白術內酯抗惡性腫瘤研究進展

王 倩

南京中醫藥大學科技實驗中心，江蘇省南京市 210046

眾所周知，癌癥已是全球主要死亡原因之一。當前治療癌癥的主要手段仍然是手術、放療和化療藥物干預。癌癥因其具有顯著的復發和轉移特性，因此相較于其他類疾病，癌癥在治療上又增加了難度。因此，找到能夠消滅癌細胞的方法仍然是目前需要研究人員攻克的一道難題。白術是一種廣泛應用于胃腸道疾病、癌癥、骨質疏松癥、阿爾茨海默病等疾病的中藥，白術內酯是從白術中分離出來具有顯著藥理活性的天然化合物，包括白術內酯Ⅰ、白術內酯Ⅱ和白術內酯Ⅲ[1]。回顧近20年來對白術內酯的藥理研究報道，發現白術內酯Ⅰ和白術內酯Ⅱ具有明顯抗腫瘤作用。白術內酯Ⅲ的抗腫瘤活性研究報道較少，這些差異可能歸因于白術內酯類成分結構的差異。然而，從目前研究結果可以看出，很多研究都僅處于細胞實驗階段。因此，繼續開展動物實驗甚至臨床試驗研究來進一步闡明白術內酯的抗癌效果非常有必要。

1 白術內酯Ⅰ抗惡性腫瘤作用

1.1 誘導腫瘤細胞凋亡 半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)家族成員在細胞凋亡的啟動和執行中發揮重要作用。研究發現白術內酯Ⅰ通過切割Caspase-3和Caspase-9前體從而促進Caspase-3和Caspase-9的激活，誘導癌細胞凋亡從而抑制白血病細胞的增殖和生長[2]。白血病是惡性程度較高的腫瘤，臨床治療難度較大且有效治療藥物種類較為局限，因此白術內酯Ⅰ的抗白血病作用值得進一步研究。除此之外，近年來研究發現，白術內酯Ⅰ通過抑制動力學相關蛋白1(Drp1)介導的線粒體裂變，顯著降低人結腸癌細胞系HCT116和SW480細胞活力并誘導其凋亡[3]。

非受體型酪氨酸蛋白激酶2(JAK2)/信號轉導和轉錄激活因子3(STAT3)通路的激活在一些實體腫瘤的致癌過程中發揮了關鍵作用，包括促進癌細胞增殖、分化和血管生成。Fu等人[4]研究發現，白術內酯Ⅰ通過抑制JAK2和STAT3的蛋白表達水平進而下調STAT3靶向基因B細胞淋巴瘤的表達，最終誘導人黑色素瘤細胞A375、Hs294T和SK-MEL-5細胞凋亡。除此之外，白術內酯Ⅰ通過增加Caspase-3、Caspase-9的蛋白水平抑制裸鼠A549肺癌異種移植細胞的生長。白術內酯Ⅰ對A549肺癌細胞具有顯著的抗腫瘤活性，其作用機制可能是白術內酯Ⅰ通過線粒體介導的途徑來誘導癌細胞凋亡[5]。因此，白術內酯Ⅰ可能是一種潛在的細胞凋亡誘導因子，可視為未來治療肺癌的候選藥物之一。但其安全性評價和完整機制的闡明還需要更多的實驗研究來進一步確證。

1.2 抑制腫瘤細胞增殖 Notch是一類由四個高度保守的跨膜受體組成的基因家族。Notch1是與多種癌癥有關的Notch家族一員。白術內酯Ⅰ通過滅活Notch1來減弱胃癌干細胞的特性導致其下游靶點轉錄因子的體外表達減少，從而抑制胃癌細胞增殖。Liu等人[6]通過測定胃癌患者血清中細胞因子和蛋白水解誘導因子(PIF)水平來評估白術內酯Ⅰ治療胃癌惡病質的療效。治療3周后，白術內酯Ⅰ能顯著降低胃癌患者血清細胞因子水平并使其趨于正常。治療7周后，白術內酯Ⅰ明顯降低胃癌患者PIF的陽性率。由此可見，白術內酯Ⅰ在改善食欲和降低PIF陽性率方面優勢明顯。初步結果提示白術內酯Ⅰ可能有助于緩解癥狀、調節細胞因子和抑制胃癌惡病質PIF蛋白水解。

正常情況下，磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路參與正常細胞代謝的重要信號通路之一。然而在許多人類癌癥中，其異常激活可導致癌細胞產生化療耐藥性和促進癌細胞轉移。白術內酯Ⅰ通過下調AKT/mTOR通路相關蛋白的磷酸化水平，進而有效抑制AKT/mTOR信號通路活化，最終抑制結直腸癌細胞的增殖[7]。Zhang等人[8]將小鼠C26結腸腺癌細胞接種于雄性BALB/c小鼠從而誘導癌癥惡病質體征，包括顯著的體重減輕、腫瘤生長、肌肉萎縮、脂肪脂解、脾臟和胸腺萎縮。白術內酯Ⅰ通過減輕肌肉、脂肪、脾臟和胸腺的萎縮，改善了結腸癌小鼠的惡病質和脾虛癥狀。實驗研究證實，白術內酯Ⅰ在體內和體外均具有抗膀胱癌作用。白術內酯Ⅰ通過誘導膀胱癌細胞線粒體凋亡從而降低膀胱癌細胞增殖速率，另外白術內酯Ⅰ顯著抑制膀胱癌小鼠腫瘤生長并對正常小鼠無明顯的毒性[9]。

細胞外調節蛋白激酶(ERK)/糖原合酶激酶3β(GSK3β)信號通路在腫瘤疾病的發生發展中起到關鍵作用，與腫瘤的化療耐藥性相關的重要信號通路之一，目前被視為腫瘤治療過程中的一個重要環節。Ye等[10]研究發現，白術內酯Ⅰ通過抑制ERK/GSK3β信號通路，進而誘導黑色素瘤細胞的細胞周期阻滯，最終發揮抗腫瘤的作用。主要表現在白術內酯Ⅰ處理黑色素瘤細胞48h，導致細胞周期從G1期到S期的劑量依賴性延遲。白術內酯Ⅰ不僅通過抑制3-磷酸肌醇依賴性激酶-1(PDK1)，還通過抑制同源盒轉錄反義RNA(HOTAIR)來抑制肺癌細胞的生長從而導致下游效應子組蛋白甲基化轉移酶(EZH2)的表達減少。重要的是，白術內酯Ⅰ和厄洛替尼聯合顯示出協同作用。因此，白術內酯Ⅰ和厄洛替尼結合靶向PDK1和HOTAIR介導的下游分子EZH2可能有助于開發一種治療肺癌的新策略。

1.3 抑制腫瘤細胞侵襲和遷移 白術內酯Ⅰ抑制黑色素瘤遷移。其作用機制可能是白術內酯Ⅰ抑制JAK2和STAT3磷酸化水平，從而下調了STAT3的靶向基因基質金屬蛋白酶2(MMP-2)和基質金屬蛋白酶9(MMP-9)的mRNA表達水平[11]。這些結果表明，白術內酯I抗黑色素瘤作用是通過抑制JAK2/STAT3信號通路來實現的。Long等人[12]研究表明，白術內酯Ⅰ通過下調Toll樣受體4(TLR4)介導的核轉錄因子-κB(NF-κB)信號通路，降低NF-κB調控的乳腺癌細胞因子水平，從而抑制乳腺癌細胞的遷移和侵襲。

Tang等人[13]研究發現，結直腸腫瘤細胞外囊泡攜帶致癌基因，并作為信使，使轉移特性水平轉移到結直腸癌干細胞，從而激活PI3K/Akt/mTOR信號通路增強其細胞活性，并維持侵襲能力。白術內酯Ⅰ通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路，阻礙細胞外囊泡攝取，有效損害結直腸癌干細胞的功能，阻斷細胞間通訊和轉移特性交換。此研究證實白術內酯Ⅰ具有抑制結直腸癌細胞的轉移和侵襲能力的特性。

2 白術內酯Ⅱ抗腫瘤活性

2.1 誘導腫瘤細胞凋亡 白術內酯Ⅱ在前列腺癌細胞中誘導的細胞凋亡過程均與其抑制雄激素受體的能力有關，并且通過抑制JAK2/STAT3信號通路來實現[14]。此研究表明，白術內酯Ⅱ作為一種治療前列腺癌的有效藥物具有良好的抗腫瘤作用和潛在的藥理應用價值。體外研究結果發現，白術內酯Ⅱ可通過線粒體介導的途徑顯著誘導大腸癌Lovo細胞凋亡，包括促進大腸癌細胞聚腺苷酸二磷酸核糖轉移酶-1(PARP1)的裂解，激活Caspase-3的表達，誘導大腸癌細胞凋亡的產生[15]。

2.2 抑制腫瘤細胞增殖 白術內酯Ⅱ不僅能抑制結直腸癌細胞增殖和活力，而且還能顯著增強結直腸癌細胞的化療敏感性，提高結直腸癌的化療療效[16]。因此臨床可以考慮將白術內酯Ⅱ與其他化療藥物聯用，從而增強其化療效果。Fu等[17]研究發現，白術內酯Ⅱ劑量依賴性和時間依賴性抑制小鼠B16和人A375黑色素瘤細胞增殖。顯著抑制小鼠皮下B16異種移植瘤的生長，也能有效地抑制黑色素瘤細胞中STAT3激活，從而抑制腫瘤細胞增殖。

2.3 抑制腫瘤細胞侵襲和遷移 白術內酯Ⅱ通過抑制JAK2/STAT3信號通路，抑制參與多種癌癥侵襲和轉移的基質金屬肽酶MMP-2和MMP-9的遷移，抑制小鼠B16和人A375黑色素瘤細胞的遷移[17]。除此之外，白術內酯Ⅱ還可以通過其他機制發揮抗腫瘤作用。白術內酯Ⅱ在體內和體外兩種情況下對乳腺腫瘤的發生有一定的保護作用[18]。白術內酯Ⅱ顯著提高了乳腺癌上皮細胞MCF 10A細胞核因子E2相關因子(Nrf2)的表達、核易位及其下游解毒酶的表達，從而降低17β-雌二醇誘導的乳腺癌上皮細胞MCF 10A的惡性轉化。更重要的是，白術內酯Ⅱ顯著降低了N-亞硝基-N-甲基脲誘導的大鼠乳腺組織的腫瘤發生率、多樣性和體積。因此，白術內酯Ⅱ可考慮作為一種新型乳腺癌化學預防藥物。

3 白術內酯Ⅲ的抗腫瘤活性

相對于白術內酯I和白術內酯Ⅱ，只有少數研究表明白術內酯Ⅲ具有抗癌作用。Zhang等[19]研究發現，白術內酯Ⅲ通過上調體內結腸癌腫瘤組織中Caspase-3的表達，下調B淋巴細胞瘤基因-2(Bcl-2)的表達，誘導細胞凋亡，顯著抑制人結腸癌裸鼠移植瘤生長。除此之外，體外研究發現白術內酯Ⅲ以劑量依賴的方式抑制人肝癌細胞的生長、遷移和侵襲并且誘導人肝癌細胞凋亡[20]。

4 討論

通過以上分析，白術內酯通過調控JAK2/STAT3、PI3K/AKT/mTOR、TLR4/NF-κB和Nrf2-ARE等信號通路及其相關蛋白的表達，誘導惡性腫瘤細胞凋亡，抑制增殖、遷移以及侵襲。白術內酯Ⅰ和白術內酯Ⅱ在抗腫瘤作用上有許多相似之處，涉及線粒體介導的凋亡以及對PI3K/AKT和JAK2/STAT3信號通路的抑制。然而，這兩種化合物的抗癌活性是不同，白術內酯Ⅰ誘導癌細胞分化，阻斷免疫抑制。而白術內酯Ⅱ降低了癌細胞對化療藥物的耐藥性。因此白術內酯Ⅰ和白術內酯Ⅱ在治療癌癥方面都有優勢。在三種白術內酯中，只有白術內酯Ⅰ能誘導白血病細胞凋亡，說明白術內酯Ⅰ和白術內酯Ⅱ在治療癌癥方面各有優勢。雖然過去很少有研究表明白術內酯Ⅲ是一種具有開發價值的抗癌藥物，但是近兩年相繼也有報道白術內酯Ⅲ具有抗肝癌以及結直腸癌的藥理作用。因此，對于白術內酯Ⅲ的抗癌活性研究還需進一步探討。白術內酯Ⅰ與白術內酯Ⅱ聯合使用可能比單獨使用其中任何一種藥物獲得更好的抗癌效果。然而，目前對這些藥物的抗癌效果的研究還存在不足，這項研究大多是在細胞水平上進行。因此，白術內酯Ⅰ和白術內酯Ⅱ的抗癌價值以及兩者的協同抗癌作用還需要進一步的體內實驗。

除此之外，白術內酯的安全性也很重要。雖然少數細胞實驗表明白術內酯類成分具有細胞毒性，但目前尚無臨床使用的副作用報道。雖然白術內酯Ⅰ對原代培養的大鼠胃黏膜細胞有較強的毒性，而白術內酯Ⅱ和Ⅲ則無明顯毒性。但是，目前尚不清楚細胞實驗中確定毒性劑量是否表明白術內酯對人體也有副作用。更值得注意的是，白術內酯對代謝酶的影響是其最大的安全隱患。體外研究發現，白術內酯對藥物代謝酶UDP-葡萄糖醛基轉移酶2B7(UGT2B7)具有明顯的抑制作用，而且白術內酯Ⅰ和白術內酯Ⅲ表現出特異性抑制作用[21]。由于許多藥物是經UGT2B7代謝的，因此應避免白術內酯和這些藥物同時使用。如果白術內酯與其他藥物聯合使用，進一步的藥理學和藥代動力學研究是非常有必要的。簡而言之，通過回顧過去20年來研究發現的白術內酯的抗惡性腫瘤作用，認為白術內酯具有顯著的抗癌活性和巨大的開發潛力。今后，可以對白術內酯的抗癌作用機制進行廣泛且深入的研究，并進行后續臨床試驗，進一步探索其治療效果。