理活性的金屬化合物經過配位結構修飾，再與天然中藥絡合，達到高效低毒的作用，其為研究新型抗腫瘤藥物提供新的方向。