茉莉酸类的抗癌活性及其作用机制

杨 清

0 引言

茉莉酸类是一族与前列腺素类有相似结构的植物应激激素。天然的茉莉酸类包括：顺-茉莉酮(Cis-Jasmone，CJ)、茉莉酸(Jasmonic Acid，JA)、茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate，MJ)等，均属于环戊酮类脂肪酸衍生物，普遍存在于各种植物体中。JA与MJ的化学结构类似于水杨酸类。茉莉酸类能使植物对外界伤害和病原菌侵染做出防御反应，是诱导防卫基因表达的信号分子，也是与植物防御相关的最有效调节物质[1]。茉莉酸类具有广谱的生理效应，其信号分子促进了植物对病原真菌的直接防御反应，且其组成性激活增强了植物对植食昆虫的抗性[2]。此外，作为植物发育与防御中作用的一部分，茉莉酸类还参与了植物的程序性细胞死亡，其机制类似于哺乳动物的细胞凋亡[3]。

实验表明，除了在植物中的这些天然作用外，茉莉酸类还对哺乳动物细胞具有抗癌效果[4]。天然茉莉酸类及其合成衍生物能够抑制各种人和鼠科动物癌细胞的增殖，并能诱导癌细胞死亡[5]。茉莉酸类对癌细胞具有选择性细胞毒性，这一点已由慢性淋巴性白血病(Chronic lymphocytic leukemia，CLL)患者血中提取的癌细胞和正常外周血单个核细胞的混合种群中得到验证。而且，MJ的细胞毒性与CLL患者血液中的癌细胞百分比呈正相关[6]。此外，研究还发现，茉莉酸类能提高淋巴瘤小鼠体内的T细胞残存量[7]。近年来，许多研究者在积极探索茉莉酸类的抗癌活性，以期破译MJ诱导产生自身毒性效应的分子机制。这些研究工作还发现了茉莉酸类对哺乳动物细胞的其他抗癌活性(包括基因调节)。本文介绍了茉莉酸类的抗癌活性，并对其作用机制的研究进展进行简单总结。

1 茉莉酸类可诱导细胞死亡

Flescher科研团队首先发现茉莉酸类具有抗癌活性-影响各种癌细胞的增殖，并诱导其死亡。茉莉酸类具有抗癌药物所必需的两个重要特质：①对癌细胞的高选择性和对正常细胞的无效性；②对耐药癌细胞的抑制能力。如：JA和MJ对人体正常淋巴细胞没有影响，但是对淋巴细胞性白血病细胞有很强的细胞毒性效应。实验表明，与野生型p53 B淋巴瘤细胞相比，突变型p53表达细胞对争光霉素和新抑癌蛋白(Neocarzinostatin，NCS)的毒性效应有更强的耐受性，而茉莉酸类对野生型p53 B淋巴瘤细胞和突变型p53表达细胞都具有毒性效应[8]。茉莉酸类在各种不同类型的癌症(胃癌、肝癌、乳腺癌、结肠癌、前列腺癌、肺癌、子宫癌、神经细胞瘤、淋巴瘤和白血病)的癌细胞和癌细胞系中均表现出抗癌细胞毒性效应[9-10]。不仅如此，采用MJ对EL-4荷瘤小鼠进行治疗，小鼠存活期明显延长，这表明无论在体内还是体外，MJ均具有抗癌活性。

茉莉酸能诱导癌细胞凋亡。通过观察Hoechst或DAPI染色确定的细胞核的细胞形态以及细胞凋亡的典型表征，或利用流式细胞仪进行DNA含量和Annexin V分析，或测量caspase-3活性，都可以得出这一结论[11]。茉莉酸可抑制抗凋亡蛋白质，或激活促凋亡蛋白质，因此能够促进细胞凋亡。如：茉莉酸类能诱导神经母细胞瘤细胞凋亡。用MJ治疗SH-SY5Y，抑制了XIAP和Survivin(均为IAP家族的成员)的表达，因此可促进细胞凋亡[12]。在人乳腺癌细胞中，MJ诱导的细胞凋亡与膜流动性下降、肿瘤坏死因子受体表达增强及caspases-8激活均有关联，表明茉莉酸类激活了外在的凋亡通路[13]。在人非小细胞肺癌细胞A549中，MJ诱导活性氧产生，而活性氧能增强促凋亡蛋白质(Bcl-2族、Bax和Bcl-Xs)的表达[14]。还有研究发现，MJ能抑制辐射诱导的Bcl-2的表达，并增强人前列腺癌细胞PC-3辐射诱导凋亡[15]。然而，茉莉酸类诱导的细胞死亡模式可能在细胞凋亡和非凋亡性细胞死亡之间变化，具体情况依p53的状态而定。如：在野生型p53细胞中，MJ主要诱导细胞凋亡；而在突变型p53细胞中，MJ诱导细胞坏死。此外，在一些宫颈癌细胞株中，MJ的细胞毒性效应表现为同时诱导细胞凋亡和细胞坏死，与p53、p21、Bcl-2和Bax的含量变化有关[16]。在宫颈癌细胞株中，MJ导致Survivin的下调，并明显降低人乳头瘤病毒E6和E7的蛋白含量[17]。

2 茉莉酸类诱导细胞死亡的作用机制

茉莉酸类诱导细胞死亡的作用机制之一是生物能机制，可以解释MJ对癌细胞的选择性。线粒体是决定细胞生死的关键，线粒体扰动能导致细胞凋亡和细胞坏死[18]。癌细胞线粒体与正常线粒体存在一些模式差异：①癌细胞线粒体膜电位高于正常线粒体膜电位；②通透性转换孔复合体(Permeability transition pore complex，PTPC)组分(包含VDAC、ANT、亲环素D)的表达调控；③在癌细胞中，通过糖酵解增强ATP生成率[19]。许多化疗药物能诱导线粒体介导的细胞凋亡(内在的凋亡通道)[20]，其通过线粒体扰动起作用，如导致线粒体膜的通透性转换、膜去极化、渗透膨胀及细胞色素C释放。由于茉莉酸类的毒性效应不依赖转录、翻译及p53的状态，其对线粒体的影响得到验证。有证据表明，MJ在诱导细胞死亡之前首先减少癌细胞中ATP的含量。因此，推测癌细胞线粒体产生ATP的能力受损，致使其对MJ诱导的ATP快速消耗更为敏感。研究发现，MJ诱导的ATP含量下降并不依赖于丙酮酸(底物)和寡霉素(氧化磷酸化抑制剂)。相反，葡萄糖能保护细胞免受MJ诱导的ATP消耗，并减少细胞死亡。而且，MJ和糖酵解抑制剂2DG组合能产生协同效应[21]。茉莉酸类能在一些人体癌细胞株中诱导线粒体膜去极化和细胞色素C释放。MJ还能以PTPC介导的方式，在从癌细胞株中分离出的线粒体中诱导膨胀和细胞色素C释放，但是其无法作用于非转化细胞或正常淋巴球分离出的线粒体。以上研究表明了MJ对线粒体的直接效应，同时也表明MJ对癌细胞的选择性源自癌细胞和非癌细胞的不同线粒体状态。

MJ以线粒体为靶标，因此有必要深入研究癌细胞线粒体中的MJ目标合成物。第一个候选评估对象是已糖激酶(Hexokinase，HK)。HK是糖酵解起始酶，其催化葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖，从而减少了细胞内的葡萄糖。这也是糖酵解中的限速步骤。在癌细胞中，HK被过度表达，且多半根据疏水作用通过VDAC结合于线粒体[22]。HK过度表达在癌细胞的生长率和存活率方面发挥关键作用，并且与肿瘤生长率密切关联[23]。因此，结合于线粒体的HK的过度表达可以解释瓦尔堡效应[24]。而Goldin等已经证实，MJ能特异性结合于HK，并能破坏HK与线粒体VDAC之间的相互作用，从而导致HK从线粒体脱离，随后产生细胞色素C释放[25]。此外，HK瞬时过表达方面的研究证明，癌细胞和线粒体对MJ的敏感性依赖于HK的表达及其线粒体相关性。因此，MJ诱导的HK与线粒体的分离干扰了线粒体的渗透性及全部细胞的能量，直接导致细胞死亡。这是基于抗癌药物和HK直接相互作用的细胞损伤机制的首次描述，有助于开发抑制HK-VDAC相互作用的新型小分子抗癌化合物[26]。

此外，癌细胞对MJ的敏感性与肉瘤细胞株中p-AKt的状态存在强相关。大多数癌症的pI3K/Akt(PKB)途径发生调控异常，并且在抗癌药物耐受性方面发挥重要作用[27]。Akt活性削弱了癌细胞株对不同化疗药物的敏感性。因此，pI3K/Akt特异性抑制剂能提高癌细胞对抗癌药物的敏感性[28]。Akt提升存活率的作用依赖于葡萄糖可用性。此外，Akt信号和线粒体HK在细胞死亡调节方面存在关联[29]。Elia等[30]研究发现，用MJ治疗引起肉瘤细胞株中p-Akt含量的增加。联合使用pI3K/Akt途径抑制剂和MJ可以抑制MJ诱导的Akt活性，从而协同诱导出对MJ细胞毒性的致敏作用。此外，2DG能消除MJ诱导的p-Akt含量增长，抑制Akt的抗凋亡效应，使细胞对MJ更为敏感。显然，联合使用MJ、Akt抑制剂和2DG治疗肉瘤具有多种优势。

茉莉酸类诱导细胞死亡的另一个作用机制是借助活性氧类(Reactive oxygen species，ROS)的参与[31]。MJ能通过C6胶质瘤中的热休克因子Ⅰ(Heat shock factorⅠ，HSF1)，诱导热休克蛋白质72(Heat shock protein 72，HSP72)。经过MJ治疗，细胞内的H2O2、过氧化物和线粒体ROS的含量增加，而MJ诱导的HSP72表达被ROS抑制剂阻止。在A549细胞中，MJ能通过H2O2生成增加促凋亡蛋白质Bax和Bcl-xS，进而诱导细胞凋亡。此外，茉莉酸类还以醛酮还原酶1C(Aldo-ketoreductase1C，AKR1C)亚型为靶标[32]。作为癌症病理学介质，AKR超家族的成员正在不断涌现。其中，AKR1C3参与前列腺素D2(Prostaglandin D2，PGD2)的新陈代谢，促进骨髓性白血病细胞株的分化[33]。而茉莉酸类与PGD具有结构相似性，能够抑制AKR1C。在骨髓性白血病细胞株HL-60和KG1a中，JA和MJ都能诱导出大量的ROS，而MJ还能诱导出大量的线粒体过氧化物(Mitochondrial superoxide，MSO)。MSO的形成与细胞活力的削弱存在强相关。

3 茉莉酸类可导致癌细胞的基因表达异常

茉莉酸类能诱导癌细胞死亡，并具有其他的抗癌活性。此外，有证据表明，在诱导癌细胞死亡方面，茉莉酸类能与其他抗癌药物(如TRAIL)产生协同抗癌效应[34]。此外，茉莉酸类还能改变基因表达[35-36]，这可能是茉莉酸类诱导的细胞死亡效应直接导致的结果，也可能是和该效应相伴而生的。研究中可能检测到的基因表达变化主要是抗凋亡蛋白质(如IAP家族、Bcl-2)的下调或者是促凋亡蛋白质(如Bax)的上调。

4 新型茉莉酸类衍生物

制约天然茉莉酸类(如MJ)成为化疗药物的主要因素在于，天然茉莉酸类需要毫克分子量级的大剂量使用才有效果[37]。因此，为了将茉莉酸类开发为抗癌药物，近年来研究人员尝试研制合成类似物以降低药物治疗剂量并维持抗癌效果，但是很少取得成功。目前已有的茉莉酸类合成类似物和衍生物以及相应的有效浓度和抗癌活性见表1。

表1 茉莉酸类合成衍生物及其抗癌活性

茉莉酸类必须大剂量使用才能发挥抗癌作用，这也是其很难成为抗癌药物的主要原因。为了发展基于茉莉酸类的治疗方案，迫切需要进一步发展茉莉酸类的类似物，以使其具有更低的最低有效浓度和更高的溶解度，同时仍然维持强有效的抗癌作用。此外，还需要开发体内模型，其目的在于：①评估茉莉酸类的毒性和安全性；②评估其药代动力学稳定性；③开发其配方和给药方法，对作为抗癌药物的茉莉酸类行进一步的研究和评估。由于茉莉酸类与其他抗癌药物可能有协同作用，因此有必要对茉莉酸类与现有抗癌药物(如铂化合物)和发展中的抗癌药物(TRAIL)进行联合用药的可能性进行体内验证，这也有助于基于茉莉酸类的抗癌方案的引入和推广。

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