紫草化學成分對肺、肝、結腸癌細胞作用的研究進展*

于 靜，曹書立，焦國正，張 松

（1.鄂東醫療集團黃石市中心醫院·湖北理工學院附屬醫院藥學部，湖北 黃石 435000； 2.中國人民解放軍陸軍第948醫院中醫康復科，新疆 烏蘇 833000； 3.泰山學院化學化工學院，山東 泰安 271000）

自2018年以來，我國癌癥的發病數和死亡數均已超過全世界總數的1/5，已成為威脅人民健康的重要致病因素，預防和抗擊癌癥已成為重要的國家戰略[1－4]。其中，肺癌、肝癌、結腸癌的發病率和死亡率在國內外均位居前列。目前，針對腫瘤的治療方式有外科手術、化學藥物治療（簡稱化療）、放射治療（簡稱放療）、生物治療等，以前3種為主，各有利弊。因當前化療藥物的耐藥性頻發、毒副作用凸顯等問題，迫使研究者開始探尋對腫瘤細胞殺傷力大，對正常細胞損傷小，無（或弱）耐藥性的中草藥療法。具有抗腫瘤作用的天然產物及其活性成分已成為植物藥的研究熱點，許多藥物通過篩選植物的天然產物而被發現具有抗腫瘤作用，如紫杉醇等。在眾多天然藥物的研究中，研究人員發現紫草中含有大量抑制肺、肝、結腸癌細胞的成分，這些成分具有顯著的敏感性、殺傷力、弱耐藥性等優點。為此，采用計算機檢索近10年來中國期刊全文數據庫、萬方數據庫，以及Web of Science，PubMed，Elsevier，Wiley，Springerlink，ACS，RSC等數據庫，分析有關紫草中不同化學成分對肺、肝、結腸癌細胞的作用機制及特點，為紫草抗癌新藥的研發及臨床應用提供理論支持。

1 紫草總述及抗腫瘤化學成分分類

紫草為紫草科植物軟紫草Arnebia euchroma（Royle）Johnst.、硬紫草Lithospermum erythrorhizonSieb.et Zucc.或黃花軟紫草ArnebiaguttataBunge的干燥根[5]。其味甘、咸，性寒，具有清熱、涼血、活血、透疹解毒功效，在傳統中醫治療中應用廣泛，如斑疹、麻疹、瘡瘍、燒燙傷等[6]。

紫草含有多種細胞毒活性成分，能有效抑制并殺滅腫瘤細胞。隨著研究的深入，科研人員還發現其不同化學成分對多種腫瘤細胞株具有不同程度的細胞毒活性[7－14]，且可能存在協同作用。基于此，可對紫草中多類化合物（不包括結構修飾獲得的衍生化蒽醌化合物）進行如下分類。1）蒽醌類紫草素及其對應異構體阿卡寧，能有效作用于肺癌[15]、肝癌[14]、結腸癌[16]、乳腺癌[17－19]、卵巢癌[20]、宮頸癌[21]、胰腺癌[22]、白血病[23]、皮膚癌[24]、淋巴瘤[25]、甲狀腺癌[26]、前列腺癌[14]、頭頸癌[14]、膠質瘤[27]、脂肪瘤[14]、胃癌[28]等的細胞株[29]。2）紫草素的相關衍生物，如異丁酰紫草素、異戊酰紫草素，能作用于乳腺癌、宮頸癌、肺癌、肝癌等的細胞株[30－31]；乙酰紫草素，能有效作用于肺癌、肝癌、結腸癌、乳腺癌、胃癌等的細胞株[32－37]；β，β′－二甲基丙烯酰紫草素，能有效抑制肝癌細胞株[31]；β－羥基異戊酰紫草素，能有效作用于白血病[38]、子宮癌、卵巢癌、結腸癌、肺癌、前列腺癌[39－41]等的細胞株；異丁酰紫草素，能作用于肺癌[37]、肝癌[31]等的細胞株；去氧紫草素，能作用于結腸癌[42]、肝癌[31]、乳腺癌[30]、宮頸癌[30]、肺癌[31]等的細胞株。3）多糖類，如紫草多糖，能直接抑制肝癌、胃癌、宮頸癌等的細胞株[43－44]。4）萜類，如雜萜化合物，能有效作用于肝癌等的細胞株[45]。

2 紫草化學成分對肺癌細胞的作用

2.1 調節細胞信號通路

WANG等[15]發現，紫草素可阻斷肺癌細胞A549β1表達，抑制細胞外信號調節激活酶ERK1/2，從而顯著抑制肺癌細胞A549的增殖，且抑制強度與其劑量呈正相關；紫草素在低劑量（2μmol/L）時顯著抑制肺癌細胞A549的轉移與侵襲。張小方等[46]發現，20～100 mmol/L濃度時，紫草素能作用于肺癌細胞A549的PI3K/Akt通路，減弱細胞活力，降低血管內皮生長因子（VEGF）、基質金屬蛋白酶14（MMP－14）、纖維連接蛋白（Fn）和波形蛋白（Vimentin）的表達，抑制上皮間質轉化，進而抑制其轉移和侵襲。JEYNG等[47]發現，紫草素通過抑制蛋白激酶Akt，活化FOXO3a發生磷酸化，FOXO3a的核定位增強了靶基因Bim的表達，激活肺癌細胞信號通路FOXO3a/EGR1/SIRT1，誘導A549/NCI－H1437凋亡。CHEN等[30]發現，紫草素及阿卡寧能靶向作用于肺癌細胞A549的丙酮酸鹽激活酶甲羥戊酸－5－磷酸激酶－2（PMK－2），阻斷其糖降解過程的信號通路，進而抑制癌細胞的增殖。HSIEH等[48]發現，紫草素能通過抑制c－Met來阻斷PI3K/Akt和ERK介導的上皮細胞－間充質轉化（EMT）通路，從而阻止肺癌細胞HCC827的遷移與侵襲；通過作用EMT的轉變和HGF來抑制肺癌細胞HCC827的增殖。LIU等[49]研究發現，乙酰紫草素衍生物SK07可引起B淋巴細胞瘤－2（Bcl－2）構象轉變，激活Bcl－2相關X蛋白（Bax），通過后轉錄調節升高神經生長因子誘導的基因B（Nur77）蛋白水平來誘導肺癌細胞NIH－H460的凋亡。

2.2 作用于線粒體誘導活性氧簇（ROS）產生

馬建文等[50]發現，紫草素作用于肺癌細胞A549時可產生ROS，以降低其線粒體中Bcl－2和B淋巴細胞瘤－xL（Bcl－xL）的表達水平，激活調控癌細胞凋亡的caspase－3/8/9通路，抑制肺癌細胞A549的增殖，且呈劑量依賴性；但其對正常肺細胞MRC－5的抑制作用較小。張海鵬等[51]發現，紫草素能提高其A549細胞ROS水平，同時上調受體相互作用蛋白（RIP1和RIP3）的表達，導致癌細胞程序性壞死，且呈劑量依賴性。ZHENG等[52]發現，紫草素能誘導肺癌細胞A549和H1299中ROS產生，刺激DNA－p53/p21waf的損傷；體內動物實驗顯示，當劑量為10 mg/kg時，紫草素能抑制肺癌細胞A549/H1299移植到雌性裸鼠內生成的癌變瘤。陳祥娜等[43]發現，紫草多糖可通過作用于細胞膜的多種生化特性，直接抑制人肺腺癌細胞SPC－A－1的生長和增殖。

2.3 調控蛋白酶

LI等[53]發現，對吉非替尼耐藥的肺癌細胞H1650/R和H1975/R，在紫草素作用下能顯著提高半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶－3（caspase－3）和Bax的表達，降低Bcl－2，p－PI3K，p－Akt的表達，激活caspase－3關聯蛋白酶和Bax/Bcl－2參與的凋亡路徑，負向調節PI3K/Akt的信號通路來誘導肺癌細胞H1650/R和H1975/R的凋亡，且呈顯著劑量/時間依賴性；進一步的動物實驗發現，紫草素作用于H1650/R接種的腫瘤鼠后，模型鼠體內p－Akt和Bcl－2表達水平顯著降低，caspase－3和Bax表達水平顯著升高，表明紫草素體內抗腫瘤效果也能通過調節PI3K/Akt的信號通路來實現。LI等[54]同樣發現，紫草素能下調對吉非替尼有耐藥性的肺癌細胞H1975的信號傳導，增加caspase－3/9和PARP的活力，增加ROS的強度，抑制EGFR的磷酸化，導致表皮生長因子受體蛋白酶的降解，從而誘導肺癌細胞H1975的損傷和凋亡，且呈現劑量依賴性，但對正常肺纖維細胞CCD－19Lu的作用較弱。NIE等[55]研究發現，紫草素能作用于C57BL/6J小鼠的IPF細胞，阻斷細胞周期G1和G2/M，降低α－SMA、Fn、膠原蛋白Ⅰ/Ⅲ的表達水平，阻斷細胞遷移，誘導細胞凋亡，抑制細胞增殖。

3 紫草化學成分對肝癌細胞的作用

3.1 作用ROS和信號通路

GONG等[56]發現，紫草素在濃度低至2.5μmol/L時能通過細胞外信號通路激活酶調節受體蛋白和ROS，顯著誘導肝癌細胞BEL7402和Huh7的自噬，從而抑制癌細胞的增殖。MOON等[32]發現，紫草中的乙酰紫草素能誘導肝癌細胞Hep3B內的Bip和細胞蛋白泛素化水平升高，上調Nur77的輸出，激活C－Jun氨基末端激酶（JNK），進而誘導內質網應激導致該類肝癌細胞凋亡，且呈劑量依賴性。GONG等[57]發現，紫草素能作用于肝癌細胞的ROS/Akt和RIP1/NF－κB信號通路，誘導肝癌細胞HepG2，Huh7，BEL7402的凋亡，但對正常細胞系L02和HEK293T無損傷。ZHOU等[58]研究發現，紫草素能在TRAIL的作用下，通過激活caspase－3/8/9來誘導膽管型肝癌細胞RBE的細胞凋亡，將ROS介導的JNK通路激活，增強對RBE細胞的增殖抑制和凋亡能力。

3.2 阻斷細胞周期和抑制細胞遷移

WU等[31]發現，β，β－二甲基丙烯酰紫草素能下調mRNA和Bcl－2蛋白的表達，上調Bax的表達，阻斷G2期，以此有效抑制肝癌細胞SMMC－7721的增殖，這種抑制現象呈時間/劑量依賴性。WEI等[59]發現，紫草素能下調NF－κB介導的MMP－2/9表達和Vimentin水平，抑制肝癌細胞HepJ5和Mahlavu的遷移能力，阻止肝癌細胞遷移；此外，研究還發現，β，β－二甲基丙烯酰紫草素能激活caspase－3，顯著抑制肝癌細胞H22的增殖。

3.3 調節蛋白表達

武向麗[60]及張萍[61]研究發現，紫草素對荷肝癌裸鼠的移植瘤具有良好的抑制作用，其機制是上調移植瘤的caspase－3和Bax蛋白表達，下調Bcl－2蛋白表達，增大Bax/Bcl－2比值，從而抑制移植肝癌細胞的增殖。JIN等[62]發現，紫草素能下調mRNA，SIRT1，MDR1/P－gp蛋白表達，抑制耐藥肝癌細胞R－HepG2的活力，以此誘導多重耐藥細胞R－HepG2的凋亡。

3.4 抑制細胞增殖與抗耐藥性

WANG等[45]研究發現，軟紫草中的化合物雜萜5對人類4種肝癌細胞SMMC－7721，HepG2，QGY－7703，HepG2/ADM有比順鉑更好的抑瘤效果；同時發現，雜萜4對阿霉素耐藥細胞HepG2/ADM有比順鉑更強的抑制作用。曲曉蘭等[44]研究發現，紫草多糖可顯著抑制人肝癌細胞HepG2的活性，且呈劑量依賴性。

4 紫草化學成分對結腸癌的作用

4.1 作用于細胞信號通路

趙景明等[33]研究發現，乙酰紫草素能升高結腸癌細胞HT29促凋亡基因Bax和Bak的表達水平，降低抑凋亡基因Bcl－2的表達水平，顯著抑制結腸癌細胞的侵襲和NF－кB P65的蛋白表達，增強pIкB－α的蛋白表達，抑制NF－кB的信號通路，從而發揮抗結腸癌作用，且呈劑量/時間依賴性。雷喜鋒等[63]研究發現，紫草素能降低人結直腸癌細胞HCT116中Bcl－2的表達水平，升高Bax的表達水平，激活PI3K/Akt信號通路，進而降低Bcl－2 mRNA的表達水平，導致結直腸癌細胞HCT116凋亡，抑制其增殖，且呈劑量依賴性。ZHU等[42]研究發現，軟紫草中的去氧紫草素能升高結腸癌細胞HT29的G0/G1的凋亡細胞占比，下調結腸癌細胞HT29和DLD－1中的PI3K，p－PI3K，Akt，p－Akt308，mTOR的蛋白表達，抑制癌細胞的增殖；去氧紫草素可抑制BALB/c裸鼠體內DLD－1腫瘤細胞的生長，同樣降低裸鼠體內PI3K，p－PI3K，Akt，p－Akt308，mTOR的表達水平。

4.2 作用于細胞線粒體

HAN等[16]發現，紫草素作用于結腸癌細胞SNU－407后，能增加線粒體膜的去極化作用，轉變凋亡蛋白水平，降低Bcl－2水平，增強caspase－9/3的表達；通過凋亡體、碎裂DNA片段化等誘導細胞凋亡；通過內質網應急激活凋亡通路PERK/elF2α/CHOP，增加線粒體Ca2+的堆積，從而誘導凋亡細胞死亡，且呈劑量依賴性。CHEN等[39]發現，羥基異戊酰紫草素在劑量為0.001～1μmol/L時能有效抑制結腸癌細胞VMRC－MELG和COLO320DM的增殖。WIENCH等[29]發現，紫草素能靶向結腸癌細胞SW680線粒體，增加ROS水平（呈劑量依賴性），增加Ca2+水平，線粒體膜電勢降低，誘導線粒體路徑的凋亡，抑制其增殖，且呈顯著的時間依賴性。李雷等[64]發現，紫草素通過調節RIP1蛋白表達，抑制結腸癌細胞W480的增殖，誘導其凋亡，且呈明顯的劑量/時間依賴性。

4.3 阻斷細胞遷移

薛德冬等[34]研究發現，乙酰紫草素能通過降低人結腸癌細胞HCT116的Fn水平，進而抑制癌細胞的EMT進程，從而誘導凋亡，抑制結腸癌細胞增殖，阻斷腫瘤細胞的遷移，有效防止結腸癌的轉移、復發，且呈劑量/時間依賴性。ZHANG[65]等研究發現，紫草素能作用于結腸癌細胞SW480，其通過ERK1/2－SIRT2信號通路抑制結腸癌細胞SW480的增殖和遷移。

5 研究前景展望

國內外將紫草根作為全草入藥研究其抗癌特性的文章較少，作為復方臨床使用的研究更少。因此，未來可聚焦以下幾點深入研究：1）對紫草根部整體入藥，針對肺、肝和結腸癌的抗腫瘤特性有待深入研究。紫草本身含有多糖，具有免疫調節作用，含有的黃酮類化合物具有顯著的抗氧化特性，含有的蒽醌類、萜類、肟類，也有不同層面的抑瘤效果。因此，紫草整體入藥抗腫瘤效果與機制是否會呈多成分、多靶點的協同抑瘤特征，增強機體免疫力特點有待進一步深入探究。2）紫草中的蒽醌類成分對腫瘤細胞有很強的抑制效果，現有研究對正常組織細胞的體內毒性報道較少，因此紫草素及其衍生物對體內正常關鍵組織細胞的毒活性有待深入研究；此外，紫草中某些生物堿[66]，如吡咯里西啶及其相關衍生物，作為整體用藥時要進一步考察其潛在的器官組織毒性。3）紫草多種化學成分的抗腫瘤效果與機制多集中于體外研究，體內研究相對較少，其對機體腫瘤組織的抑制效果與機制有待深入探索。4）單一化學成分抗腫瘤易引起耐藥性，但紫草分離的化學成分能對抗耐藥性腫瘤細胞株，這種非耐藥機制有待深入研究。

紫草的多種化學成分在體外試驗中均顯示出對肺、肝和結腸癌細胞生長的良好抑制效果。因此，紫草相關化合物（如紫草素）的抗腫瘤效應具有廣泛性；其次，相同紫草化學成分對不同腫瘤細胞具有多樣性的抑瘤機制；紫草化合物中的蒽醌類物質紫草素（及其衍生物）具有顯著的抑瘤效果和抗耐藥性特征；再次，紫草素及其衍生物對正常細胞干擾作用較弱。上述特點對研制肺癌、肝癌和結腸癌的新型抗腫瘤藥物具有重要的理論價值和現實意義。