色胺酮抗惡性腫瘤分子機制研究進展

周 涵,魏 靜，李 媛，謝 敏，屈夢揚，方 艷

(陜西中醫(yī)藥大學基礎(chǔ)醫(yī)學院病理教研室，陜西 西安 712046)

惡性腫瘤的發(fā)病率和病死率逐年上升，嚴重影響人類生命健康。色胺酮是噬菌體A-C、吡咯吲哚喹唑啉、(±)-十字花烷的生物遺傳前體，形態(tài)為黃色針狀晶體，可從靛藍、馬藍等天然植物和中藥青黛、大青葉中提取[1-2]，目前已衍生出多種人工合成方法[3]。色胺酮及其衍生物表現(xiàn)出抗腫瘤、抗菌[4]、抗炎[5]、抗病毒[6]等多種生物活性，其毒副作用小，安全性能高[7]，具有良好的研究和應用前景。研究表明，色胺酮及其衍生物可通過對腫瘤細胞的殺傷作用或誘導其凋亡、抑制多藥耐藥基因表達、濃度依賴性抑制DNA合成等方式起到抗腫瘤的效果[8]。本文就近年來有關(guān)色胺酮治療惡性腫瘤的分子機制研究進行綜述，旨在為色胺酮應用于惡性腫瘤的臨床治療提供參考。

1 色胺酮的抗腫瘤作用

1.1 色胺酮與乳腺癌乳腺癌是全球女性最常見的惡性腫瘤，是絕經(jīng)后女性死亡的主要原因之一，發(fā)展中國家乳腺癌的5 a生存率顯著低于發(fā)達國家，而早期發(fā)現(xiàn)乳腺癌能有效提高患者的生存率,改善其預后[9]。

腫瘤炎癥微環(huán)境促進了惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及增殖和侵襲。一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase,NOS)1、環(huán)氧化酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)蛋白表達與乳腺癌炎性微環(huán)境的形成密切相關(guān)[10]；腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)作為一種有效的促炎細胞因子，能在不同的炎癥環(huán)境中促進調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cell,Treg)擴增，并與腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor,TNFR)2結(jié)合發(fā)揮免疫抑制作用[11]；腫瘤炎癥微環(huán)境中的白細胞介素(interleukin,IL)-10能通過抑制機體抗免疫反應介導腫瘤細胞免疫逃逸，并影響乳腺癌預后[12],而色胺酮能通過調(diào)節(jié)NOS1、COX-2、TNF-α及IL-10的表達水平影響腫瘤炎性微環(huán)境，從而發(fā)揮抗乳腺癌的作用[10]。

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)信號通路在哺乳動物細胞中有細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)通路、大絲裂原激活蛋白激酶(big mitogen-activated protein kinase,BMK)1/ERK5通路、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase， JNK)通路、p38/MAPK通路這4條主要的分支，與細胞的增殖、分化、凋亡等相關(guān)，在乳腺癌細胞增殖和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[13]。研究顯示，色胺酮對乳腺癌MCF-7細胞具有抑制增殖和誘導凋亡的作用[14]。色胺酮可能通過激活MAPK信號通路中的凋亡信號通路發(fā)揮其抗乳腺癌MCF-7細胞增殖的作用。為進一步驗證 MAPK 信號通路參與色胺酮抗MCF-7細胞增殖的作用，周威等[15]分別用濃度為 6.25、12.50、25.00 μmol·L-1的色胺酮處理乳腺癌MCF-7細胞，結(jié)果顯示，各組細胞p-JNK、p-ERK蛋白表達水平均顯著升高，提示ERK信號通路及JNK信號通路的激活可能對色胺酮抗乳腺癌發(fā)揮正向調(diào)節(jié)作用，但具體機制尚不清楚。分化抗原(cluster of differentiation,CD)44蛋白作為跨膜糖蛋白，在細胞表面廣泛分布，參與乳腺癌、宮頸癌、肺癌等多種腫瘤細胞的生長、增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移等，調(diào)節(jié)Ras-MAPK、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B,PI3K/AKT)、Ras相似物GTP酶(ras homologous GTPases,Rho GTPases)等多種信號通路[16]；核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB,NF-κB)主要介導了癌癥中的炎癥反應，在惡性腫瘤中發(fā)揮著促進細胞增殖、推動血管生成和轉(zhuǎn)移、增強上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化及調(diào)節(jié)炎癥反應等作用，乳腺癌外泌體刺激巨噬細胞NF-κB活化，產(chǎn)生IL-6、TNF-α等多種促炎細胞因子，介導乳腺癌發(fā)展[17]。色胺酮可能通過降低CD44蛋白表達來調(diào)控Ras-MAPK、PI3K/AKT等多種信號通路，也可能通過調(diào)控NF-κB信號通路及抑制NF-κB蛋白轉(zhuǎn)錄活性來抗乳腺癌細胞增殖[18]。有研究報道，癌癥患者的血清可溶性CD14水平高于非癌癥患者及健康人，CD14可作為評估乳腺癌預后的生物標志物之一[19]，色胺酮可能通過上調(diào)CD14蛋白表達調(diào)節(jié)MAPK、NF-κB、Toll樣受體(toll-like receptor,TLR)等多種信號通路來抑制乳腺癌細胞增殖[18]。

綜上所述，色胺酮能通過調(diào)節(jié)NOS1、COX-2蛋白表達影響乳腺癌炎癥微環(huán)境的形成，也可通過調(diào)控促炎因子TNF-α和免疫抑制因子IL-10抑制機體抗免疫反應，在體內(nèi)外抑制乳腺癌細胞生長。此外，色胺酮能調(diào)控與乳腺癌細胞增殖相關(guān)的MAPK信號通路，激活其中的ERK、JNK信號通路，抑制乳腺癌細胞增殖。同時，色胺酮可以通過降低跨膜糖蛋白CD44水平并上調(diào)可溶性CD14水平，調(diào)控MAPK、NF-κB等多種信號通路，抑制乳腺癌細胞惡性生長。

1.2 色胺酮與神經(jīng)膠質(zhì)瘤神經(jīng)膠質(zhì)瘤起源于神經(jīng)膠質(zhì)細胞，為顱內(nèi)最常見的原發(fā)性惡性腫瘤，占顱內(nèi)腫瘤的40%～50%，膠質(zhì)母細胞瘤作為膠質(zhì)瘤中惡性程度最高的原發(fā)性腦腫瘤，具有侵襲性強及異質(zhì)性高等特點，其中位生存期僅15個月，預后較差。手術(shù)切除、放射治療、化學治療和抗血管生成治療等方法的運用并未能有效降低神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者的病死率及復發(fā)率[20-21]。

PLATTEN等[22]研究表明，色氨酸代謝活躍于包括膠質(zhì)瘤在內(nèi)的腦腫瘤中，并促進腫瘤細胞的惡性表型的發(fā)生、發(fā)展，參與腫瘤炎癥微環(huán)境的免疫抑制。吲哚胺2,3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)和色氨酸2,3-雙加氧酶(tryptophan 2,3-dioxygenase,TDO)是參與犬尿氨酸(kynurenine,KYN)代謝通路(kynurenine pathway,KP)第一步和限速步驟的2種酶，可在腫瘤細胞、血管細胞、免疫細胞等多種細胞中表達[23]，并且IDO1/TDO的表達與神經(jīng)膠質(zhì)瘤的病理分級及生存率呈正相關(guān)[24]。KYN和喹啉酸是芳烴受體(aryl hydrocarbon receptor,AhR)的內(nèi)源性激動劑，AhR通過介導IL-10的產(chǎn)生以及調(diào)節(jié)樹突狀細胞、Treg的分化來抑制腫瘤微環(huán)境中的適應性抗腫瘤免疫反應；膠質(zhì)瘤中水通道蛋白-4(aquaporin-4,AQP-4)表達與IDO1/TDO表達呈正相關(guān)，AQP4表達上調(diào)促進腫瘤周圍水腫的發(fā)生、發(fā)展，與腫瘤細胞的遷移侵襲密切相關(guān)[25]。 DU等[24]研究發(fā)現(xiàn)，IDO1和TDO均可通過Kyn-AhR-AQP4信號通路促進惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤的產(chǎn)生。LI等[26]提出色胺酮及其衍生物可作為IDO和TDO的雙重抑制劑，能同時抑制IDO1和TDO的酶活性以及IDO1的細胞活性，可逆轉(zhuǎn)腫瘤細胞免疫耐受，但具體分子機制未作詳細闡述，還需進一步研究。研究顯示，IDO在肝癌、食管癌、肺癌、胰腺癌、膠質(zhì)瘤等多種惡性腫瘤中均呈過表達[27-30]，其有望成為臨床抗腫瘤治療的重要靶點。

因此，色胺酮作為小分子免疫抑制劑能通過抑制參與KP途徑的2種酶IDO和TDO的活性，調(diào)控Kyn-AhR-AQP4信號通路，抵抗腫瘤細胞免疫耐受，改善腫瘤周圍組織水腫等，從而影響神經(jīng)膠質(zhì)瘤的發(fā)生、發(fā)展，降低膠質(zhì)瘤患者的病死率。

1.3 色胺酮與白血病白血病是一種造血系統(tǒng)腫瘤性疾病，其骨髓外轉(zhuǎn)移對疾病進展有重要意義[31]；臨床針對該疾病通常采用化學治療、免疫靶向治療、造血干細胞移植等治療方案[32]。人慢性髓系白血病細胞K562作為自然殺傷細胞的靶細胞之一，是具有多向分化潛能的紅白血病細胞株，可以分化為粒系、單核系或紅系細胞；急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia,AML)細胞株HL-60細胞是一種淋巴母細胞樣細胞株，具有趨化反應和吞噬活性，可自發(fā)分化。

繆珊[33]研究發(fā)現(xiàn)，K562細胞對于色胺酮的敏感性最強，并且色胺酮作用于K562細胞具有量效性和時效性雙重特征，同時起到了抑制增殖和誘導凋亡的作用。B細胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/leukemia-2,Bcl-2)在包括AML在內(nèi)的多種惡性腫瘤的發(fā)展過程中均呈現(xiàn)過表達，可抑制細胞凋亡，細胞內(nèi)在的凋亡途徑是由Bcl-2家族蛋白的促凋亡和抗凋亡成員之間的平衡所介導和調(diào)節(jié)的，其中促凋亡蛋白如Bcl-2相關(guān)X蛋白(Bcl-2-associated X protein,Bax)通過改變線粒體外膜通透性，促使細胞色素-C(Cytochrome C,Cyt-C)從線粒體釋放至細胞質(zhì)中，致半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)活化[34]，色胺酮可通過調(diào)節(jié)K562細胞的Bcl-2及其Bax的基因表達水平(如下調(diào)Bc1-2/Bax值),使線粒體跨膜電位下降,內(nèi)膜上Cyt-C釋放激活caspase-3，誘導K562細胞凋亡[33]。攜帶9號染色體原癌基因與22號染色體斷裂簇位點基因的融合基因的染色體是白血病的重要致病因素之一[35]，色胺酮能通過下調(diào)攜帶9號染色體上原癌基因與22號染色體斷裂簇位點基因的融合基因的mRNA表達使該融合基因的蛋白水平降低，從而抑制K562細胞增殖且誘導其凋亡。同時色胺酮能通過調(diào)節(jié)細胞周期分布，使K562細胞在G1/G0期和G2/M期過多積聚，S期比例顯著降低，導致細胞DNA合成減少，從而抑制細胞增殖。此外，研究發(fā)現(xiàn)，色胺酮可有效減輕K562細胞對肝、脾、骨髓等多個部位的侵襲和破壞，對于臨床癥狀的緩解和治療效果的提升起促進作用[33]。

有研究顯示，在白血病細胞中酪氨酸705和絲氨酸727殘基的磷酸化使信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)被異常激活，與白血病細胞的增殖和侵襲密切相關(guān)[36]。色胺酮的溴類似物能抑制STAT3 信號傳導并通過 ERK 上調(diào)激活Bax誘導人白血病 HL-60 細胞中的caspase依賴性細胞凋亡。色胺酮作用于HL-60細胞的相關(guān)分子機制還需進一步研究。

有研究證實，IDO能在K562細胞和HL-60細胞中表達，并具有一定的功能活性[37]。此外，IDO水平可作為評估AML預后的指標，其高表達與AML患者預后較差有關(guān)[38]，因此色胺酮能通過抑制IDO活性調(diào)節(jié)AML患者預后。

綜上所述，色胺酮作用于白血病K562細胞和HL-60細胞可表現(xiàn)出以下幾點：(1)色胺酮能通過調(diào)控Bcl-2家族蛋白中的促凋亡蛋白(如Bax)激活凋亡因子caspase-3來誘導K562細胞凋亡；(2)色胺酮能通過降低攜帶9號染色體上原癌基因與22號染色體斷裂簇位點基因的融合基因的表達對K562細胞起到抑制增殖、誘導凋亡及調(diào)節(jié)細胞周期分布的作用，使細胞增殖速度減慢；(3)色胺酮可能通過抑制STAT3 信號通路作用于HL-60細胞；(4)色胺酮可能通過調(diào)節(jié)IDO活性改善AML患者預后。

1.4 色胺酮與非黑色素瘤性皮膚癌非黑色素瘤性皮膚癌以基底細胞癌和鱗狀細胞癌2種亞型多見，其患病率的增加與紫外線輻射密切相關(guān)，臨床藥物治療不能控制其復發(fā)率，且藥物的頻繁使用易致面部畸形，并增加了患者的經(jīng)濟負擔。因此，急需開發(fā)低成本、高效、安全性高的藥物來改善當前臨床用藥方面的不足[39]。

TANG等[40]研究發(fā)現(xiàn)，炎癥在機體存在慢性感染和自身免疫性疾病的狀態(tài)下驅(qū)動上皮細胞的癌率，促進腫瘤的產(chǎn)生、發(fā)展和擴散，機體腫瘤炎癥微環(huán)境的形成也抑制了自身細胞的抗腫瘤免疫力、削弱了癌癥免疫療法的功效。色胺酮能通過抑制肥大細胞浸潤減輕皮膚炎癥反應，從而調(diào)控皮膚癌的發(fā)生、發(fā)展[41]。

ZHANG等[42]研究發(fā)現(xiàn)，β-連環(huán)蛋白(β-catenin)在皮膚鱗狀細胞癌HSC-5細胞中呈高表達，與腫瘤細胞的增殖和遷移密切相關(guān)，而色胺酮能抑制β-catenin核轉(zhuǎn)運，調(diào)節(jié)β-catenin依賴性皮膚癌細胞的增殖[40]。原癌基因(cellular myelocytomatosis oncogene,c-Myc)參與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，是Wnt/β-catenin信號通路的下游基因，Wnt/β-catenin信號通路發(fā)揮著控制毛囊干細胞生長發(fā)育的作用[43]；細胞周期蛋白-D1 (cyclin-D1) 主要通過調(diào)控腫瘤細胞的G1/S期，促進腫瘤細胞增殖[44]。SHANKAR等[41]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠皮膚癌模型色胺酮治療組的表皮組織中c-Myc、cyclin-D1等多種促癌因子表達下調(diào)。

綜上所述，色胺酮能通過抑制肥大細胞浸潤來減輕炎癥反應，增強機體對腫瘤細胞的免疫抑制作用，控制皮膚癌的發(fā)生、發(fā)展，而β-catenin、c-Myc、cyclin-D1等促癌因子的表達與皮膚癌細胞的增殖正相關(guān)，色胺酮可降低相關(guān)促癌因子的表達水平而抑制皮膚癌細胞的增殖。

2 色胺酮的其他作用

色胺酮及其衍生物能對腫瘤細胞的多藥耐藥性(mllltidrug resistance,MDR)起抑制作用，可通過下調(diào)MDR1基因表達來逆轉(zhuǎn)乳腺癌MCF-7細胞對阿霉素及食管癌Eca109/cDDP細胞對順鉑的耐藥性，從而增強了臨床化學治療效果[45-46]。同時，KIM等[47]研究發(fā)現(xiàn)，色胺酮可作為PIM1 抑制劑抑制 PIM1 激酶活性，但不影響其mRNA和蛋白質(zhì)水平，且放射治療聯(lián)合PIM1抑制劑可顯著縮小腫瘤體積，從而減緩腫瘤的發(fā)展進程。此外，SORDILLO等[48]研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)母細胞瘤患者經(jīng)放化療后病情未得到長期緩解，或由于腫瘤細胞刺激分泌相關(guān)分子促使色氨酸代謝紊亂，機體產(chǎn)生適應性改變，而IDO和TDO的產(chǎn)生進一步加速了KP代謝，因此，色胺酮可能通過抑制IDO和TDO酶活性來調(diào)控KP，從而增強膠質(zhì)母細胞瘤患者的放化療敏感性。綜上所述，色胺酮可作為一種新型放化療增敏劑用于臨床。色胺酮等潛在的放化療增敏劑的研究、應用可推動臨床腫瘤治療方法的多樣化發(fā)展，但用藥劑量、質(zhì)效關(guān)系等尚待進一步探討。

3 結(jié)語

天然產(chǎn)物色胺酮及其衍生物的藥理作用較為廣泛，安全性高，有望成為惡性腫瘤臨床治療的理想用藥。近年來,我國對色胺酮的研究主要集中于衍生物的制備及在其他醫(yī)學領(lǐng)域的應用，如抗炎、抗菌、抗病毒等，抗腫瘤方面的研究較少，且其生物利用率低，藥物毒副作用尚不清晰，因此，如何將色胺酮更加安全高效地應用于惡性腫瘤的臨床治療，是目前需要解決的問題。