木犀草素的抗癌作用

趙笑美，苑珍，石沖*

(1.華北理工大學研究生學院，河北 唐山 063000；2.唐山市婦幼保健院產前診斷遺傳病診斷中心，河北 唐山 063000)

0 引言

癌癥是全世界所有收入水平國家的主要死亡原因。癌癥病例和死亡人數預計將迅速增長，并且逐漸年輕化[1]。2012年，全球年輕人中有975396例新發癌癥病例和358392例癌癥相關死亡，相當于每年每10萬人中有43.3例新發癌癥病例，每年每10萬人中有15.9例癌癥相關死亡[2]。因此，迫切需要尋求安全、健康的植物化學物質，可以延長癌癥的生存期及其生活質量。

自然界植物源性化合物最近越來越引起關注。木犀草素作為一種抗癌劑對抗各種類型的人類惡性腫瘤，如肺癌[3]、乳腺癌[4]、膠質母細胞瘤[5]、前列腺癌[6]、宮頸癌[7]、卵巢癌[8]、結腸癌[9]和胰腺癌[10]。它通過抑制腫瘤細胞的增殖、保護腫瘤細胞免受致癌刺激、激活細胞周期阻滯以及通過不同的信號通路在體內和體外阻止癌癥的發展[11]。木犀草素還可以通過細胞骨架收縮、誘導上皮生物標志物E-cadherin表達、下調間充質生物標志物N-cadherin、snail和vimentin的機制逆轉上皮間充質轉化(EMT)。還可以通過抑制血管生成進一步抑制癌癥的侵襲和轉移[12]。本篇文章主要講述木犀草素抗癌的不同機制。

1 木犀草素

1.1 木犀草素的結構

木犀草素是一種純黃色晶體生物類黃酮。它自然存在于植物王國，由于在食用植物中豐富，常用于生產各種治療疾病的傳統藥物。由于其抗炎和抗氧化特性，木犀草素已被證明是一種有效的含氮和含氧活性物質清除劑。木犀草素在冷水中不溶，在熱水中微溶，具有典型的類黃酮結構，在碳5、7、3和4個位置上有四個羥基其結構表征為兩個苯環(A和B)與一個含氧吡喃環(C)相連。木犀草素的生物活性可能取決于其羥基和C2和C3之間的雙鍵[13,14]。

1.2 木犀草素的生物利用度

木犀草素由于穩定性差、吸收率低，在體內的生物利用度相對較低，從而降低了其療效。Shimoi等觀察到大鼠和人給藥后血漿中存在游離木犀草素及其偶聯物。木犀草素及其偶聯物的血漿濃度在木犀草素治療后15-30min達到峰值。與0.5%羧甲基纖維素相比，丙二醇對木犀草素吸收更快[15,16]。

木犀草素已經作為一種健康食品進行了商業開發。研究表明木犀草素是安全的且無毒副作用和多種生物效應。小鼠和大鼠口服的半數致死劑量(LD50)分別大于2500和5000mg/kg，這相當于人類大約219.8-793.7mg/kg。研究了木犀草素及其葡醛酸/硫酸鹽結合物在大鼠靜脈注射或口服50mg/kg木犀草素后的藥代動力學[16]。結果表明，木犀草素分布量大，清除率高。靜脈和口服后出現雙峰，提示口服后出現腸肝再循環[13]。總之，木犀草素的藥動學研究表明，木犀草素在臨床上是有用的。

2 木犀草素抗癌作用的分子機制

2.1 木犀草素誘導腫瘤細胞凋亡

2.1.1 木犀草素促進凋亡的內外途徑

典型的凋亡途徑包括內在和外在途徑。內在凋亡途徑是由Bcl-2家族成員介導的，響應無數非受體刺激，最終導致線粒體膜完整性的改變，導致細胞凋亡[4]。Bcl-2家族成員通過不同數量的促凋亡和抗凋亡Bcl-2蛋白(Bad, Bax, BAK, Bcl-2, Bcl-xL)控制細胞凋亡。本質上像一個平衡決定細胞命運。當細胞質Bad增加時，Bcl-2和Bcl-xL從Bax和BAK分離并與Bad結合。在此過程中，Bax和BAK自由地整合到線粒體膜中，降低其完整性，并通過caspase-9啟動線粒體介導的凋亡。在外部途徑中，激活的死亡受體(DRs)(Fas, TNFR, TRAIL)發出死亡誘導信號復合物的形成信號，隨后通過caspase-8和caspase-10啟動caspase級聯。例如，在MCF7乳腺癌細胞中，木犀草素通過外部和內部途徑誘導凋亡。木犀草素增加DR表達，激活caspase-8，進而誘導caspase-3活性。在固有途徑上，Park等發現木犀草素增加Bax表達，降低Bcl-2表達，進而降低線粒體膜完整性，通過激活caspase-9促進caspase-3活性的增加[17]。木犀草素通過抑制Bcl-2抑制畸胎瘤細胞生長并誘導細胞凋亡[18]。

2.1.2 木犀草素通過不同的信號通路誘導腫瘤細胞凋亡

PI3K是一種脂質激酶，通過AKT激活來控制多種細胞過程。PI3K/AKT通路抑制可阻止腫瘤抑制因子FOXO3a的磷酸化，從而導致其核輸出和蛋白降解。黃酮、芹菜素和木犀草素通過抑制PI3K/Akt的激活，增加FOXO3a的激活，誘導乳腺癌細胞周期阻滯和凋亡[19]。AKT的激活可以通過刺激MMP的分泌而導致癌癥的侵襲和轉移。PI3K抑制劑可導致MMP-2激活、細胞遷移和細胞侵襲的減少。體內外研究均表明木犀草素通過PI3K/AKT通路降低MMP-2、MMP-9的表達，抑制A375人黑色素瘤細胞增殖并誘導細胞凋亡[20]。木犀草素通過阻斷PI3K/AKT通路和調節固醇調節元素結合蛋白活性抑制人胎盤絨毛膜癌細胞增殖和誘導細胞凋亡[21]。此外，木犀草素還可以通過MEK/ERK[22]、STAT3[23]等其他通路誘導腫瘤細胞凋亡。

2.1.3 木犀草素通過調節miRNA的表達誘導細胞的凋亡

木犀草素還可以調控不同腫瘤中mirna的表達，影響腫瘤的進展[22]。木犀草素刺激MDAMB-453和MCF7乳腺癌細胞中miRNA-203的表達[24]。木犀草素上調LN229細胞中miR-124 3p的表達。在LN229細胞中，過表達miR-124 3p顯著增加活性caspase-3的水平，而抑制miR-124-3p則顯著降低活性caspase-3的水平[25]。在胃癌細胞中，抗凋亡蛋白Bcl-2也受miR-34a的負調控。木犀草素通過上調miR-34a和miR-34a介導的靶向Bcl-2誘導胃癌細胞凋亡[26,27]。miR-301直接靶向前列腺癌細胞中促凋亡分子DEDD2 (Death effector domain-containing protein 2)。木犀草素對miR-301有抑制作用。木犀草素介導的凋亡在mir-301過表達的前列腺癌細胞中受損[28,29]。

2.2 木犀草素抑制腫瘤細胞增殖

多種膳食類黃酮能夠抑制癌細胞增殖，通過靶向細胞內關鍵分子和途徑實現細胞周期阻滯[30,31]。目前研究發現，在鼻咽癌細胞中，木犀草素在G1期抑制細胞周期進展，并以劑量和時間依賴的方式阻止細胞進入S期[32]。通過流式細胞術驗證胃癌細胞G2/M期細胞百分比呈劑量依賴性增加[33]。黃酮類化合物對腫瘤細胞生長的抗增殖活性與它們對包括細胞周期蛋白-細胞周期蛋白依賴性激酶(CDKs)網絡在內的許多細胞內生化途徑的作用有關[34]。木犀草素介導cyclin D1下調的分子機制研究，木犀草素能夠抑制Akt磷酸化的磷酸化和活化，導致糖原合成酶激酶3b(GSK-3b)的去磷酸化和活化。激活GSK-3b后靶向cyclin D1，導致cyclin D1在Thr286位點磷酸化，并導致蛋白酶體降解[32]。

2.3 木犀草素抑制腫瘤細胞上皮-間充質轉化

上皮-間充質轉化(epithelial -mesenchymal transition, EMT)是腫瘤發生的標志之一，上皮細胞再分化為間充質細胞，將細胞表型轉變為惡性表型[35]。近年來的研究表明，原發性和繼發性結腸癌、肝癌、乳腺癌的EMT過程與腫瘤細胞浸潤轉移密切相關[35]。例如，木犀草素誘導的間充質轉化通過減少間充質標記物表達和抑制體外細胞增殖而治療結直腸癌[36]。

鈣粘蛋白N和E是粘附分子。E-cadherin主要表達于上皮細胞，N-cadherin表達于間質結構域。PI3K/Akt-NF-κB-Snail-E-cadherin信 號 通路是木犀草素治療肺癌的主要機制[35]。木犀草素顯著靶向黏附激酶和β-1整合素。它的抑制可逆轉缺氧誘導的非小細胞肺癌上皮向間充質轉化[37]。在多發性上皮細胞癌的發展過程中，上皮-間充質轉化通常發生，木犀草素通過調控β3整合素抑制缺氧誘導的惡性黑素瘤細胞體外和體內EMT[38]。

在婦科惡性腫瘤中，木犀草素參與宮頸癌的治療，逆轉了這種上皮細胞到間質細胞的轉變信號[37]。在對紫杉醇耐藥的卵巢癌細胞中，上皮細胞向間充質轉化上調，而木犀草素敲低上皮細胞向間充質轉化，并可促進化療致敏[39]。此外，上皮細胞向間質轉化相關轉錄因子及標志物上調。在卵巢癌轉移過程中，木犀草素顯著抑制與這些標記物和轉錄因子相關的蛋白的表達，克服了上皮細胞向間葉細胞的轉變[40]。

2.4 木犀草素抑制腫瘤細胞血管生成

木犀草素是一種類黃酮化合物，具有抗癌和抗血管生成特性。侵襲轉移級聯過程始于新生血管、上皮細胞亞型向間充質亞型的轉變以及蛋白質細胞外基質和基底膜的溶解腫瘤發生中的血管生成開關增加了強效血管生成因子，如血小板源性生長因子(PDGF)和血管內皮生長因子(VEGF)，增加了致瘤性[4]。VEGF在腫瘤細胞存活、增殖和遷移中起重要作用。研究發現，大部分黃酮類化合物下調VCAM和MMP-3，其中木犀草素可以降低VEGF[41,42]。木犀草素以劑量依賴性方式抑制血管瘤源性干細胞(HemSC)生長并抑制VEGF-A表達。并且在小鼠模型中木犀草素抑制微血管的形成和血管生成[43]。

此外，木犀草素不僅在CAM、HT-29細胞增殖和細胞遷移實驗中具有較好的血管抑制作用，而且木犀草素、鹿皮酚、凝集素對VEGFR的靶向作用域較為保守。在槲皮素和木犀草素衍生物作為抗血管生成劑的研究中發現，其中7種化合物在體外實驗中顯示出顯著的抗血管生成活性。大多數化合物抑制VEGF受體2的磷酸化(VEGFR2)，提示其抗血管生成活性是由于對VEGF/VEGFR2通路的干擾[41,44]。木犀草素通過抑制Notch1-VEGF信號，抑制胃癌血管生成和血管生成擬態形成[45]。在黑色素瘤細胞中木犀草素抑制腫瘤細胞的轉移和HUVECs的管形成。同時，探討木犀草素抗轉移的分子機制與抑制HIF 1α/VEGF信號通路，從而降低EMT和血管生成有關[46]。目前，木犀草素關于腫瘤細胞抗血管生成的確切機制有待進一步研究。

2.5 木犀草素促進腫瘤細胞基底膜降解

基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)可促進基底膜的降解，這是血管新生和腫瘤侵襲的關鍵步驟[4]。在乳腺癌中，MMP表達紊亂促進腫瘤的侵襲和轉移特別是，一些研究表明，MMP-2和MMP-9在轉移級聯中促進進展，MMP-9可能是侵襲性乳腺癌的預后因素[47]。最近在MCF7和MDA-MB-231細胞中報道的證據證實木犀草素能夠顯著降低MMP-2和MMP-9的mRNA和蛋白表達[48]。我們證明了木犀草素-7-O-葡萄糖苷通過抑制p38介導的MMP-2表達增加而發揮抗遷移作用[49]。這是第一項證明木犀草素-7-O-葡萄糖苷通過調節人口腔癌細胞中MMP-2表達和細胞外信號調節激酶通路來抑制細胞遷移和侵襲的研究[49]。木犀草素通過下調MMP2和MMP9抑制卵巢癌轉移[50]。在口腔癌中，木犀草素-7-O-葡萄糖苷通過調控基質金屬蛋白酶-2表達和細胞外信號調節激酶途徑抑制口腔癌細胞遷移和侵襲[49]。

MMP介導的細胞外基質降解釋放大量的生長因子和信號分子，使腫瘤擴張這種因素通常隔離在基質中是無處不在的透明質酸(HA)。透明質酸酶可將HA降解成不同分子量的物質，然后通過兩種受體之一：CD44和RHAMM促進腫瘤進展和血管生成[51]。木犀草素已被證明在相對高濃度下是透明質酸酶的有效抑制劑，在低劑量下可以防止黃體酮誘導的CD44+表達和ALDH活性的增加。在聯合治療中，木犀草素阻止了紫杉醇誘導的CD44+富集同樣，有報道稱木質素可降低前列腺癌中CD44+的表達[50]以及口腔癌細胞中CD44+和ALDH的活性[52]。

3 展望

木犀草素正逐漸引起人們的關注，因此，在闡明木犀草素的藥理特性和鑒定其在不同癌癥中調節致癌蛋白網絡的能力方面取得了巨大的進展。然而，目前對于木犀草素抗癌作用的分子機制仍存在分歧并且其相關分子機制的研究并不全面透徹。在黑色素瘤細胞中通過清除ROS、免疫調節、細胞周期調節和表觀遺傳修飾，包括DNA甲基化和組蛋白去乙酰化等多重機制發揮其抗癌活性[53]。然而相關研究表明，木犀草素介導的黑色素瘤細胞的生長抑制可能不是通過ROS誘導，而是通過同時作用于多種途徑，包括細胞外基質(ECM)途徑，致癌信號和免疫反應途徑[54]。木犀草素的抗癌潛力有待進一步的闡明。