近十年半枝蓮抗腫瘤作用機制研究概況

楊培偉 劉光偉 趙文霞

現代研究認為炎癥參與了腫瘤的發生發展、侵襲和轉移等病理過程[1]。而中醫認為,炎癥與熱毒的作用類似,是腫瘤的病理因素和病理產物,是腫瘤發生發展的重要原因之一[2]。因此,清熱解毒法是中醫藥治療腫瘤的常用法則之一。半枝蓮是唇形科植物,味辛、苦、寒,歸肺、肝、腎經,具有清熱解毒、化瘀利尿的作用,用于各種炎癥、咽喉痛、水腫、黃疸等[3-4]。有研究證實半枝蓮可以控制和消除腫瘤及其周圍的炎性水腫,在一定程度上減輕或抑制腫瘤的進展[5]。近年來,半枝蓮被用于治療各種癌癥,如肺癌、肝癌、乳腺癌、卵巢癌和大腸癌等的治療[4]。半枝蓮在調控腫瘤細胞的生長、侵襲轉移、免疫功能和抗化療藥物耐藥等方面發揮重要的作用,具有多途徑和多靶點的優勢。本文針對近十年來半枝蓮抗腫瘤作用機制進行歸納和總結,旨在探索和闡明半枝蓮抗腫瘤的具體作用機制,以期為半枝蓮的臨床應用及其在抗腫瘤方面的進一步研究與開發提供理論依據。

1 抑制腫瘤細胞的生長

1.1抑制腫瘤細胞的增殖

腫瘤細胞是不受正常生長調控系統控制的持續分裂和異常增殖的細胞。研究發現通過生物活性定向分離法分離出的半枝蓮及其提取物中的化合物對多種腫瘤細胞株如肺癌A549、人早幼粒白血病細胞HL-60等具有細胞毒性活性[5],可根據毒性活性的強弱判斷其化合物對該腫瘤細胞系的抗增殖活性[6]。Wei等[7]研究顯示半枝蓮乙醇提取物(ethanol extract of Scutellaria barbata, EESB)通過抑制Wnt/β-catenin通路的激活,如降低別藻藍蛋白(allophycocyanin, APC)和β-catenin的蛋白表達,顯著降低結直腸癌(cancer of the rectum, CRC)異種移植小鼠的腫瘤生長,并抑制了CRC細胞HT-29細胞的活力。劉明勝等[8]研究也提示,EESB可通過調控circ0092283/miR-198軸,降低結直腸癌HCT-116細胞的克隆形成能力,抑制CRC細胞的增殖。許多miRNA在癌癥的調節中發揮著至關重要的作用,半枝蓮與白花蛇舌草配伍可以通過減少miR-155表達降低Akt活化,抑制膀胱癌細胞生長和克隆形成[9]。

綜上所述,半枝蓮及其提取物可能通過調控多種基因和信號通路的表達,抑制腫瘤細胞增殖發揮抗腫瘤作用,提示半枝蓮抗腫瘤作用可能與抑制腫瘤細胞增殖有關,其對于抗腫瘤的防治具有重要價值。抑制該細胞進程可為研發抗腫瘤藥物尋找新靶點,并且為臨床中進一步使用半枝蓮作為抗腫瘤藥物提供了實驗依據。

1.2阻滯腫瘤細胞生長周期

細胞有絲分裂是細胞增殖的主要方式,與調節性細胞周期蛋白形成復合物對細胞進入有絲分裂起著重要作用。

Chen等[10]研究表明,半枝蓮通過P38/SIRT1介導細胞周期G2/M期阻滯和內質網應激、內源性線粒體和外源性FAS/FASL介導的通路,在體內外水平上抑制CL1-5肺癌細胞的生長。蘆沖等[11]研究顯示,半枝蓮醇提物含藥血清通過阻滯G0/G1期人結腸癌HT-29細胞周期分布,抑制HT-29細胞增殖,發揮抗腫瘤作用。Hnit等[12]研究報道,半枝蓮配伍白花蛇舌草可能通過降低前列腺癌細胞周期相關蛋白Cyclin B1、周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinases, CDK1)、絲氨酸/蘇氨酸激酶(Polo-like Kinase 1, PLK1)和Aurora A蛋白和mRNA水平的表達,抑制前列腺癌細胞細胞周期G2向M的轉化,進而發揮抗腫瘤作用。

據此可知,半枝蓮可通過阻滯腫瘤細胞周期進程,降低腫瘤細胞周期相關蛋白的表達水平,抑制有絲分裂進入細胞,進而發揮抗腫瘤的作用。

1.3誘導腫瘤細胞凋亡

細胞凋亡是一種程序性細胞死亡形式,與細胞形態的變化有關,是抗腫瘤的重要效應機制之一。

Shim等[13]研究顯示半枝蓮提取物通過激活半胱天冬酶、增加線粒體膜去極化和Caspase-3/9的活性,調節絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK) 和活性氧(reactiveoxygenspecies, ROS) 依賴性途徑,觸發人胃腺癌細胞系MKN-45細胞的凋亡,在體內外水平抑制人胃腺癌細胞的生長。半枝蓮還可與白花蛇舌草作為藥對配伍,通過表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor, EGFR)/過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptor γ, PPARγ)/PI3K/AKT 通路誘導細胞凋亡,在體內外水平上抑制腫瘤細胞生長[14]。李秋平[15]的實驗研究也提示半枝蓮提取物可能通過影響內質網應激標志蛋白葡萄糖調節蛋白(glucose regulatory protein78/immunoglobulin binding protein,GRP78/Bip)、CCAAT/增強子結合蛋白同源蛋白(C/enhancer binding protein-homologous protein, CHOP)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-12(Caspase-12)蛋白的表達,促進肺癌A549細胞凋亡,進而抑制肺癌細胞的生長。

可見,半枝蓮可以通過調控凋亡因子或凋亡相關蛋白的表達影響腫瘤細胞的生長。這也提示其抗腫瘤作用機制可能與促進腫瘤細胞凋亡有關,對于新型抗腫瘤藥物研發具有重要意義,然而其具體作用機制仍需要大量的實驗研究進行證實。

1.4促進腫瘤細胞自噬

細胞自噬也稱為Ⅱ型程序性細胞死亡,和細胞凋亡一樣也是維持機體和細胞穩態的重要分子過程,細胞自噬和腫瘤細胞的發生發展有關。中藥對腫瘤細胞自噬具有增強、抑制或雙向調控作用,腫瘤細胞存在更強的保護性自噬以支撐腫瘤細胞的快速增殖和轉移等,但過渡自噬又可導致腫瘤細胞死亡,出現死亡性自噬[16]。

研究發現半枝蓮可增加肺癌 CL1-5 細胞中自噬相關蛋白(light chain 3II, LC3II )的表達,鏡下可觀察到大量的自噬泡和受損的線粒體,應用3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine, 3-MA), 一種自噬抑制劑后,半枝蓮誘導的細胞死亡被抑制,表明半枝蓮可通過誘導細胞自噬促進CL1-5細胞死亡[10]。陳明等[17]實驗研究顯示,半枝蓮總黃酮(total flavonoids of scutellaria barbata, TF-SB)可能通過抑制PI3K/AKT/哺乳動物雷帕霉素靶點(mammalian target of rapamycin, mTOR)通路,誘導黑色素腫瘤細胞自噬,通過增強其自噬活性來抑制黑色素瘤荷瘤小鼠腫瘤生長。羅宗保等[18]研究也表明半枝蓮可通過誘導宮頸癌Hela細胞自噬活性,抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路蛋白磷酸化來發揮抗腫瘤作用。

因此,半枝蓮可能通過誘導腫瘤細胞自噬發揮抗腫瘤效應,這也體現出中藥治療疾病是多途徑多靶點綜合作用的結果,同時也說明了中藥的復雜性、模糊性和不確定性。

1.5抑制腫瘤血管生成

血管生成是一個復雜的過程,以血管再生為靶點的藥物在抑制腫瘤血管生成方面是研究的熱點之一,對研發腫瘤血管生成抑制劑具有重要的作用。

半枝蓮多糖通過下調磷酸化細胞間質上皮轉換因子(cellular-mesenchymal epithelial transition factor, c-Met)及其下游磷酸化細胞外信號調節激酶(phosphorylated extracellular signal regulated kinase, p-Erk)和p-Akt的表達,抑制人表皮生長因子受體-2(human epidermal growth factor receptor 2, HER2)通路,對人肺腺癌細胞Calu-3皮下移植瘤模型發揮抗血管生成的作用[19]。Shiau等[20]研究報道,半枝蓮通過下調低氧誘導因子-1α(hypoxia inducible factor-1, HIF-1α)依賴性血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)的表達,抑制肺癌細胞的血管生成,提示半枝蓮具有抗血管生成的活性。信號傳導的重要靶基因是血管生成的最強刺激劑之一,通過調控SHH通路抑制血管生成已成為腫瘤化療的一個重要方向,Wei等[21]實驗研究發現,EESB通過抑制SHH通路及其下游靶基因血管內皮生長因子A(VEGF-A)的表達,進而抑制結直腸癌小鼠模型中的腫瘤血管生成。

這些研究提示抑制腫瘤血管生成可能是半枝蓮有效治療癌癥的作用機制之一,這也為從抗腫瘤血管生成的角度研發抗腫瘤藥物提供了一定的依據,為半枝蓮的開發利用拓展了更廣闊的研究空間。

2 抑制腫瘤細胞侵襲和轉移

腫瘤細胞的遷移和侵襲是一個多步驟、與宿主細胞相互作用的生物學過程,是腫瘤細胞最異常的行為之一,和腫瘤治療的遠期效果密切相關。一旦出現腫瘤細胞的侵襲和轉移,其復發率和相關的死亡率風險更高,因此抑制侵襲和轉移仍然是癌癥治療的一個重要挑戰。

2.1調控腫瘤細胞運動相關蛋白和細胞因子

腫瘤細胞的運動能力是腫瘤侵襲周圍組織、發生遠處轉移的基本條件,細胞具有活躍的運動能力,其侵襲轉移的潛能就越強。而運動相關蛋白和細胞因子在腫瘤細胞的運動過程中發揮著重要作用。遷移侵襲抑制蛋白(migration and invasion inhibitory protein, MIIP)基因在胃癌、乳腺癌、結腸癌、子宮內膜癌等惡性腫瘤中呈低表達,與腫瘤的發生發展有相關性[22-25]。

張鋒等[26]最新研究發現半枝蓮總黃酮通過上調MIIP表達可以抑制人胃腺癌細胞AGS細胞的增殖和誘導細胞凋亡,進而發揮抗胃癌作用。腫瘤細胞出現上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)時,標志著腫瘤細胞浸潤轉移的開始,而E-鈣粘素和Twist蛋白等是EMT過程中的重要調控因子,促進腫瘤細胞侵襲和遠處轉移。陳志成等[27]研究也證實半枝蓮提取物可能通過上調E-鈣粘素和下調Twist蛋白的表達,抑制大腸癌LoVo細胞的增殖和侵襲能力。

上述研究表明,半枝蓮作為清熱解毒藥,其通過影響腫瘤細胞的運動能力的作用已經得到人們的重視。半枝蓮調控腫瘤細胞運動相關蛋白和細胞因子的作用,為腫瘤的治療開辟了新途徑。同時這些研究也為臨床上應用半枝蓮治療腫瘤的分子機制提供了有力的理論證據支撐。

2.2調節腫瘤細胞分解酶的活性及分解酶/分解酶抑制劑的平衡

基質金屬蛋白酶家族(matrix metalloproteinases, MMPs)已被證實在腫瘤細胞侵襲和轉移中具有重要作用,高侵襲和高轉移性的腫瘤細胞分泌有高含量的MMPs。研究發現中醫藥可以通過調節分解酶的活性以及平衡分解酶/分解酶抑制劑來抑制細胞外基質的降解,進而抑制腫瘤細胞的侵襲和轉移。

最近的研究顯示,半枝蓮通過降低基質金屬蛋白酶MMP-1/2、MMP-3/10和MMP-9/13的表達,以及PI3K/AKT和轉化生長因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)/Smad信號通路中的蛋白,抑制結直腸癌HCT-8的遷移和侵襲[28]。半枝蓮還可通過降低MMP-2/9表達的線粒體途徑,抑制卵巢癌A2780細胞遷移、增殖和誘導凋亡,進而發揮抗卵巢癌的作用[29]。黃有星等[30]研究證實半枝蓮提取物通過阻斷TGF-β/Smad/AMPK信號通路,下調整合素αV、整合素β3、MMP-2/9,逆轉TGF-β誘導的EMT,抑制肝癌HepG2細胞遷移和侵襲。

據此可知,從中藥中尋找和研發抑制MMPs 的新穎制劑是抗腫瘤藥物發現的重要途徑,對于半枝蓮的進一步開發和應用具有更好的前景。

3 調節機體免疫功能

免疫系統在抗腫瘤防御中起著重要作用,免疫療法是腫瘤患者的潛在治療選擇。

Son等[31]研究發現,半枝蓮的主要活性成分糖蛋白對淋巴細胞增殖、抗體產生和細胞因子分泌具有誘導免疫刺激的作用。Gong等[32]研究提示,半枝蓮可以通過降低體內IL-6/10/17、叉頭蛋白P3(forkhead box protein 3, FOXP3)、TGF-β1和維甲酸相關孤核受體γt(retinoid-related orphan receptor γt, RORγt)水平,增加IL-2和干擾素γ(interferon-γ, IFN-γ)的表達,抑制Lewis荷瘤C57BL/6小鼠腫瘤生長和調節免疫功能。腫瘤細胞可以募集調節細胞Treg來抑制腫瘤微環境中的抗腫瘤免疫,從而限制了癌癥免疫治療的效率。EESB通過下調腫瘤組織中免疫相關的CD4+CD25+Foxp3+Treg細胞和Th17細胞數量以及IL-10/17A和TGF-β的水平,提高脾臟NK細胞的細胞毒性及血清IL-2和IFN-γ水平,抑制HepG2細胞的增殖和H22荷瘤小鼠的腫瘤生長[33]。

腫瘤的發生發展作用機制復雜,免疫因素在腫瘤的發生發展預后等方面發揮重要作用,而如何調控免疫因素是抑制或促進仍然是治療腫瘤的關鍵。半枝蓮及其提取物調控腫瘤免疫的作用可能將成為研究腫瘤治療的新方向之一。

4 抗化療藥物耐藥性

化療藥物是腫瘤治療的一項重要選擇,然而腫瘤細胞會在一定程度上對化療藥物產生耐藥性,這是抗腫瘤治療失敗的重要因素之一。

研究表明為代表的ABC轉運蛋白超家族異常表達引起的藥物外排是產生多藥耐藥(multidrug resistance, MDR)的主要機制之一,從半枝蓮中分離出的新克羅烷型二萜化合物可能是通過抑制P-gp的外排功能來逆轉HepG2/阿霉素(adriamycin, ADR)細胞對阿霉素的耐藥性[34]。5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil, 5-FU)耐藥或MDR已成為包括CRC在內的癌癥臨床治療的主要障礙。EESB通過下調CyclinD1、Bcl-2和ATP結合盒亞家族G成員2(ATP binding cassette subfamily G member 2, ABCG2)的表達,上調CRC細胞HCT-8/5-FU細胞p21和Bax的表達,抑制PI3K/AKT通路的激活,從而抑制結直腸癌HCT-8/5-FU細胞的化療耐藥[35]。

綜上所述,半枝蓮及其提取物對多藥耐藥蛋白的抑制作用有利于抗腫瘤藥物發揮其藥效。這將為研究半枝蓮及其提取物防止腫瘤的復發和多藥耐藥性發生奠定實驗基礎。

5 半枝蓮抗腫瘤其他機制研究

5.1影響腫瘤細胞中信號通路的表達

有學者研究顯示,半枝蓮通過上調PI3K/AKT依賴通路中Nrf2的表達,降低丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量,提高超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和谷胱甘肽(glutathione, GSH)水平,減輕氧化損傷,恢復線粒體功能障礙,抑制氧糖剝奪/再灌注(oxygen and glucose deprivation/reperfusion, OGD/R)損傷的大鼠腎上腺嗜鉻細胞瘤PC12細胞凋亡[36]。Zheng等[37]研究報道半枝蓮總黃酮以劑量依賴性的方式,可以通過抑制腫瘤源性甲狀旁腺激素相關蛋白(parathyroid hormone related protein, PtHrP)及其下游核因子-κB配體受體激活劑(receptor activator of NF-kB ligand, RANKL)/骨保護素(osteoprotegerin, OPG)的表達,抑制乳腺癌MDA-MB-231細胞遷移侵襲及骨轉移。

綜上所述,PI3K/AKT通路、NF-κB通路可能參與半枝蓮抗腫瘤作用機制,具體何種信號通路發揮主要作用與腫瘤細胞類型有關,具體研究何種信號通路也更有意義,因此仍需進一步挖掘和探索。

5.2抑制腫瘤細胞的癌癥干性特征

半枝蓮可以通過抑制SHH信號通路抑制胰腺癌干細胞CSC的自我更新,從而延長胰腺癌患者的總生存期[38]。半枝蓮提取物通過減弱SOX2/SMO/GLI1軸,抑制非小細胞肺癌(Non-small cell lung cancer, NSCLC)細胞的癌癥干性相關特征,抑制腫瘤細胞的生長[39]。

綜上所述,可從影響腫瘤干細胞生長的機制著手,探索半枝蓮作為臨床治療中的新型抗癌藥物,對進一步研發半枝蓮藥物提供了證據支持。

6 思考與展望

近年來,人們從動物實驗和臨床研究層面對半枝蓮的抗腫瘤作用進行了研究。然而,在研究中仍存在一些不足。首先,應進一步挖掘半枝蓮有效成分的抗腫瘤作用靶點,將傳統藥理活性與現代藥理學相結合,了解其潛在的作用機制。其次,半枝蓮抗腫瘤的分子機制,如轉錄組學、基因組學等方面的報道相對較少,這可能與中藥成分復雜、藥理活性成分檢測困難有關,其抗腫瘤作用及機制有待進一步研究和探索。第三,半枝蓮在臨床上常與半邊蓮、白花蛇舌草等中藥合用,應進一步研究半枝蓮與藥物的相互作用,以觀察聯合用藥的效果。第四,對半枝蓮中有發展前途的化合物或其他成分進行提取純化,采用現代先進技術擴大其應用范圍。因此,課題組認為半枝蓮是一種極具開發潛力的藥用資源,但其治療效果和研究價值有待于今后的實驗和臨床研究進一步探討和驗證,以期為開發和利用半枝蓮及其活性成分抗腫瘤提供理論和實驗依據。