莪術醇抗腫瘤作用機制研究進展

王中會，閆平慧，晁 旭，2*

（1.陜西中醫藥大學基礎醫學院，陜西 咸陽 712046；2.陜西中醫藥大學第二附屬醫院，陜西 咸陽 712046）

腫瘤是全球范圍內高死亡率、低存活率的一種致命疾病，目前仍然沒有一種已知的方法可治愈大多數癌癥。據國際癌癥研究機構統計，2020年全球有將近1 930萬例新癌癥病例和1 000萬例癌癥死亡病例[1]。已經開發了超過1 100種用于治療人類惡性腫瘤的抗癌藥物[2]。然而，由于許多不可避免的嚴重副作用限制了這些藥物的使用。在某些情況下，特別是在長期治療的情況下患者在治療期間可能會產生多藥耐藥性。越來越多的臨床前試驗和市場上的癌癥治療藥物轉向低毒、高效、耐藥的天然藥物。中醫藥治療腫瘤已有數千年的歷史，大量研究證明，與標準化療藥物相比，中藥在抑制腫瘤發生發展、延長生存期、減少化療和放療副反應、提高腫瘤患者生活質量等方面是有用和有效的。因此，中醫藥已成為挖掘創新天然成分作為抗腫瘤靶向治療藥物的重要來源。

莪術醇是莪術精油中的主要活性成分之一，大量研究證實莪術醇具有廣譜抗癌特性，可治療肺癌、肝癌、胃癌、乳腺癌、大腸癌、鼻咽癌、卵巢癌等多種癌癥，而莪術醇對正常細胞的作用可以忽略不計，這表明它在癌癥治療中具有潛在的治療作用[2]。本研究綜述近幾年來莪術醇對不同腫瘤的抗腫瘤作用機制的研究進展。

1 抑制腫瘤細胞的惡性生物學行為

1.1 莪術醇抑制細胞增殖、生長，誘導凋亡

Tang等[6]研究發現，莪術醇對SPC-1-A人肺腺癌細胞具有時間和濃度依賴性的抗增殖作用，濃度為100 μM時，即能誘導SPC-1-A細胞大量凋亡，并將細胞周期阻滯在G0/G1期，而對MRC-5人胚胎肺成纖維細胞（非轉化細胞）的生長抑制作用不大。該體外抗腫瘤增殖作用在荷瘤小鼠實驗中得到證實，60 mg·kg-1·d-1莪術醇即可顯著減小腫瘤體積，且無明顯毒性。

胰島素樣因子-1受體（insulin-like factor-1 receptor，IGF-1R）參與許多組織，主要調節生長和存活，是公認的惡性細胞的獨特因子。因此，IGF-1R阻斷劑可以抑制腫瘤生長、血管生成并增強化療誘導的細胞凋亡。p38 MAPK是惡性轉化的負調控因子，在腫瘤細胞中具有促凋亡作用[7]。Wang等[8]發現，莪術醇可抑制大腸癌LoVo細胞增殖并誘導其凋亡，其機制主要是通過降低IGF-1R水平，上調p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）磷酸化水平，進而上調Bax表達，降低CREB1和Bcl-2表達，觸發PARP切割來實現的，該結論在體內實驗中得到了驗證。

據Huang等[9]報道，莪術醇能抑制三陰性乳腺癌（triple-negative breast cancer，TNBC）MDA - MB 231細胞的體內外生長。體外實驗表明莪術醇通過上調p73、PUMA和Bak的表達，下調突變型p53觸發凋亡來夠抑制TNBC MDA-MB 231細胞的生長。體內實驗表明，莪術醇劑量為100或200 μg·kg-1，給藥連續21 d可顯著抑制異種移植瘤的體內生長。

有研究[10]表明，藥物通過線粒體膜電位（MMP）的缺失和活性氧（ROS）生成的增加誘導細胞凋亡。當體內ROS表達增加時，可對惡性細胞造成損害。而異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）依賴的還原羧化作用則可以降低細胞內ROS水平[11]，保護癌細胞免受ROS損傷。Zang等[12]研究發現，莪術醇作用于胃癌GC MGC-803細胞后ROS水平升高，MMP水平降低，IDH1水平下調，細胞增殖受到抑制，細胞周期被阻滯于G2/M期。

PI3K/Akt通路是IGF-1R最重要的下游信號通路之一，可誘導細胞有絲分裂、細胞生長、轉化、遷移、存活和抗凋亡等多種作用[13]，GSK-3β是PI3K/Akt通路的重要下游分子，通過激活Akt使其ser9磷酸化而失去功能[14]。因此，它的磷酸化與腫瘤細胞的生物學惡性行為有關。因此，抑制PI3K/Akt通路和p-GSK-3β可能是癌癥干預中重要的腫瘤抑制機制。

Li等[15]發現，莪術醇以劑量和時間依賴性的方式抑制IGF-1R和p-Akt的表達，并調控其下游 GSK-3β在鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma，NPC）CNE-2細胞中的活性，進而引發周期蛋白分 子（Cyclin D1，Cyclin E，CDK2，CDK4，p21和p27）和凋亡相關分子（Bcl-2、Bax和p53以及MDM2、p53、Bcl-2、Bax和cleaved PARP）表達的改變，使細胞阻滯在G0/G1期并發生凋亡。該作用可部分被IGF-1R激動劑IGF-1逆轉。以上提示：莪術醇通過抑制IGF-1R/PI3K/Akt/GSK-3β通路的激活，調節其下游周期和凋亡相關分子抑制CNE-2細胞的生長。

1.2 莪術醇抑制侵襲和轉移

PI3K-AKT、MAPK、WNT、WNT /b-catenin和其他與癌細胞增殖、侵襲和轉移相關的通路在腫瘤的發生和進展中扮演著重要角色[16-17]。越來越多的研究發現來自植物提取物的天然藥物化合物在治療人類疾病方面起著重要作用。靶向天然產物治療轉移性腫瘤是一種有效的治療方法。Li等[18]研究發現，莪術醇通過調控多種腫瘤相關信號分子如增殖（p-AKT↓、p-PI3K↓、 p-LRP5/6↓、 AXIN↑、APC↑、GSK3b↑和p-b-catenin↓）、遷移和侵襲（MMP-2↓和MMP-9↓）、凋亡（Bax↑、Bcl-2↓、caspase 3↑和caspase 9↑）和細胞周期（cyclin D1↓、CDK1↓和CDK4↓）來抑制體外肺腺癌A549和H460細胞的增殖和轉移，從而促進細胞凋亡，與體內實驗結果一致。Cai等[19]發現，莪術醇聯合塞來昔布作用可抑制NF-κB轉錄活性，激活caspase-9/caspase-3，阻滯細胞周期在G1期，抑制MAPK、PI3K/AKT信號通路激活和FAK、MMP-9的活性，從而抑制NSCLC細胞（A549、H1299）增殖、侵襲、遷移和細胞周期進程，誘導凋亡并降低小鼠體內腫瘤體積和重量，減少肺組織腫瘤轉移結節。

細胞外基質的蛋白水解是腫瘤轉移的必要步驟。蛋白水解酶如MMPs的表達和活性的增加有助于腫瘤細胞侵入血流或淋巴系統并擴散到其他器官[20]。Ning等[21]進行體外實驗發現莪術醇可以抑制乳腺癌MDA-MB-231細胞中JNK1/2的磷酸化和Akt的磷酸化，并抑制NF-κB p65的核轉位和轉錄活性，而該抑制作用可被JNK特異性抑制劑（SP600125）和Akt特異性抑制劑（LY294002）增強。進一步研究發現，SP600125、LY294002 和 NF-κB （PDTC）特異性抑制劑可顯著增強莪術醇對MMP-9和MDAMB-231細胞遷移、侵襲和粘附的抑制作用。體內實驗發現莪術醇可降低NF-κB p65蛋白在db/db小鼠中的表達。以上提示莪術醇對乳腺癌細胞的抗轉移作用可能與通過JNK1/2和akt依賴的NF-κB通路抑制MMP-9有關，但尚不清楚莪術醇抑制JNK1/2和Akt的上游途徑是什么。

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Skp2是一種F-box蛋白和E3泛素連接酶，調節許多關鍵的細胞過程，其過表達與腫瘤的轉移相關[22]。Li等[23]研究表明，莪術醇可以在mRNA和蛋白水平上抑制Skp2，并促進YAP1的磷酸化，降低YAP1蛋白的表達，破壞YAP1和TEAD 4在Skp2啟動子上的結合，抑制TNBC IV2-1細胞抗脫落凋亡，從而影響轉移性TNBC細胞的存活。

1.3 抑制腫瘤細胞耐藥

腫瘤細胞對腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體（TRAIL）的耐藥性一直是臨床腫瘤治療的關鍵障礙。據報道，NQO2可能通過醌代謝過程中產生的ROS參與癌癥啟動和進展的各種過程[24]。Jing等[25]研究發現，NRH：醌氧化還原酶2 （NQO2）為莪術醇的關鍵靶點，與非小細胞肺癌（NSCLC）細胞總生存率呈負相關，敲除NQO2可以在體內和體外抑制NSCLC細胞生長。莪術醇直接靶向NQO2以引起ROS的生成，從而觸發內質網應激c /EBP同源蛋白（CHOP）死亡受體（DR5）信號，使NSCLC細胞對TRAIL誘導的凋亡敏感。NQO2中的Phe178是莪術醇結合的關鍵位點。Phe178突變完全破壞了NQO2的功能，增強了TRAIL的致敏作用。而莪術醇對NQO2的激活是否能與其他倍半萜類化合物共享，從而獲得更高的活性和更好的選擇性還有待進一步研究。

1.4 莪術醇靶向特定蛋白抑制腫瘤進展[20]

核仁蛋白（nucleolin，NCL）是一種多功能磷酸蛋白，異常表達可通過不同的細胞途徑影響癌變、細胞存活、增殖、血管生成、浸潤和轉移[26]。Wang等[27]鑒定了NCL是NPC細胞（CNE-2）的新型直接靶蛋白，以-7.8kcal/mol的結合自由能與NCL結合，使NPC細胞的NCL發生降解，從而參與莪術醇在NPC細胞中的抗癌作用。敲除NCL后可明顯逆轉莪術醇對CNE-2細胞的增殖抑制作用。

1.5 阻滯細胞周期進展

CDKL3是一種周期無關的激酶相關分子，與cdc2相關激酶的一個子集密切相關。Zhang等[28]發現，莪術醇通過下調CDKL3的表達來阻斷膽管癌（cholangiocarcinoma，CCA）細胞RBE周期從G0/G1期到S期的進程，誘導凋亡，cyclinD1和CDK4的減少以及P21和P27表達的增加支持該結論。

1.6 誘導細胞自噬

自噬和凋亡之間的關系是復雜的。根據不同的細胞類型和刺激的作用，自噬參與促進或抑制癌細胞死亡。Zhang等[17]研究發現，莪術醇處理MG-63細胞后，可觀察到cleaved caspase-3積累，胰酶抑制劑Z-V AD-FMK預孵育可降低莪術醇誘導的細胞凋亡，表明莪術醇可誘導caspase依賴性細胞凋亡。經氯喹（CQ）預處理，63.5 mg·L-1莪術醇孵育后，cleaved caspase-3水平降低，LC3I/LC3II表達水平升高，表明莪術醇可激活細胞自噬。另外，p-JNK蛋白表達水平也呈時間依賴性上調，JNK抑制劑SP600125預處理可抑制JNK信號通路的磷酸化和LC3-II的積累。提示莪術醇誘導的自噬涉及JNK信號通路。以上結果提示莪術醇通過JNK信號通路抑制自噬減弱莪術醇誘導的MG-63人骨肉瘤細胞凋亡。

2 表觀遺傳修飾調控腫瘤的進展

表觀遺傳修飾已經成為腫瘤發生的驅動因素[29]。異常的DNA甲基化和組蛋白去乙酰化是表觀遺傳現象中的兩大主要因素，已被許多研究證實與腫瘤的發生有關。DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）和組蛋白去乙?；福╤istone deacetylases，HDACs）作為關鍵酶，在表觀遺傳治療中被公認為抗腫瘤藥物靶點[30]。腫瘤干細胞在腫瘤的發生、發展、復發和轉移中起著至關重要的作用。Peng等[31]研究表明，莪術醇治療的絨毛膜癌干細胞樣細胞（choriocarcinoma cancer stemlike cells，CSLCs）在體外和體內研究中均觀察到干細胞抑制。體外表現在莪術醇可通過抑制在CSLCs中高表達的DNMT-和HDAC介導的表觀遺傳調控來降低絨毛膜癌CSLCs的自我更新。與5-AzaC或TSA聯用則顯著增強了對CSLCs表型的抑制作用。體內每天口服莪術醇200 mg·kg-1，連續10 d，停藥2周后，可觀察到相較于DMSO組，莪術醇治療組荷瘤裸鼠腫瘤體積顯著縮小，且存活時間更長。

Ning等[32]發現，c-MET是miR-152-3p的靶基因，莪術醇通過提高miR-152-3p水平來降低c-MET、PI3K、p-AKT和ERK磷酸化水平并抑制NF-κb活性，從而驅動與小鼠黑色素瘤B16細胞死亡相關的c-MET/PI3K/AKT依賴和ERK/NF-κb依賴的通路，這種抑制作用可被miR-152-3p抑制劑逆轉，這些結果表明，莪術醇通過上調miR-152-3p水平并促進miR-152-3p結合c-MET，至少部分抑制了黑色素瘤細胞的生長和轉移。

Yu等[33]報導莪術醇處理CRC細胞后，miR-30a-5p的表達上調，抑制了CRC細胞的侵襲、遷移和MMP2表達，激活了Hippo信號通路，并增強莪術醇對其下游因子MST - 1、LATS1和YAP1的作用。而miR-30a-5p下調則抑制了Hippo信號通路的激活，逆轉對CRC細胞的影響。這些結果表明miR-30a-5p可作為CRC治療的治療靶點，這可能與Hippo信號通路的激活有關。

3 調節線粒體凋亡

組蛋白甲基化轉移酶2（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）在腫瘤的發生、轉移和侵襲中發揮重要作用。靶向EZH2被認為是一種治療癌癥的策略[34]。Zhou等[35]發現，沉默EZH2可增強莪術醇對膀胱癌細胞的生長抑制和細胞凋亡作用，減少ROS生成和MMP損失。反之，強化EZH2表達可改善這些效應。進一步研究發現，EZH2增加莪術醇暴露后EJ和T24細胞中Bcl-2和H3K27me3的積累，降低了Bax、Bak和細胞色素c的表達，以上結果表明莪術醇通過靶向ezh2依賴的線粒體凋亡途徑抑制膀胱癌細胞增殖。

Zhang等[36]發現，莪術醇作用于人肺腺癌ASTC-a-1細胞后，誘導Bax在6 h內從細胞質快速轉位到線粒體，導致線粒體膜電位（Δψm）快速消散，表明線粒體在莪術醇誘導的細胞凋亡中起重要作用。而廣譜Caspases抑制劑Z-VAD-fmk沒有減弱莪術醇誘導的細胞毒性，說明Caspases不參與莪術醇誘導的細胞凋亡。進一步監測穩定表達FRET質粒SCAT3的活細胞內Caspase-3的激活情況證實了這一結論。以上結果提示莪術醇通過不依賴于Caspase的線粒體途徑誘導人肺腺癌ASTC-a-1細胞凋亡。

4 其他

Meng等[37]設計了一系列的莪術醇衍生物，發現莪術醇及其合成的化合物1a-1h和3a-3j對CRC細胞SW620和HCT116具有一定的抗癌活性。其中，除化合物1a、1c、1e、1g、3d、3g外，大多數化合物在濃度為50 μM時對SW620細胞生長的抑制率＞50%。芳基三唑莪術醇衍生物的抑制活性優于化合物1a-1h。其中苯環上帶有氟官能團的化合物3e、3i和3j表現出較強的細胞毒性，ic50值分別為（12.46±0.75l）M、（13.57±0.29l）M 和（8.10±0.13l）M，對SW620細胞的殺傷能力是莪術醇的10倍。進一步研究發現，3j呈劑量依賴性誘導SW620細胞凋亡，不誘導細胞周期阻滯。魏永鴿等[38]發現，莪術醇納米結構脂質載體（20 mg·kg-1、15 mg·kg-1）對乳腺癌細胞MCF-7 移植瘤的抑瘤率為 44. 12%和35.29%，優于20 mg ·kg-1莪術醇27. 94%的抑制率。以上提示莪術醇的新型化合物具有很好的開發前景。

5 總結與展望

目前臨床上使用的抗癌藥物均有一定的療效，但是這些藥物使用之后所帶來的不良反應和副作用嚴重限制了臨床用藥。中醫藥治療腫瘤歷史悠久，副作用小，不良反應少，療效顯著。隨著研究的深入，中醫藥多靶點、多層次、多環節的優點正在被挖掘。莪術醇作為莪術的主要藥理成分之一，具有高效低毒的優點：1）莪術醇在體內外均可選擇性抑制腫瘤細胞的進展。2）莪術醇不僅通過調節如Bcl-2家族蛋白、Caspase信號通路、PI3K-AKT、MAPK、WNT、WNT /b-catenin、c-MET/PI3K/AKT、ERK/NF-κb等信號通路抑制腫瘤細胞增殖，誘使腫瘤細胞凋亡，也從表觀遺傳學角度調控癌癥基因表達以及通過研發新型衍生物和納米結構脂質載體等方式抑制腫瘤的發生發展。

雖然對莪術醇治療惡性腫瘤的機制研究越來越多，但依然有許多問題需要我們繼續研究探索和完善相關機制，為其能夠早日研發成為新型抗癌藥物提供證據。另外，莪術醇新型衍生物和納米脂質載體能夠大大提高莪術醇殺死腫瘤細胞的能力，但目前仍無相關臨床應用研究報道證實該藥是否有效。因此，無論是單獨使用還是與現有抗癌藥物聯合使用，臨床前和臨床試驗仍需繼續研究以闡明其抗癌作用。