五味子甲素抑制肿瘤生长和转移的机制研究进展

赖思帧， 赵轩竹， 王俊英， 高国超， 苏延军， 张春泽

恶性肿瘤是目前临床上导致患者死亡的首要因素，除去手术之外的各种保守治疗方法导致的不良反应和继发性耐药等，严重影响了临床治疗效果，降低了患者的生存质量和生存率。中医药在肿瘤治疗中具有整体调节和不良反应小的优点，在临床各类恶性肿瘤疗效显著，因而成为各类恶性肿瘤患者治疗的新选择、新方法，也是目前抗肿瘤治疗研究的新方向、新热点。

五味子为木兰科植物五味子(schisandra chinenzis-Turcz.Baill，也被称为“北五味子”)或华中五味子(schisandra sphenanthear Rend.etWils.，也被称为“南五味子”)的干燥成熟果实[1]。其始载于《神农本草经》，味酸，性温，归肺、心、肾经，具有敛肺滋肾、生津敛汗、涩精止泻、宁心安神的功效，用于久嗽虚喘、梦遗滑精、遗尿尿频、久泻不止、自汗、盗汗、津伤口渴、短气脉虚、内热消渴、心悸失眠等症，临床运用广泛，代表方剂有《类证活人书》《外台秘钥》《丹溪心法》中的五味子汤，主要用于治疗各种原因引起的咳嗽、久咳。现代常用于治疗支气管哮喘、慢性支气管炎、肺气肿、百日咳、肺结核等。研究表明，五味子的主要化学成分为木脂素类[2]，其中五味子甲素(schisandrin A,Sch A)为主要药理活性成分之一[3]，具有良好的保肝、抗炎、抗肿瘤等作用，在胰腺癌、胆管癌、肝癌、乳腺癌等各种肿瘤中都表现出良好的抗肿瘤活性[4-6]。随着传统中药在临床上的应用越来越广泛，中药在肿瘤的治疗过程中也扮演了重要的角色，不仅能增强放、化疗的效果，还能减轻其副作用。近年来，研究者们对于Sch A在抗肿瘤方面的作用机制，分别从肿瘤细胞的增殖与凋亡、肿瘤细胞的侵袭与转移以及肿瘤细胞的耐药性、化疗敏感性等方面进行探讨和研究，并取得了一定的进展，本文对近年来的Sch A抑制肿瘤生长和转移作用及其可能的机制研究进展进行综述，为该化合物的深入研究和开发、利用提供依据。

1 抑制肿瘤细胞增殖

细胞周期的进展是由高度保守的蛋白激酶家族——细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)的激活所介导的，其激活需要与细胞周期蛋白[7-8]相结合。已有多项研究证实，Sch A在多种肿瘤细胞的周期调控中发挥着强大的作用，尤其在干扰细胞周期、阻滞细胞生长上最为明显。Sch A能干扰甲状腺癌、恶性黑色素瘤、脑胶质瘤、三阴性乳腺癌、结直肠癌和卵巢癌等多种肿瘤细胞周期，抑制肿瘤生长。研究表明，Sch A能以剂量依赖的方式显著降低恶性三阴性乳腺癌细胞（TNBC）和脑胶质瘤细胞的细胞周期蛋白D1的表达，阻滞细胞周期，抑制细胞增殖[9-10]。在Kijun等[11]的研究中，Sch A以剂量和时间依赖的方式抑制G1期的关键调控蛋白Cyclin E的表达，显著增加处于G0/G1期的卵巢癌细胞A2780的数量，而凋亡和坏死细胞(亚G1期)的数量保持不变。在探究Sch A对结直肠癌的影响时发现[12]，Sch A能有效地抑制结直肠癌细胞RKO的生长，Western blotting结果表明，Sch A能以剂量依赖的方式协同作用于G0-G1过渡相关蛋白，如磷酸化的Rb、CyclinD1、Cdk4和Cdk6，通过减少细胞周期相关蛋白的表达，使细胞明显阻滞于G0/G1期。

2 诱导肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡是指在某种条件下，由多种调控因子共同介导下的细胞自主的有序的死亡。在正常细胞中，凋亡和增殖之间是维持着一个相对平衡的状态，而肿瘤的发生和发展是细胞增殖失控和凋亡抑制这一动态平衡被打破的结果，选择性地诱导肿瘤细胞凋亡将会是抑制肿瘤生长的重要方式之一。有研究表明[10]，Sch A能以浓度依赖的方式影响p53下游基因Bax和Bcl-2的表达进而调控三阴性乳腺癌细胞的凋亡，在体外（细胞）和体内（小鼠）模型中，Sch A均能有效地激活内质网应激，抑制β-catenin/GSK3β信号通路，从而诱导细胞凋亡，抑制肿瘤发生和发展。β-catenin蛋白是E-钙黏蛋白家族成员之一，在肿瘤细胞中常表达上调，并转位入核，作为转录因子调控肿瘤相关基因的异常表达。文献报道[13]，Sch A可以下调β-catenin蛋白，调控Bcl2和Bax蛋白表达，进而促进人胰腺癌细胞AsPc-1细胞的凋亡，抑制细胞的克隆形成。在Qiuli等[14]的研究中，经过Sch A处理的甲状腺癌细胞系TPC-1细胞β-catenin的表达显著降低， Sch A通过下调miR429的表达，使TPC-1细胞Wnt/β-catenin和MEK/ERK信号通路明显失活，从而明显地上调凋亡相关蛋白csapase3、9的表达，显著增加细胞凋亡率。在Ji等[15]的研究中，与未经刺激细胞相比，Sch A以浓度依赖的方式抑制妊娠绒毛癌细胞JEG-3和BeWo细胞的活力，经Sch A处理后JEG-3和BeWo细胞凋亡细胞明显增多，均出现了细胞核边缘不规则，核固缩和核碎裂的凋亡特征，P53、Bax蛋白表达显著增高，caspase-3蛋白明显断裂。此外，最近有一项关于热休克因子1（HSF1）的研究通过敲除HSF1基因的方式，验证了Sch A能直接与HSF1结合，从而阻止HSF1在应激和基础条件下的激活以及随后HSF1靶基因的转录和表达，明显地抑制了结直肠癌细胞RKO的生长，显著增加了RKO细胞的早期和晚期凋亡率[12]。

3 抑制肿瘤细胞侵袭和转移

与其他疾病相比，恶性肿瘤最标志性的特性是肿瘤细胞具有侵袭性和转移性。正是由于这一特性，使得肿瘤转移成为目前临床上癌症患者死亡的主要原因，因此，如何有效控制和阻止肿瘤的侵袭和转移，是提高肿瘤患者生存率的关键。Sch A在肿瘤的治疗中，不仅可以通过多种信号途径抑制肿瘤的侵袭，在抗肿瘤转移的方面也卓有成效。

3.1 抑制肿瘤细胞侵袭 黏着斑可以介导胰腺癌细胞与外界基质粘附，促进基质水解，而且黏着斑的周期性聚合与解聚也是胰腺癌细胞定向移动的重要决定因素之一。此外，黏着斑的调控是一个复杂的网络体系[16]，EGFR-SRC信号通路是其中重要的调节通路之一。一项关于Sch A对胰腺癌细胞PANC-1的抗转移机制的研究[17]中，通过生信学分析和筛选发现EGFR和SRC与Sch A其他的111个作用靶点均存在广泛联系，且富集于多个信号通路中，其中就包括黏着斑信号通路。实验证实经Sch A处理的胰腺癌细胞中EGFR和SRC表达水平明显下降，同时黏着斑相关蛋白p-Y397FAK和p-Y181Paxillin的表达量明显减少，表明Sch A可能通过靶向EGFR-SRC通路，减少黏着斑相关蛋白FAK和Paxillin的活化，从而抑制胰腺癌PANC-1细胞的侵袭和迁移[17]。

3.2 抑制肿瘤细胞转移 在肿瘤转移中，基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMP）是与之最为密切的蛋白酶，MMP能降解除多糖以外几乎全部的胞外基质，其中MMP-2、MMP-9是肿瘤转移中最直接、最重要的一类蛋白酶。在对甲状腺癌细胞系TPC-1细胞的研究中，Ding等[14]发现，Sch A能够通过下调microRNA-429的水平，从而下调了侵袭、迁移相关蛋白MMP-2、MMP-9和Vimentin的表达，显著降低TPC-1细胞的侵袭、迁移能力；此外，Sch A还可以通过下调miR-429的水平使TPC-1细胞Wnt/β-catenin和MEK/ERK信号通路明显失活，从而抑制TPC-1细胞的生长、侵袭和迁移。

3.3 抑制肿瘤上皮充间质转化 上皮细胞-间充质转化（EMT）在慢性炎症反应和肿瘤的转移中都发挥着重要作用，靶向EMT关键分子的治疗手段是肿瘤转移中的关键问题。PI3K/AKT的激活与肿瘤的发生密切相关，而PI3K/AKT的下游靶点参与了增殖、凋亡和转移[18]，这一信号通路能启动2型EMT。陈腾祥等[19]使用Sch A处理人鼻咽癌细胞HONE-1细胞，发现其能够显著抑制对PI3K/Akt信号通路及其下游蛋白Bcl-2、N-cadherin的表达，从而抑制癌细胞的侵袭和迁移。同样，Ji等[15]发现Sch A能够通过诱导上调MEG3来阻止PI3K、AKT、pI3K、AKT、pI3K的磷酸化，阻断PI3K/AKT/NF-MAPB信号通路，进而抑制妊娠绒毛癌JEG-3、BeWo细胞的侵袭和迁移。此外，MEG3与细胞运动有关，这是肺癌细胞系上皮向间充质转化的特征[20]，经Sch A处理后的肿瘤细胞中，MEG3的上调显著抑制了侵袭、迁移相关蛋白MMP-9和Vimentin的表达，进而抑制了原始神经外胚层肿瘤的侵袭和迁移。

3.4 抑制新生血管形成 肿瘤的生长需要丰富的血供，肿瘤血管形成与肿瘤的侵袭、浸润和转移密切相关，直接影响肿瘤患者的预后。肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)在癌症进展中起着重要作用，已被证明其能通过释放促肿瘤介质如MMP、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和各种趋化因子如CCL5(RANTES)[21]来促进肿瘤的侵袭、生长、血管生成、转移和免疫抑制。有研究[11]证实促癌因子MMP-9、RANTES和VEGF在TAMS中高表达，而Sch A可以通过抑制促肿瘤介质的产生和M2极化来降低TAMS在肿瘤微环境中的促肿瘤活性，从而达到抑制肿瘤生长、侵袭和迁移的作用。

4 逆转肿瘤细胞化疗抗药性及增强化疗敏感性

目前，肿瘤化疗失败的其中一个原因是抗药性，即多药耐药（MDR）。Sch A可通过多种途径逆转肿瘤细胞化疗抗药性，增强化疗敏感性，同时还能辅助抗癌药物对癌细胞的杀伤作用，从而产生协同作用，达到增强药效的目的。

众所周知，克服P-糖蛋白（p-glycoprotein，P-gp）介导的耐药细胞外排将导致肿瘤细胞毒性增强。Min等[22]用Sch A处理多药耐药细胞株KBv200、MCF-7/Dox和Bel7402后，发现其显著逆转了这些细胞对长春新碱（vincristine, VCR）、紫杉醇、阿霉素（doxorubicin，DOX）的耐药性，Sch A不仅能直接与膜P-gp相互作用抑制其外排，还能显著降低P-gp表达，下调了mRNA表达，抑制MDR肿瘤细胞总PKC的表达水平及其从胞浆到胞膜的转位，增加肿瘤细胞对抗癌药物的敏感性。研究证实，癌症干细胞在肿瘤发生、发展、转移和复发中发挥关键作用[23]。对于胶质瘤干/祖细胞，魏子龙等[24]研究表明，经不同浓度Sch A处理的胶质瘤干/祖细胞SHG-44s，随着Sch A浓度的增加，P-gp表达水平逐渐降低，Sch A对ABCB1基因的抑制作用逐渐增强，从而抑制了SHG-44s细胞表面的P-gp蛋白泵出药物的能力，抑制多药耐药。研究发现MDR除与多药耐药基因MDR1及其产物P-gp有关外，多药耐药相关蛋白MRP1与多药耐药也有密切关系，MRP1能促使化疗药物与谷胱甘肽(glutathione，GSH)结合，随后排出胞外，因此减弱P-gp、MRP1的外排功能和降低细胞内GSH含量能抑制肿瘤细胞的耐药性[25-26]。秦小清等[27]的研究选取P-gp高表达细胞株K562/ADR和MRP1高表达细胞株HL60/ADR作为研究对象，经无毒剂量的Sch A与各药物（VCR、PTX、DNR、DOX、5-FU等）联合处理后，细胞内的GSH含量有不同程度的降低，产生了不同的耐药逆转效应。

据报道，NF-κB（nuclear factor-kappa B）信号[28]或Stat3信号[29]是多药耐药基因表达的调节因子。在乳腺癌的治疗中，有研究发现抑制NF-κB信号或STAT3信号会降低P-gp的表达，Sch A不论对NF-κB还是STAT3的信号均有较强的阻断性，同时对P-gp的表达亦有抑制作用，竞争性抑制P-gp的功能，增加DOX在MCF-7/DOX细胞内的积聚，增强DOX诱导的细胞凋亡，特异性逆转了P-gp介导的DOX耐药[30]。在肺癌治疗中，Haibing等[31]发现Sch A与吉非替尼(Ge fi)联用能有效地将Ge fi耐药的非小细胞肺癌细胞HCC827/GR细胞阻滞在G0/G1期，与只使用Ge fi相比，二者的联用显著增加了HCC827/GR细胞的早期和晚期凋亡率；该研究还通过SPR实验发现Sch A通过抑制IKKβ/NF-κB途径，直接与IKKβ结合，阻止Ge fi诱导的IKKβ和下游分子IκB的磷酸化，并减少NF-κB p65的核转位，选择性地增强耐药细胞对Ge fi的敏感性，从而更大地发挥Ge fi的药效[31]。有研究表明五味子甲素通过上调HCT116和SW480细胞中miR-195的表达，使5-FU耐药的结肠癌细胞对5-FU增敏[32]。在此过程中，PI3K/AKT和NF-κB通路受到抑制，结果表明五味子甲素靶向miR-195的表达对于逆转结肠癌细胞对化疗的耐药性具有重要意义。陈鹏等[33]研究Sch A和吉西他滨单用与联用对胆管癌TFK-1的作用时，证实Sch A可以增强吉西他滨对胆管癌TFK-1细胞的作用，激活Caspase凋亡信号，同时靶向EGFR/PI3K通路、抑制AKT的活化增强吉西他滨对胆管癌细胞促凋亡的作用。薛燕等[34]研究认为，Sch A可通过抑制β-catenin及TCF-4蛋白的表达增强吉西他滨诱导肝癌Hepg2细胞凋亡的作用。

如上所述，Sch A作用于肿瘤细胞，主要是通过抑制P-gp的表达、阻断NF-κB信号和Stat3信号多药耐药表达基因调节因子的方式，实现了逆转化疗抗药性、增强化疗敏感性，同时还能与抗癌药物产生协同作用，能更加强力地杀伤肿瘤细胞。

5 结语

随着对Sch A抗肿瘤作用机制研究的深入，大量实验也验证了Sch A在抗肿瘤治疗过程中发挥着显著疗效，不仅能显著地抑制多种肿瘤细胞的生长和诱导其凋亡，同时也能通过多种信号通路抑制各种肿瘤的EMT和肿瘤血管生成，从而抑制肿瘤的侵袭和转移，另一方面，针对肿瘤化疗MDR这一难题，Sch A 还能联合各种化疗药使用，增加肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，从而产生协同作用，达到增强药效的目的。但目前Sch A抗肿瘤的研究主要集中在细胞水平上，与各种化疗药物联用所产生的增效作用和协同作用的研究大部分都局限于细胞实验及少量的动物实验，与之相关的临床试验研究很少，对于Sch A的抗肿瘤作用在人体中的效果如何，仍需要更多的研究来证明。此外，五味子作为一味常用的中药材，其主要的有效成分木质素类药理作用丰富，具有较大的开发价值，而Sch A作为其中的主要成分，不管作为单体。还是在复方中，它在其中发挥的作用仍然有很大的探索空间。