苦参碱抗肿瘤作用研究的新进展

邵明坤，范 青

0 引言

当前治疗肿瘤的基本手段包括放疗、化疗以及外科手术，但在放疗、化疗治疗过程中应用的大部分抗肿瘤药物使患者遭受巨大痛苦，并对人体产生剧烈的毒副作用［1］。中药作为我国传统医药，在治疗肿瘤方面，具有明显改善症状、副作用小等特点。苦参碱［2］(Matrine)为豆科植物苦参、苦豆子、广豆根等中草药中的主要活性成分，其化学式为C15H24N20，属于四环的喹诺里西啶类生物碱。苦参碱作为一种传统的中药成分，具有抗炎、抗病毒、抗心律失常等多种药理作用。近年来，国内外大量研究发现，苦参碱在抗肿瘤方面也具有明显功效，本文对苦参碱抗肿瘤作用的最新研究进展进行综述。

1 抑制肿瘤细胞增殖和诱导肿瘤细胞分化

苦参碱抑制肿瘤细胞增殖和诱导分化作用已被深入研究，可作为潜在的肿瘤治疗剂，其机制主要包括干扰细胞周期、抑制端粒酶活性、改变癌基因和肿瘤相关蛋白的表达等。

1.1 干扰细胞周期 细胞周期与细胞增殖密切相关，细胞周期阻滞可使细胞生长延长，增殖速度减慢。与细胞周期调控相关的主要分子有细胞周期蛋白(Cyclin)、细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)及CDK抑制剂(CDKI)。Zhao等［3］在对视网膜母瘤细胞的研究中发现，苦参碱抑制细胞增殖，流式细胞术分析显示，随着药物作用时间的延长，G0/G1期细胞比例明显升高，S期细胞比例则相应下降。Western blot分析发现，G1期调控关键因子CyclinD1表达下调，这种下调与G0/G1细胞周期阻滞相关。而CDKI的功能亚基P21和P27表达增强，P21介导细胞G0/G1和G2/M阻滞，P27能够调节G1期细胞进入S期［3］。另有研究发现，周期阻滞与细胞分化联系紧密。苦参碱诱导淋巴瘤U937细胞向粒-单系分化，细胞周期发生 S期阻滞，细胞周期调控蛋白p21Waf1/Cip1表达增高，表明苦参碱能诱导U937细胞分化，其机制与改变细胞周期调控蛋白的表达有关［4］。

1.2 抑制端粒酶活性 端粒酶几乎仅在人类恶性肿瘤细胞中呈现活性，活性端粒酶使肿瘤细胞摆脱了衰老的约束，大量研究通过抑制端粒酶的活性来制止肿瘤细胞无限增殖。周喜汉等［5］发现，苦参碱对结肠癌SW1116细胞具有显著抑制增殖作用。与未经苦参碱处理的对照组相比，细胞端粒酶活性显著下降，其催化亚单位hTERT mRNA表达明显减少，表明苦参碱通过下调hTERT的表达而抑制SW1116细胞端粒酶活性，从而抑制其增殖。

1.3 改变癌基因和肿瘤相关蛋白的表达 癌基因和肿瘤蛋白是调控细胞增殖与细胞分化的关键角色，包括N-ras、c-myc原癌基因，P53抑癌基因，甲胎蛋白(AFP)，增殖细胞核抗原(PCNA)等等。研究发现，苦参碱对白血病细胞(K-562)具有显著抑制细胞增殖和诱导分化的作用，其机制主要通过上调 N-ras、P53和下调 c-myc的表达［6］。AFP是人肝癌细胞的肿瘤标志物，可作为肝癌恶性程度的判断依据。苦参碱处理的HepG2细胞中AFP表达减少，这说明肿瘤细胞的恶性增殖被抑制［7］。PCNA参与多种重要的细胞进程，其表达情况反映细胞的增殖能力。苦参碱通过下调胰腺癌细胞中PCNA的表达来抑制细胞内DNA合成与修复，导致细胞分裂失败，进而抑制细胞增殖［8］。

2 诱导肿瘤程序性细胞死亡

肿瘤的发生不仅与细胞的增殖失控和分化异常有关，也与程序性细胞死亡(Programmed cell death，PCD)的失衡有关。根据细胞死亡形态学分类，将PCD分为:细胞凋亡死亡(TypeⅠ)和细胞自噬死亡(TypeⅡ)［9-10］。大量研究发现，苦参碱有效诱导胃癌、肝癌、乳腺癌、结肠癌、白血病、骨肉瘤、神经胶质瘤、淋巴瘤等肿瘤细胞程序性死亡。对于苦参碱诱导肿瘤细胞程序性死亡的机制，主要与诱导细胞凋亡和影响细胞自噬有关。

2.1 细胞凋亡 正常细胞通过增生和凋亡来维持自身的稳定，作为“永生”的肿瘤细胞与凋亡的失调有很大关系。诱导肿瘤细胞凋亡是治疗肿瘤的重要突破口，主要依赖影响凋亡相关基因的表达和干扰信号转导途径。

2.1.1 影响凋亡相关基因的表达 目前对苦参碱诱导肿瘤细胞凋亡基因水平的研究主要集中于增强或抑制 Fas/FasL、Bax/Bcl-2、Caspase、p53、Survivin等癌基因的表达。Liang等［11］研究发现，苦参碱能诱导人骨肉瘤细胞系 MG-63，U-2OS，Saos-2及MNNG/HOS细胞凋亡，其作用呈时间、剂量依赖性，且诱导凋亡的细胞形态特征为:细胞质浓缩，核染色质凝聚，出现凋亡小体。Western blot和RT-PCR分析显示，Fas/FasL和Bax表达上调，Bcl-2表达下调，caspase-3、caspase-8、caspase-9 的激活率增加。同时，苦参碱治疗MNNG/HOS骨肉瘤Balb/c鼠模型体内实验中，免疫组化分析发现Fas/FasL、Bax、Bcl-2表达变化与体外实验结果一致。Survivin是近来抗肿瘤研究的一大热点，具有抑制细胞凋亡和调控细胞分裂的作用。唐友红等［12］发现，苦参碱可以下调Survivin的表达而促进淋巴瘤Raji细胞的凋亡。

2.1.2 干扰信号转导途径 苦参碱能影响肿瘤细胞的许多信号转导途径，如PI3K/Akt信号通路、ERK/MAPK信号通路等，最终通过凋亡信号通路引起细胞凋亡。PI3K/Akt和ERK/MAPK信号通路在肿瘤的发生和发展中起到了至关重要的作用。Akt信号的失活已被证实能抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡。在苦参碱诱导急性髓样白血病(AML)细胞系HL-60、NB4和 U937以及原发性AML细胞凋亡的研究中，苦参碱抑制所有的AML细胞中Akt磷酸化导致Akt失活。结合用苦参碱和胰岛素样生长因子-1处理AML细胞的结果，进一步证实，苦参碱诱导细胞凋亡机制至少部分地归因于Akt的失活。同时，在苦参碱诱导细胞凋亡过程中还发现，苦参碱抑制NB4、、U937和原发性AML细胞的ERK1/2磷酸化。苦参碱的抗癌效应是通过抑制Akt和ERK1/2信号通路以及介导线粒体途径诱导AML细胞凋亡［13］。

苦参碱诱导肿瘤细胞凋亡主要通过介导细胞凋亡两条途径。一条是通过死亡受体激活途径，其中Fas/FasL系统是调节细胞凋亡的主要途径之一。细胞受到某些凋亡信号的刺激，死亡受体Fas通过与其特异性配体FasL结合而发生一系列caspase激活效应，导致细胞凋亡。Dai等［14］发现，苦参碱处理的人胃癌SGC-7901细胞中，Fas和FasL表达同样上调，均与细胞凋亡率相关;caspase-3酶的活性增加，与细胞凋亡率呈正相关。另一条通路是线粒体途径。当线粒体受到刺激后，释放细胞色素-C，随即与凋亡蛋白酶活化因子及caspase-9形成凋亡小体，进而激活caspase-3，启动细胞凋亡级联反应。Han等［15］报道苦参碱诱导人类多发性骨髓瘤细胞凋亡是依赖于介导线粒体途径:Bcl-2/Bax蛋白的比率减少，线粒体膜电位损失，细胞色素-C从线粒体释放到细胞质，caspase-3的激活率增加。

2.2 自噬 自噬与肿瘤的发生、发展密切相关，正常细胞的自噬能维持细胞完整和稳定性，从而抑制肿瘤的发生、转移;而对于肿瘤细胞，在代谢应激的微环境中，自噬功能则为细胞提供营养，逃避凋亡而生存。最近研究表明，苦参碱能够抑制肿瘤细胞自噬和触发自噬细胞死亡。苦参碱作用于C6神经胶质瘤细胞和HepG2肝癌细胞，通过电子显微镜观察到细胞内均形成大量的自噬液泡，另外，与自噬诱导剂3MA合用于HepG2细胞，可明显减少苦参碱诱导的自噬液泡［16-17］。对于人胃癌SGC7901细胞，苦参碱阻滞自噬降解，通过转变溶酶体的pH环境，导致溶酶体中蛋白水解酶活性下降，引起细胞内大量自噬液泡堆积，同时还能增加自噬基因Beclin 1的表达，呈剂量依赖性［18-19］。

3 抑制肿瘤侵袭和转移

肿瘤转移是恶性肿瘤的基本特征和重要标志，是对现有治疗手段的严峻挑战。肿瘤的生长和转移很大程度上依赖肿瘤血管形成。血管内皮生长因子(VEGF)是血管生成重要的调控因子，在许多恶性肿瘤中表达上调。苦参碱体外培养肺癌A549细胞后发现，在细胞存活率不变的浓度下，苦参碱能够抑制细胞转移，ELISA检测指示细胞中VEFG-A分泌减少，VEFG-A的减少与A549细胞的生长和转移抑制相关［20］。此外，在苦参碱对高转移4T1乳腺癌Balb/c鼠模型的体内研究中发现，苦参碱能有效抑制鼠肺和肝上的肿瘤生长和转移，其机制是通过下调VEGF和VEGFR-2的表达来抑制肿瘤血管生成［21］。

细胞外基质和基底膜是恶性肿瘤侵袭和转移时必须穿越的屏障。乙酰肝素酶能够分裂细胞外基质中和基膜上的类肝素硫酸蛋白聚糖，介导细胞的粘附和新生血管的生成。苦参碱作用的恶性黑色素瘤A375细胞中乙酰肝素酶mRNA的表达和细胞黏附侵袭能力均受到明显的抑制，表明苦参碱通过下调细胞中乙酰肝素酶mRNA的表达而抑制细胞的黏附侵袭能力［22］。基质金属蛋白酶家族(MMPs)几乎能降解细胞外基质中的各种蛋白成分，在肿瘤的侵袭转移中起关键性作用。Yu等［23］研究发现，对于高转移的人乳腺癌MDA-MB-231细胞，苦参碱能够抑制 MMP-9、MMP-2的激活，并有效降低 MMP-9、MMP-2、EGF、VEGFR1 的mRNA表达水平，从而有效抑制肿瘤细胞侵袭。

4 逆转肿瘤多药耐药性

肿瘤多药耐药(Multidrug resistance，MDR)是临床肿瘤化疗失败的主要原因。苦参碱能够逆转肿瘤多药耐药，其机制涉及抑制P-糖蛋白(P-gP)、多药耐药相关蛋白(MRP)、肺耐药相关蛋白(LRP)等转运蛋白的过表达，降低DNA拓扑异构酶TOPOⅡ等相关酶的活性，诱导肿瘤细胞凋亡等。研究表明，苦参碱对阿霉素耐药的乳腺癌细胞(MCF-7/ADR)可通过降低AKT的磷酸化水平，抑制P-gP、MRP等耐药蛋白的表达，诱导肿瘤细胞的凋亡等发挥逆转肿瘤多药耐药性作用［24］。对于建立的小鼠S180肿瘤细胞多药耐药模型，苦参碱能够明显降低化疗诱导后耐药细胞P-gp、LRP的表达率和TopoⅡ活性，有效干预化疗诱发的肿瘤细胞多药耐药的产生［25］。苦参碱能够增强人类耐紫杉醇的肺鳞状癌细胞(NCI-H520/TAX25)对紫杉醇的敏感性，有效逆转细胞的耐药性，其发生机制与抑制凋亡表达基因(Survivin)和转录因子(Oct-4、Sox-2)的表达有关［26］。

5 讨论与展望

综上所述，苦参碱抗肿瘤的作用较全面且广泛，包括抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞分化和程序性死亡、抑制肿瘤细胞侵袭转移、逆转肿瘤细胞多药耐药性等多个方面。但是目前对苦参碱抗肿瘤确切机制的研究仍不够深入，多以体外试验为主，不足以充分解释苦参碱抗肿瘤作用，毕竟体内实验具有复杂性，对于体外试验证明有效的药物在体内的作用效果及安全性结果如何，还有待研究。在未来的研究中需结合动物模型和临床研究，进一步探究其抗肿瘤机制与临床疗效，为苦参碱尽快成为抗肿瘤的临床药物提供充足的理论依据。

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