王楠楠,李超宇,薛沁冰,陳 剛,綦 崢,2,3,于 淼,2,3*
1. 哈爾濱商業大學 藥物工程技術研究中心,黑龍江 哈爾濱 150076
2. 國家教育部抗腫瘤天然藥物工程研究中心,黑龍江 哈爾濱 150076
3. 黑龍江省腫瘤預防與抗腫瘤藥物研究重點實驗室,黑龍江 哈爾濱 150076
我國癌癥的發病率和死亡率仍在逐年增加。預計到2022 年末,我國大約有48.2 萬例新發癌癥病例及32.1 萬例癌癥死亡病例[1]。化療作為癌癥治療最廣泛的方法,仍然存在許多局限性,如毒副作用及耐藥性[2]。中藥因其安全性高和不良反應小,在臨床上已作為癌癥患者的輔助用藥。中藥多靶點、多途徑的特點,在腫瘤的發生、發展、侵襲及轉移等多個階段發揮療效。中藥抗腫瘤作用機制復雜,隨著中藥抗腫瘤作用的相關研究工作的不斷深入,非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA)逐漸成為中藥抗腫瘤機制研究的新靶點受到廣泛關注[3]。
ncRNA 是一類能夠產生調節基因表達和蛋白質功能的不編碼蛋白質,在基因組中旗布星峙,通常由RNA 聚合酶II 轉錄產生,是調節生物過程的關鍵因子,如分化、增殖、轉錄、轉錄后修飾、細胞凋亡等。根據其相對分子質量可大致分為小于200 個核苷酸的小ncRNA(microRNA,miRNA)和大于200 個核苷酸的長鏈ncRNA(long ncRNA,lncRNA)[4]。miRNA 是一個內源性(20~24 個核苷酸)ncRNA 家族,大多數癌癥的發病機制都與miRNA 的異常表達相關[5]。 研究表明miR-99b-5p/203a-3p可以負向調節胰島素樣生長因子1 受體表達,進而調控細胞周期蛋白D1(cyclin D1)、細胞周期蛋白依賴激酶4(cyclin dependent kinase 4,CDK4)和 B 淋巴細胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)等蛋白抑制胃癌[6]。lncRNA的功能失調與人類多種疾病有關,尤其是癌癥。研究發現,lncRNA 同源盒基因轉錄反義 RNA( homeobox gene transcript antisense intergenic RNA,HOTAIR)通過降低前列腺癌中的肝細胞黏附分子并抑制MAPK 信號傳導,促進前列腺癌的侵襲和轉移[7]。lncRNAH19在神經膠質瘤細胞中高度表達,下調miR-130,并顯著升高低氧誘導因子-1α 和血管內皮生長因子表達,促進神經膠質瘤細胞的血管生成及增殖[8]。2 種類型轉錄物的失調與腫瘤的發生、發展密切相關,并可能成為多種類型癌癥的生物標志物。中藥調控ncRNA 通過影響其下游信號因子和信號通路等途徑,發揮抗腫瘤作用,已成為癌癥治療的新方向。部分中藥活性成分已被證實可以通過調控ncRNA,抑制腫瘤的增殖、轉移和侵襲,誘導癌細胞凋亡,發揮抗癌作用。靶向調控ncRNA 將成為治療癌癥的潛在機制。
黃酮類、酚類、皂苷類等中藥有效成分可通過調控抑癌miRNA(如miR-874、miR-217等)影響腫瘤細胞內侵襲與凋亡相關信號通路及多藥耐藥基因,抑制腫瘤細胞侵襲遷移、過度增殖,逆轉腫瘤細胞耐藥。
丹參酮、黃芩苷、迷迭香酸等可上調胃癌、結腸癌和胰腺癌中抑癌基因miR-874、miR-217、miR-1225、miR-506,抑制癌細胞EMT,阻滯腫瘤侵襲與遷移。
丹參酮IIA是丹參SalviaeMiltiorrhizaeRadixetRhizoma中重要的脂溶性成分,具有抗腫瘤作用。Yuan 等[9]發現丹參酮IIA作用于胃癌細胞后,miR-874 的表達上調。使用免疫印跡法檢測Wnt 信號通路生物標志物,發現β-連環蛋白(β-catenin)、c-Myc 和cyclin D1 及EMT 相關蛋白波形蛋白(vimentin)、E-鈣黏蛋白(E-cadherin)表達顯著降低,但miR-874基因沉默可顯著逆轉其表達。表明丹參酮IIA可通過miR-874/β-catenin 信號通路抑制胃癌侵襲與遷移。
黃芩苷是從黃芩ScutellariaeRadix中分離出來的親脂性黃酮類化合物,是黃芩發揮抗腫瘤作用的主要成分[10]。黃芩苷可通過下調結腸癌細胞中miR-217的表達,促進Wnt 信號通路負調節因子Dikkopf 相關蛋白1 的表達,使信號通路β-catenin及c-Myc 表達降低,使結腸癌細胞侵襲與遷移受到抑制[11]。
迷迭香酸是一種天然水溶性多酚酸,具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤等藥理活性[12]。迷迭香酸可以使結直腸癌細胞中miR-1225-5p上調,防止結直腸癌細胞的遷移和侵襲;并降低N-cadherin 的表達,增加E-cadherin 的表達,使結直腸癌細胞侵襲與遷移相關基質金屬蛋白酶1(matrix metalloproteinase 1,MMP1)、MMP3、MMP9 被抑制[13]。Han 等[14]研究發現,在胰腺癌細胞中迷迭香酸可呈劑量相關性顯著提高miR-506的表達水平,同時降低MMP2 和MMP16 mRNA 和蛋白表達水平。加入miR-506抑制劑能夠減弱迷迭香酸對細胞侵襲遷移和EMT 的抑制作用,表明迷迭香酸可通過調節胰腺癌的miR-506/MMP2/MMP16 軸發揮抗腫瘤作用。
作為與EMT 息息相關的Wnt/β-catenin 信號通路是腫瘤細胞侵襲與遷移中重要的途徑之一。多種中藥有效成分通過調控腫瘤細胞中miR-874、miR-217等靶點抑制Wnt/β-catenin 信號通路及相關基質金屬蛋白酶,從而發揮阻礙EMT 作用,進而抑制腫瘤細胞遷移與侵襲。
松果菊苷、姜黃素、木犀草素、桔梗皂苷等中藥成分可促進多種抑癌miRNA(如miR-503、miR-99a、miR-324等)表達,誘導癌細胞凋亡。
松果菊苷是肉蓯蓉CistanchesHerba中的活性成分,具有良好的抗腫瘤作用。Li 等[15]發現松果菊苷對人肝癌Huh7 和HepG2 細胞的增殖具有抑制作用,且呈劑量和時間相關性。松果菊苷通過抑制轉化生長因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)/磷酸化胞內信號轉導蛋白(Smad)信號通路的激活,誘導細胞凋亡。松果菊苷能夠增加Huh7 和HepG2 細胞中miR-503-3p的表達,轉染miR-503-3p激活劑后,TGF-β1 的表達被降低;轉染miR-503-3p抑制劑后,TGF-β1 的表達升高。表明TGF-β1 是miR-503-3p的潛在靶基因,松果菊苷可通過miR-503-3p/TGF-β1/Smad 信號通路在肝癌中發揮抗腫瘤活性。
姜黃素是從姜黃CurcumaeLongaeRhizoma中提取的最有代表性的多酚成分[16]。Li 等[17]研究表明姜黃素可以增加視網膜母細胞瘤中miR-99a的表達并抑制Janus 激酶1(Janus kinases 1,JAK1)、轉錄激活因子 1(signal transducer and activator of transcription 1,STAT1)和STAT3 的磷酸化水平,而沉默miR-99a后姜黃素可抑制JAK/STAT 途徑的作用被逆轉。說明姜黃素通過上調miR-99a表達,激活JAK/STAT 信號通路,抑制視網膜母細胞瘤的增殖并誘導其凋亡。Zhao 等[18]研究發現,姜黃素類似物可通過上調肝癌細胞中miR-324-5p的表達,降低p-JAK2、JAK2 和p-STAT3、STAT3 水平,而轉染miR-324-5p抑制劑后,姜黃素類似物對JAK2/STAT3 信號通路影響減小,表明姜黃素類似物可通過上調miR-324-5p阻斷JAK2/STAT3 信號通路促進肝癌細胞凋亡。
木犀草素是結構為多羥基黃酮類的化合物,具有抑菌、抗氧化、抗腫瘤等多種藥理活性[19]。木犀草素可通過上調非小細胞肺癌中miR-133a-3p水平,從而降低miR-133a-3p靶向的富嘌呤元素結合蛋白B(purine-rich element binding protein B,PURB)的水平,抑制磷脂酰肌醇 3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)和蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)的蛋白表達。miR-133a-3p抑制劑能夠降低木犀草素對非小細胞肺癌抑制作用。沉默PURB 可促進非小細胞肺癌中miR-133a-3p的表達水平,同時逆轉miR-133a-3p抑制劑對非小細胞肺癌的增殖作用及對PI3K/Akt 的促進作用。表明木犀草素通過miR-133a-3p/PURB/PI3K/Akt 途徑加劇非小細胞肺癌凋亡[20]。
安五脂素是從肉豆蔻MyristicaeSemen中提取的一種木脂素類化合物。安五脂素可呈劑量相關性促進非小細胞癌細胞的凋亡,同時使miR-let-7c-3p的表達上調,導致miR-let-7c-3p的靶基因PIK3CA在細胞中的表達顯著降低,從而抑制PI3K 和Akt在細胞中的磷酸化。然而miR-let-7c-3p抑制劑可顯著增加PI3K/Akt 磷酸化,即激活PI3K/Akt 信號通路,表明安五脂素可以通過miR-let-7c-3p阻斷PI3K/Akt 信號軸來抑制膀胱癌的發展[21]。
姜黃素、木蘭花堿、莪術醇等中藥有效成分可以調控腫瘤細胞中抑癌基因miR-137、miR-409、miR-410、miR-181等發揮逆轉細胞耐藥作用。
姜黃素可以提高結腸癌對順鉑的敏感性,并通過誘導結腸癌細胞中的腫瘤抑制因子miR-137表達,減弱谷氨酰胺代謝,克服結腸癌對順鉑耐藥性[22]。Han 等[23]發現姜黃素可以降低結腸癌對奧沙利鉑的耐藥性,其機制為姜黃素下調結腸癌耐藥細胞中DNA 損傷修復基因核苷酸切除修復交叉互補組1(excision repair cross complement 1,ERCC1)、多藥耐藥基因(multi-drug resistant associate protein,MRP)、谷胱甘肽-S-轉移酶-π(glutathione-S-transfarase-π,GST-π)、P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)的mRNA 及蛋白表達量,同時增加ERCC1的上游基因miR-409-3p表達,從而增強奧沙利鉑對結腸癌細胞殺傷作用。
木蘭花堿是一種存在于木蘭科、小檗科、罌粟科的阿樸啡生物堿,在多種癌癥中發揮抗腫瘤活性[24]。在一項骨肉瘤的研究中,木蘭花堿可增加骨肉瘤細胞對順鉑的敏感性。研究表明木蘭花堿可顯著抑制高遷移率族蛋白 1(high mobility group box-1 protein,HMGB1)表達和巨噬細胞核轉錄因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)活化,并上調miR-410-3p表達水平。HMGB1 的過表達可促進NF-κB 活化并逆轉木蘭花堿對骨肉瘤細胞的順鉑敏感性。miR-410-3p抑制劑可消除木蘭花堿對骨肉瘤細胞中HMGB1 表達的影響。表明木蘭花堿通過調節miR-410-3p/HMGB1/NF-κB 通路抑制骨肉瘤細胞的惡性表型并增加骨肉瘤對順鉑的敏感性[25]。
莪術醇是莪術CurcumaeRhizoma中具有抗癌作用的雙環倍半萜類成分。Zeng 等[26]表明莪術醇通過激活三陰性乳腺癌阿霉素耐藥細胞中活化T 細胞核因子1(nuclear factor of activated T cell 1,NFAT1)的轉錄,促進抑癌基因miR-181b-2-3p的表達,并下調miR-181b-2-3p的直接靶標多藥耐藥基因ATP結合盒轉運蛋白3(ATP binding cassette transporter C3,ABCC3)。研究證實莪術醇可通過miR-181b-2-3p/ABCC3 信號軸促進三陰性乳腺癌細胞對阿霉素的敏感性。
中藥有效成分可調節結腸癌及乳腺癌、骨肉瘤細胞中抑癌miRNA 基因并通過下調多藥耐藥基因(MRP、HMGB1、ABCC3)及其編碼的P-gp 表達途徑,降低腫瘤耐藥性。中藥有效成分調節miRNA發揮抗腫瘤作用見表1。

表1 中藥有效成分調控miRNA 發揮抗癌作用機制Table 1 Antitumor mechanism of effective components of traditional Chinese medicine by regulating miRNA
中藥有效成分在調控miRNA的同時,對lncRNA同樣具有調控作用。中藥有效成分可通過調控H19、HOTAIR、肺腺癌轉移相關轉錄因子1(metastasisassociated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1)等lncRNA,抑制下游miRNA 及EMT 關鍵性蛋白,進而發揮抗腫瘤作用。
槲皮素、苦參堿、姜黃素、桔梗皂苷等可以通過下調在癌細胞中高表達的MALAT1、H19、X 染色體失活特異轉錄本(X-inactivation-specific transcript,XIST)等lncRNA,發揮抗腫瘤作用。
lncRNAMALAT1的編碼基因長為6.7 kb,位于染色體11q13.1 上,是最早被發現的lncRNA 之一。Lu 等[27]研究表明槲皮素可以通過下調MALAT1,增加EMT 蛋白標志物E-cadherin 表達,進而抑制EMT過程和PI3K/Akt 信號通路,阻止前列腺癌細胞的侵襲和遷移。Xiong 等[28]研究發現,氧化苦參堿可下調結直腸癌細胞中MALAT1的表達,導致E-cadherin蛋白表達顯著增加,同時下調vimentin 的表達,抑制EMT 進程。MALAT1的過表達逆轉氧化苦參堿抑制結直腸癌的侵襲和遷移。Yang 等[29]研究發現白藜蘆醇同樣可以降低胃癌細胞中MALAT1和vimentin的表達,并上調E-cadherin 蛋白表達,抑制人胃癌SGC7901 細胞的侵襲和轉移。表明白藜蘆醇可通過抑制胃癌細胞中MALAT1及EMT 來抑制細胞遷移和侵襲。
lncRNAH19基因位于染色體11p15.5 端粒區,在多種實體瘤包括乳腺癌、食道癌、膀胱癌和結直腸癌等中均表達過量。姜黃素可以抑制乳腺癌細胞中lncRNAH19,顯著降低間質標志物N-cadherin的表達水平,升高上皮標志物E-cadherin 的表達水平,阻礙EMT 進程,抑制對他莫昔芬耐藥乳腺癌細胞增殖及遷移[30]。Zhao 等[31]發現人參皂苷Rg3可呈劑量相關性負調節H19表達并通過下調N-cadherin 的表達,上調E-cadherin 的表達顯著降低卵巢癌細胞的集落形成、遷移和侵襲。此外,lncRNAH19在卵巢癌細胞中的過表達可逆轉人參皂苷Rg3對卵巢癌細胞的抑制作用。
lncRNAXIST基因定位于X 染色體失活中心,其異常表達可能是癌癥發生發展的機制之一[32]。Chen 等[33]研究表明桔梗皂苷D 通過下調lncRNAXIST并增加膀胱癌細胞中的miR-335水平,降低N-cadherin 和vimentin 的表達水平阻礙EMT,減少膀胱癌的在侵襲與遷移。
lncRNAHEIH在人肝癌HCC 細胞中首次被發現表達異常,又被稱為HCC 高表達lncRNA,其全長1681 bp,定位于染色體5q35.3,主要分布在細胞核及胞質中[34]。Xu 等[35]研究發現青藤堿可抑制膀胱癌中lncRNAHEIH的表達,進而抑制抗凋亡蛋白Bcl-2 的表達,升高Bcl-2 相關X 蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(cystein-asparate protease-3,Caspase-3)表達。
MALAT1在乳腺癌、肺癌等多種癌癥的進展中發揮促癌作用,是細胞凋亡過程中的關鍵調節因子。Li 等[36]證明黃芩苷能夠對抑制乳腺癌的生長。黃芩苷能夠抑制MALAT1的表達,并下調TGF-β1 的表達,最終通過MALAT1/TGF-β1 信號通路促進細胞凋亡。
lncRNAHOTAIR基因定位于人類12q13.13 染色體上,以反轉錄方式調控基因表達,HOTAIR對于腫瘤發生發展具有促進作用[37]。Pu 等[38]指出人參皂苷Rg3可下調肝癌細胞中HOTAIR的表達水平導致p-Akt、p-PI3K 的蛋白表達降低,抑制PI3K/Akt信號通路的激活,從而誘導細胞凋亡。
lncRNAXIST、鋅指E-盒結合同源異形盒1-反義鏈1(zinc fingerE-box binding homeobox 1-antisense 1,ZEB1-AS1)和FOXD2 鄰近相反鏈RNA 1(FOXD2 adjacent opposite strand RNA 1,
FOXD2-AS1)這幾類致癌基因在腫瘤耐藥細胞中被白術內酯II、熊果酸、莪術醇等中藥成分所抑制,增加腫瘤細胞的化學敏感性。
lncRNAXIST作為一種促癌基因,在各種腫瘤組織和細胞系中過表達,調控癌癥細胞的增殖、凋亡和耐藥等過程[39]。Zhang 等[40]研究發現白術內酯II 可以抑制lncRNAXIST的表達,降低其下游介質受體酪氨酸激酶樣孤兒受體(receptor tyrosine kinase-like orphan receptor 1,ROR1)的表達,從而提升結直腸癌細胞的化學敏感性。
ZEB1-AS1作為ZEB1 啟動子的非編碼反義轉錄本,是腫瘤發生發展的關鍵轉錄因子。同時,ZEB1-AS1在多種惡性腫瘤中過表達,被認為是促進腫瘤生長的lncRNA[41]。Lu 等[42]研究發現熊果酸可以減弱三陰性乳腺癌細胞對阿霉素的耐藥性,其機制為熊果酸下調ZEB1-AS1在阿霉素耐藥三陰性乳腺癌細胞中的表達,ZEB1-AS1作為競爭性內源性RNA 與miR-186-5p結合,抑制靶基因ABCC1的表達。表明熊果酸通過ZEB1-AS1/miR-186-5p/ABCC1 軸抑制阿霉素耐藥三陰性乳腺癌細胞的惡性表型。
lncRNA FOXD2-AS1 位于人類染色體1p33,長度2509 bp,于2015 年在肝癌研究中首次被發現。多項研究發現FOXD2-AS1 能夠促進腫瘤的發生發展并調控細胞增殖、藥物耐藥等惡性生物學行為[43]。莪術醇通過下調FOXD2-AS1,抑制膠質瘤細胞中致癌基因Zeste 同源物2 增強子(enhancer of zeste homologue 2,EZH2)與肝配蛋白B 受體3(ephrin type B receptor 3,EphB3)、p21、CDK 抑制因子1B啟動子的結合能力,阻礙EZH2 的激活,抑制膠質瘤細胞的增殖及替莫唑胺耐藥性[44]。
槲皮素、蟾蜍靈、人參皂苷等調控癌細胞中高表達的lncRNA 與抑癌miRNA 相互作用,阻滯腫瘤細胞生長。
MALAT1存在于乳腺癌、胃癌、肺癌等多種腫瘤細胞中并對腫瘤具有較高的特異性和靈敏度,是腫瘤診斷的有效生物標志物。Abdel-Latif 等[45]發現甲氧基化槲皮素糖苷可導致三陰性乳腺癌中腫瘤抑制因子TP53蛋白水平顯著升高,MALAT1作為TP53的上游基因表達顯著減少,同時上調TP53 下游miR-155和miR-146a的表達。另有研究表明,積雪草酸在非小細胞肺癌耐藥A549/DDP 細胞中下調MALAT1,上調miR-1297的表達,阻止A549/DDP細胞中的β-catenin 核轉位。最終通過調節MALAT1/miR-1297/β-catenin 信號傳導抑制A549/DDP 細胞增殖[46]。
HOTAIR存在多種癌癥中且與腫瘤生長、侵襲等有關[47]。在蟾蜍靈作用的人前列腺癌DU145 和PC3 細胞中HOTAIR 的水平以劑量相關性被降低,進一步實驗表明miR-520b表達水平與HOTAIR表達水平呈負相關。而成纖維生長因子受體1(fibroblast growth factor receptors 1,FGFR1)的mRNA 和蛋白水平與HOTAIR表達水平呈正相關。蟾蜍靈可通過下調HOTAIR表達促進miR-520b表達并下調FGFR1 表達,使腫瘤細胞增殖受到抑制[48]。Han等[49]指出飛燕草素能夠抑制乳腺癌細胞中HOTAIR的表達,同時增加miR-34a表達,并導致其下游蛋白c-Myc、cyclin D1 表達顯著降低,進而使乳腺癌細胞增殖被抑制。
H19在多種實體瘤中呈現高表達,包括卵巢癌、乳腺癌、食道癌、膀胱癌和結直腸癌等。Zheng 等[50]發現人參皂苷Rg3可阻斷卵巢癌細胞中H19對miR-324-5p的競爭性抑制,增強miR-324-5p對糖酵解同工酶丙酮酸激酶M2型蛋白(M2-type pyruvate kinase,PKM2)的抑制,從而抑制異常糖代謝瓦博格效應。表明人參皂苷Rg3通過H19/miR-324-5p/PKM2 途徑阻礙卵巢癌細胞增殖。
綜上,槲皮素、人參皂苷等以調節lncRNAmiRNA 軸的方式,下調HOTAIR、MALAT1 等致癌lncRNA 并負向調節抑癌miRNA(如miR-324、miR-34a等),發揮抗腫瘤作用,證實中藥多靶點、多效應的抗腫瘤作用機制,見表2。

表2 中藥有效成分調控lncRNA 發揮抗癌作用Table 2 Antitumor mechanism of effective components of traditional Chinese medicine by regulating lncRNA
在多種惡性腫瘤組織和腫瘤細胞株中存在著ncRNA 的表達失常,ncRNA 介導的EMT、信號通路失調是腫瘤侵襲和轉移的重要因素之一[51]。筆者以多酚、黃酮、皂苷及生物堿這幾類中藥活性成分為例,淺析中藥有效成分調控ncRNA 的抗腫瘤機制。多項研究表明,黃酮類、丹參酮成分可以調控不同的miRNA,通過Wnt/β-catenin 信號通路抑制腫瘤的侵襲與遷移。皂苷及黃酮類中藥活性成分分別調控miRNA 與lncRNA 通過阻斷PI3K/Akt 信號通路活性,發揮抗腫瘤作用。姜黃素及迷迭香酸等多酚類成分調節不同的lncRNA 及miRNA,直接或間接作用于vimentin、E-cadherin、N-cadherin等EMT相關蛋白。而槲皮素、生物堿類成分可以調控同種lncRNA MALAT1,通過阻滯EMT 過程、促進腫瘤抑制因子的表達等多種途徑誘導腫瘤細胞凋亡。
中藥有效成分能夠調控ncRNA 發揮抗腫瘤作用,主要包含抑制EMT,阻礙腫瘤細胞侵襲與遷移、誘導腫瘤細胞凋亡和逆轉腫瘤細胞耐藥等多種途徑。ncRNA 被中藥有效成分系統地靶向,產生表型影響,造成ncRNA 結構和表觀遺傳功能的破壞,從而開發出靶向ncRNA 的抗腫瘤藥物。這將為中藥抗腫瘤藥物研發提供新思路,為現代中醫藥發展提供新方向。
利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突