紫草素抗宫颈癌作用机制的研究进展

黄国涛 洪莉 胡鸣 周敏 陈乾

[摘要] 宫颈癌是女性常见恶性肿瘤。研究发现紫草素能够诱导人宫颈癌细胞产生ROS，并调控MAPKs的活性，上调p53的表达水平，引发B淋巴细胞瘤-2家族蛋白水平的改变，造成线粒体外膜通透性改变，促进细胞色素C从线粒体释放到细胞质，引发一系列caspase的级联反应，从而促使细胞发生凋亡，也可通过降低人宫颈癌细胞中FAK的表达水平和磷酸化水平来抑制细胞增殖，促进细胞凋亡，降低其黏附、侵袭和迁移能力，从而达到抗肿瘤的目的。本文就其作用机理进行详细综述。

[关键词] 宫颈癌；紫草素；机理；综述

[中图分类号] R711.74 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2018）07（a）-0034-04

Research progress on the mechanism of shikonin against cervical cancer

HUANG Guotao HONG Li HU Ming ZHOU Min CHEN Qian

Department of Gynecology and Obstetrics， Renmin Hospital of Wuhan University， Hubei Province， Wuhan 430060， China

[Abstract] Cervical cancer is a common malignant tumor in women. Studies have shown that shikonin could induce ROS in human cervical cancer cells， regulate the activity of MAPKs， upregulate the expression of p53， change the protein level of B-cell lymphoma-2 family， trigger a cascade of caspase cascades， perturbate the mitochondrial membrane permeability and release the cyt ochrome-C from the mitochondria to the cytoplasm， which induces apoptosis of cells. In addition， it could also inhibit cell proliferation， promote apoptosis and reduce its biological behavior by decreasing the expression level and phosphorylation level of FAK in human cervical cancer cells. In this paper， a summary review is given about the detailed mechanism.

[Key words] Cervical cancer； Shikonin； Mechanism； Review

宮颈癌是女性常见的恶性肿瘤。在欠发达国家或地域，宫颈癌具有较高的发病率和死亡率，并在女性致命疾病中位列第三[1]。即便手术和放、化疗等综合应用能够改善早期宫颈癌的预后情况，但复发、转移的宫颈癌却难以根治，这同样是造成宫颈癌具有较高死亡率的主要因素之一。紫草素是一类萘醌化合物，是从紫草根部获取的有效成分之一。研究发现，紫草素能够抑制宫颈癌细胞的增殖、侵袭和转移[2]。本文拟综述紫草素抗宫颈癌细胞作用机制方面的研究进展。

1 紫草素的生物特性

紫草为紫草族多年生草本植物，具有超过两千年的药用记载，最早记录于《神农本草经》。紫草素是紫草的有效成分之一，具备抗炎、抗菌、抗肿瘤等效用。紫草素可以对抗由脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）刺激细胞因子白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、IL-1β和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的表达，并上调IL-10的表达，且具有一定的浓度依赖性；紫草素能降低由LPS刺激的Toll样受体4（toll-like receptor 4，TLR4）表达以及核因子-κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）的p65亚基磷酸化表达水平[3]。紫草素的抗炎机制可能是通过TLR4介导的信号通路活化NF-κB，降低TNF-α、IL-6和IL-1β的表达水平，并促进IL-10的表达。紫草素具有广泛的抗菌谱，包括革兰阴性菌中的沙门氏菌、大肠埃希菌，蜡状芽孢杆菌、金葡菌在内的革兰阳性菌，以及白色念珠菌。最低抑菌浓度和最低杀菌浓度表明，紫草素对相关细菌和真菌的抗菌作用与左氧氟沙星相当，其具有抗菌效用可能是由于与抗菌药物胡桃醌具有相似的化学结构[4]。近年来，随着对紫草素功能机制的探究，其抗肿瘤活性被人们发现，并成为关注的热点。研究表明，在体内或体外实验中应用紫草素处理胃癌、胰腺癌等肿瘤细胞系，抗肿瘤效果良好[5-6]。紫草素可通过抑制肿瘤细胞增殖、侵袭和转移，抑制血管增生等多种方式而达到抗肿瘤效果。

2 紫草素抗宫颈癌细胞作用机制

2.1 通过ROS/MAPKs/caspase信号通路

活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）是需氧细胞在有氧代谢过程中生成的一类拥有较高氧化活性、化学性质非常活泼的含氧类物质。细胞内源性ROS大部分在线粒体内产生，呼吸链电子传递过程中会有部分电子漏出直接传递给O2而生成ROS。ROS内含有未成对电子，具有较高的氧化活性，过度的氧化应激会产生大量的ROS，从而产生细胞毒性，对细胞内脂质、核酸、细胞器膜蛋白等造成损害，引起细胞内正常生理生化功能的紊乱，诱导细胞发生凋亡甚至死亡[7]。丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）家族成员包括4个亚家族：ERKs、JNKs/SAPKs、p38、ERK5/BMK，是一类把细胞外信号，如细胞因子、神经递质、内分泌激素等传导到细胞核内部的重要传递者。其介导的信号通路与细胞的多种生理生化过程密切相关。P38参与调控细胞凋亡[8]及炎症[9]的发生发展等过程，可作为抗炎新药研发的靶点。JNKs/SAPKs参与调控细胞应激反应过程[10]，是应激信号转导的重要参与者。ERK介导细胞的增殖分化[11]，并参与部分生长因子受体和营养相关受体的活化。caspase（含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶）是一组与程序性细胞死亡（包括细胞凋亡、细胞焦亡和程序性坏死）和炎症密切相关的蛋白酶。caspase在程序性细胞死亡中的作用于1993年首次发现，并证实其能够在细胞凋亡中发挥重要作用。caspase的激活确保细胞成分以受控的方式降解，对周围组织进行细胞死亡的影响最小。caspase也在炎症中起到重要作用，可直接处理促炎细胞因子，例如pro-IL-1β[12]。这些信号分子可诱导免疫细胞募集到受感染的细胞或组织。研究表明，caspase还与细胞增殖，肿瘤抑制，细胞分化，神经发育，轴突诱导和衰老等密切相关[13]。

大量研究表明，ROS与细胞凋亡有着紧密联系[14]。线粒体可通过呼吸链电子漏产生大量的ROS，也可通过线粒体相关蛋白的活化来诱发细胞凋亡。线粒体内累积的ROS消耗掉谷胱甘肽（GSH）和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）后，线粒体通透性转换孔（MPT）开放，细胞色素C（cytochrome-C，cyt-C）从膜间隙释放到细胞质与凋亡酶激活因子1（apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1）及pro-caspase-9构成凋亡小体，引起Caspase-9的活化，引发一系列caspase的级联反应，诱发细胞凋亡。吴振[15]发现，紫草素可通过caspase激活的机理来引发人宫颈癌Hela细胞发生凋亡，且呈现时间和浓度的依赖性。通过蛋白酶活力的检测和caspase抑制剂的使用，已证实Caspase-3和Caspase-8参与了该过程。但通过死亡受体的拮抗实验未能证实该过程与细胞凋亡的膜受体通路相关。Wu等[16]通过Western blot等实验方法发现，紫草素能够引发人宫颈癌Hela细胞中ERKs的磷酸化和上调p53的表达水平，但对c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和p38蛋白的表达水平无明显影响，而使用丝裂原活化蛋白激酶激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK）抑制剂则能抑制ERKs磷酸化，下调p53的表达水平，并证实了在此过程中ERKs位于p53的上游，ERK的磷酸化能够上调p53的表达水平。在多种细胞系中，p53能够起到调控细胞凋亡和细胞周期进程的作用。Bax作为一种促凋亡蛋白，能够作用于线粒体上的电压依赖性离子通道，引起cyt-C从线粒体释放到细胞质，并引发一系列caspase的级联反应来促进细胞凋亡，而B淋巴细胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）蛋白作为一种抗凋亡蛋白，则能够阻止凋亡形成因子的释放，p53则能够通过提高Bax的表达水平和降低Bcl-2的表达水平来实现对细胞增殖和凋亡的调控。张亚宏等[17]通过流式细胞术和Western blot等检测方法发现，紫草素能够引发人宫颈癌Hela细胞产生ROS，并上调p-p38蛋白的表达水平；通过使用活性氧的清除剂及SB203580（p38的特异性抑制剂）已证实，ROS能够调控p38的磷酸化，并诱发细胞发生凋亡。综上，紫草素能够引发宫颈癌细胞生成ROS，并调控MAPKs的活性，上调p53的表达水平，引起Bcl-2家族蛋白水平的改变，造成线粒体外膜通透性变化，促进cyt-C从线粒体释放到细胞质，引发一系列caspase的级联反应，从而引起细胞发生凋亡，达到抗肿瘤的目的。

2.2 通过FAK信号通路

局部黏着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）是一種由人类PTK2基因编码的非受体酪氨酸蛋白激酶。除某些类型的血细胞外，大多数细胞都能够表达FAK。FAK与细胞的增殖、凋亡以及侵袭迁移等有着紧密联系。抑制FAK的表达能够上调G2/M和G0/G1期的细胞比率，下调S期的细胞比率，干扰细胞过渡到有丝分裂阶段，阻滞细胞向S期过渡，进而抑制细胞增殖[18]。FAK酪氨酸激酶活性被激活是细胞迁移过程中重要的早期标志之一。FAK活化可诱发细胞内信号转导途径，促进细胞与胞外基质接触的转变，促进细胞迁移[19]。研究表明，FAK可通过FAK/PI3K-AKT[20-21]、FAK-RIP[22]等信号通路来实现恶性肿瘤的抗失巢凋亡。在整个细胞凋亡过程中，FAK是导致细胞变圆，失去局灶性接触以及凋亡膜形成的重要因素。FAK的过度表达可抑制细胞凋亡并增加转移性肿瘤的发病率。

近年来，FAK在肿瘤细胞中的作用机理成为人们研究的热点。研究发现，FAK在卵巢癌[23]、子宫内膜癌[24]和宫颈癌[2]等多种恶性肿瘤中均呈现高表达水平。郝臻凤等[2]通过Western blot和实时荧光定量PCR等实验方法发现，经紫草素处理后的人宫颈癌Hela细胞中FAK蛋白和mRNA的表达水平呈下降趋势，FAK的磷酸化水平降低，且呈浓度依赖性。而FAK的表达水平以及磷酸化水平的降低能够阻碍肿瘤细胞增殖、引发肿瘤细胞凋亡、影响其黏附、侵袭和迁移能力。综上，紫草素能够通过下调宫颈癌细胞中FAK的表达水平和磷酸化水平来阻碍细胞增殖，促进细胞凋亡，减低其黏附、侵袭和迁移能力，进而达成抗肿瘤的目的。

3 总结和展望

紫草素能够通过ROS/MAPKs/caspase和FAK信号通路来阻碍细胞增殖，促进细胞凋亡，降低其黏附、侵袭和迁移能力，进而达到抗肿瘤的目的。杨阳等[25]通过细胞水平免疫组织化学和流式细胞仪等方法发现，紫草素能够下调人宫颈癌鳞癌SiHa细胞中G蛋白偶联雌激素受体（Gprotein-coupled estrogen receptor1，GPER）、细胞周期蛋白D1（Cyclin D1）蛋白表达水平，上调G0/G1期的细胞比率，下调S期的细胞比率，进而抑制细胞增殖。该实验表明紫草素阻碍宫颈癌细胞增殖可能是通过GPER通路下调Cyclin D1的表达水平来实现的。而FAK和ERK信号通路同样可以调控细胞周期进程，影响细胞增殖。那GPER、FAK和ERK三条信号通路在调控宫颈癌细胞增殖方面是否有一定的联系，目前还没有关于此方面的研究。Dan等[26]发现，β-羟基异戊酰紫草素一种天然存在的紫草素衍生物，能够通过PI3K/AKT/mTOR信号通路诱导人宫颈癌细胞发生凋亡，进而达到抗肿瘤的作用。那紫草素是否能同样通过此信号通路来抑制宫颈癌的发展，目前还未见有关此方面的文献报导。紫草素于抗宫颈癌方面是否还存在其他作用机制需要进一步探索。紫草素等天然小分子物质的抗肿瘤效用成为人们近年来关注的焦点，有望为抗肿瘤药物的研发提供依据。

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（收稿日期：2018-03-14 本文編辑：李岳泽）