核桃青皮活性成分胡桃醌抗肿瘤作用研究进展

孙 卉，何志贵， 师俊玲

（1.桂林旅游学院休闲与健康学院，广西桂林 541006；2.西北工业大学生命学院，陕西西安 710072）

核桃（Juglans regia L）是世界上消费最广泛的坚果之一，与榛子、杏仁和开心果并称为“世界四大坚果”[1]。近年来，世界核桃产量保持稳定增长态势，2017 年全球核桃产量达到764.76 万t，我国核桃（干果）产量约384.55 万t，位居世界第一。核桃青皮，又称青龙衣，是核桃加工生产过程中的主要副产品，每年产生的核桃青皮超过100 万t。青龙衣始载于《开宝本草》，在我国有很长的药用历史，现代科学研究表明其含有萘醌类、酚酸类、黄酮类、多糖类、萜类、烷类等丰富的生物活性成分，具有抗肿瘤、抗氧化、抑菌、消炎等多种生理功能[2]。萘醌类是核桃青皮中分离得到的主要活性成分，其中胡桃醌及其衍生物具有较强的抗肿瘤活性[3]。对国内外近年来关于核桃青皮胡桃醌及其衍生物的分离提取及其抗肿瘤作用机制的研究进行综述，以期为胡桃醌的科学研究及信息交流提供参考依据，为胡桃醌的深入研究和抗癌新药的研发提供参考。

1 胡桃醌及其衍生物的抗肿瘤活性

胡桃醌（Juglone，5-hydroxy-1,4-napthoquinone）是胡桃属植物中的有效成分，常见的衍生物有3-羧基-5-羟基-1,4-萘醌（3-carboxyl-5-hyroxy-1,4-naphthoquinone）、2-羧基-5-羟基-1,4-萘醌（2-carboxyl-5-hyroxy-1,4-naphthoquinone）、2-（1-羟乙基）-5-羟基-1,4-萘醌（2-(1-hydroxyethyl)-5-hyroxy-1,4-naphthoquinone）、2,3-二甲基-5-羟基-1,4-萘醌（2,3-dimethyl-5-hyroxy-1,4-naphthoquinone）、2,3-二氢-5-羟基-2-甲基-1,4-萘醌（2,3-dihydro-5-hydroxy-2-methyl-1,4-naphthoquinone）、2,3-二氢-5-羟基-1,4-萘醌（2,3-dihydro-5-hydroxy-1,4-naphthoquinone）、2,5-二羟基-1,4-萘醌（2,5-dihydroxy-1,4-naphthoquinone）、3,5-二羟基-1,4-萘醌（3,5-dihydroxy-1,4-naphthoquinone）、5-甲氧基-1,4-萘醌（5-methoxy-1,4-naphthoquinone）、5,8-二羟基-1,4-萘醌（5,8-dihydroxy-1,4-naphthoquinone）、5-羟基-3-甲基-1,4-萘醌（5-hydroxy-3-methyl-1,4-naphthoquinone）、1,3-二氢-5-羟基-2-甲基-1,4-萘醌（1,3-dihydro-5-hydroxy-2-methyl-1,4-naphthoquinone）、5-羟基-2-甲基-1,4-萘 醌（5-hydroxy-2-methy-1,4-naphthoquin one）、2-甲氧基胡桃醌（2-methoxyjuglone）、3-甲氧基胡桃醌（3-methoxyjuglone）、3-乙氧基胡桃醌（3-ethoxyjuglone）、2-乙氧基胡桃醌（2-ethoxyjuglone）、5-羟基-3-甲氧基-7-甲基-1,4-萘醌（5-hydroxy-3-methoxy-7-methy-1,4-naphthoquinone）、β-氢化胡桃醌（β-hydrojuglone）、α-氢化胡桃醌（α-hydrojuglone）等。胡桃醌及其衍生物对多种类型的肿瘤细胞具有抗肿瘤活性，表1 总结了部分胡桃醌及其衍生物的分子结构及其抗肿瘤活性[4-13]。

从核桃青皮中分离得到的胡桃醌及其衍生物和抗肿瘤活性见表1。

表1 从核桃青皮中分离得到的胡桃醌及其衍生物和抗肿瘤活性

（续表1）

2 胡桃醌的抗肿瘤作用机制

2.1 抑制肿瘤细胞生长和增殖

肽基脯氨酰异构酶Pin1 在恶性肿瘤的形成中起着重要作用，其通过表达可诱导多种致癌因子和生长激活因子表达，阻碍多种肿瘤抑制因子或生长抑制剂，引起细胞增殖[14]。胡桃醌是一种Pin1 抑制剂，能够通过抑制Pin1 的表达抑制人胶质瘤细胞U251、乳腺癌细胞MCF7Adr、前列腺癌细胞LNCaP 和DU145 的增殖[15-17]。人类乳头瘤病毒（HPV）能够导致细胞增殖异常，Zhao X Y 等人[18]研究发现20 μmol/L胡桃醌能抑制带有HPV 的宫颈癌细胞HeLa、Caski和C33A 细胞增殖。通过检测发现其Pin1 基因表达下调，并通过毛细血管扩张性共济失调突变（ATM）信号通路显著调控DNA 损伤诱导细胞周期阻滞于G2/M 期。胡桃醌还能够提高细胞周期进展抑制剂p53 和p16 的表达，p53 和p16 的表达又抑制了pRb的磷酸化，从而阻止细胞进入S 期[19]。Fang F 等人[11]研究发现胡桃醌能够抑制卵巢癌SKOV3 细胞增殖，其处理24 h 后IC50为30.13 μmol/L，同时可以将SKOV3 细胞周期阻滞在G0/G1 期，主要作用机制是使细胞周期蛋白D1 失活。因此，胡桃醌可以通过抑制Pin1、HPV 的表达，通过ATM 信号通路调控DNA 损伤，使细胞周期蛋白D1 失活等作用抑制肿瘤细胞生长和增殖。

2.2 诱导肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡的主要途径有2 条，一个是通过细胞表面死亡受体介导激活caspase-8 的外源性途径；另一个是依赖于各种细胞应激刺激，导致Bcl-2 家族成员比例的改变，引起细胞色素C（Cyt C）、线粒体蛋白（Smac）和凋亡蛋白酶激活因子-1 (Apaf-1)的释放，从而激活caspase-9,3 的内源性途径。Ji Y B 等人[20]使用20 μmol/L 胡桃醌处理人胃癌SGC-7901 细胞24 h 后发现活性氧（ROS）水平显著上升、Bax表达上调、Bcl-2 表达下调，线粒体膜电位（△Ψm）由95%降低到36%，细胞色素C（Cyt C）的释放由6.9%上升到29%，caspase-3 表达由2.73 个单位上升至10.44 个单位，细胞凋亡率升高。Xu H L 等人[21-22]证明胡桃醌可以通过线粒体途径，触发ROS 介导细胞凋亡。胡桃醌处理可引起Bax/ Bcl-2 上调，线粒体外膜透化、降低线粒体膜电位、ROS 显著上升、谷胱甘肽（GSH）含量下降，促凋亡因子caspase-9、caspase-3、Cyt C、Smac 和Apaf-1 释放引起HL-60细胞凋亡。当加入抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）时核桃醌诱导的程序性细胞死亡被抑制，该通路上的关键蛋白表达降低。同样的作用机制在人胃癌细胞SGC-7901[23]、膀胱癌细胞T24[24]和卵巢癌细胞SKOV3[11]中也被证实。因此，胡桃醌可以通过激活caspases 和线粒体膜功能障碍诱导细胞凋亡。

2.3 抑制肿瘤细胞迁移和侵袭

胡桃醌能够抑制肿瘤细胞迁移和侵袭。癌细胞的转移与细胞的迁移、侵袭能力有关,也是患者发生死亡和预后不良的主要原因[25]。细胞脱离肿瘤微环境，细胞外基质的侵蚀，以及远端位置的重新定位，都是肿瘤转移的过程。上皮-间质转换（Epithelial to mesenchymal transition，EMT）可使上皮细胞分化为间充质细胞，赋予了癌细胞迁移和侵袭的能力[26]。核桃醌通过Akt/GSK-3β/Snail 通路上调上皮标志物E-钙黏蛋白（E-cadherin）的表达，同时降低间质标记物N-钙黏蛋白(N-cadherin)和波形蛋白（vimentin）的表达，从而降低前列腺癌细胞LNCaP和LNCaP-AI 的侵袭能力[7]。

MMP-2/MMP-9 是基质金属蛋白酶(MMP)家族成员，在宫颈癌、胃癌等多种癌症中均参与肿瘤迁移、侵袭和转移，其激活或表达的增加标志着肿瘤细胞的转移。血管生成是细胞迁移的另一个关键步骤，受血管内皮生长因子（VEGF）的调控，而VEGF-A表达增加会上调Phactr-1 基因的表达。胰腺癌细胞BxPC-3 和PANC-1 经20 μmol/L 胡桃醌处理24 h 后细胞黏附性分别降低66%和75%，迁移率分别减少69.5%和80.0%，MMP-2、MMP-9 和Phactr-1 基因的表达显著降低[10]。

胡桃醌处理24 h 卵巢癌细胞SKOV3 后其MMP-2基因表达显著下降，细胞侵袭性受到显著抑制[11]。

3 结语

胡桃醌在体外能够通过抑制肿瘤细胞生长和增殖、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞迁移和侵袭等机制发挥抗肿瘤作用。多项体内试验同样证实胡桃醌具有抗肿瘤活性，胡桃醌（40 μg/mice）明显抑制了荷瘤小鼠上肿瘤的生长[17]，胡桃醌（1 mg/kg）提升了荷瘤小鼠氧化应激标志物的表达，Bax/Bcl-2比值升高，引起了小鼠体内肿瘤细胞的凋亡，延长了患有埃尔利希-腹水癌小鼠的生存时间[19，27]。同时，研究人员发现抗坏血酸能够通过激活包括FOXO家族成员在内的ROS 反应因子，增强胡桃醌的细胞毒性作用[28]。胡桃醌联合抗坏血酸对体外MCF-7 细胞和小鼠埃利希-腹水瘤具有显著的抗肿瘤作用，DNA 损伤、肿瘤细胞氧化应激水平和Bax/Bcl2 比值较胡桃醌单独处理显著提升，荷瘤小鼠生存时间延长[19，27-28]。

胡桃醌抗肿瘤活性很强，但也是核桃青皮的主要毒性成分，制约了其在临床上的实际应用。如何在发挥抑癌作用的同时又减少对正常细胞的毒性，Duraipandy N 等人[29]采用现代生物医学纳米技术将胡桃醌与纳米银粒子偶联，降低了其对正常细胞的毒性，提高了药物靶向性，特异性地抑制了癌细胞的增殖。

综上所述，胡桃醌是一种具有显著抗肿瘤活性的生物活性物质，极具研究价值，如何通过结构修饰增强胡桃醌作用靶向性、降低胡桃醌的毒性，或者通过联合用药提高胡桃醌的抗癌效果，对研制胡桃醌抗癌新药具有重要意义。