中药诱导白血病细胞凋亡作用机制的研究进展

王杰伟 李 明 刘 晶

·综述·

中药诱导白血病细胞凋亡作用机制的研究进展

王杰伟 李 明 刘 晶

诱导细胞凋亡是近年来研究治疗肿瘤药物的重要方法和途径, 通过总结研究近几年临床应用各种中药的单方或有效成分诱导白血病细胞凋亡的机制, 包括对细胞周期的影响、对细胞凋亡信号的作用、抑癌基因和癌基因的表达影响等方面对细胞凋亡的各个影响因素进行阐述, 为今后中药抗白血病的药理研究提供理论依据和研究思路。

白血病 ； 中药 ； 细胞凋亡

中国的传统中药在现代提取工艺日益成熟的条件下, 其有效成分被更多更充分地萃取出来。通过对这些有效成分的研究, 不仅为临床治疗疾病提供了更多的药物与方法, 而且对中药药理作用机制的研究也得以发扬光大。白血病是一种严重危害人类身体健康的造血系统恶性肿瘤, 近几年来, 应用中药治疗白血病的研究取得了令人振奋的成果, 其中以对靶向细胞凋亡分子机制的研究意义最为重大。比如近年来砷类化合物、萜类化合物、黄酮类、生物碱类等都有相关的文献发表, 研究这些文献不仅有利于总结以往研究的思路和结论, 而且在中药诱导白血病细胞凋亡机制的研究方面拓宽了思路, 加强了研究的深度和广度, 从而为中药的开发和应用提供了更多的技术支持和理论支持。

细胞凋亡是一种细胞的自我消亡过程, 由个体基因控制。为了维持内环境的稳定, 细胞会对内外信号的刺激作出应答反应, 并通过基因调控诱导、启动、实施细胞凋亡, 是一种主动消亡的过程。在细胞的正常发育过程中, 通过凋亡途径能清除半数以上的细胞, 因此诱导肿瘤细胞凋亡已经成为现代开发抗肿瘤药物的主要方向。

中药诱导细胞凋亡的作用机制主要有下列几个方面。

1 对细胞周期的影响作用

细胞的增殖通常将通过细胞分裂产生的新细胞的生长开始到下一次细胞分裂形成子细胞结束为止所经历的过程称为细胞周期。每一代肿瘤细胞的增殖周期都需要经历G1期、S期、G2期、M期。许多中药能够作用于周期的某一个环节从而阻碍细胞的正常周期, 从而诱导其凋亡。

葛根为临床上常用中药, 是豆科植物野葛和粉葛的肥大块根, 其主要成分为异黄酮化合物以及少量黄酮类物质, 主要活性成分为大豆甙元、 大豆苷、 葛根素, 其中尤以葛根素含量最高。袁怀波等［1］首先对白血病人早幼粒白血病细胞(HL-60)进行处理, 通过用流式细胞仪进行分析发现HL-60细胞用葛根黄酮提取物进行处理后, 随着处理天数的增加, HL-60细胞处于 G2/M 期的细胞数显著增多, S期细胞数减少,细胞凋亡率显著增加；HL-60细胞用葛根素和大豆甙元进行处理后, 处于G1/G0的细胞数增加, S期和 G2/M 细胞数减少,细胞凋亡率增加。由此看出葛根黄酮提取物可阻滞细胞周期于G2/M 期, 有较强的诱导 HL-60细胞凋亡的能力, 其诱导凋亡能力强于葛根素和大豆甙元。葛根素和大豆甙元阻滞细胞周期于 G1/G0期, 大豆甙元对HL-60周期阻滞能力和诱导凋亡能力强于葛根素。

水飞蓟素为一类黄酮木酯素化合物的混合物, 水飞蓟宾是其中的主要成分, 具有很强的抗氧化作用。水飞蓟素和水飞蓟宾可将人前列腺癌细胞系、人结肠癌细胞系人乳腺癌细胞系、人白血病细胞系等多种细胞系阻滞在G1期或G2期［2］。水飞蓟素本身是作为一种抗氧化药物, 具有抗乙醇性肝损伤、解毒等功能, 它是一种天然的药物, 作用高效毒性低, 是理想的抗肿瘤中药, 值得医学界进一步研究和推广。

2 影响细胞凋亡信号的作用

Caspase是一组半胱氨酸蛋白酶, 存在于胞质溶胶中。其共同点是能特异地断开天冬氨酸残基后的肽键, 是细胞凋亡的主要执行者。正常情况下, 在细胞中Caspase是以无活性的酶原状态存在。通常酶原的激活可以有两条途径：①由细胞凋亡诱导物、病毒感染、射线照射、DNA损伤等各种死亡信号的作用使Caspase-8自我水解活化, 继而激活Caspase-3、6、7等, 最终导致细胞凋亡；②由细胞色素C介导, 在激活Caspase-9后, 引发酶的级联反应, 导致细胞凋亡。

姜黄素是从姜黄属植物姜黄中提取的活性成份, 近几年来, 其抗肿瘤作用日益受到关注。体外研究表明, 姜黄素具有抑制瘤细胞增殖和诱导凋亡的作用, 靶点可以从DNA、mRNA到蛋白质水平［3］。各髓系白血病细胞在姜黄素处理后, 死亡受体 Fas 的表达水平明显升高, 与对照组相比, 平均增加3 倍, Western-blot分析结果表明, 25 µmol/ L 的姜黄素处理细胞24 h , Caspase - 8、 Caspase - 9 蛋白水平明显升高［4］。由此可见, 姜黄素的抗肿瘤机制不仅可以通过诱导肿瘤凋亡的死亡受体通路进行, 还可以通过线粒体通路进行。

由肉桂树的树皮经过CO2超临界萃取所获得香精油的主要成份叫做肉桂醛, 还原端具有与柠檬醛类似的化学簇α, β-不饱和醛基, 该醛基是柠檬醛诱导HL-60细胞凋亡的活性基团［5］。通过试验发现, 肉桂醛对HL-60细胞有明显的杀伤作用, 随着作用时间的延长和给药浓度的加大, 活细胞数目均表现为逐渐减少, 并且经过流式细胞术结果分析和电镜扫描结果分析证实了其具有诱导肿瘤诱导肿瘤凋亡作用。从机理上看, 柠檬醛对半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 3(Caspase-3)活性起着诱导作用, 其化学作用本质是使 Caspase-3 前体发生降解加工, 体外实验证明化学簇α, β-不饱和醛基是其活化 Caspase -3 活性的关键基团。以上研究均表明醛类物质与诱导细胞凋亡具有一定的相关性［6］。

3 抑癌基因和癌基因的表达影响

熊果酸为五环三萜类化合物, 分布广泛, 存在于白花蛇舌草、女贞子、乌梅、 夏枯草等天然植物中。熊果酸的抗肿瘤作用机制主要通过诱导细胞凋亡, 抑制肿瘤细胞的增殖和血管生成, 抗突变和抗氧化等作用达到抗肿瘤的目的。细胞凋亡过程由细胞内复杂的信号系统进行精细的调控, 促凋亡基因有Bax、 Bcl-Xs、 ICE、Fas/APO-1、p53 等, 凋亡抑制基因有Bcl-2、 Bcl-XL、Mcl-l等。Mcl-1是一种具有半衰期短和高度调控的蛋白, 它在多种肿瘤细胞中表达, 在肿瘤细胞存活过程中起着非常重要的作用［7］。在研究中发现, 熊果酸作用于人急性白血病细胞后, 引起抗凋亡蛋白 Mcl- l表达的降低并呈明显的量效和时效关系, 但其他 Bcl- 2家族基因如Bcl- 2、Bcl- x L、Ba x、Ba d 等的表达均未受到熊果酸的作用而改变。提示熊果酸引起的 Mcl- 1 表达的抑制可能在其诱导细胞凋亡中起着重要的作用［8］。

4 综合因素作用

小檗胺是一种双苄基异喹啉类生物碱, 由于其具有提升白细胞, 减少患者外周血白细胞功能, 目前已作为一种白细胞药物 (升白胺 )在临床上广泛应用。小檗胺诱导凋亡作用是通过Caspase-3通路诱导 Ph+阳性白血病细胞凋亡, 经48h IC50浓度小檗胺处理后, Ph+白血病细胞出现时间依赖的凋亡现象, 同时伴有凋亡分子 Caspase-3 增高［9］；小檗胺还可以降低K562细胞的bcr/abl融合基因的表达, 从而诱导K562细胞凋亡；Jurkat细胞经小檗胺作用后, 能使细胞增殖抑制,且呈能剂量浓度依赖性, 作用后的细胞能形成凋亡小体, 这些都表明小檗胺能够诱导细胞凋亡, 而且这种作用具有明显的时效关系。此外, 经小檗胺作用后, Jurkat 细胞G2/M期比例明显降低, S期细胞增高, 表明小檗胺对Jurkat 细胞增殖抑制作用是通过诱导细胞凋亡, 使细胞增殖阻滞于S期［10］。以上这些结论, 证实小檗碱作用于白血病细胞的机制是通过多种途径实现的。

迄今为止, 传统的化疗药物仍然是临床上最为常用的治疗办法, 其作用机制多样化, 但是化疗药物的作用无选择性和靶向性, 致使在杀死白血病细胞的同时也损害了正常组织细胞、骨髓造血系统及免疫系统, 产生严重的不良反应和化疗药物耐药现象。中药在治疗方面有副作用少, 作用缓和的优势。其有效的活性成分作用效果得到临床的肯定。从某种意义上说, 中药治疗白血病的思路可以从靶向治疗着手, 提取出高效低毒的成分。当然, 这条路还很长, 期待更多同仁的努力。

［1］ 袁怀波, 糜漫天, 陈宗道, 等.葛根黄酮提取物对 HL-60 细胞增殖和凋亡的影响.肿瘤防治研究, 2007, 34(9):671-674.

［2］ 张继勇, 高红旗, 王 钊.水飞蓟素杭抗肿瘤活性研究进展.中国药学杂志, 2005, 40(22): 1688-1691.

［3］ Lin JK, Sy Ls.Mechanisms of can cancer chemoprevention by curcumin.Proc Nat l Sci Council Repub China B, 2001, 25(2):59-66.

［4］ 薛克营 , 李新刚, 陈燕.姜黄素诱导髓系白血病细胞凋亡的分子途径.华中科技大学学报(医学版), 2006 , 35(4):452-458.

［5］ Dudai N.Citral is a new inducer of caspase-3 in tumor cell lines.Planta Media, 2005, 71(5):484-488.

［6］ 魏练平, 罗美, 蒋瑾, 等.肉桂醛对 HL-60 细胞的生长抑制及诱导凋亡作用研究.食品科学, 2011(32):293-296.

［7］ Craig RW.Mcl1 provides a window on the role of the BCL2 family in cell proliferation, differentiation and tum origenesis.Leukemia , 2002, 16(4):444-454 .

［8］ 王晓芹, 曹波, 高宁.熊果酸诱导人急性白血病细胞凋亡及其作用机制.第三军医大学学报, 2009, 31(2):105-108.

［9］ 孙建荣, 张晓红, 何智文, 等.小檗胺对人慢性粒细胞白血病细胞发生凋亡的诱导机制研究.中华医学杂志, 2006, 86(32): 2246-2251.

［10］ 黄志煜, 董庆华.小檗胺诱导人白血病Jurkat 细胞凋亡的实验研究.中国肿瘤, 2007, 16(9):722-724.

Research progress of traditional Chinese medicine induced leukemia cell apoptosis

WANG Jie-wei, LIMing, LIU Jing.
Department of Inspection, Zhangqiu City Maternal and Child Health Care Hospital, Zhangqiu 250200, China

Induced apoptosis is an important method and path for recent study on tumor drugs.This paper provided theoretical reference and research approach for further pharmacologic research of anti-leukemia treatment by traditional Chinese medicine, through summarization and research of mechanism of recent clinically applied single drug or effective ingredient of traditional Chinese medicine induced leukemia cell apoptosis, including influence on cell cycle, effect for apoptosis signal, and expression of cancer suppressor gene and oncogene.

Leukemia; Traditional Chinese medicine; Apoptosis

10.14163/j.cnki.11-5547/r.2015.22.203

2015-01-06］

250200 章丘市妇幼保健院检验科