冬凌草甲素抗肿瘤作用机制研究进展

许尚虞 蔡铭 李威

[摘要] 冬凌草甲素（Oridonin）是冬凌草主要的有效活性成分，是一种介壳杉烯四环二萜类化合物，其化学结构为C20H26O7。大量实验资料证明，冬凌草甲素能通过抑制肿瘤细胞增殖周期、诱导肿瘤细胞凋亡、诱导自噬性细胞死亡、降低端粒酶活性、增强其他化疗药的疗效等途径抑制多种肿瘤的生长，本文将介绍冬凌草甲素抗肿瘤研究的进展。

[关键词] 冬凌草甲素;抗肿瘤;凋亡;细胞周期;自噬

[中图分类号] R285          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-9701（2020）24-0183-04

[Abstract] Oridonin is the main active component of rabdosia rubescens. It is a kind of meso taxon tetracyclic diterpenoids with the chemical structure of C20H26O7. It was proved by extensive studies that oridonin can inhibit the growth of a variety of tumors by inhibiting tumor cell proliferation cycle，inducing tumor cell apoptosis and autophagic cell death，reducing telomerase activity，and enhancing the efficacy of other chemotherapy drugs. This paper will introduce the research progress of antitumor mechanism of oridonin.

[Key words] Oridonin;Antitumor;Apoptosis;Cell cycle;Autophagic

冬凌草[Rabdosia rubescens（Hemsl.）Hara]为唇形科香茶菜属植物碎米亚的一种药用植物，其茎、叶可供药用，具有消炎止痛、清热去火、疏通气血、抗肿瘤之功效。冬凌草含有冬凌草甲素、冬凌草乙素、熊果酸、迷迭香酸、氨基酸等物质，其中有效活性成分报道最多是冬凌草甲素（Oridonin），是属于介壳杉烯（Ent-kaurene）四环二萜类的天然含碳化合物， 其化学结构为C20H26O7[1]。据研究试验表明，冬凌草甲素能明显的抑制肿瘤细胞的生长，如口腔癌、乳腺癌、食道癌、白血病、肝癌、卵巢癌等多种恶性肿瘤[2-7]，本文将介绍冬凌草甲素抗肿瘤研究的进展。

1 抑制肿瘤细胞增殖周期

细胞增殖与细胞分裂周期相关，冬凌草甲素可通过抑制肿瘤细胞分裂相关蛋白的表达，阻止细胞分裂，抑制细胞增殖，从而起到抗肿瘤作用。研究表明，采用冬凌草甲素处理人卵巢癌细胞SKOV3细胞，可以观察到S期的肿瘤细胞明显增多，而G1期的肿瘤细胞无明显增多，而在人卵巢癌细胞A2780细胞中，可以看到G1期的肿瘤细胞明显增多，而S期和G2期的肿瘤细胞明显减少，因此表明人卵巢癌细胞在冬凌草甲素作用下，能使肿瘤细胞停留在G1/S期，抑制肿瘤细胞增殖[8]。在冬凌草甲素的作用下，流式细胞术分析可以检测到神经母细胞瘤NB41A3细胞明显停滞在G2/M期，同时还发现可以改变肿瘤细胞周期蛋白cyclin-B1和磷酸-组蛋白H3（Ser10）的表达[9]。因此，冬凌草甲素可以改变Cyclin-B1等肿瘤细胞分裂相关蛋白的表达，抑制肿瘤细胞分裂，减少肿瘤细胞的增殖，从而起到抗肿瘤的作用。

2 诱导肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡是一种为了维护细胞内环境稳定，在基因调控下，自发有序的死亡。传统形态学意义上的凋亡具有细胞皱缩、核固缩、核碎裂、质膜空泡以及凋亡小体形成等特点[10]。以下几种细胞凋亡方式与冬凌草甲素诱导肿瘤细胞凋亡有关。

2.1死亡受体途径即外在凋亡途径

又称经典途径，死亡受体（Death receptors，DRs）是肿瘤坏死因子（TNF）受体超级家族的一部分，含有死亡域（Death domain，DD）是其共同特点。常见的受体有Fas、TRAILR1、TNFR1等，通过与相应配体结合，传递凋亡的信号传导，通过受体跨膜蛋白向细胞内传递凋亡信号，通过死亡效应区募集与caspase-8前体结合，形成所谓的诱导死亡信号复合体（DISC），然后通过调节Bcl-2/Bid蛋白的比值或直接激活caspase-3、-6、-7来传达死亡信号[11]。有研究证明，小鼠单核巨噬细胞RAW264.7细胞及T细胞急性淋巴细胞白血病（Jurkat细胞）在冬凌草甲素的作用下，可以通过抑制TNF-α和阻断NF-κB的活性促进癌细胞凋亡[12]。胆囊癌细胞可以在冬凌草甲素的作用下，能通过增加Bax/Bcl-2的比例，抑制NF-κBDNA复合物的活性，同时激活caspase-3，促进肿瘤细胞的凋亡[13]。

2.2 线粒体途径（又称内在凋亡途径）

线粒体是细胞ATP产生的主要场所，为细胞提供能量的主要细胞器，而调节细胞凋亡是其第二大功能，细胞是否能够存活与线粒体的功能正常与否密切相关。研究证明肿瘤细胞的多种发病机制与线粒体有关，在肿瘤的发生和发展过程中，线粒体发挥着极为重要的作用，能够影响肿瘤的增殖、分化、凋亡等。线粒体介导的细胞凋亡途径是指细胞在凋亡信号的诱导下，线粒体外膜的破坏或线粒体内膜转换孔开放改变膜的通透性，可使线粒体释放细胞色素C入细胞胞质，从而引起半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶caspase的活化和DNA的降解直接引起细胞凋亡。线粒体凋亡途径与Bcl-2家族的相关蛋白调控密切相关，主要是由抗凋亡蛋白（如Bcl-2、Bcl-w、Bcl-XL）和促凋亡蛋白（如Bax、Bak、Bid）組成，Bcl-2蛋白可促使线粒体膜上相关转换孔的开放，使线粒体的通透性增高，从而激活其下游的效应蛋白caspase引起细胞凋亡[14]。

大量实验研究证明，冬凌草甲素可以明显的阻止肿瘤细胞的增长，通过线粒体依赖的凋亡途径，诱导不同肿瘤细胞系的细胞凋亡，包括骨肉瘤、食道癌细胞等[4，15]。实验证明，经过冬凌草甲素处理，可以出现传统意义上细胞凋亡的病理学改变，如细胞皱缩、核固缩、核碎裂、质膜空泡以及凋亡小体形成等。可以下调抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-XL以及上调促凋亡蛋白Bax和 Bid，改变抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白之间的平衡，进而改变线粒体膜的通透性，促进线粒体内的细胞色素C，AIF和能抑制线粒体凋亡抑制蛋白（IAP）表达的Smac释放到肿瘤细胞的细胞质，促进多聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶（PARP）裂解，促进肿瘤细胞凋亡。同时，线粒体内的细胞色素C进入胞质中，还可以促进caspase-9前体和凋亡蛋白酶激活剂-1（APAF-1）聚集形成凋亡小体，激活caspase-3和PARP，增进肿瘤细胞凋亡[15]。有文献表明冬凌草甲素可能是一种潜在的治疗白血病的分子靶向药物[16]，t（8;21）白血病肿瘤细胞在冬凌草甲素的作用下，能裂解细胞内的AML1-ETO蛋白，增强硫氧还蛋白还原酶、谷胱甘肽和硫氧还蛋白三者之间彼此的影响，氧自由基活性增强，激活caspase-3，促进t（8;21）白血病肿瘤细胞凋亡。

2.3 丝裂原活化蛋白激酶途径

丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族是在进化过程中产生的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，可以将细胞的胞外信号呈递给细胞核，广泛参与细胞炎症、细胞分化、细胞增殖、细胞死亡等相关调控，MAPK家族的调节异常经常提示肿瘤的发生[17]。激活MAPK通路需要三级酶促级联反应，目前已知的至少有3种MAPK信号通路蛋白已被发现，包括细胞外信号转导信号激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）、p38激酶 （p38）。在不同的条件下，ERK可以抑制磷酸化介导细胞凋亡，或者促进Bcl-2蛋白表达的增加，阻止细胞凋亡[18];JNK可以促进线粒体中细胞色素C向胞浆释放，促进caspase活化，导致细胞凋亡;p38可以通过增强c-myc表达、磷酸化p53、激活c-Jun和c-fos等途径促进细胞凋亡[19]。

實验表明，冬凌草甲素可以抑制促生存的p38/JNK途径和激活促凋亡的ERK1/2信号系统来诱导肿瘤细胞凋亡，如，T细胞急性淋巴细胞白血病细胞系在冬凌草甲素作用下，可以抑制RAF/ERK信号通路的激活，下调Bcl-2/Bax的表达比值，诱导T细胞急性淋巴细胞白血病肿瘤细胞凋亡[5]。同时有研究表明人弥漫性大B细胞淋巴瘤在冬凌草甲素作用下，可以促进ROS介导的氧化性DNA损伤反应，抑制JNK通路激活，改变了线粒体的跨膜电位，释放细胞色素C入细胞质，导致弥漫性大B细胞淋巴瘤凋亡[20]。

以上研究表明，冬凌草甲素可通过外源性凋亡途径、内源性凋亡途径及丝裂原活化蛋白激酶途径诱导不同肿瘤细胞的凋亡。然而，这些途径并不总是独立地在细胞凋亡中起作用，均可以通过Bcl-2家族蛋白调节肿瘤细胞的凋亡。冬凌草甲素通过这些途径调节肿瘤细胞的凋亡是否有内在的联系，需要进一步的实验来证实，并需要寻找更多的证据来支持。

3 诱导自噬性细胞死亡

自噬是一种高度保守的真核细胞代谢途径，可以通过吞噬并降解多余或受损的细胞内物质（如蛋白质或细胞器）来维持细胞稳态。自噬在正常情况下是在较低的基础水平上发生的，促进细胞质内容物的更新和再循环，但在营养缺乏的条件下也被上调，通过自噬降解提供了简单的大分子，其可用于必需的代谢合成，从而维持正常细胞的生存和代谢[21]。自噬在癌症中起着双重作用，其可以通过减少受损蛋白质和细胞器的积累而抑制肿瘤的产生，也可以作为细胞存活的机制，可以促进肿瘤生长[22]。有实验表明，冬凌草甲素还可以通过增加p-ERK、NF-κB、caspase-1和pro IL-1β等蛋白表达水平，导致自噬相关蛋白Beclin-1的低表达，诱导增强人急性髓系白血病U937细胞的自噬作用[23]。人纤维肉瘤HT1080细胞经过冬凌草甲素处理，可以激活NF-κB，进一步促进p53的激活，从而引起肿瘤细胞的自噬和凋亡[24]。因此，冬凌草甲素可以通过诱导肿瘤细胞自噬，促进肿瘤细胞的凋亡，从而起到抗肿瘤的作用。

4 降低端粒酶活性

端粒酶是一种核蛋白逆转录酶，以自身的RNA为模板， 逆转录酶催化亚基合成端粒，补充细胞复制过程中丢失的端粒，使细胞能够得到持续的分裂增生甚至永生化。端粒酶在大多数的细胞内是没有活性的，因此细胞在分裂后不能及时补充端粒，进而死亡。在部分癌细胞的发生、发展过程中，激活端粒酶活性，使癌细胞在增殖过程中丢失的端粒能得到补充，因此激活端粒酶活性在癌细胞发生、发展过程中起着关键作用[25]。研究表明冬凌草甲素作用于人肝癌BEL-7402细胞后，可以观察到癌细胞内端粒酶RNA的表达减少和端粒酶活性下降，同时伴有Bax/Bcl-2蛋白的比值上调，促进癌细胞凋亡，从而抑制癌细胞的生长[6]。还有实验发现，人肝癌HepG2细胞经过44 μmol/L冬凌草甲素处理24 h后，肿瘤细胞会停滞在G2/M期，并出现细胞凋亡。通过PCR和Western Blot分析发现异染色质相关蛋白1（HP1β）过度表达可导致端粒酶的端粒关联降低和生长潜能降低，导致肿瘤细胞的凋亡[7]。由此可见，冬凌草甲素可以通过降低肿瘤细胞端粒酶RNA的表达和端粒酶的活性，从而抑制肿瘤细胞的生长。

5 增强其他化疗药的疗效

冬凌草甲素与其他化疗药的联合应用具有协同作用，既能增加化疗药对肿瘤细胞的抑制或杀伤能力，又能保护正常细胞免受损伤。有研究表明，冬凌草甲素能够增强BET bromodomain抑制剂JQ1抑制肝癌细胞活力的能力，通过促进细胞色素C释放，caspase-9、-3的蛋白激活和PARP的裂解，抑制抗凋亡蛋白（如Bcl-2、Mcl-1和X连锁凋亡抑制因子）的表达，激活线粒体凋亡途径，促进肝癌细胞凋亡[26]。用20 μg/mL冬凌草甲素联合200 μg/mL香菇多糖处理SMMC-7721肝癌细胞，可以提高香菇多糖促进肝癌细胞caspase-3、-8和-9以及Bcl-2的mRNA和蛋白表达，以及相关蛋白p53和p21的表达，同时降低了Bcl-2、Bcl相关蛋白、表皮生长因子和表皮生长因子受体表达，导致肿瘤细胞的凋亡，增强香菇多糖的抗癌活性[27]。以上研究结果表明，冬凌草甲素可通过下调多种抗凋亡蛋白的表达，有效的增强其他化疗药物的药性，促进肿瘤细胞的凋亡。

綜上所述， 冬凌草甲素可以通过抑制肿瘤细胞增殖周期、诱导肿瘤细胞凋亡、诱导自噬性细胞死亡、降低端粒酶活性、增强其他化疗药的疗效等多种途径抑制多种肿瘤的生长，从而起到抗肿瘤作用。随着对冬凌草甲素的研究逐渐深入，其广泛的生物活性和治疗各种疾病的潜力受到越来越多的关注。冬凌草甲素众多药理作用之一就是抗肿瘤作用， 其独特的、相对安全的和显著的抗肿瘤药理学特征引起了广泛的关注。但是由于冬凌草甲素具有多羟基结构，水溶性很差，无法采用静脉给药，生物利用度低，药代动力学性质不好，限制了冬凌草甲素在临床上的应用。随着对冬凌草甲素抗肿瘤机制的研究越来越深入，其药理活性可以通过结构修饰或改变其剂型来增强。有研究表明，对冬凌草甲素A-环和C-14位羟基的修饰可以显著改善其生物活性和水溶性增强其药性[28]。也可以使用纳米技术来改变用药途径，增强冬凌草甲素的药物溶解度和生物利用度，改善其渗透性和控制药物释放速度增强其抗肿瘤作用[29]。随着研究的深入，会对冬凌草甲素有进一步的了解，冬凌草甲素是有机会成为一种应用于临床的抗肿瘤药物。

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（收稿日期：2019-09-10）