天然生物碱抗肿瘤研究

赵思伟，于 淼，3，柏云娇，常铠麟，陈鹰翔，季宇彬，3

(1.哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究中心，哈尔滨150076;2.国家教育部抗肿瘤天然药物工程研究中心，哈尔滨150076;3.黑龙江省发展和改革委员会天然药物与仿生药物工程实验室，哈尔滨150076)

生物碱广泛存在与自然界中，是一类碱性的含氮有机化合物，大多数生物碱含有像嘌呤，吲哚，吡啶等复杂的氮环结构[1].大量研究表明生物碱具有显著的抗肿瘤活性，其抗肿瘤作用机制主要包括抑制微管蛋白活性，抑制拓扑异构酶活性，诱导细胞凋亡，诱导肿瘤细胞分化，抑制肿瘤细胞增殖，改变肿瘤细胞膜特性，增强机体免疫功能等[2].不同种类的生物碱具有不同的抗肿瘤作用机制，即使是同一种生物碱往往也会有多种作用机制，本文将近年来国内外对生物碱抗肿瘤作用机制的研究现状进行了综述，希望能为后续研究提供信息和思路.

1 苦参碱类

苦参碱类生物碱在豆科植物苦参(Sophora flavescens)，苦豆子(Sophora alopecuroi－des L)中广泛存在，主要包括苦参碱，氧化苦参碱，槐国碱，槐醇碱等，苦参碱类生物碱是在肿瘤治疗领域应用最广泛的生物碱之一，它具有毒副作用小，并且能与多种化疗药物联用的优点[3].现在研究表明，苦参碱能够诱导肿瘤细胞分化，显著抑制肿瘤细胞增殖，包括人红白血病细胞株K－562[4]，人肾癌细胞系GRC－1细胞株[5]，人肝癌细胞株HepG2[6]，肺腺癌A549细胞[7]等，并且对上述细胞的抑制作用呈明显的时间－剂量依赖关系，即随着给药时间的延长和药物浓度的增加，被给药细胞的存活率不断降低.目前的研究仍然没有完全弄清楚苦参碱诱导肿瘤细胞分化和抑制肿瘤细胞增殖的作用机制，但有研究显示，其机制可能与下列因素有关:端粒酶[8]，细胞周期蛋白，CDK(周期蛋白依赖性激酶)和CDKI(CDK抑制因子)[9－11]，增殖相关癌基因(如C－myc，N－ras和p－53)[12－13]，细胞增殖代谢酶和PCNA，AFP[14]等.研究发现苦参碱不仅能够诱导肿瘤细胞分化并抑制其增殖，而且还能促进肿瘤细胞凋亡.用流式细胞仪检测未给药的HpeG2细胞的凋亡情况，显示其凋亡率只有1.4%，而在使用苦参碱后，不仅凋亡率增加甚至出现凋亡峰[5].

诱导肿瘤细胞分化，抑制肿瘤细胞增殖，促进肿瘤细胞凋亡是苦参碱研究最多的抗肿瘤机理，除此之外它还具有以下作用:抑制肿瘤新生血管的形成，降低化疗药物的毒副作用，抑制肿瘤细胞粘附与侵袭转移，逆转肿瘤多药耐药，阻止某些可引发肿瘤的慢性炎症的发展及抑制某些致癌病毒等[16－18].有的研究还发现，苦参碱虽然具有较强的抗肿瘤作用，但体内体外却表现出一定的免疫抑制作用，可见苦参碱的抗肿瘤机制并不是通过提高机体的免疫功能来实现的[19].

2 长春花生物碱类

长春碱类化合物是从长春花(Catharanthus roseus)中提取出来的的吲哚类生物碱，它有着典型的双分子结构，自从发现长春碱具有抗肿瘤活性以来，对其抗肿瘤作用的研究早已取得阶段性进展，已有长春碱，长春新碱，长春地辛和长春瑞宾等长春碱类化合物应用于临床，除此之外，正处于临床研究中的还有长春氟宁，长春甘酯和脱水长春碱等.

研究表明，长春碱类药物抑制细胞的分裂和增殖的机制是通过干扰细胞周期的M期(有丝分裂间断)实现的[20]，此类药物能够与位于微管正端的异二聚体表面的微管蛋白的175～213氨基酸残基结合，从而影响了新的异二聚体的加入，并且在新加入的异二聚体二聚体间界面产生弯曲，继而导致直的原纤丝弯曲，影响原纤丝间的作用，使微管难以延长[21]，概括来说，长春碱类药物抑制肿瘤细胞的增殖的机制是:通过与微管蛋白结合来抑制微管聚合，阻碍纺锤体微管的形成，最终导致细胞分裂停滞在中期[22].虽然长春碱类药物具有相似的作用机制，但是它们具有不同的抗肿瘤谱和细胞毒性[23].

3 喜树碱及其衍生物

1966年，美国化学家Wall和Wani最先从珙桐科植物喜树(Camptotheca acuminata)中提取出喜树碱.喜树碱是重要的广谱抗癌活性天然产物，临床上主要用于原发性肝癌，膀胱癌，大肠癌等的治疗[24].

1985年，Y·H·Hisang等人发现喜树碱及其衍生物能够遏制DNA拓扑异构酶(Topo I)，并且能够有效抑制癌细胞的生长，具有显著的抗癌活性[25]，基于这一发现，从此对于喜树碱抗肿瘤的研究开始进入全新阶段.DNA拓扑异构酶在细胞核内普遍存在，它参与DNA复制、转录、修复等关键过程，在细胞增殖的过程中起着至关重要的作用[26].喜树碱通过与DNA拓扑异构酶和DNA复合物结合在一起，形成了一个稳定的三元复合物，从而避免了DNA自身的再次连接，最终导致了肿瘤细胞的死亡[27].在这一研究发现的基础上，目前已经合成了多种喜树碱类似物，但是对于这些物质具体的作用的机制仍然没有完全弄不清楚[28].

喜树碱虽然有明确的抗肿瘤作用，但是其毒副作用大，此外由于喜树碱水溶性极差，因此研制出毒副作用小抗肿瘤活性强的喜树碱类衍生物成为国内外研究的热点.目前，在国外，已有伊诺替康(CPT－11)和拓扑特肯(TPT)两种喜树碱类衍生物应用于临床，前者一般用于其它抗癌药物无效的转移的结肠，直肠癌，后者用于晚期难治性卵巢癌，另外还有9－氨基喜树碱(9－AC)，9－硝基喜树碱(9－NC)，GI147211和DX－8591f等几种喜树碱类衍生物已处在早期临床试验阶段[29].

4 小檗碱

小檗碱(BR)属于异喹啉类生物碱，是一种季铵类化合物，又被称作黄连素，是从黄连属植物黄连(Coptis chinensis Franch)、黄柏(Cortex Phellodendri Chinensis)的根茎中提取出来的[30].20世纪50～60年代研究发现小檗碱可以通过抑制癌细胞对羟胺的利用来抑制嘌呤及核酸的合成[31].研究表明，小檗碱能够显著抑制肿瘤细胞生长和诱导肿瘤细胞凋亡，经小檗碱处理后的肿瘤细胞在DNA合成期的比例明显减少[32]，细胞被阻滞于细胞周期的静止期(G0期)和DNA合成前期(G1期)，延长细胞增殖周期导致细胞增殖减慢[33].分别用吖啶橙染色和原位末端标记法对用小檗碱处理处理过的人胃癌MGC－803细胞，发现细胞呈现出明显的凋亡特性[34].现在研究发现小檗碱是通过调控细胞周期和抑制能量产生来抑制肿瘤细胞增殖的，而诱导细胞凋亡则可以通过线粒体/caspase途径，凋亡基因，炎症因子，环氧化酶等途径来实现，另外小檗碱还可以通过断裂DNA诱导肿瘤细胞凋亡[35].现在部分学者认为，小檗碱的抗肿瘤作用是通过影响某些与肿瘤发生，发展密切相关的酶来实现的，这些机制包括:针对拓扑异构酶(topo I，topo II)，抑制环氧化酶－2(COX－2)，针对端粒酶，针对N－乙酰转移酶(NAT)[36].

另外，小檗碱还可以通过影响癌基因和抑癌基因达到抗肿瘤的作用[37].除此之外，小檗碱还具有抑制肿瘤血管生长[38]和肿瘤转移的作用[39].

5 紫杉醇

紫杉醇最早是1971年由Wani等从短叶红豆杉(Taxus brevifolia)的树皮中分离出来的二萜类生物碱成分，由于具有独特结构的二萜类成分，难溶于水和多种药用溶媒[40].紫杉醇属于广谱抗癌药物，对一些普通抗癌药物耐药的晚期肿瘤有确切的疗效，并且对多种临床恶性肿瘤疗效显著[41]，广泛应用于肺腺癌，乳腺癌，食道癌等，特别是晚期卵巢癌的治疗.紫杉醇主要通过抑制微管解聚成亚单位，冻结有丝分裂的纺锤体，使肿瘤细胞有丝分裂终止，最终导致肿瘤细胞凋亡[42].与传统抗肿瘤药不同，紫杉醇能够结合于微管蛋白的特异性位点，促进微管的聚合，并使之稳定化，从而干扰微管的正常功能，如细胞运动和细胞内转运等，但不会影响肿瘤细胞的遗传物质合成，不损伤DNA分子[43].

紫杉醇在表现出良好的抗肿瘤活性的同时，也存在着明显的毒副作用，主要毒性包括骨髓抑制，神经毒性和肌肉毒性，并且其毒性呈剂量依赖性[44]，这在一定程度上降低了紫杉醇临床利用价值，为了避免或减少紫杉醇的毒副作用，国内外相关学者对紫杉醇的新剂型和给药方法进行了大量研究，已经取得了阶段性成果，新剂型有:乳剂，胶囊，包合物，脂质体，纳米粒，凝胶，植入剂和药物释放支架等，给药方法有:静脉给药，腹腔给药，每周给药法等，另外联合用药研究也已进行了广泛研究.

6 结语

综合当前对生物碱抗肿瘤的研究现状发现天然生物碱的抗肿瘤作用是通过多条途径实现的，包括抑制肿瘤细胞增殖，诱导肿瘤细胞分化，诱导肿瘤细胞凋亡，逆转多药耐药肿瘤细胞抗凋亡，抑制端粒酶活性，调节细胞信号传导，调节机体免疫功能，抑制肿瘤细胞转移，抑制肿瘤血管生成，减轻化疗不良反应等[45]，但是对于一些生物碱的抗肿瘤机制仍不是十分明确，因此在不断发现新的具有抗肿瘤活性的生物碱成分的同时，要进一步阐明生物碱抗肿瘤的作用机制，相信研制和开发新的天然生物碱抗肿瘤药物将具有更广泛的前景.

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