冬蟲夏草中活性成分蟲草素的研究進展

袁甜，崔琳琳，李國玉，王洋，李洋

(哈爾濱商業大學藥學院(藥物工程技術研究中心)，黑龍江 哈爾濱 150076)

古籍中把冬蟲夏草、人參和鹿茸并稱為三寶，冬蟲夏草最早記載于《本草從新》中，公元780年在《藏蟲草》中指出冬蟲夏草“潤肺、補腎”功能。冬蟲夏草藥性平和，補肺、強腎和益精氣等功效，最近的研究多集中在冬蟲夏草的提取物蟲草素上。蟲草素[1](COR)分子式為C10H13N5O3，熔點231℃，紫外最大吸收波長259 nm,蟲草素比腺苷少一個3′-羥基基團(見圖1)，能溶于水，熱乙醇和甲醇，不溶于乙醚氯仿。蟲草素隸屬于肉座目、子囊菌綱、麥角菌科的食藥用菌科復合型真菌。其繁殖包括有性和無性兩個階段。蟲草素通過刺激腺苷作為受體，抑制絲氨酸/蘇氨酸激酶(GSK)-3β和抑制細胞周期蛋白D1，還可抑制血小板聚集，抑制金屬蛋白酶-2(MMP-2)和金屬蛋白酶-9(MMP-9)，加速分泌抑制金屬蛋白酶組織抑制因子(TIMP-1,TIMP-2)。

圖1 腺苷及蟲草素的結構式

1 代謝途徑

蟲草素進入體內，易被腺苷酸脫氨酶脫氨，轉化成之前所認為的無活性產物(3′-脫氧肌苷)，最新研究表明[2],3′-脫氧肌苷在哺乳動物中可轉化為有活性的蟲草苷，圖2所展示的是蟲草素代謝途徑與蟲草素的磷酸化形式，今后的候選藥物可以參照這一循環。GPRCRs在蟲草素代謝中發揮重要作用。解決蟲草素易脫氨的問題可以通過以下3方面著手：1)制備成蟲草素納米金復合物；2)使用腺苷脫氨酶抑制劑與蟲草素聯用；3)對蟲草素進行結構改造。

圖2 蟲草素代謝途徑

2 藥理作用

蟲草素(3′-脫氧腺苷，COR)，COR通過抑制mRNA聚腺苷酸化，并調節與各種細胞過程[3-5]，具有抗癌(凋亡和自噬誘導)[6-7]、抗白血病干細胞、抗炎、抗氧化劑、抗病原、殺蟲、抗高血脂、抗肝毒性、抗纖維化和神經保護活性、皮膚光老化保護、骨骼肌疲勞抑制、防止缺血/再灌注引起的損傷和骨骼保護等藥理作用。

2.1 抗腫瘤

癌癥是一種惡性腫瘤，由良性腫瘤經過胚胎細胞，間充質干細胞，成纖維細胞，纖維細胞和惡性腫瘤細胞等過程形成的，腫瘤的性質不僅由腫瘤細胞控制也由腫瘤細胞微環境控制，其中包括巨噬細胞、間充質干細胞、炎癥細胞等。蟲草素抗腫瘤涉及到苷酸活化蛋白激酶(AMPK)、核因子激活的B細胞的κ-輕鏈增強(NF-κB)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、PI3K/Akt、金屬蛋白酶(MMP)和半胱氨酸蛋白酶(Caspase)等信號通路[8-10](見圖3)。COR主要通過以下幾種方式發揮抗腫瘤作用：1)COR 通過磷酸化，與ATP(三磷酸腺苷)結構高度相似，酶也會錯誤地將COR識別為腺苷，這會導致嘌呤代謝異常。2)COR取代ATP，來抑制靶向蛋白激酶。3)COR直接激活蛋白激酶，例如AMPK，可能是因為AMP/ATP比率增加。4)COR中斷mRNA聚腺苷酸化，是因為PolyA(聚合酶)錯誤識別為ATP。COR具有作為配體抑制RNA延伸和轉錄。5)通過各種信號途徑的糖皮質激素影響抗炎和抗氧化劑。凋亡抑制，mTOR抑制和細胞周期阻滯，通過GPCR/PKC信號通路抑制腫瘤生長。

圖3 蟲草素治療各個通路

2.2 抗白血病

Wang[11]用200 μmol/L COR處理(THP-1)急性單核細胞白血病細胞24 h后，凋亡細胞的百分比顯著增，發現COR通過下調Bcl-2，Akt1，Akt2和Akt3的水平，并提高Bax的表達，p-Akt和p-ERK的蛋白水平受到抑制，Caspase-3裂解增加，COR通過下調ERK/Akt信號傳導來誘導(THP-1)急性單核細胞白血病細胞凋亡。Liang等[12]發現蟲草素減少了U937和K562細胞中的CD34(+)CD38(-)細胞，并通過白血病和間充質基質/干細胞(MSC)中的自分泌和旁分泌調節誘導Dkk1表達。蟲草素抑制白血病細胞與MSCs的結合，下調白血病中的N-鈣黏著蛋白和MSCs中的VCAM-1表達，破壞白血病干細胞(LSCs)和基質結合，是一種潛在的抗白血病治療劑。Liao等[13]發現蟲草素促進p53的表達，從而促進了細胞色素C從線粒體到細胞質的釋放，細胞色素C可以激活Caspase-9并觸發固有的細胞凋亡和DNA損傷，從而引發NB-4和U937細胞周期停滯和凋亡。Shi等[14]研究蟲草素可以使白血病細胞停在G1期。Lu等[15]研究表明蟲草素通過鈣誘導途徑誘導紅細胞凋亡。

2.3 抗肝癌

Guo等[16]發現蟲草素通過阻止NF-κβ的活化來抑制P65的核易位，導致CXCR4表達下調，使肝癌細胞的遷移和侵襲能力受損。Lin等[17]發現在用蟲草素(WECM)處理12 h的(SCC-4)肝癌細胞中觀察到氧化應激和線粒體功能障礙(線粒體裂變)，發現蟲草素使細胞周期停滯在G2/M期，從而抑制(SCC-4)肝癌細胞的活力。Bi等[18]建立了平均大小為125.3 nm，藥物封裝率為65.3%的轉鐵蛋白綴合脂質體，將蟲草素遞送至肝癌細胞，發現增加活性氧的產生并引起肝癌細胞線粒體跨膜去極化[19]。蟲草素通過調控Bcl-2家族蛋白，從而誘導(HepG2)肝癌細胞凋亡。

2.4 抗前列腺癌

Lee等[20]實驗表明蟲草素通過調節P13K/AKt途徑來抑制金屬蛋白酶MMP-2、MMP-9的表達，還可以提高金屬蛋白酶抑制劑TIMP-1、TIMP-2的表達，激活將細胞停止在G1期，線粒體電勢喪失來發揮抑制(LNCaP)前列腺癌細胞的作用。Choi等[21]發現蟲草素通過激活Caspase-3和Caspase-9(而非Caspase-8)的蛋白水解，聚合酶降解，線粒體膜電位(MMP)喪失，Bax/Bcl-2(或Bcl-xl)比增加，下調凋亡蛋白(TAP)家族抑制劑，Bax構象變化以及細胞色素C釋放，從而誘導PC-3(人前列腺癌細胞)凋亡。Lee等[22]發現蟲草素通過增加促凋亡Bax的劑量和減少抗凋亡Bcl-2的劑量，從而觸發線粒體膜電位的崩潰以及Caspase-9和Caspase-3的激活來發揮抗(LNCaP)前列腺癌細胞的作用。

2.5 抗口腔癌

Ho等[23]發現蟲草素在治療口腔鱗狀細胞癌(OSCC)細胞中，誘導ATG5和p21上調，使細胞停滯在S、G2/M期，發揮抑制口腔鱗狀細胞癌(OSCC)增殖的作用。Nai等[24]通過DNA直方圖分析發現蟲草素延長了DNA雙鏈斷裂的時間，蟲草素與RT結合可延長RT誘導的(OSCC)口腔鱗狀細胞癌細胞阻滯在G2/M期阻滯，從而增強OSCC細胞放射敏感性。Lin等[25]發現蟲草素造成線粒體功能障礙(線粒體裂變)，抑制SCC-4口腔癌細胞的細胞活力，并使細胞周期停滯在G2/M期。Hsu等[26]發現蟲草素可通過抑制EGFR和IL-17RA信號，并增強抗腫瘤免疫力，來抑制口腔癌小鼠模型中的腫瘤生長和惡性轉化。

2.6 抗宮頸癌

Tania等[27]發現蟲草素通過降低Cdk-2、Cyclin-E1和Cyclin-A2的表達，產生ROS誘導細胞停滯在S期，控制(SiHa和HeLa)宮頸癌細胞的生長，增加其凋亡率。Yu等[28]發現蟲草素誘導p53介導的細胞凋亡和細胞周期檢查點分子表達的調節，使G2/M階段HeLa細胞的數量增加，發揮抗宮頸癌細胞系(ME180和HeLa細胞)的作用。Kaokaen等[29]發現蟲草素通過增加ROS的產生和減少蛋白質的分泌來抑制(HSC-4)口腔鱗癌細胞的生長。

2.7 抗乳腺癌

Liu等[30]發現用120 μmol/L蟲草素培養乳腺癌細胞24可以誘導細胞凋亡與抑制轉移，進一步研究發現蟲草素通過提高PUMA、CYTO-C、FAS、DR4/5裂解Caspase-3，降低Bcl-2，XIAP和PDGFR-α，上調E-鈣黏蛋白和下調和N-鈣黏蛋白，從而發揮抗乳腺癌的作用。Lee等[31]蟲草素(25、50 μmol/L)處理MCF-7人乳腺癌細胞處發現細胞膜膜起泡，細胞收縮和細胞凝結比未處理的正常細胞的數量，進一步研究發現蟲草素增加Caspase-7、Caspase-8和Caspase-9的裂解和Bax/Bcl-2蛋白在MCF-7細胞中的表達率，從而發揮抗乳腺癌作用。Dong等[32]發現蟲草素通過Nrf2/HO-1/ROS通路增加乳腺癌細胞的輻射敏感性，促進了(MCF-7和MDA-MB-231)乳腺癌細胞的G2/M阻滯和凋亡。蟲草素[33]處理4 h可以抗(MCF-7)乳腺癌細胞的增殖是通過p53激活實現的。

2.8 抗炎與抗氧化

蟲草素已被證明在不同的細胞中都表現出抗炎活性[34-35]，這一作用歸因于蟲草素保護 IKB-α免于被降解,抑制NF-kB[36-37]及MAPK失活，導致炎癥因子PEG2、COX-2、IL-1B，TNF-α下調，白細胞介素上調。蟲草素通過調節抗氧化酶降低丙二醛(MDA)水平激活(SOD)超氧化物歧化酶和(GSH-Px)谷胱甘肽過氧化物酶，Wang等[38]在小鼠模型中，濃度為10 mg/kg的蟲草素能抑制胸腺和脾腫脹，通過免疫組織化學法檢測，蛋白質印跡檢測蛋白質表達或磷酸化，并通過熒光成像表明，蟲草素抑制T細胞增殖，減少IL-2產生并誘導T細胞凋亡，這些發現表明蟲草素調節TCR信號傳導以抑制炎癥中過度的T細胞活化。因此，蟲草素可能是炎癥相關疾病的潛在治療應用。

2.9 其他

Li等[39]發現蟲草素通過通過激活Caspase-3，Caspase-9和細胞色素C誘導凋亡，靶向FGFR2和阻斷阻斷FGFR/Ras/ERK信號轉導抗胰腺癌細胞生長。Zheng[40]蟲草素進一步在mRNA和蛋白質水平上誘導Bax，Caspase-3，Caspase-9和Caspase-12上調，同時下調抗凋亡Bcl-2的表達。Xu等[41]證明蟲草素通過MAPK/ERK途徑誘導食管癌細胞阻滯G2/M期阻滯和凋亡。改善帕金森[42],抑制乳腺癌[43]，抑制核糖核酸的合成，蟲草素對血管平滑肌細胞的抑制作用，改善記憶，抗衰老，對人類脊髓灰質炎病毒[44]，煙草花葉病毒[45]，丙型肝炎病毒，大腸桿菌，白色念珠菌[46-47]。可抑制皮膚光老化與成纖維化[48-49]，還可抑制皮炎[50]，蟲草素具有很好的藥用價值。還可以抑制心肌梗死[51]，腦缺血性損傷[52]，抑制脂肪生成和酒精誘導的肝毒性[53-54]，抑制高脂血癥[55-56]等藥理作用[57-59]。

3 總結與展望

蟲草素在治療人類疾病中有較高的藥用潛力，尤其在抗腫瘤與炎癥方面已取得令人滿意的成果。蟲草素的優勢是：1)蟲草素在肝癌、肺癌和乳腺癌等方面具有突出的治療效果；2)是廣譜抗菌藥，耐藥性高，有較強的抗菌效果；3)近年來在食品，藥妝等方面也有新的應用。目前面臨的挑戰是：1)大規模生產蟲草素需要嚴格的發酵條件；2)蟲草素在體內代謝易脫去氨基；3)蟲草素在體內需要磷酸化過程。面對這一形式我們可以通過新技術來推進研究步伐，其中新技術包括：現代網絡藥理學，代謝組學技術，分子對接技術，高通量篩選結合納米級[60-61]藥物模擬合成系統已經開發，通過技術手段來加快蟲草素的研發與應用勢在必得。