天然药物中生物碱类成分抗肿瘤活性

宫 爽,孙佳明，田淋淋，张 辉

(长春中医药大学，长春 130117)

生物碱，又名植物碱，是一类含氮的有机碱性化合物。生物碱多数结构复杂，有含氮杂环，只有少数生物碱为结构简单的胺类化合物。大部分生物碱能与有机酸结合以盐的形式存在，但极少数生物碱则以酰胺和糖苷以及有机酸酯的形式存在。由科研结果可知，生物碱具有镇痛、缓解痉挛、抗菌、消除炎症、降血压、平喘、抗肿瘤等[1]功效。而其抗肿瘤活性的研究前景最为宽广，生物碱的抗肿瘤活性具有高效、低毒的的特点，因而成为国内外学者关注的热点。中国现阶段已进行了千余种天然药用植物抗肿瘤药理筛选，其中近百种中草药具有抗肿瘤药理作用。结果证明，具有主要抗肿瘤活性的成分为生物碱类成分。目前具有抗肿瘤功效的生物碱主要有以下几大类:异喹啉类生物碱、吲哚类生物碱、吡啶类生物碱、喹喏里西啶类生物碱、萜类生物碱、有机胺类生物碱等。常见的生物碱主要有原小檗碱、喜树碱、长春碱、苦参碱、龙葵总碱、槐定碱类、一叶裻碱、巴豆碱、玫瑰树碱、秋水仙碱、三尖杉酯碱等[2-8]。生物碱的抗肿瘤机制存在多样性，包括直接诱导癌细胞凋亡或者作用癌细胞内酶影响其活性及影响癌细胞生长周期等多个方面。总之天然药物中优良抗癌成分及新药的出现为肿瘤的治疗开辟了广阔的天地。归纳总结其抗肿瘤活性研究进展如下。

1 吲哚类(indole)生物碱

吲哚类生物碱主要有从长春花中提取的长春碱类、吴茱萸Evodiarutaecarpa(Juss.)Benth.中提取得到的吴茱萸碱类、马钱科植物马钱Strychnosnux-vomicaL.中提取得到的马钱子碱类以及海洋生物碱骆驼蓬碱等，其中以长春碱类最具代表性。

长春花Catharanthusroseus(L.)G.Don，夹竹桃科植物，从中提取分离得到双分子结构吲哚类生物碱——长春碱类。目前长春碱类化合物主要包括：长春碱、长春新碱、长春罗辛、长春罗定、长春地辛、长春瑞宾、长春氟宁、长春甘酯、脱水长春碱等。其中长春碱是第一个植物来源的生物碱类抗肿瘤药，20世纪60年代于美国上市，标志着生物碱类抗肿瘤药物的阶段性进展。长春碱类抗肿瘤作用活性显著，目前长春瑞宾、长春碱、长春新碱、长春地辛以作为抗肿瘤药物上市并用于临床[4]其他长春碱类也处于临床研究中。

长春碱类药物抗肿瘤作用机制是抑制细胞的分裂和增殖。通过药物与微管蛋白结合来抑制微管聚合，阻碍纺锤体微管的形成[9]，干扰细胞周期的M期使有丝分裂间断[10]。最终导致细胞分裂停滞在中期。此外半合成生物碱长春瑞宾的抗肿瘤机制则是通过令Bcl-2失活从而促进Bax的表达增强,进而引起肿瘤细胞凋亡。长春碱类药物的抗肿瘤作用机制相似，但由于它们抗肿瘤谱和细胞毒性存在差异[11]。故每种长春碱类生物碱类药物应用于不同的肿瘤疾病。长春碱VLB是一种特异性肿瘤化疗药物,主要作用于肿瘤细胞M期[12]。VLB一般用于治疗实体瘤,主要包括:非何杰金氏淋巴瘤何杰、金氏病、包括睾丸癌、乳腺癌等。长春新碱VCR主要用于治疗乳腺癌、成神经细胞瘤、肝母细胞瘤、胚胎性横纹肌母细胞瘤、急性淋巴细胞白血病等疾病。长春地辛VDS的抗肿瘤活性与上述两种长春碱类相似，常用于治疗非何杰金氏淋巴瘤、小细胞肺癌、粒细胞白血病以及小儿急性淋巴白血病。长春瑞平VRB主要对何杰金氏病和乳腺癌及非小细胞肺癌等有治疗作用。而半合成的长春瑞宾具有特殊的8环结构，不同于天然长春花生物碱的传统9环结构，这样使其神经毒性大大降低，增强了非小细胞肺癌的抗肿瘤活性[13]。在肿瘤疾病治疗过程中，长春碱类药物常与化疗联合应用，可减少化疗的毒性反应，从而提高治疗效果。例如在泌尿道上皮癌的治疗中,长春碱VLB便与甲氨喋吟、顺铂被联使用，治疗效果良好，此配伍被作为首选药物配伍[14]。

2 异喹啉类(isoquinoline)生物碱

在抗肿瘤生物碱中异喹啉类生物碱种类最多，被应用也最为广泛。这一类生物碱广泛的存在天然药物中，如防己科、小檗科、罂粟科、毛茛科等植物类群中均有发现。异喹啉类生物碱的结构具有多样性，共分为二十几类，如原小檗碱类、茚并异喹啉类、双苄基异喹啉类等。比较常见的有小檗碱及罂粟碱和汉防己甲素等。此类生物碱具有抗癌、抑菌、缓解疼痛、降血压、调节免疫力、抗凝血等生理活性。主要介绍小檗碱和罂粟碱。

2.1 小檗碱(berberine) 小檗碱(黄连素)属于季铵类化合物,黄连、黄柏、黄檗、小檗中均含有此生物碱[15]。20世纪中期，已有研究证明小檗碱抗癌作用广泛，对包括结肠癌、肝癌、胃癌、肺癌、膀胱癌等在内的多种肿瘤细胞均有抑制活性。小檗碱抗肿瘤作用机制是调控细胞增值周期和抑制肿瘤细胞复制增长能量。小檗碱可以抑制肿瘤细胞中核酸和嘌呤的合成[16]，从而抑制肿瘤细胞生长以及诱导肿瘤细胞凋亡。实验发现，经小檗碱处理后,处于DNA合成期的癌细胞数量明显减少[17]，肿瘤细胞被阻滞在细胞周期的静止期和合成前期，这样延长了肿瘤细胞增殖周期，进而达到减慢肿瘤细胞增殖的目的。此外，小檗碱还能够抑制癌细胞转移，抑制癌细胞的扩散速度[18]。并且小檗碱在抗肿瘤治疗中存在时间和剂量上的依赖性。

2.2 罂粟碱(papaveringe hydrochloride) 罂粟碱，通用名盐酸罂粟碱，属于鸦片类生物碱，主要存在于天山紫堇、山紫堇、籽纹紫堇、伏生紫堇、延胡索、紫堇、白屈菜等罂粟科植物中。这些植物中均有抗肿瘤活性明显的化学成分[19]。罂粟碱有松弛血管、心脏平滑肌以及抗肿瘤药理作用。

3 吡啶类(pyridine)生物碱

吡啶类生物碱主要由哌啶或吡啶衍生而成。共分为吡啶类和哌啶类、吲哚里西啶等。此类生物碱主要存在豆科植物中，如苦参、苦豆子等。主要包括苦参碱和氧化苦参碱及槐定碱等。此类生物碱均具有四环喹嗪啶类骨架结构均，具有良好的抗肿瘤活性。抗肿瘤作用机制主要是直接对肿瘤细胞长生杀伤作用、诱导某些肿瘤细胞向正常细胞分化、诱导肿瘤细胞凋亡。主要介绍此类生物碱中最具代表性生物碱苦参碱。

苦参碱类生物碱是肿瘤治疗领域中应用最为广泛的生物碱之一，主要有苦参碱、槐定碱、氧化苦参碱、槐果碱、槐醇碱等。此类生物碱毒副作用小，在抗肿瘤治疗过程中不损伤人体正常细胞，甚至能升高白细胞数、增强机体免疫功能，这一点很大程度上优于其他抗肿瘤化疗药物。故在抗肿瘤治疗中，苦参碱常常与其他化疗药物联合应用，效果良好[20]。研究发现苦参类生物碱对人体肝癌细胞、肾癌细胞、肺腺癌细胞等均有抑制作用[21-24]。其作用机制主要有：第一，抑制肿瘤细胞增殖并诱导其分化。研究发现经苦参碱处理的肿瘤细胞，有丝分裂前期的癌细胞比例明显增高，中期的癌细胞比例降低，表明苦参碱具有抑制肿瘤细胞进入中期的作用，从而抑制肿瘤细胞增殖[25]。第二，促进癌细胞凋亡。经过试验研究,肿瘤细胞用1 mg/mL浓度苦参碱处理后经流式细胞仪检测，癌细胞凋亡率达18.8%[26]。并且苦参碱的浓度改变细胞凋亡率也发生改变，这说明苦参碱类药物在抗肿瘤治疗中存在明显的浓度依赖性。第三，抗肿瘤细胞浸润转移与肿瘤细胞黏附。试验研究结果证明，肺癌细胞(肺巨肿瘤细胞)用苦参碱处理，癌细胞的内皮细胞通透性下降，癌细胞表达量明显减少。这表明苦参碱可使肿瘤细胞的黏附性降低，肿瘤内皮细胞的通透性下降，进而抑制肿瘤扩散及转移。研究发现苦参碱在一定浓度范围内能够降低人肝癌细胞黏附力、纤连蛋白黏附力、肝癌细胞穿膜运动力、基底膜降解力。经苦参碱处理后的癌细胞基因表达减弱，癌细胞的扩散受到抑制，这说明了苦参碱具有抗转移活性。除了以上三点外，苦参碱类生物碱还具有抑制肿瘤新生血管的形成、抑制及逆转肿瘤的耐药性，促进肿瘤宿主细胞的抗肿瘤免疫反应、抑制某些致癌病毒及炎症、降低化疗药物的毒副作用、预防性化疗等作用。由此可见，苦参碱类生物碱是一类非常具有研究价值的抗肿瘤药物，其应用意义与开发前景尤为广阔，这将对抗肿瘤研究具有重大意义。

4 萜类(diterpenes)生物碱

这类生物碱抗肿瘤作用明显，多为二萜类生物碱，主要存在短叶红豆杉、鞘柄乌头(AconitumvaginatumPritz.)等植物中。此类生物碱主要有紫杉醇(taxol)、紫杉次碱(taxotine)等。此类生物碱主要对子宫癌、乳癌、卵巢癌、肺癌、食道癌等有明显疗效。此类生物碱中最具代表性的是二萜类生物碱紫杉醇。

20世纪70年代，欧美科学家在短叶红豆杉的树皮中分离出紫杉醇，为此化合物的首次发现。紫杉醇属于二萜类生物碱，结构独特且复杂，故其溶解性不好[27]。紫杉醇是一种广谱抗肿瘤药[28]，对多种临床恶性肿瘤疗效显著，尤其适用于肿瘤晚期，对产生耐药性的肿瘤细胞活性明显[29]。紫杉醇主要治疗子宫癌、卵巢癌(尤其晚期卵巢癌)、乳腺癌、肺腺癌，食道癌等，其中对子宫癌、卵巢癌、乳腺癌具有特殊疗效。紫杉醇的抗肿瘤作用机制主要包括：抑制微管解聚、促进微管聚合，目前为止仅有紫杉醇有此功效。具体过程为促使微管蛋白结合到微管上，抑制微管亚单位的形成，冻结有丝分裂的纺锤体，从而使细胞有丝分裂终止，导致肿瘤细胞凋亡[30]。与传统抗肿瘤药不同的是，紫杉醇特异性结合微管蛋白使微管的聚合稳定，干扰微管细胞的运动和细胞内转运等正常功能，但在此过程中不会影响和损伤癌细胞的遗传物质。

虽然紫杉醇有着良好的抗肿瘤活性，但也存在着明显的毒副作用，主要会产生骨髓抑制、肌肉毒性、神经毒性等毒性，并且呈现剂量依赖性[31]，这使紫杉醇临床利用价值受到了影响，为了解决这一难题，国内外学者对如何降低紫杉醇毒副作用进行了大量研究。法国罗纳普朗克乐安公司就开发了多西紫杉醇(taxotere)，它属于半合成紫杉醇衍生物。它与紫杉醇一样均具有抑制微管解聚、促进微管聚合的作用，但与紫杉醇相比，多西紫杉醇具有更广泛的抗肿瘤作用，活性更明显，对乳腺癌的治疗效果优于紫杉醇[32-33]，并且已是非小细胞肺癌和晚期卵巢癌的首选药物。目前此药物已制剂成型上市应用。另外，也可以通过改变紫杉醇剂型和给药方法来降低紫杉醇的毒副作用。目前已有的新剂型包括乳剂、包合物、纳米粒、脂质体、缓释剂、植入剂等。原始的给药方法已发展为包括腹腔给药、静脉给药、周给药法等多种新的给药方式。目前在降低紫杉醇毒副作用研究方面已取得阶段性成果。紫杉醇是一种具有广阔开发前景的抗肿瘤药物，除此之外在红豆杉属植物中还发现紫杉次碱，其抗肿瘤效果也较为明显。故在医药领抗癌药物的研究中，红豆杉属植物已成为研究重点[34]。这也将对人类医药事业的发展产生深远的意义。

5 有机胺类(amines)生物碱

有机胺类生物碱也是一类重要的生物碱，这类生物碱的结构独特，其生物碱氮原子不结合在环状结构内。此类生物碱存在多种不同的氨基酸中。秋水仙碱、甜菜碱、麻黄碱、秋水仙胺、益母草碱等都属于此类生物碱。下面主要介绍一下秋水仙碱和甜菜碱。

5.1 秋水仙碱(colchicine) 秋水仙碱主要存在丽江山慈菇、百合科植物秋水仙中，其性状为粉末或针状晶体，颜色为浅黄色或白色，秋水仙碱毒性较大。秋水仙碱是一种广谱的抗肿瘤药，应用较为广泛。其抗肿瘤机制主要是在微管蛋白形成过程中，秋水仙碱与其二聚体结合以阻止其转换，从而抑制癌细胞有丝分裂中期纺锤体的形成，使有丝分裂终止，从而导致肿瘤细胞死亡[35]。但因为其毒性较大，其用法用量是一个关键性问题，有待进一步研究。

5.2 甜菜碱(betaine) 抗肿瘤、降血压、抗溃疡、抗胃肠功能障碍是甜菜碱最为主要的几项药理作用。在抗肿瘤研究中发现甜菜碱主要对人肝癌细胞具有活性。其作用机制主要是促使癌细胞遗传物质(DNA)甲基化，改变肿瘤细胞生长周期,诱导肿瘤细胞的凋亡[36]。

6 结语

综合当前天然植物中生物碱类成分及其抗肿瘤活性研究进展，生物碱作为主要的抗肿瘤活性物质具有广阔的开发及研究前景，天然生物碱类抗癌药物的应用将降低化疗药物所产生的毒副作用，提高抗肿瘤治疗效果。但当今研究阶段，还有一部分生物碱的抗癌机制还不健全完善，有待进一步研究。生物碱抗癌作用机制的深入研究将为今后医学中抗肿瘤新药的研制提供重要的指导和依据。生物碱类抗肿瘤药物的研究与开发将为人类医学事业的发展做出巨大贡献，具有深渊的意义。

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