百里醌的抗癌作用及其機制的研究進展

滕佳佳,沈寒春,趙 甜,鄧敏艷,劉 岸

(湖南理工學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,湖南 岳陽 414006)

0 引言

惡性腫瘤是人類最為嚴重的疾病之一[1,2].目前,在癌癥治療方面,通常選用手術(shù)、放療和化療等方法進行治療,但這些方法有易產(chǎn)生耐藥性、毒副作用大、治療后期并發(fā)癥多等缺點.以天然植物為來源的抗癌藥物具有良好的抗癌效應(yīng),且毒副作用小,具有顯著優(yōu)勢[3～5].

百里醌(Thymoquinone,TQ)作為黑種草籽的有效成分,在阿拉伯、東南亞、南亞及一些非洲國家中被廣泛應(yīng)用于臨床.研究發(fā)現(xiàn)TQ 具有降血糖、降壓、抗菌、止痛、免疫調(diào)節(jié)、抗炎、解攣及抗氧化等作用[6～8],進一步研究發(fā)現(xiàn),TQ 還可有效抑制胰腺癌[9]、前列腺癌[10]和大腸癌[11]等多種癌細胞的惡性生物學(xué)行為.本文綜述近5 年來TQ 的藥理學(xué)進展,著重闡述其抗癌活性及作用機制.

1 TQ 的生物利用度

2 TQ 對炎癥的作用

炎癥是機體對于刺激的一種防御反應(yīng),起保護作用,但當(dāng)炎癥反應(yīng)不受自然生理過程的控制時,它可能會引起炎癥性疾病.通常對這類疾病的治療藥物分為甾體類抗炎藥和非甾體類抗炎藥,但長期使用可能會導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生.在一種印度傳統(tǒng)藥物制劑中發(fā)現(xiàn)TQ 對炎癥具有一定的作用.據(jù)報道,TQ 能抑制花生四烯酸代謝的環(huán)氧合酶(cyclooxygenase,COX)和5-脂氧合酶(lipoxygenase,5-LOX)途徑.這些酶是炎癥途徑中的主要因子,通過表達為不同的炎性細胞因子發(fā)揮作用,導(dǎo)致中性粒細胞、巨噬細胞的浸潤和氧化應(yīng)激反應(yīng)的產(chǎn)生,最終導(dǎo)致組織損傷[18].TQ 具有抑制巨噬細胞產(chǎn)生一氧化氮的作用,證明其具有抗炎作用.許多細胞因子,如腫瘤壞死因子α (tumor necrosis factor,TNF-α)、白細胞介素-1(interleukin,IL-1)、IL-2、IL-6 和IL-10,都在炎癥中起重要作用.其中TNF-α 和IL-1 對其他促炎細胞因子(IL-6 和IL-8)、活性氧/氮(ROS/RNS)和脂質(zhì)介質(zhì)的過度表達起著重要作用,這些細胞因子可能導(dǎo)致敗血癥患者的器官衰竭.采用TQ 治療敗血癥時,這些細胞因子的水平會被調(diào)節(jié).TQ 也能在膿毒癥期間抑制促炎細胞因子的產(chǎn)生,從而減少炎癥細胞的浸潤,并對組織和器官的損傷起保護作用[19].

3 TQ 的抗癌作用

TQ 作為一種天然藥物,其對惡性腫瘤的治療作用在現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的開發(fā)下不斷地被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用,主要通過誘導(dǎo)細胞凋亡、細胞周期阻滯作用、抑制血管生成、抑制腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移,發(fā)揮治療作用.

3.1 誘導(dǎo)細胞凋亡作用及機制

細胞凋亡是一種自身可控的程序性死亡,是對生理或病理變化的反應(yīng),目的是消除死亡、病變或老化的細胞.現(xiàn)有研究顯示,TQ 可誘導(dǎo)宮頸癌(SiHa 和C33A)、白血病(HL60)、胃癌(HGC-27)、卵巢癌(SKOV3)、前列腺癌(DU-145)、乳腺癌(T47D)和肺癌(A549 和H1299)等細胞系的細胞發(fā)生凋亡[20～24].

3.1.1 誘導(dǎo)細胞凋亡的途徑

控制細胞凋亡主要有兩種途徑: 一是由Bcl 蛋白類調(diào)控的內(nèi)在途徑/線粒體途徑.在這一途徑中,線粒體膜通透性因各種刺激觸發(fā)而增加,從而釋放凋亡基因?qū)е录毎て屏押途€粒體功能障礙.這種功能障礙激活各種凋亡蛋白酶,例如可被上游的始動子激活的caspase-3.在治療動物脊椎損傷的實驗中發(fā)現(xiàn),TQ可通過PPAR-γ 和PI3K/Akt 通路降低caspase-3 和caspase-9 的活性,促使細胞凋亡[25].

第二種途徑可表述為P53 的細胞依賴性途徑參與細胞凋亡過程,而TQ 可直接或間接對P53 信號通路進行調(diào)控,從而誘導(dǎo)細胞凋亡.研究表明,TQ 呈濃度依賴性誘導(dǎo)細胞凋亡,包括P53 的升高及Bcl-2 的下調(diào),研究還顯示了TQ 誘導(dǎo)細胞凋亡的多種途徑,如Jak-STAT、Akt、Notch、ERK-JNK 和NF-κB.

3.1.2 TQ 誘導(dǎo)細胞凋亡的作用

南國的戲劇運動現(xiàn)在應(yīng)該向他第二個階段了。他曾允許降到民眾的低地把民眾引向藝術(shù)的殿堂，但第一期的運動中他還不免有些在藝術(shù)的殿堂中徘徊瞻顧。現(xiàn)在請許他發(fā)表第一期第二次的劇目，這些雖然是第一期運動的完成但已可以看見向第二期的推進了。[27]259

TQ 誘導(dǎo)細胞凋亡的作用可表現(xiàn)為引起細胞損傷且無法修復(fù),例如,在TQ 對膠質(zhì)母細胞瘤細胞的影響的實驗研究中發(fā)現(xiàn),TQ 通過Bax 蛋白和細胞色素c 蛋白水平的升高誘導(dǎo)細胞凋亡.同時,在有關(guān)人結(jié)腸癌細胞HCT116 的治療中發(fā)現(xiàn),TQ 對P53 和P21 蛋白水平有升高作用且對抗凋亡蛋白Bcl-2 的表達具有抑制作用[26].

此外,TQ 不僅對人臍靜脈內(nèi)皮細胞系(human umbilical vein endothelical cells,HUVCEs)細胞凋亡具有一定的調(diào)控作用,還為防治動脈粥樣硬化提供了新思路.具體表現(xiàn)為在有關(guān)HUVECs 細胞研究中發(fā)現(xiàn),TQ 可抑制Akt/mTOR 信號通路和上調(diào)Beclin1 蛋白激活引起自噬,從而促使Bcl-2 蛋白表達被抑制發(fā)生凋亡,并降低過氧化氫所導(dǎo)致的HUVECs 細胞凋亡.TQ 作用膿毒癥大鼠后,可激活SIRT1/STAT3 通路從而對大鼠肝損傷和糖代謝紊亂發(fā)揮保護作用,這表明TQ可作為一種潛在治療由膿毒血癥導(dǎo)致肝功能損害和糖代謝紊亂的藥物[27].

3.2 細胞周期阻滯作用及其機制

真核生物的細胞周期分為: 間期與分裂期M 及G0期.細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinase,CDK)在所有真核生物中起著至關(guān)重要的作用[28],CDK 同時控制細胞周期的G1/S 轉(zhuǎn)換和G2/M 轉(zhuǎn)換.在腫瘤細胞中,CDK 能夠使細胞從靜止期(G0)向細胞周期前進的機制發(fā)生改變.在對人類多個黑色素瘤細胞的實驗中發(fā)現(xiàn): TQ 對G1期和凋亡期的惡性腫瘤細胞的增殖、聚集有抑制作用,能同時抑制c-SrC 和JAK2 刺激[29].

在TQ 治療24 h 內(nèi),所有類型的乳腺癌細胞在第一個G1細胞周期階段均有增加;48 h 內(nèi),G1期細胞停止合成細胞所需物質(zhì),細胞凋亡[30].XU 等在其研究中也發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)果,通過激活P21 細胞對乳腺癌細胞的G1期產(chǎn)生周期阻滯作用[31].Wirres 等在體外觀察TQ 對HCT116、HCT116p53-/-結(jié)腸癌和HepG2肝癌細胞增殖、凋亡及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的影響,發(fā)現(xiàn)HCT116 細胞對TQ 處理最敏感(10 μmol/L),在處理72 h 和96 h 后誘導(dǎo)S/G2期細胞周期分布的改變[32].同時,TQ 可激活PI3K/Akt 和NF-κB,使膽管癌細胞產(chǎn)生G2/M 期阻滯[31].許多研究證明TQ 可通過誘導(dǎo)惡性腫瘤細胞周期阻滯來發(fā)揮抗腫瘤作用.

3.3 抗腫瘤血管生成作用及其機制

血管的生成能為腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移提供氧氣和營養(yǎng),因此抑制腫瘤血管的生成,能夠?qū)δ[瘤的治療起到一定程度上的幫助.影響血管生成的因素主要有: 成纖維細胞生長因子(aFGF 和bFGF)、轉(zhuǎn)化生長因子、肝細胞生長因子(hepatorcyte growth factor,HGF)、腫瘤細胞壞死因子、血管生成素、IL-8.在這些因素中,促進血管生成的最重要因素之一是血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)[28].

在人類前列腺癌(PC3)和骨肉瘤細胞(SaOS-2)移植瘤模型的裸鼠實驗中發(fā)現(xiàn),TQ 能降低腫瘤血管的形成,在骨肉瘤中,它能抑制VEGF 的形成.在同一實驗中還證明了TQ 可作用于NF-κB 及其下游分子發(fā)揮其抗血管生成作用,通過抑制HUVES 分化為管狀結(jié)構(gòu),降低內(nèi)皮細胞的成管能力[33].此外,由VEGF 誘導(dǎo)的細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated,ERK)的活化、人工基地膜上管腔的形成和內(nèi)皮細胞的增殖活性都能被TQ 抑制,同時表現(xiàn)為劑量依賴性遞減[34].小劑量的TQ 作用于內(nèi)皮細胞24 h 后,可使被剪切的caspase-3 水平上調(diào),抑制Akt 和ERK 磷酸化,從而使體內(nèi)外乳腺癌血管的生長被抑制[35].

3.4 腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移抑制作用

3.4.1 對乳腺癌的作用

TQ 通過不同信號通路和靶標發(fā)揮抗腫瘤抑制作用.通過TQ 對真核細胞延伸因子-2 激酶(eEF-2K)表達影響的研究,發(fā)現(xiàn)其通過NF-κB/miR-603/eFF-2K 信號軸抑制三陰性乳腺癌細胞增殖、遷移、侵襲和腫瘤生長.與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子EMT-TFs 可被TQ 影響,并與其他細胞有協(xié)同作用,例如miR-34a,抑制乳腺癌細胞的侵襲、轉(zhuǎn)移[36].

3.4.2 對宮頸癌的作用

在調(diào)節(jié)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)蛋白和腫瘤轉(zhuǎn)移的實驗中,TQ 對限制宮頸癌細胞的遷徙及入侵表現(xiàn)為時間和劑量依賴性.TQ 限制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的誘導(dǎo)因子Twist1、Zeb1 的表達并使E-Cadherin 的表達上調(diào),因此,涵蓋這兩種誘導(dǎo)因子的信號通路可被TQ 所抑制,從而發(fā)揮抗侵襲轉(zhuǎn)移作用[37].

3.4.3 對腎癌的作用

一項對腎癌的研究確定了TQ 對限制癌細胞遷移和侵襲的有效性,證實了其對人腎癌769-P 和786-O細胞系遷移和侵襲的抑制能力.實驗結(jié)果表明,TQ 能增強E-cadherin 的表達,下調(diào)Snail、ZEB1 和vimentin的mRNA 和蛋白水平,并呈劑量依賴性.它還上調(diào)肝激酶B1(LKB1)和AMP 活化蛋白激酶(AMPK)的磷酸化水平[38].張玉嬌等在人腎癌786-O 和ACHN 細胞系的實驗中發(fā)現(xiàn),信號通路AMPK/mTOR 可以被TQ誘導(dǎo)產(chǎn)生自噬,以此抑制腎癌的癌細胞轉(zhuǎn)移[39].

3.4.4 對膠質(zhì)母細胞瘤的作用

人類膠質(zhì)母細胞瘤相關(guān)細胞U-87 和CCF-STTG1 細胞可與TQ 發(fā)生反應(yīng),促使焦點黏附激酶(focal adhesion kinase,FAK)的急劇下降,其原因為TQ 對ERK 磷酸化、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP-2 和MMP-9)的分泌具有抑制作用[40].

3.4.5 對其他癌癥的作用

用TQ 對肺癌A549 細胞進行傷口愈合實驗和Transwell 侵襲實驗表明,細胞遷移和侵襲抑制均呈現(xiàn)出時間依賴性.此外,在對黑色素瘤進行預(yù)防和轉(zhuǎn)移的相關(guān)實驗中發(fā)現(xiàn)TQ 可以作用于靶點NLRP3 炎性小體.同時,可通過使用TQ 降低COX-2 的表達這一方法來防止結(jié)腸癌腫瘤細胞發(fā)生轉(zhuǎn)移.還有研究顯示TQ 能降低雄激素受體剪接突變體7(androgen receptor splice variant-7,AR-V7)的蛋白水平,有望作為前列腺癌治療的候選靶標[41].表1 簡要總結(jié)了TQ 的抗癌作用.

表1 TQ 的抗癌作用

4 TQ 與其他藥物聯(lián)合使用

針對HL-60 細胞系和具有耐藥性的MCF-7/TOPO 腫瘤細胞,TQ 與化療藥物阿奇霉素的聯(lián)合用藥能提高抗癌活性,抗癌效果明顯[2].與另一種化療治療藥物順鉑(CDDP)聯(lián)合使用時,不同劑量的TQ 與CDDP聯(lián)用對提高肺癌NCI-H146 細胞系細胞增殖抑制率都有較好治療效果[42,43].其聯(lián)用也能對胃癌起抗癌作用,其作用機制表現(xiàn)為抑制PI3K/AKT 信號的傳導(dǎo)途徑從而激活線粒體途徑,同時通過PTEN 基因的上調(diào)、P-糖蛋白的下調(diào)來完成這一過程[44].對乳腺癌細胞系(T47D)的研究顯示,TQ 與吉西他濱聯(lián)合使用或單獨使用,均對癌細胞具有凋亡作用[29].此外,對惡性膠質(zhì)母細胞(U87MG)的研究發(fā)現(xiàn),TQ 與TMZ 協(xié)同作用能抑制膠質(zhì)瘤惡性腫瘤所需的MMP-2 和MMP-9 的表達[40].一系列惡性腫瘤的研究均發(fā)現(xiàn),部分臨床上使用的抗癌化療藥物與TQ 聯(lián)用能夠起到協(xié)同作用,對原有化療藥物的治療效果有一定的提升,并能降低藥物的毒副作用和耐藥性.

5 結(jié)束語

許多天然藥物及其化合物還未被用于藥理學(xué)研究.通過本篇綜述可以發(fā)現(xiàn),TQ 作為一種天然藥物在體內(nèi)體外都已有許多應(yīng)用,具有巨大的潛力,對于炎癥和惡性腫瘤的治療有良好的作用.但仍有一些作用機制尚未明確,需要進一步的研究及臨床實驗.