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六磷酸肌醇抗肿瘤作用研究进展

2016-01-31黄久玲鄢艳兰罗勇兵

中国老年学杂志 2016年21期
关键词:肌醇大肠癌细胞系

黄久玲 徐 刚 鄢艳兰 罗勇兵 陈 英

(江西中医药大学基础医学院,江西 南昌 330004)



六磷酸肌醇抗肿瘤作用研究进展

黄久玲 徐 刚 鄢艳兰1罗勇兵2陈 英

(江西中医药大学基础医学院,江西 南昌 330004)

六磷酸肌醇;肿瘤

六磷酸肌醇(IP6)以其广泛的防癌抗癌效果和其几乎无毒副作用的理想抗癌功能,正逐渐受到人们的关注,且近年对其相关研究取得了较大的进展。

1 IP6及其相关分子的特性

IP6又名植酸,是一类天然的多聚磷酸化合物,基本结构由肌醇和6个磷酸根离子构成,并在一定条件下解离出可变数量的磷酸根,形成IP(1~5)的一类低磷酸肌醇混合物。其最显著的理化功能是强大的螯合作用。在pH值为6~7的情况下,它几乎可与所有的多价阳离子形成稳定的螯合物。常见的金属离子中螯合能力强弱依次为Zn、Cu、Fe、Mn、Ca等〔1〕。特别是在肌醇的1,2,3位上结合了磷酸基团的IP6衍生物,其干扰金属离子催化酶活性的能力更强,使得IP6表现出强大的抗氧化能力。IP6在许多天然食物,特别是种子中的含量很高,如大豆、全谷,其含量0.4%~6.4%〔1,2〕。例如:麦麸中为4.8%,大豆中为1.4%,并且多存在于种子胚层和谷皮中〔2,3〕。IP6及其低磷酸化合物在许多哺乳动物细胞中都有较高含量,特别是IP5和IP6,几乎存在于所有哺乳动物细胞中,其浓度达10 μmol/L~1 mmol/L,并在其中发挥重要的生理功能〔3〕。IP6的毒性测试中,有人以50%的IP6水溶液进行大鼠毒性试验〔1〕,其半数致死量(LD)50为4 192 mg/kg,其毒性位于乳酸与山梨酸之间,在人类日常饮食中具有极高的安全性。

2 IP6防癌抗癌功能

2.1 抗癌效应 IP6几乎对各种组织和细胞表现出广谱抗癌效应。早期的大量流行病学资料显示,饮食中纤维素的含量与结肠癌及其他一些肿瘤的发病率负相关。随后Jenab等〔4〕发现,当去除了高纤维饮食中IP6后,麦肤等富含高纤维素的食品并不能有效地降低动物细胞的肿瘤发生率,而随着饮食中IP6含量的增加,对大鼠的肿瘤抑制作用越强。于是Shamsuddin等〔5,6〕提出假说,认为IP6可被细胞内在化并去磷酸化为IP1~5,然后进入细胞内的肌醇磷酸池从而可抑制肿瘤生长。近来,有关IP6及其去磷酸化合物对细胞内信号传导通路的生物学效应的研究颇受关注。Shafie等〔7〕于2013年利用多元油分析仪(MOA)诱导大鼠结肠癌的结果表明,IP6可通过抑制β-Catenin 与环氧合酶(COX)-2活性而降低肿瘤发病率。IP6几乎能抑制所有受试的细胞系,且表现出量效关系和时效关系。抑制人类造血细胞系生长的有:人类造血白细胞系、K562、人类正常造血细胞等〔8,9〕;其抗增殖活性报道最多的细胞有人类结肠癌细胞(HT)-29、雌激素阴性和阳性乳腺癌细胞、宫颈癌细胞、前列腺癌细胞、HepG2-肝癌细胞系〔10~15〕。IP6还能抑制间质细胞瘤、鼠纤维肉瘤〔16〕、人横纹肌瘤〔17〕。然而不同细胞具有不同的敏感性(造血细胞可能最为敏感),提示IP6在不同的细胞系中其作用机制可能不同。Shamsuddin等〔8〕首先在造血细胞系K562中发现,IP6 具有诱导细胞分化和成熟、恢复细胞表型的潜能。而其最多的表现是对HT-29细胞系〔10〕、前列腺癌〔13〕、乳腺癌〔11〕、人横纹肌瘤细胞〔17〕的分化能力。

IP6 的防癌作用首先是在以大鼠气管细胞培养物中加入苯并α芘的体外诱导实验中被检验〔18〕,随后在白变种实验室(BALB/c)小鼠的3T3纤维肉瘤模型中亦显示出一定的作用〔19〕。同时观察到它能阻断表皮生长因子和巴豆油酯诱导的JB6(小鼠上皮)细胞转化作用,提示IP6具有肯定的防癌效果,因为这是一种用来测定肿瘤诱发和抗癌药物的非常典型的模型〔20〕。它还能减少由12-o-佛波13-醋酸脂诱导的鸟氨酸脱羧酶活性的增强,而这是(HEL)-30细胞系(小鼠角质化细胞)肿瘤转化中的一项基本活动〔21〕。虽然癌症与营养领域的专家们倾向于在食物中加入IP6来发挥抗癌效应,但目前所有的抗癌实验都是以加入饮水中的浓度(0.4%~2.0%)来进行的,并证实饮水中更低浓度即能起到与饮食中相当甚至更强的抑癌效果。如饮水中0.4%的IP6浓度即能起到与含20%高纤维的食物相同的抑癌作用〔22〕。

IP6作为阻癌剂的效应表现在各类种系(如大鼠和小鼠)的不同促癌物(如1,2-二甲苯〔23〕和氧化偶氮甲烷〔24〕)诱导大肠细胞的实验中,且在促癌物作用之前和之后应用都有显著效应。IP6的这种阻止促癌剂诱导的大肠癌生长效应及其能有效降低动物肿瘤的数量和大小的能力,证明它具有成为治疗性药物的可行性。IP6能降低作为大肠癌间接标志物的细胞异常表型,其他实验模型也显示了它的能力并不仅限于抗大肠癌细胞〔25,26〕。IP6 能拮抗由7,12-二甲苯-α-蒽〔27〕或N-甲基亚硝脲〔28〕诱导Sprarue-Dawley小鼠的乳腺癌作用。但利用两步法小鼠皮肤促癌模型,Ishikawa等〔29〕检测IP6的效应时发现,它仅对皮肤乳头状瘤的触发阶段有作用,而对肿瘤的促进阶段则影响不大。

IP6 的疗效还能用带有转移和扩散了纤维肉瘤的甲脒亚磺酸(FSA)-1小鼠模型来证实〔30〕。在皮下接种了鼠FSA-1纤维肉瘤细胞的小鼠腹腔注射IP6后,其肿瘤体积和存活时间均与对照组有显著差异。随后进行的静脉注射FSA-1的肺转移实验中,腹腔注射IP6后能明显减少肺肿瘤克隆。Vucenik等〔17〕用人横纹肌细胞(RD)裸鼠转化实验检测IP6对RD细胞肿瘤形成率的影响,在皮下注射RD细胞前2 d即开始用IP6处理小鼠(40 mg/kg),肿瘤的生长被抑制了25~49倍。IP6也能抑制实验性肝肿瘤,用肿瘤形成和退化模型,在这个实验中,用IP6处理过的体外HepG2细胞完全丧失了对裸鼠的致瘤性〔15〕,此外,它还能促进具有癌变先兆的组织恢复正常。

内消旋肌醇本身也有一定的抗癌效应,它能抑制小鼠肺腺瘤的形成〔31〕。在许多动物实验中肌醇单独或与IP6共同作用能对多种肿瘤产生影响,如软组织、结肠、转移性肺癌和乳腺等癌症。此外,肌醇也能在体内产生抗增殖和抗肿瘤的效应。在大肠癌、乳腺癌和肺转移实验中已观察到了肌醇与IP6的协同抑癌作用〔22,32〕。且其效应比单用一种药物作用时更有效。

2.2 抗癌机制 IP6的抗癌机制仍不完全明了。目前提出一种假说:IP6和肌醇发挥作用的途径之一是通过低磷酸肌醇的功能。已检测到经IP6处理过的细胞内低磷酸肌醇,特别是IP1~3的浓度增加,从而可影响恶性细胞生长、分化、增殖调控的信号传导通路〔11,8,33,34〕。当遇外来刺激物产生反应时,有关磷脂酰肌醇类的磷酸化酶和水解酶被激活,从而分解为磷脂酰肌醇的各种衍生物,如磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)、二酰甘油(DAG)和IP3等,从而形成信号传导分子,对细胞的生物学效应起着广泛而重要的作用。有一类重要的分子名为3-磷酯酰肌醇激酶,能将磷脂酰肌醇的D-旋肌醇环中3-碳磷酸化,产生3-磷酸磷酯酰肌醇,而IP6能抑制3-磷酯酰肌醇激酶的活性〔20〕,这是因为IP6的结构与D-3-F-3脱氧磷酯酰肌醇——一种3-磷酯酰肌醇激酶抑制剂相似。

当前更多研究显示IP6还参与激活子蛋白(Ap)-1〔22〕、蛋白激酶C〔35~37〕、丝列原活化蛋白激酶等的激活过程〔20,38〕,从而介导抗癌活性,例如通过结合低磷衍生物激活蛋白激酶(CK)2等癌细胞凋亡通路〔37〕。也可以通过提高转化生长因子及其受体的转录水平发挥抗大肠癌作用〔39〕。IP6也能够在受体结合水平调控细胞应答。例如它能从空间阻断基本成纤维生长因子的肝素结合域,并由此阻断更多相关的受体活性。此种作用可能是由于IP6分子的椅形结构形似肝素中吡喃糖环〔40〕。

已知的IP6 抗癌机制还可能是通过调控以下几种途径实现的。IP6的抗氧化作用已被广泛接受,由于它能螯合Fe3+及抑制·OH的形成〔41〕,因而能以其抗氧化作用而减轻过氧化物对细胞的损伤及致癌作用。IP6的1,2,3位磷酸极其独特,对金属离子有着特殊的亲和力,能完全抑制其催化形成羟基的能力,从而表现出强抗氧化性。例如它能结合Zn2+,一种胸腺嘧啶激酶催化剂,而抑制DNA的合成,或去除一些其他能促进大肠癌发生的离子。

有资料显示IP6可能抑制促癌基因活性,修复抑癌基因功能。IP6不但能降低肝药酶的活性〔42,43〕,还能提高肝脏谷胱甘肽转移酶的活性〔44〕,这可能也是其防癌、抵制诱变的另一个原因。

3 IP6的其他功能

IP6除了其积极的抗癌作用外,还有许多对身体有益的功能。它能抑制肾结石的形成,减少心血管病的发生。不管是以纯盐溶液还是加入饮食中,IP6 都被证实能够减少高钙尿,阻止肾结石形成,且无任何毒副作用〔45,46〕。在临床治疗高脂血症和糖尿病时IP6显示出有效的降胆固醇效果。IP6能够抑制主动诱导的血小板凝集反应,从而保护心肌缺血的损伤和心脏再灌注的损伤,而此二者为心血管疾病的重要诱因〔47,48〕。由此可见,作为一种日常饮食中普遍存在的物质,IP6在防癌、抗癌作用及其他疾病的预防和治疗中具有重要的意义,尤其是在许多研究证明其对人体正常细胞功能毫无影响的情况下,更有其无法比拟的优势。当然,对于其功能和应用方面仍有许多未解决的问题,如其抗癌机制仍未完全明了,现有资料〔30〕显示其抗癌能力仅为中等,目前仅能用于临床辅助治疗等。

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〔2015-12-06修回〕

(编辑 杜 娟)

江西省社会科学“十二五”规划项目(15GL18);江西省高校人文社科规划基金项目(JC1551);江西中医药大学校级自然科学基金研究项目资助(2014ZR014)

徐 刚(1974-),男,副教授,硕士生导师,主要从事分子流行病学研究。

黄久玲(1991-),女,在读硕士,主要从事肿瘤分子流行病学研究。

R73

A

1005-9202(2016)21-5450-04;

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.21.108

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