紫草化学成分对肺、肝、结肠癌细胞作用的研究进展*

于 静，曹书立，焦国正，张 松

（1.鄂东医疗集团黄石市中心医院·湖北理工学院附属医院药学部，湖北 黄石 435000； 2.中国人民解放军陆军第948医院中医康复科，新疆 乌苏 833000； 3.泰山学院化学化工学院，山东 泰安 271000）

自2018年以来，我国癌症的发病数和死亡数均已超过全世界总数的1/5，已成为威胁人民健康的重要致病因素，预防和抗击癌症已成为重要的国家战略[1－4]。其中，肺癌、肝癌、结肠癌的发病率和死亡率在国内外均位居前列。目前，针对肿瘤的治疗方式有外科手术、化学药物治疗（简称化疗）、放射治疗（简称放疗）、生物治疗等，以前3种为主，各有利弊。因当前化疗药物的耐药性频发、毒副作用凸显等问题，迫使研究者开始探寻对肿瘤细胞杀伤力大，对正常细胞损伤小，无（或弱）耐药性的中草药疗法。具有抗肿瘤作用的天然产物及其活性成分已成为植物药的研究热点，许多药物通过筛选植物的天然产物而被发现具有抗肿瘤作用，如紫杉醇等。在众多天然药物的研究中，研究人员发现紫草中含有大量抑制肺、肝、结肠癌细胞的成分，这些成分具有显著的敏感性、杀伤力、弱耐药性等优点。为此，采用计算机检索近10年来中国期刊全文数据库、万方数据库，以及Web of Science，PubMed，Elsevier，Wiley，Springerlink，ACS，RSC等数据库，分析有关紫草中不同化学成分对肺、肝、结肠癌细胞的作用机制及特点，为紫草抗癌新药的研发及临床应用提供理论支持。

1 紫草总述及抗肿瘤化学成分分类

紫草为紫草科植物软紫草Arnebia euchroma（Royle）Johnst.、硬紫草Lithospermum erythrorhizonSieb.et Zucc.或黄花软紫草ArnebiaguttataBunge的干燥根[5]。其味甘、咸，性寒，具有清热、凉血、活血、透疹解毒功效，在传统中医治疗中应用广泛，如斑疹、麻疹、疮疡、烧烫伤等[6]。

紫草含有多种细胞毒活性成分，能有效抑制并杀灭肿瘤细胞。随着研究的深入，科研人员还发现其不同化学成分对多种肿瘤细胞株具有不同程度的细胞毒活性[7－14]，且可能存在协同作用。基于此，可对紫草中多类化合物（不包括结构修饰获得的衍生化蒽醌化合物）进行如下分类。1）蒽醌类紫草素及其对应异构体阿卡宁，能有效作用于肺癌[15]、肝癌[14]、结肠癌[16]、乳腺癌[17－19]、卵巢癌[20]、宫颈癌[21]、胰腺癌[22]、白血病[23]、皮肤癌[24]、淋巴瘤[25]、甲状腺癌[26]、前列腺癌[14]、头颈癌[14]、胶质瘤[27]、脂肪瘤[14]、胃癌[28]等的细胞株[29]。2）紫草素的相关衍生物，如异丁酰紫草素、异戊酰紫草素，能作用于乳腺癌、宫颈癌、肺癌、肝癌等的细胞株[30－31]；乙酰紫草素，能有效作用于肺癌、肝癌、结肠癌、乳腺癌、胃癌等的细胞株[32－37]；β，β′－二甲基丙烯酰紫草素，能有效抑制肝癌细胞株[31]；β－羟基异戊酰紫草素，能有效作用于白血病[38]、子宫癌、卵巢癌、结肠癌、肺癌、前列腺癌[39－41]等的细胞株；异丁酰紫草素，能作用于肺癌[37]、肝癌[31]等的细胞株；去氧紫草素，能作用于结肠癌[42]、肝癌[31]、乳腺癌[30]、宫颈癌[30]、肺癌[31]等的细胞株。3）多糖类，如紫草多糖，能直接抑制肝癌、胃癌、宫颈癌等的细胞株[43－44]。4）萜类，如杂萜化合物，能有效作用于肝癌等的细胞株[45]。

2 紫草化学成分对肺癌细胞的作用

2.1 调节细胞信号通路

WANG等[15]发现，紫草素可阻断肺癌细胞A549β1表达，抑制细胞外信号调节激活酶ERK1/2，从而显著抑制肺癌细胞A549的增殖，且抑制强度与其剂量呈正相关；紫草素在低剂量（2μmol/L）时显著抑制肺癌细胞A549的转移与侵袭。张小方等[46]发现，20～100 mmol/L浓度时，紫草素能作用于肺癌细胞A549的PI3K/Akt通路，减弱细胞活力，降低血管内皮生长因子（VEGF）、基质金属蛋白酶14（MMP－14）、纤维连接蛋白（Fn）和波形蛋白（Vimentin）的表达，抑制上皮间质转化，进而抑制其转移和侵袭。JEYNG等[47]发现，紫草素通过抑制蛋白激酶Akt，活化FOXO3a发生磷酸化，FOXO3a的核定位增强了靶基因Bim的表达，激活肺癌细胞信号通路FOXO3a/EGR1/SIRT1，诱导A549/NCI－H1437凋亡。CHEN等[30]发现，紫草素及阿卡宁能靶向作用于肺癌细胞A549的丙酮酸盐激活酶甲羟戊酸－5－磷酸激酶－2（PMK－2），阻断其糖降解过程的信号通路，进而抑制癌细胞的增殖。HSIEH等[48]发现，紫草素能通过抑制c－Met来阻断PI3K/Akt和ERK介导的上皮细胞－间充质转化（EMT）通路，从而阻止肺癌细胞HCC827的迁移与侵袭；通过作用EMT的转变和HGF来抑制肺癌细胞HCC827的增殖。LIU等[49]研究发现，乙酰紫草素衍生物SK07可引起B淋巴细胞瘤－2（Bcl－2）构象转变，激活Bcl－2相关X蛋白（Bax），通过后转录调节升高神经生长因子诱导的基因B（Nur77）蛋白水平来诱导肺癌细胞NIH－H460的凋亡。

2.2 作用于线粒体诱导活性氧簇（ROS）产生

马建文等[50]发现，紫草素作用于肺癌细胞A549时可产生ROS，以降低其线粒体中Bcl－2和B淋巴细胞瘤－xL（Bcl－xL）的表达水平，激活调控癌细胞凋亡的caspase－3/8/9通路，抑制肺癌细胞A549的增殖，且呈剂量依赖性；但其对正常肺细胞MRC－5的抑制作用较小。张海鹏等[51]发现，紫草素能提高其A549细胞ROS水平，同时上调受体相互作用蛋白（RIP1和RIP3）的表达，导致癌细胞程序性坏死，且呈剂量依赖性。ZHENG等[52]发现，紫草素能诱导肺癌细胞A549和H1299中ROS产生，刺激DNA－p53/p21waf的损伤；体内动物实验显示，当剂量为10 mg/kg时，紫草素能抑制肺癌细胞A549/H1299移植到雌性裸鼠内生成的癌变瘤。陈祥娜等[43]发现，紫草多糖可通过作用于细胞膜的多种生化特性，直接抑制人肺腺癌细胞SPC－A－1的生长和增殖。

2.3 调控蛋白酶

LI等[53]发现，对吉非替尼耐药的肺癌细胞H1650/R和H1975/R，在紫草素作用下能显著提高半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶－3（caspase－3）和Bax的表达，降低Bcl－2，p－PI3K，p－Akt的表达，激活caspase－3关联蛋白酶和Bax/Bcl－2参与的凋亡路径，负向调节PI3K/Akt的信号通路来诱导肺癌细胞H1650/R和H1975/R的凋亡，且呈显著剂量/时间依赖性；进一步的动物实验发现，紫草素作用于H1650/R接种的肿瘤鼠后，模型鼠体内p－Akt和Bcl－2表达水平显著降低，caspase－3和Bax表达水平显著升高，表明紫草素体内抗肿瘤效果也能通过调节PI3K/Akt的信号通路来实现。LI等[54]同样发现，紫草素能下调对吉非替尼有耐药性的肺癌细胞H1975的信号传导，增加caspase－3/9和PARP的活力，增加ROS的强度，抑制EGFR的磷酸化，导致表皮生长因子受体蛋白酶的降解，从而诱导肺癌细胞H1975的损伤和凋亡，且呈现剂量依赖性，但对正常肺纤维细胞CCD－19Lu的作用较弱。NIE等[55]研究发现，紫草素能作用于C57BL/6J小鼠的IPF细胞，阻断细胞周期G1和G2/M，降低α－SMA、Fn、胶原蛋白Ⅰ/Ⅲ的表达水平，阻断细胞迁移，诱导细胞凋亡，抑制细胞增殖。

3 紫草化学成分对肝癌细胞的作用

3.1 作用ROS和信号通路

GONG等[56]发现，紫草素在浓度低至2.5μmol/L时能通过细胞外信号通路激活酶调节受体蛋白和ROS，显著诱导肝癌细胞BEL7402和Huh7的自噬，从而抑制癌细胞的增殖。MOON等[32]发现，紫草中的乙酰紫草素能诱导肝癌细胞Hep3B内的Bip和细胞蛋白泛素化水平升高，上调Nur77的输出，激活C－Jun氨基末端激酶（JNK），进而诱导内质网应激导致该类肝癌细胞凋亡，且呈剂量依赖性。GONG等[57]发现，紫草素能作用于肝癌细胞的ROS/Akt和RIP1/NF－κB信号通路，诱导肝癌细胞HepG2，Huh7，BEL7402的凋亡，但对正常细胞系L02和HEK293T无损伤。ZHOU等[58]研究发现，紫草素能在TRAIL的作用下，通过激活caspase－3/8/9来诱导胆管型肝癌细胞RBE的细胞凋亡，将ROS介导的JNK通路激活，增强对RBE细胞的增殖抑制和凋亡能力。

3.2 阻断细胞周期和抑制细胞迁移

WU等[31]发现，β，β－二甲基丙烯酰紫草素能下调mRNA和Bcl－2蛋白的表达，上调Bax的表达，阻断G2期，以此有效抑制肝癌细胞SMMC－7721的增殖，这种抑制现象呈时间/剂量依赖性。WEI等[59]发现，紫草素能下调NF－κB介导的MMP－2/9表达和Vimentin水平，抑制肝癌细胞HepJ5和Mahlavu的迁移能力，阻止肝癌细胞迁移；此外，研究还发现，β，β－二甲基丙烯酰紫草素能激活caspase－3，显著抑制肝癌细胞H22的增殖。

3.3 调节蛋白表达

武向丽[60]及张萍[61]研究发现，紫草素对荷肝癌裸鼠的移植瘤具有良好的抑制作用，其机制是上调移植瘤的caspase－3和Bax蛋白表达，下调Bcl－2蛋白表达，增大Bax/Bcl－2比值，从而抑制移植肝癌细胞的增殖。JIN等[62]发现，紫草素能下调mRNA，SIRT1，MDR1/P－gp蛋白表达，抑制耐药肝癌细胞R－HepG2的活力，以此诱导多重耐药细胞R－HepG2的凋亡。

3.4 抑制细胞增殖与抗耐药性

WANG等[45]研究发现，软紫草中的化合物杂萜5对人类4种肝癌细胞SMMC－7721，HepG2，QGY－7703，HepG2/ADM有比顺铂更好的抑瘤效果；同时发现，杂萜4对阿霉素耐药细胞HepG2/ADM有比顺铂更强的抑制作用。曲晓兰等[44]研究发现，紫草多糖可显著抑制人肝癌细胞HepG2的活性，且呈剂量依赖性。

4 紫草化学成分对结肠癌的作用

4.1 作用于细胞信号通路

赵景明等[33]研究发现，乙酰紫草素能升高结肠癌细胞HT29促凋亡基因Bax和Bak的表达水平，降低抑凋亡基因Bcl－2的表达水平，显著抑制结肠癌细胞的侵袭和NF－кB P65的蛋白表达，增强pIкB－α的蛋白表达，抑制NF－кB的信号通路，从而发挥抗结肠癌作用，且呈剂量/时间依赖性。雷喜锋等[63]研究发现，紫草素能降低人结直肠癌细胞HCT116中Bcl－2的表达水平，升高Bax的表达水平，激活PI3K/Akt信号通路，进而降低Bcl－2 mRNA的表达水平，导致结直肠癌细胞HCT116凋亡，抑制其增殖，且呈剂量依赖性。ZHU等[42]研究发现，软紫草中的去氧紫草素能升高结肠癌细胞HT29的G0/G1的凋亡细胞占比，下调结肠癌细胞HT29和DLD－1中的PI3K，p－PI3K，Akt，p－Akt308，mTOR的蛋白表达，抑制癌细胞的增殖；去氧紫草素可抑制BALB/c裸鼠体内DLD－1肿瘤细胞的生长，同样降低裸鼠体内PI3K，p－PI3K，Akt，p－Akt308，mTOR的表达水平。

4.2 作用于细胞线粒体

HAN等[16]发现，紫草素作用于结肠癌细胞SNU－407后，能增加线粒体膜的去极化作用，转变凋亡蛋白水平，降低Bcl－2水平，增强caspase－9/3的表达；通过凋亡体、碎裂DNA片段化等诱导细胞凋亡；通过内质网应急激活凋亡通路PERK/elF2α/CHOP，增加线粒体Ca2+的堆积，从而诱导凋亡细胞死亡，且呈剂量依赖性。CHEN等[39]发现，羟基异戊酰紫草素在剂量为0.001～1μmol/L时能有效抑制结肠癌细胞VMRC－MELG和COLO320DM的增殖。WIENCH等[29]发现，紫草素能靶向结肠癌细胞SW680线粒体，增加ROS水平（呈剂量依赖性），增加Ca2+水平，线粒体膜电势降低，诱导线粒体路径的凋亡，抑制其增殖，且呈显著的时间依赖性。李雷等[64]发现，紫草素通过调节RIP1蛋白表达，抑制结肠癌细胞W480的增殖，诱导其凋亡，且呈明显的剂量/时间依赖性。

4.3 阻断细胞迁移

薛德冬等[34]研究发现，乙酰紫草素能通过降低人结肠癌细胞HCT116的Fn水平，进而抑制癌细胞的EMT进程，从而诱导凋亡，抑制结肠癌细胞增殖，阻断肿瘤细胞的迁移，有效防止结肠癌的转移、复发，且呈剂量/时间依赖性。ZHANG[65]等研究发现，紫草素能作用于结肠癌细胞SW480，其通过ERK1/2－SIRT2信号通路抑制结肠癌细胞SW480的增殖和迁移。

5 研究前景展望

国内外将紫草根作为全草入药研究其抗癌特性的文章较少，作为复方临床使用的研究更少。因此，未来可聚焦以下几点深入研究：1）对紫草根部整体入药，针对肺、肝和结肠癌的抗肿瘤特性有待深入研究。紫草本身含有多糖，具有免疫调节作用，含有的黄酮类化合物具有显著的抗氧化特性，含有的蒽醌类、萜类、肟类，也有不同层面的抑瘤效果。因此，紫草整体入药抗肿瘤效果与机制是否会呈多成分、多靶点的协同抑瘤特征，增强机体免疫力特点有待进一步深入探究。2）紫草中的蒽醌类成分对肿瘤细胞有很强的抑制效果，现有研究对正常组织细胞的体内毒性报道较少，因此紫草素及其衍生物对体内正常关键组织细胞的毒活性有待深入研究；此外，紫草中某些生物碱[66]，如吡咯里西啶及其相关衍生物，作为整体用药时要进一步考察其潜在的器官组织毒性。3）紫草多种化学成分的抗肿瘤效果与机制多集中于体外研究，体内研究相对较少，其对机体肿瘤组织的抑制效果与机制有待深入探索。4）单一化学成分抗肿瘤易引起耐药性，但紫草分离的化学成分能对抗耐药性肿瘤细胞株，这种非耐药机制有待深入研究。

紫草的多种化学成分在体外试验中均显示出对肺、肝和结肠癌细胞生长的良好抑制效果。因此，紫草相关化合物（如紫草素）的抗肿瘤效应具有广泛性；其次，相同紫草化学成分对不同肿瘤细胞具有多样性的抑瘤机制；紫草化合物中的蒽醌类物质紫草素（及其衍生物）具有显著的抑瘤效果和抗耐药性特征；再次，紫草素及其衍生物对正常细胞干扰作用较弱。上述特点对研制肺癌、肝癌和结肠癌的新型抗肿瘤药物具有重要的理论价值和现实意义。