黄芩苷抑制肿瘤机制的研究进展

郑海峰（综述），段国辰（审校）

（河北省邢台市第三医院胸外科，河北邢台 054000）

·综 述·

黄芩苷抑制肿瘤机制的研究进展

郑海峰（综述），段国辰*（审校）

（河北省邢台市第三医院胸外科，河北邢台 054000）

肿瘤；黄芩甙；综述文献

中药及其有效成分因其不良反应小、价格低廉、来源广泛、应用历史悠久等优点在抗癌的研究中越来越受到重视。黄芩具有清热解毒、燥湿泻火、止血安胎之功效。近年来有关黄芩苷及黄芩其他有效成分在防治肿瘤方面作用的报道不断增加，黄芩苷及其黄酮类成分具有广泛抗肿瘤活性，具有抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞凋亡、抑制肿瘤侵袭转移等作用途径。本文就黄芩苷在抗肿瘤及预防肿瘤方面的可能机制综述如下。

1 黄芩的主要成分

黄芩为多年生草本植物，为唇形科草本植物黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）的干燥根，始载于《神农本草经》，性寒、味苦，归肺、脾、肝、胆、大肠、小肠经，有清热燥湿、泻火解毒、止血安胎之功效［1］。黄芩中主要的黄酮类成分为黄芩苷（baicalin）、黄芩素（baicalein）、汉黄芩苷（wogonoside）和汉黄芩素（wogonin），黄芩苷和汉黄芩苷及其代谢物是黄芩发挥药用功效的物质基础。

2 黄芩苷的抗肿瘤机制

黄芩苷作为黄芩的主要有效成分，可以通过多种途径抑制肿瘤细胞而发挥抗肿瘤作用。黄芩苷对肿瘤细胞的影响体现在该药可以促使肿瘤细胞向正常细胞分化、诱导肿瘤细胞凋亡、阻断肿瘤细胞周期、影响肿瘤免疫及端粒活性、抑制肿瘤侵袭转移、清除自由基、逆转肿瘤细胞多药耐药等。

2.1 促使肿瘤细胞向正常细胞的分化：诱导分化是指使用药物诱使低分化的肿瘤细胞进一步分化为接近正常的成熟细胞，使大量细胞退出增殖周期转入静息状态。郭昱等［2］通过光镜、电镜观察发现黄芩苷作用后细胞形态和超微结构发生了明显的变化，细胞已出现了和能量代谢、蛋白质合成、贮存或分泌功能相关的发育分化，提示癌细胞恶性表型发生逆转。该研究结果还表明黄芩苷可抑制癌细胞合成、分泌甲胎蛋白（alpha-fetal protein，AFP）（肝细胞增殖和恶变的重要标志物），降低细胞γ-谷氨酰转移酶（γ-glutamyl transpeptidase，γ-GT）（肝癌细胞早期标志物）和耐热型碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性，升高ALP总活性，增加白蛋白（albumin，AIb）（肝细胞分化成熟的标志）分泌量和细胞内环腺苷酸（cyclic adenylic acid，cAMP）含量，表明黄芩苷具有促使肝癌细胞向正常肝细胞分化的作用。

2.2 诱导肿瘤细胞的凋亡：细胞凋亡主要通过2种途径，即死亡途径和线粒体途径，它们均通过一系列分子和生化途径活化天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶（Caspases），并诱导细胞核和胞质内相关底物降解。2种途径最后都导致Caspase-3活化，使DNA链断裂，最终导致细胞结构全面解体。孙吉平等［3］研究证实黄芩苷处理胰岛素瘤细胞后，呈现明显的促细胞凋亡的效应。随着作用时间的延长，Caspase-3活性不断增强。除了单独应用之外，黄芩苷与其他黄酮类化合物联用也可增强Caspase-3活化水平［4］。

在肿瘤发生过程中，有多个蛋白的表达发生改变，如Caspase家族、Bcl-2家族、抑癌基因等。在执行凋亡的酶类中，Caspase-3被称为细胞凋亡的“执行者”，它活化后可以次序激活其他Caspase（如Caspase-8）形成Caspase级联反应，促发细胞凋亡［5］。Bcl-2、Bax是细胞凋亡过程中的一类重要调节因子，Bcl-2/Bax镶嵌在线粒体膜上，二者间的平衡影响凋亡的发生［6］。野生型p53为抑癌基因，能够抑制肿瘤细胞增殖，使细胞停滞于G1期，并诱导细胞凋亡。该基因突变后则具有促癌作用。因此，p53基因在肿瘤的发生过程中发挥重要作用［7］。

黄芩苷与黄芩素联合用药后Caspase-3和Caspase-9活化，Bcl-2表达水平显著下降，Bax和p53表达水平显著升高，且Caspase-3和Caspase-9活化，Bcl-2、Bax和p53的调节与细胞外调节蛋白激酶（extracellularregulatedproteinkinases，ERK）/ p38丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）信号通路活化有关［8］。然而，也有不同的报道［9］显示黄芩苷明显抑制人急性淋巴细胞白血病T淋巴细胞（human T cell lymphoblastlike cell line，CCRF-CEM）细胞活力，但黄芩苷不影响CCRF-CEM细胞p53和Fas蛋白的表达。此外，Bcl-2定位于线粒体内膜，推测线粒体途径可能参与了黄芩苷诱导CA46细胞凋亡的过程［10］。

2.3 对肿瘤细胞周期的影响：肿瘤是一类以细胞生长和增殖失控为主要特征的疾病，几乎所有的肿瘤都有一个根本的共同特征，即细胞周期控制机制的破坏导致细胞失控性生长。大多数抗癌物质均可以使细胞周期停滞在G1或G2/M期。Wang等［11］通过流式细胞分析显示黄芩苷处理后，人乳腺癌细胞静止于G0/G1期。

细胞周期的控制点是细胞周期循序进展的关键部位，而这些控制点是受细胞周期素（cyclins）、细胞周期依赖性激酶（cyclin dependent kinases，CDKs）及其抑制因子CKIs共同控制的，这一网络中cyclins的生物学作用最为关键。cyclin D1是细胞周期重要的正调控因子，其过表达将加速细胞从G1向S期转变，在肿瘤的发生发展过程中起着重要的促进作用［12］。含有一定量黄芩苷的黄芩粗提物使cyclin A表达下调导致A549细胞S期阻滞，而Cyclin D1表达的下调导致SK-MES-1细胞G0/G1期阻滞［13］。2.4 对肿瘤细胞免疫的影响：免疫调节治疗是恶性肿瘤患者的重要辅助治疗措施之一。增殖诱导配体增殖诱导配体（a proliferation-induced ligand， APRIL）也称为TNF和凋亡配体相关的白细胞表达配体-2（TNF and apoptosis ligand-related leukocyte-expressed ligand 2，TALL-2）或肿瘤坏死因子相关死亡配体-1（TNF-related death ligand-1，TRDL1）可调节淋巴细胞增殖和体液免疫反应，在多种肿瘤细胞中APRIL都有高水平表达，是肿瘤免疫治疗的重要靶点。研究［14］显示淫羊藿苷、黄芩苷联合多柔比星作用于HepG2细胞48h后，对HepG2细胞具有明显的增殖抑制作用，该作用与APRIL表达变化有关。

2.5 对肿瘤端粒酶活性的影响：端粒酶是由一段端粒酶RNA（human telomerase RNA，hTER）和一个催化亚基端粒酶反转录酶（human telomerase reverse transcriptase，hTERT）组成的核糖核蛋白酶，识别并结合于富含G的端粒末端，以自身RNA为模板逆转录合成端粒DNA，在细胞永生化中起重要作用。端粒酶（telomerase）激活可以维持端粒的长度并使细胞获得无限增值能力而逃避死亡。近年来，发现绝大部分肿瘤细胞都呈端粒酶阳性，示端粒酶在肿瘤的发生发展过程中起着重要作用［15］。

李宏捷等［16］采用体内、外2种方法对黄芩苷抗肿瘤作用进行了研究，结果显示黄芩苷对体外培养的人食管癌（Eca-109）、人口腔上皮癌（KB）、结肠癌（CL2187）细胞株具有抑制作用；同时，黄芩苷作用24 h后端粒酶活性出现抑制，各给药组随着黄芩苷浓度增加抑制作用显著增强，且处理时间越长端粒酶活性下降越明显，说明黄芩苷对肿瘤细胞端粒酶活性有抑制作用。

2.6 抑制肿瘤侵袭转移：肿瘤细胞的侵袭与转移是恶性肿瘤的基本特征之一。因此，抑制癌细胞的侵袭转移也是抗肿瘤治疗的关键环节之一。有研究通过采用重组基底膜模型检测野黄芩苷对体外模拟乳腺癌MCF-7细胞的基底膜侵袭能力的影响。结果显示，不同浓度的野黄芩苷对乳腺癌MCF-7细胞体外侵袭有明显的抑制作用［17］。郭昱等［18］为了在体外观察黄芩苷对肝癌细胞侵袭及转移的影响，引入Matrigel基质胶，模拟体外侵袭模型中细胞外基质的作用，观察黄芩苷对肝癌细胞侵袭力的影响。结果表明，黄芩苷显示出显著的抗侵袭作用。细胞迁移需要G蛋白家族（Rho）及其效应分子以多种方式参与。进一步对黄芩苷在抑制肝癌细胞侵袭、转移的机制进行了探讨，结果表明，其机制可能与下调RhoC和ROCK-1的表达有关。

2.7 清除自由基及亲氧化活性：生物机体内存在着酶类和非酶类抗氧化系统，能有效地清除自由基。超氧化物歧化酶（super-oxide dismutase，SOD）主要清除O2-，过氧化氢酶可以清除H2O2，谷胱甘肽过氧化物酶清除H2O2及脂类氢过氧化物。在生理情况下，自由基不断产生，但也不断被清除；在某些病理情况下，此平衡被打破，就会导致炎症、肿瘤、贫血等疾病。因此，自由基是许多疾病的病理生理学基础。研究［19］表明，黄芩苷能抑制癌细胞中缺氧诱导因子HIF-1α表达增强SOD活性，而不影响过氧化氢酶和谷胱甘肽-S-转移酶活性；此外，黄芩苷还具有清除超氧阴离子的作用。黄芩苷可以选择性抑制肺癌细胞生长，通过提高SOD活性抑制HIF-1α表达影响肺癌代谢。

2.8 对肿瘤耐药的影响：多药耐药（multidrug resistance，MDR）是指肿瘤细胞对结构和作用机制不同的多种抗肿瘤药物产生交叉耐药性，是肿瘤化疗失败的重要原因，因此逆转肿瘤的MDR表型，提高化疗效果已成为目前研究的热点［20］。黄芩苷在体外对人白血病耐药细胞株HL-60/ADR具有明显抑制作用，呈时间和剂量依赖性［21］，且该药物对耐药和非耐药细胞株具有相同的抑制效应。凋亡抑制是独立于经典耐药途径的另一MDR重要机制，肿瘤细胞对药物的耐受程度与其对药物引起的细胞凋亡的耐受有密切关系。黄芩苷具有诱导不同时期细胞凋亡的作用。c-myc、Bcl-2被认为是重要耐药基因/蛋白。黄芩苷作用后上述基因及相关蛋白的表达呈逐渐减弱趋势，提示c-myc和Bcl-2基因参与了黄芩苷诱导耐药细胞株HL-60/ADR凋亡的过程。进一步对其分子机制的探讨［21］发现，黄芩苷作用HL-60/ADR细胞后AKT信号的下游靶分子促凋亡蛋白BCL-2/BCL-XK相关死亡促进因子（Bcl-xL/Bcl-2-associated death promoter，BAD）及多聚核糖ADP聚合酶（poly（ADP）-ribose polymerase，PARP）的85 kD剪切片段表达逐渐增强，procaspase-3及PARP表达逐渐减弱，提示黄芩苷通过上调蛋白激酶B信号通路中的Bad，促进Procaspase-3降解为有活性的Caspase-3进而剪切PARP而起到诱导HL-60/ADR细胞凋亡的作用。

3 问题与展望

21世纪，全球疾病谱和医疗模式发生了重要变化，由于合成药带来的不良反应，利用中药、天然药物的呼声正日益高涨，人们对天然药物维护健康或防治疾病充满了期望。黄芩来源于自然，是一种相当古老的中药，安全有效、价格低廉、药源充足。黄芩苷作为黄芩的主要有效成分之一，其抗肿瘤机制复杂多样，尚未完全明确。相信随着对黄芩药理研究的深入，进一步明确黄芩苷及黄芩其他活性成分在防治肿瘤中的作用，黄芩这一传统中药将会有更广阔的应用前景。

［1］ 宋扬文，陈忻.中药黄芩药理作用的研究进展［J］.中国中医药科技，2010，17（4）：375-376.

［2］ 郭昱，郭霞，姚金锋，等.黄芩苷对人肝癌细胞BEL-7402增殖、凋亡和分化的影响［J］.中药药理与临床，2008，24（3）：21-23.

［3］ 孙吉平，贾延劼，宋健辉，等.黄芩苷抑制大鼠胰岛细胞瘤细胞株增殖的分子机制研究［J］.中国中西医结合杂志，2006，26（4）：337-340.

［4］ ZHOU QM，WANG S，ZHANG H，et al.The combination of baicalin and baicalein enhances apoptosis via the ERK/p38 MAPK pathway in human breast cancer cells［J］.Acta Pharmacol Sin，2009，30（12）：1648-1658.

［5］ DˊAMELIO M，CAVALLUCCI V，CECCONI F.Neuronal caspase-3 signaling：not only cell death［J］.Cell Death Differ，2010，17（7）：1104-1114.

［6］ BURGUILLOSMA，HAJJI N，ENGLUND E，et al.Apoptosisinducing factor mediates dopaminergic cell death in response to LPS-induced inflammatory stimulus：evidence in parkinsonˊs disease patients［J］.Neurobiol Dis，2011，41（1）：177-188.

［7］ CHEN J，HUANG XF.Activation of p53 for the treatment of cancer［J］.JCell Biochem，2009，107（4）：567-568.

［8］ ZHOU QM，WANG S，ZHANG H，et al.The combination of baicalin and baicalein enhances apoptosis via the ERK/p38 MAPK pathway in human breast cancer cells［J］.Acta Pharmacol Sin，2009，30（12）：1648-1658.

［9］ SHIEH DE，CHENG HY，YEN MH，et al.Baicalin-induced apoptosis is mediated by Bcl-2-dependent，but not p53-dependent，pathway in human leukemia cell lines［J］.Am JChin Med，2006，34（2）：245-261.

［10］ 黄毅，胡建达，郑静，等.黄芩苷抑制CA46细胞增殖和诱导凋亡的作用机制探讨［J］.中国病理生理杂志，2009，25（5）：888-892.

［11］ WANG N，TANG LJ，ZHU GQ，et al.Apoptosis induced by baicalin involving up-regulation of p53 and bax in MCF-7 cells［J］.JAsian Nat Prod Res，2008，10（11/12）：1129-1135.

［12］ MOGHADDAM SJ，HAGHIGHI EN，SAMIEE S，et al. Immunohistochemical analysis of p53，cyclinD1，RB1，c-fos and N-ras gene expression in hepatocellular carcinoma in Iran［J］. World JGastroenterol，2007，13（4）：588-593.

［13］ GAO J，MORGAN WA，SANCHEZ-MEDINA A，et al.The ethanol extract of scutellaria baicalensis and it active compounds induce cell cycle arrest and apoptosis including upregulation of p53 and Bax in human lung cancer cells［J］.Toxicol Appl Pharmacol，2011，254（3）：221-228.

［14］ 唐菁，张玲，顾洪涛，等.淫羊藿苷、黄芩苷联合多柔比星抑制肝癌细胞APRIL表达和逆转肿瘤免疫逃逸［J］.中国肿瘤生物治疗杂志，2007，14（6）：516-521.

［15］ MARTÍNEZ P，BLASCO MA.Telomeric and extra-telomeric roles for telomerase and the telomere-binding proteins［J］.NatRev Cancer，2011，11（3）：161-176.

［16］ 李宏捷，谢文利，朱江.黄芩苷的抗肿瘤作用及对肿瘤细胞端粒酶的影响［J］.江苏医药，2008，34（9）：931-933.

［17］ 石扬，周志愉，程流剑，等.半枝莲中野黄芩苷对乳腺癌MCF-7细胞增殖及侵袭能力的影响［J］.江西医学院学报，2009，49（10）：12-14.

［18］ 郭昱，姚金锋，武京学.黄芩苷对人肝癌BEL-7402细胞恶性行为的影响及分子基础研究［J］.中药药理与临床，2008，24（4）：15-18.

［19］ DU G，HAN G，ZHANG S，et al.Baicalin suppresses lung carcinoma and lung metastasis by SOD mimic and HIF-1alphainhibition［J］.Eur JPharmacol，2010，630（1/3）：121-130.

·综 述·

［20］ LIXQ，LIJ，SHISB，et al.Expression of MRP1，BCRP，LRP and ERCC1 as prognostic factors in non-small cell lung cancer patients receiving postoperative cisplatin-based chemotherapy［J］.Int JBiol Markers，2009，24（4）：230-237.

［21］ 郑静，胡建达，黄毅，等.黄芩苷对耐阿霉素白血病细胞株HL-60/ADR增殖、凋亡的影响［J］.中国实验血液学杂志，2009，17（5）：1198-1202.

（本文编辑：赵丽洁）

R285.6

A

1007-3205（2012）03-0363-04

2011-08-29；

2011-09-25

郑海峰（1969-），男，河北迁安人，河北省邢台市第三医院副主任医师，医学学士，从事肺恶性肿瘤的基础与临床研究。

*通讯作者。E-mail：haifengzh2010@yahoo.cn

10.3969/j.issn.1007-3205.2012.03.049