苦參堿抗腫瘤作用機製研究進展
綜述
作者:郭林豐 童姍姍 餘江南 徐希明
[摘要] 苦參堿是中藥苦參、山豆根、苦豆子的主要活性成分之一。近年來,苦參堿的抗腫瘤活性受到廣泛關注。研究表明苦參堿通過誘導細胞凋亡、細胞周期阻滯、誘導細胞自噬、抑製腫瘤細胞轉移和侵襲、抑製血管生成、抑製NF-κB表達等多途徑發揮抗腫瘤作用,並能與化療藥物協同作用。隨著苦參堿抗腫瘤作用機製的進一步闡明,其在腫瘤臨床治療中將具有廣闊的開發應用前景。
[關鍵詞] 苦參堿;抗腫瘤;作用機製
苦參堿(matrine)是一個四環的喹嗪啶類生物堿,並廣泛存在於豆科植物苦參[1]、山豆根[2]和苦豆子[3]中。苦參堿具有廣泛的藥理作用,如抗炎[4]、抗肝纖維化[5]、鎮痛[6]和抗心律失常[7]等,苦參堿製劑毒副作用較低,因此有著廣泛的應用。目前臨床上使用的苦參堿製劑主要有用於靜脈滴注的苦參堿滴注液、治療慢性乙型肝炎的苦參堿膠囊和苦參堿片、止瀉藥鞣酸苦參堿膠囊、腫瘤輔助治療的苦參堿注射液斯巴德康等。近年來苦參堿的抗腫瘤活性引起了學者的極大關注,本文就苦參堿抗腫瘤作用及其分子機製的研究進展進行綜述。
1 誘導腫瘤細胞凋亡
細胞凋亡(programmed cell death,PCD)與腫瘤的發生、發展、轉移過程密切相關。細胞凋亡是一個涉及多基因參與的過程,細胞凋亡的啟動有2種途徑,死亡受體途徑和線粒體途徑。死亡受體途徑涉及誘導死亡受體激活的配體,包括FAS/FASL和TNF/TNFR,誘導caspase-8激活,隨後激活caspase-3,激活的caspase-3引起DNA的裂解導致細胞凋亡。苦參堿能上調TNF/TNFR基因家族中14個成員和絕大多數caspase基因家族的成員的表達,表明苦參堿誘導神經膠質瘤C6細胞凋亡可能涉及死亡受體途徑。Dai等[8]研究發現,苦參堿抑製胃癌SGC-7901細胞增殖,FAS/FASL的表達與細胞凋亡率成正相關,並且caspase-3活性與細胞凋亡率也成正相關。這些證據顯示,苦參堿可能通過調節FAS/FASL的表達和caspase-3活性來促進胃癌細胞凋亡。
線粒體凋亡途徑是通過線粒體被誘導釋放細胞色素C,細胞色素C是APAF-1和caspase-9的結合體,激活的caspase-9可以進一步激活caspase-3,隨後促進細胞凋亡。在線粒體凋亡途徑中,蛋白Bcl-2和Bax的功能是調控細胞增殖、分化和程序性死亡。抗凋亡蛋白Bcl-2可保護線粒體外膜的完整性,防止細胞色素C釋放。與之相對應的,促凋亡蛋白Bax則促進細胞色素C的釋放。苦參堿能下調Bcl-2表達和上調Bax表達,改變Bcl-2/Bax的比值而誘導細胞凋亡[9]。Han等報道[10],苦參堿可以抑製人類骨髓瘤細胞的增殖,其作用機製是苦參堿通過調節Bcl-2/Bax比值下降,誘導線粒體釋放細胞色素C,激活caspase-3的線粒體凋亡途徑來誘導骨髓瘤細胞凋亡。
2 幹擾細胞周期
細胞周期受到細胞周期素cyclin、細胞周期素依賴性激酶CDK、細胞周期素依賴性激酶抑製劑CDKI等的嚴密調控。以CDK為中心,cyclin對其進行正調控,CDKI對其進行負調控。苦參堿可以作用於多種腫瘤細胞的G1/S期與G0/G1期的2個控製點,幹擾細胞周期進程,從而抑製細胞增殖。苦參堿作用於人肝癌HepG2細胞[11],能顯著增加G0/G1期細胞的數量,降低S期細胞的數量,並具有劑量依賴性。Zhang等[12]實驗結果表明,苦參堿能下調cyclin E的表達,而cyclin E是細胞周期G1/S必需的蛋白,苦參堿通過幹擾cyclin E的表達使胃癌細胞發生細胞周期G1期阻滯。
P21蛋白是已知具有最廣泛激酶抑製活性的細胞周期負性調節因子,苦參堿可以上調P21蛋白,導致細胞阻滯在G0/G1期,相應的S期的細胞數量比例下降[13]。 Zhu等報道[14],苦參堿通過上調P53和P21蛋白表達,下調cyclin D1/CDK4,cyclin E/CDK和磷酸化Rb的表達,誘導細胞G1期阻滯。
3 誘導細胞自噬
已有的研究報告表明,除了依賴caspase的細胞凋亡(I型PCD),細胞自噬也可以導致細胞死亡,這種不依賴caspase的細胞程序性死亡稱為II PCD。自噬是指從粗麵內質網的無核糖體附著區脫落的雙層膜包裹部分胞質和細胞內需降解的細胞器、蛋白質等成分形成自噬體,降解其所包裹的內容物,以實現細胞本身代謝需要和更新某些細胞器的一個分解代謝過程。然而,大量或者不恰當的自噬則會導致細胞死亡[15]。有研究通過電子顯微鏡發現[16],苦參堿處理的神經膠質瘤C6細胞中有自噬體吞沒了線粒體。於是用AO/EB染色法測定死亡率,同時用Annexin V/PI染色法測定同一批次細胞的凋亡率,發現死亡率19.8%明顯高於凋亡率13.8%,表明約有6%的死亡率可能是通過自噬造成的。
Beclin 1基因是第一個被確認的哺乳動物自噬基因,也是第一個確認在自噬的溶酶體降解途徑中發揮抑製腫瘤作用的基因。苦參堿作用的HepG2細胞的細胞質中存在豐富的空泡,當加入特定的自噬抑製劑3-MA,細胞質的空泡數量大大減少,推斷在處理細胞中可能發生了自噬[11]。MDC染色的結果也支持這樣的推斷,苦參堿促發了細胞自噬。於是對HepG2細胞中Beclin 1的表達水平進行測定。結果發現,苦參堿確實促進了Beclin 1的表達,並具有劑量和時間依賴性,這些都證明了苦參堿在抑製HepG2細胞增殖的過程中誘發了細胞自噬過程。Li等[17]研究了苦參堿誘導細胞自噬在抑製胃癌細胞增殖的重要作用。碘化丙啶染色表明,苦參堿誘導的細胞死亡具有劑量依賴性,自噬抑製劑3-MA或巴弗洛黴素A1會顯著降低苦參堿對胃癌細胞的抑製率。
4 抑製腫瘤侵襲轉移
腫瘤的轉移和侵襲是惡性腫瘤的基本特征之一,也是癌症患者死亡的重要原因,抑製腫瘤細胞侵襲和轉移可以有效降低腫瘤的死亡率。苦參堿可以抑製肺癌A549細胞的轉移[18]。實驗中發現,苦參堿作用A549細胞6 h後,能顯著降低細胞轉移率達30%~48%,與此同時並未降低A549細胞的活性。這表明,苦參堿抑製A549細胞轉移作用不是通過降低細胞活性實現的。Liu等[19]報道,苦參堿對人類惡性黑色素瘤細胞株A375的增殖有顯著的抑製作用,並且能明顯降低細胞的黏附和轉移能力。這些實驗結果表明,苦參堿可以抑製腫瘤細胞的轉移和侵襲。
腫瘤細胞的侵襲能力與其誘導產生可以降解細胞外基質和基底膜的蛋白酶的能力密切相關。基質金屬蛋白酶MMPs是一類金屬離子依賴性的內源性蛋白水解酶,是人體內降解細胞外基質蛋白的主要酶類,對於腫瘤細胞的轉移和侵襲發揮著主要作用。Yu等[20]研究發現,苦參堿能抑製具有高轉移性的人胸腺癌細胞株MDA-MB-231的侵襲。明膠酶譜法檢測顯示,25~10 mg·L-1的苦參堿顯著抑製了MMP-2和MMP-9的活性。RT-PCR檢測進一步發現,50~100 mg·L-1苦參堿顯著下調了MMP-2和MMP-9的mRNA的轉錄水平。這些實驗結果表明,苦參堿抑製腫瘤細胞的侵襲可能與MMP-2,MMP-9的活性以及MMP-2,MMP-9的mRNA的轉錄水平有很大關係。苦參堿還可以抑製cAMP依賴的蛋白激酶的活性,從而抑製Hela細胞的轉移[21]。
5 抑製腫瘤血管生成
血管生成是惡性腫瘤生長和轉移中的重要病理過程,腫瘤的生長和轉移很大程度上依賴腫瘤血管的生成。血管生成抑製因子可以以多種因子為靶標抑製血管的形成,這些因子包括:MMP、各種生長因子或者生長因子受體、內皮細胞等[22]。抗血管生成藥物的副作用與化療藥物相比要少得多。此外,血管生成抑製因子的治療通常不會產生藥物抗性。因此,抑製血管生成是目前治療癌症的非常重要的方法。
研究報告顯示,苦參堿抑製血管內皮生長因子(VEGF)的表達可以抑製人類肺癌細胞株A549的生長[23]。苦參堿可以降低Bcl-2/Bax,下調VEGF和VEGFR-2的表達,並激活caspase-3和caspase-9,從而可以通過抑製增殖和抗血管生成來治療轉移性乳腺癌[24]。Luo等[25]研究表明,苦參堿可以降低VEGF和VEGFR1的mRNA的轉錄水平,並且能抑製MMP-2,MMP-9的活性,從而抑製乳腺癌細胞株MDA-MA-231增殖。
6 抑製核因子-κB表達