誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的天然藥物研究進(jìn)展＊

孟祥林綜述 劉明華審校

(瀘州醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院藥理學(xué)教研室,四川 瀘州 646000)

腫瘤的發(fā)生不僅是分裂失控導(dǎo)致的細(xì)胞過度增生,同時(shí)也可能是細(xì)胞凋亡通路受阻,使本該死亡的細(xì)胞繼續(xù)存在而產(chǎn)生腫瘤,因此,選擇性誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡為目標(biāo)的技術(shù)已成為腫瘤治療的重要策略之一。細(xì)胞凋亡(Apoptosis)是存在于細(xì)胞中的自毀機(jī)制,細(xì)胞凋亡能夠使機(jī)體清除衰老和異常的細(xì)胞,在維持許多細(xì)胞功能方面起到重要作用。1972年kerr等[1]首先提出“細(xì)胞凋亡”這一概念,是由體內(nèi)外因素觸發(fā)的細(xì)胞內(nèi)置的死亡程序誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡過程。細(xì)胞凋亡是細(xì)胞在一定的生理或病理?xiàng)l件下,自己結(jié)束其生命的過程,具有嚴(yán)格的基因時(shí)控性和選擇性。生物體各種細(xì)胞的數(shù)量都是通過增殖與死亡之間的平衡來完成的。目前認(rèn)為,細(xì)胞增殖過度是腫瘤發(fā)病的一個(gè)途徑,凋亡受阻或是細(xì)胞死亡不足是腫瘤發(fā)病的另一途徑,結(jié)果導(dǎo)致病變組織內(nèi)腫瘤細(xì)胞存活延長,使細(xì)胞群體內(nèi)存活與死亡的平衡被破壞,存活大于死亡,腫瘤增長數(shù)目的凈增長加大[2]。

我們可以根據(jù)可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的多種藥物的作用特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臍w類。雖然這些藥物的結(jié)構(gòu)、來源或是作用于腫瘤細(xì)胞上游信號(hào)機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜,但誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的機(jī)制最后都可以歸結(jié)為活化一條或兩條凋亡通路來促使腫瘤細(xì)胞凋亡。本文就腫瘤細(xì)胞凋亡的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及一些最新的誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的天然抗腫瘤藥物的研究進(jìn)展綜述如下。

1 細(xì)胞凋亡的基本信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

Caspase家族是一類絲氨酸蛋白酶,是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的必要信號(hào)分子,其家族成員共有十多個(gè),彼此之間可以相互活化形成級(jí)聯(lián)反應(yīng),Caspase既可以作為凋亡的激發(fā)分子又可以作為效應(yīng)分子。細(xì)胞凋亡可根據(jù)起始因子和進(jìn)行途徑不同,可以分為受體依賴型的凋亡和非受體依賴型的凋亡兩種方式,彼此之間相互作用[3]。

1.1 受體依賴型凋亡

受體依賴型凋亡途徑(Receptor mediated apoptosis pathway)是指細(xì)胞通過細(xì)胞膜表面的受體接收周圍環(huán)境傳來的生長信號(hào),維持正常的生長和分裂,一旦細(xì)胞失去與環(huán)境之間的信號(hào)交流或者發(fā)生重大的損傷,細(xì)胞就進(jìn)入凋亡程序。該途徑也可理解為細(xì)胞膜通路或是外源通路。

“死亡受體”(Death Receptor,DR)屬于腫瘤壞死因子受體(TNFR)超家族成員,包括Fas(又稱CD95或Apol)、T NFR1(又稱p55或CD120a)、DR3、DR4和DR5,含有與 TNF受體同源的富含半胱氨酸的胞外區(qū),另外還有一個(gè)彼此同源的胞內(nèi)區(qū),稱為“死亡結(jié)構(gòu)域”(DD)以此招募下游的凋亡蛋白。死亡受體與其相應(yīng)的配體結(jié)合后可以使細(xì)胞內(nèi)的蛋白,如pre-Caspase聚集到細(xì)胞膜,形成死亡誘導(dǎo)性信號(hào)復(fù)合體,進(jìn)一步通過死亡蛋白FADD(Fas associated death domain)適配蛋白活化Caspase-8和Caspase-10,而 Caspase-10可引發(fā)級(jí)聯(lián)反應(yīng),活化的Caspase-8又可引發(fā)了凋亡執(zhí)行分子Caspase-3或Caspase-7的切割及活化,使得細(xì)胞發(fā)生凋亡[4-5]。激活的Caspase-8能在胞漿內(nèi)裂解為Bid,裂解產(chǎn)物的羧基端片段(tBid)轉(zhuǎn)移到線粒體上,誘導(dǎo)線粒體釋放細(xì)胞色素C。Bid的裂解把死亡受體通路和線粒體通路聯(lián)系起來,有效地放大了凋亡信號(hào)。

1.2 非受體依賴性凋亡

非受體依賴性凋亡(Intrinsic mitochondrial-dependent pathway)主要通過線粒體介導(dǎo)的,即線粒體通路,也成內(nèi)源通路。線粒體是非受體依賴的細(xì)胞凋亡的調(diào)控中心。對(duì)Caspase-3激活除了需要dATP或ATP外必須有線粒體內(nèi)膜的細(xì)胞色素C釋放,線粒體參與凋亡轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制主要有兩個(gè)方面：(線粒體質(zhì)膜的滲透性改變,PT孔的開放使線粒體基質(zhì)和胞漿內(nèi)的得以平衡流動(dòng),使原來存在的線粒體跨膜電位被驅(qū)散。離子的流動(dòng)有可能造成線粒體基質(zhì)的高滲狀態(tài),從而使線粒體膨脹、細(xì)胞骨架蛋白受壓,直接導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的發(fā)生。②線粒體的釋放反應(yīng),線粒體內(nèi)膜含有許多死亡促進(jìn)因子(DPF),包括細(xì)胞色素C、凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)、促死亡蛋白、Caspase酶原等。線粒體釋放的細(xì)胞色素 C能與Apaf-1及Caspase-9形成一個(gè)復(fù)合體,在 dATP、ATP存在下活化Caspase-3、Caspase-6和 Caspase-7等成員,使凋亡進(jìn)行下去[6-7]。線粒體內(nèi)部釋放的proCaspase-3直接參與凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)。這樣就有可能存在一個(gè)Caspase和線體的自身反饋的機(jī)制,凋亡刺激導(dǎo)致線粒體細(xì)胞色素 C、AIF、Caspase釋放,Caspase的活化又促進(jìn)誘發(fā)這一過程,這對(duì)凋亡的加速和凋亡信號(hào)的傳遞又十分重要的意義。

2 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的天然抗腫瘤藥物

迄今為止,人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了不計(jì)的抗腫瘤藥物,其中誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的藥物有上百種之多,其中既有人工合成藥物又有天然藥物,現(xiàn)在天然抗腫瘤藥物的研究已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn),以后抗腫瘤天然藥物必將成為在抗腫瘤藥物中的主力?，F(xiàn)將最新關(guān)于誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的天然藥物作以簡單的綜述。

2.1 大黃素

大黃素(Emodin,EMO)是一類蒽醌類衍生物,其化學(xué)名為1,3,8-三羥基-6-甲基蒽醌(1,3,8-trihydroxy-6-methyl-antiraquinone),是大黃的主要有效成分,具有多種藥理作用。近年來國內(nèi)外關(guān)于大黃素抗腫瘤的研究取得了一定的進(jìn)展。

王春光[8]等人發(fā)現(xiàn),大黃素處理荷K562細(xì)胞移植瘤的裸鼠后,proCaspase-9首先被裂解活化產(chǎn)生有活性的Caspase-9,通過一些中間過程有活性的Caspase-9繼而裂解proCaspase-3產(chǎn)生有活性的Csapase-3,有活性的Caspase-3繼而剪切另外的Caspase底物,引起級(jí)聯(lián)反應(yīng),最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。金丹婷[9]等人通過酶標(biāo)法檢測到大黃素作用后白血病K562細(xì)胞的Caspase-3、8、9活性明顯增高,推測大黃素誘導(dǎo)白血病k562細(xì)胞凋亡可能與線粒體和死亡受體途徑相關(guān)。

2.2 姜黃素

姜黃素是姜黃中提取的一種植物多酚,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,包括抗炎、抗氧化、抗人類免疫缺陷病毒、抗腫瘤、抗突變等,也是姜黃發(fā)揮藥理作用最重要的活性成分。近年它的抗腫瘤作用成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

劉特等[10]通過蛋白免疫印記研究發(fā)現(xiàn),姜黃素在誘導(dǎo)人腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡過程中可以下調(diào)Bcl-2和上調(diào)Caspase-8的表達(dá)量。楊永杰[11]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素在一定濃度范圍內(nèi)能夠明顯抑制胃癌SGC7901細(xì)胞增殖,且抗凋亡基因Survivin的表達(dá)量下降。何慶芝[12]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素處理人肝癌HepG-2細(xì)胞48 h后,細(xì)胞生長受到限制,細(xì)胞凋亡增加,并伴隨著細(xì)胞Bcl-2 mRNA表達(dá)的下調(diào)以及Bax mRNA表達(dá)的上調(diào),并出現(xiàn)明顯的劑量反應(yīng),推測姜黃素可能通過該途徑誘導(dǎo)HepG-2細(xì)胞凋亡。

2.3 冬凌草甲素

冬凌草甲素(Oridonin)是從冬凌草(Rabdosia Rubescens Hara)中提取出來的一種貝殼杉烯二萜類化合物的最主要成分。其具有抗炎、抗菌和抗腫瘤的作用。目前很多研究發(fā)現(xiàn)冬凌草甲素參與腫瘤細(xì)胞的凋亡,從而很好的起到抗腫瘤活性作用。

Survivin是Caspase-3和Caspase-7的直接抑制因子即直接作用與級(jí)聯(lián)反應(yīng)的最終效應(yīng)蛋白Caspase-3和Caspase-7,也可以通過p21間接抑制Caspase-3,從而阻斷細(xì)胞的凋亡過程。宋芳[13]等人研究發(fā)現(xiàn),冬凌草甲素降低人胰腺癌SW1990細(xì)胞中Survivin mRNA的表達(dá),解除其對(duì)Caspase-3的抑制,促進(jìn)細(xì)胞凋亡。車憲平[14]在研究冬凌草甲素誘導(dǎo)膀胱癌MB49細(xì)胞凋亡發(fā)現(xiàn),采用分光光度法檢測Caspase家族,隨著冬凌草甲素作用時(shí)間的延長,MB49細(xì)胞的Caspase-3和Caspase-9活性均逐漸提高,但Caspase-8活性并不隨時(shí)間的延長而提高,應(yīng)該說明冬凌草甲素可能通過Fas/FasL-線粒體途徑誘發(fā)MB49細(xì)胞凋亡。彭蕾[15]等人研究發(fā)現(xiàn)冬凌草甲素對(duì)人肺腺癌細(xì)胞株SPC-A-1細(xì)胞具有抑制增值和誘導(dǎo)凋亡作用,其機(jī)制可能與上調(diào)Bax/Bcl-2比例和上調(diào)p21 mRNA表達(dá)相關(guān)。

2.4 大蒜素

大蒜在我國有著悠久的食用歷史,大蒜素的主要有效成分為含硫化合物如二烯丙基硫(Diallyl sulfide,DAS)、二烯丙基二硫(Diallyl disulfide,DADS)和二烯丙基三硫(Daillyl trisul-fide,DATS)。近年來的體外實(shí)驗(yàn)證明大蒜素能夠通過直接殺傷腫瘤細(xì)胞及調(diào)節(jié)免疫功能來干擾腫瘤細(xì)胞的生長途徑來抑制腫瘤的發(fā)生。相對(duì)于目前臨床上被廣泛應(yīng)用的一般化療藥物,大蒜素幾乎沒有毒副作用,不引起體內(nèi)炎癥反應(yīng),對(duì)機(jī)體正常的細(xì)胞影響很小。

最近的研究表明[17]大蒜素誘導(dǎo)的人膽管癌細(xì)胞的凋亡與細(xì)胞DNA分裂期阻滯密切相關(guān)。Yang等[18]研究結(jié)腸癌COLO 205細(xì)胞經(jīng)過DADS處理后可促進(jìn)Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9的活性,并且呈現(xiàn)時(shí)間依賴性。在使用Caspase廣譜抑制劑(Z-VAD-FM K)后再加用DADS作用COLO205細(xì)胞后可以抑制DADS對(duì)其誘導(dǎo)的凋亡作用。Chung等[19]研究發(fā)現(xiàn),DATS可引起細(xì)胞色素C、Caspase-3和Caspase-9的表達(dá)增加。用DATS處理前列腺癌細(xì)胞誘導(dǎo)凋亡,在半胱天冬酶抑制劑zVAD-fmk和Caspase-9特異性抑制劑zLEHD-fmk影響下其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用明顯減弱,細(xì)胞凋亡蛋白酶Caspase-3的活性明顯增加。

2.5 青蒿素及其衍生物

青蒿素(Artemisinin)最初是由我國學(xué)者從菊科植物黃花蒿(Artemisiaannualinn)葉中提取分離的具有過氧化基團(tuán)的倍半萜內(nèi)酯類化合物,青蒿琥酯(Artesunate)、蒿甲醚(Artemether)和二氫青蒿素(Dihydroartemisinin)等均為青蒿素衍生物,近年來發(fā)現(xiàn)青蒿素與其衍生物具有明確的體內(nèi)外抗腫瘤活性,就誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡方面的研究如下。

He等[22]最近報(bào)道二氫青蒿素能增強(qiáng)死亡受體5活性并激活死亡受體和線粒體通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。邵義如等[20]研究表明Caspase-3活化是雙青蒿素誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞SW480凋亡中關(guān)鍵性環(huán)節(jié),由于Caspase-3位于凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路最下游,因此雙青蒿素對(duì)Caspase-3的激活,是否是通過其它途徑,或者多種途徑的交互作用,有待進(jìn)一步研究。Lu等[21]發(fā)現(xiàn)二青蒿素在誘導(dǎo)白血病細(xì)胞HL-60凋亡過程中除線粒體膜電位下降、Caspase-9激活外還伴隨Caspase-8激活。Chen等也發(fā)現(xiàn)二青蒿素除下調(diào) Bcl-2和上調(diào)Bax外,能同時(shí)升高 Fas和激活Caspase-8。

3 展望

抗腫瘤藥物現(xiàn)在已經(jīng)成為不可缺少的治療腫瘤的方法之一,目前抗腫瘤藥物的研發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)成為生物醫(yī)藥科學(xué)的一個(gè)迅速發(fā)展的重要領(lǐng)域,天然抗腫瘤藥物的研究現(xiàn)目前已經(jīng)成為國內(nèi)為研究的熱點(diǎn),其抗腫瘤作用也是顯而易見的?？鼓[瘤藥物篩選的基本條件是在藥物靶點(diǎn)的基礎(chǔ)上,建立適當(dāng)?shù)姆治龊蜋z測方法,發(fā)現(xiàn)新的具有治療作用的藥物,現(xiàn)在通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡而達(dá)到治療腫瘤的研究方法越來越多,以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的抗腫瘤藥物應(yīng)運(yùn)而生。深入研究細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制有利于開發(fā)相應(yīng)的抗腫瘤藥物,從而達(dá)到阻斷腫瘤的發(fā)展和發(fā)生的可能。

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