天然产物皂苷抗乳腺癌作用机制研究进展

张梅丽，罗 梅,2，余 兰

(1.遵义医科大学 药学院，贵州 遵义 563099；2.遵义医科大学医学与科技学院，贵州 遵义 563099)

乳腺癌是威胁全球女性健康的第一大肿瘤杀手，其发生与雌激素水平密切相关，现代女性因不良生活习惯和高压社会环境导致肥胖、月经不调等严重影响体内正常的雌激素水平，致使乳腺癌患病率逐年呈递增且年轻化趋势。迄今为止手术协同化疗药物仍是贯穿乳腺癌治疗的主要手段，但化疗药物具有较强毒副作用和耐药性等严重影响了患者的生存质量和临床疗效[1-2]，因此寻找低毒、高效、安全对乳腺癌细胞具有靶向性的候选药物具有重要意义，目前从天然产物中寻找高效的靶向抑制剂已成为开发抗乳腺癌药物的研究趋势。

皂苷是一类具有多种生物活性的天然糖苷类化合物，根据结构可分为甾体皂苷和三萜皂苷，广泛分布于陆生植物和海洋生物中，是人参、重楼、柴胡、桔梗、地榆、麦冬等多种中药材的主要药效成分[3-4]，具有抗肿瘤、抑菌、抗炎、抗氧化、抗病毒等药理活性[5-6]。经多项药理研究表明，天然产物皂苷在体内外对乳腺细胞均有抑制作用，其与化疗药物联合应用增强了疗效并减少不良反应，为研究者提供了一种新兴的治疗乳腺癌的突破口，现就近十年天然产物皂苷的单用和联合应用的抗乳腺癌作用进行概述和分析，为其进一步开发和临床应用提供科学依据和研究思路。

1 天然产物皂苷单用抗乳腺癌作用机制

1.1 抑制乳腺癌细胞侵袭和转移 乳腺癌细胞的侵袭和转移是癌细胞通过血液淋巴循环转移到新的器官或组织引发的恶性病变，是导致患者治疗失败和复发的重要因素。天然产物皂苷通过下调上皮细胞-间充质转化(EMT)转移，抑制基质金属蛋白酶(MMPs)的分泌，改变细胞形态，进而减少组织屏障降解后增加上皮细胞的黏附性，从而有效抑制乳腺癌细胞的侵袭和转移。

EMT是推动乳腺癌细胞侵袭和转移的主要机制，主要通过调控相关上皮细胞标志蛋白E-钙粘蛋白(E-cadherin)、N-钙粘蛋白(N-cadherin)、波形蛋白(VIM)的表达，减少上皮细胞的黏附性，促进乳腺癌细胞的侵袭和转移，Liang等[7]研究发现竹节香附皂苷R13作用于乳腺癌细胞通过增加E-cadherin的表达，降低N-cadherin、VIM的表达，逆转EMT过程，增加了上皮细胞的黏附性，进而抑制乳腺癌细胞的侵袭和转移。表皮生长因子受体(Epidermal growth factor receptor，EGFR)是调节EMT的一个重要因素，Src蛋白与EGFR相互作用能促进乳腺癌细胞的转移，并通过下调粘着斑激酶(FAK)/整合素β4抗体(4ITGB4)以及随后下游的蛋白激酶B(AKT)和p38/丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号，从而促进相关侵袭蛋白的表达，Wang等[8]研究发现地榆皂苷Ⅱ通过调节Src/EGFR依赖的ITGB4/FAK信号通路抑制三阴性乳腺癌细胞的侵袭性表型，并下调相关上皮细胞的E-cadherin和转录因子的表达，逆转细胞对失巢凋亡的抵抗，抑制乳腺癌细胞的侵袭和转移。Wang等[9]发现重楼皂苷VI通过下调外泌体miR-18a的表达，上调其淋巴组织受体2(Rell2)的表达，逆转EMT过程，增加上皮细胞的黏附性。

MMPs几乎能降解细胞外基质(ECM)中的各类蛋白成分，破坏乳腺癌侵袭的组织学屏障，在乳腺癌侵袭转移中起关键性作用，Jiang等[10]发现黄芪甲苷IV作用于乳腺癌细胞通过下调鸟嘌呤核苷酸交换因子(Vav3)介导rac1/ MAPK信号通路，抑制细胞外调节蛋白激酶1/2(ERK1/2)和C-Jun氨基末端激酶(JNK)磷酸化表达，致使基质金属蛋白酶(MMP)-2和MMP-9分泌降低，减少组织学屏障降解从而抑制乳腺癌细胞侵袭和迁移。Ma等[11]发现柴胡皂苷b2通过下调白细胞介素6 (IL- 6)诱导信号传导与转录激活因子(STAT)信号通路，抑制血管舒张剂激活磷蛋白(Vasodilator stimulated phosphoprotein，VASP)、MMP-2、MMP-9的表达，从而抑制乳腺癌细胞的侵袭和转移。

另外，乳腺癌细胞侵袭和转移持续运动需依靠张力纤维收缩和肌动蛋白丝的延长来提供动力，Rho-GTPase的表达酶可通过调节细胞骨架的重组，为乳腺癌细胞迁移提供动力。Austin等[12]研究发现Sarasinoside A1作用于乳腺癌细胞以E-cadherin非依赖的方式引起细胞形态学变化，将先前存在的非上皮钙粘附素连接相关蛋白β-钙粘蛋白(β-catenin)和紧密连接蛋白(ZO-1)都重新定位到新的的接触部位，选择性抑制RhoGTPase的表达，诱导相邻细胞间隙缩小，促进聚合肌动蛋白在细胞-细胞接触位点的稳定性增强，从而抑制乳腺癌细胞的侵袭和转移。

1.2 诱导乳腺癌细胞凋亡 细胞凋亡是基因严格调控正常细胞自我更新的过程，乳腺癌细胞的癌基因和原癌基因呈过表达状态，抑制基因控制细胞的正常程序性凋亡，导致癌细胞的无限制增殖。

天然产物皂苷主要通过线粒体通路途径，重修乳腺癌细胞凋亡信号相关通路的转递系统，抑制乳腺癌细胞的生存基因的表达，激活相关凋亡蛋白的表达，如三角叶薯蓣皂苷通过调控活性氧(ROS)介导的线粒体功能障碍，下调线粒体膜电位，抑制ERK1/2和AKT的磷酸化水平，促进促凋亡蛋白(Bax)的表达和阻断抗凋亡蛋白(Bcl-2)的表达，并通过活化半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)和半胱氨酸蛋白酶-8(Caspase-8)的表达，促进底物聚ADP核糖聚合酶(PARP)裂解，从而诱导乳腺癌细胞凋亡[13]。Lin等[14]发现甘草酸通过激活JNK-p53信号通路，促使凋亡诱导因子(AIF)从线粒体到细胞核的移位，诱导线粒体内膜ROS的生成，引起细胞内环境状态改变后降低线粒体内跨膜电位，诱导相关凋亡基因的激活，促进乳腺癌细胞凋亡。

Cheng等[15]研究发现α-常春藤皂苷通过诱导线粒体膜电位去极化，下调线粒体膜电位，诱导凋亡蛋白酶激活因子APAF和细胞色素C从膜间隙释放到胞浆中，促进Caspase-3和Caspase-9的表达，从而诱导乳腺癌细胞凋亡，Guan等[16]发现Bigelovii A是通过降低激酶(IKK)活性，抑制IκBα的磷酸化和核p65的表达，从而显著降低核因子κB(NF-κB)蛋白诱导基因产物Bcl-2、抗凋亡蛋白(Bcl-xl)的表达，诱导细胞色素C被释放，激发Caspase-7和Caspase-9的表达诱导乳腺癌细胞凋亡。另外，Bigelovii E通过降低mTOR磷酸化水平，下调其下游靶点磷酸化p70S6激酶(p70S6K)、4E结合蛋白(4-EBP)的磷酸化水平，进而上调促进相关凋亡蛋白的产生，导致线粒体功能损伤，最终诱导乳腺癌细胞凋亡[17]。

1.3 诱导乳腺癌细胞自噬 自噬是细胞利用溶酶体选择性将自身变异或衰老的细胞器及大分子物质进行自我消解的过程，自噬作为一种高度保守的保护机制，与乳腺癌细胞的发生、发展有着紧密的关系，在不同阶段、不同情况下会发挥不同的作用，一般可在肿瘤初期阶段充当着肿瘤抑制剂，在后期可协助肿瘤细胞逃避药物毒性作用和免疫细胞杀伤。

天然产物皂苷诱导乳腺癌细胞自噬的过程受多种自噬相关基因的调节，雷帕霉素(mTOR)直接作用于抗胸腺球蛋白(ATG)来调节自噬体的形成，微管相关蛋白轻链3-II(LC3-II)和GFP-LC3是细胞自噬过程中的标志性蛋白，Jiang等[18]研究发现土贝母皂苷甲是一种有效的自噬激活剂，其通过下调Akt表达后诱导下游效应因子mTOR底物Ser78/Ser366l易位，激发ATG蛋白活化，促进LC3-II和GFP-LC3的表达，诱导自噬体的形成，表明其通过Akt介导的途径诱导人乳腺癌细胞发生保护性自噬。另外，竹节香附素A 呈剂量依赖性增强乳腺癌细胞自噬，其通过激活Akt-mTOR信号通路促进相关自噬基因LC3-II的表达[19]。Fu等[20]通过体外研究发现，柴胡皂苷D通过抑制溶酶体的形成而抑制自噬降解，诱导自噬小体的聚集，促进自噬泡膜的延伸诱导乳腺癌细胞发生自噬，主要通过促进LC3II、p62、溶酶体相关膜蛋白1抗体(LAMP1)、溶酶体相关膜蛋白2抗体(LAMP2)的提高，有趣的是，该作用是在没有改变溶酶体酸性环境下通过抑制自噬小体-溶酶体融合，从而抑制自噬小体的形成，而不是通过破坏溶酶体功能来抑制自噬小体的形成。Liu等[21]研究发现人参皂苷Rg5通过抑制磷脂酰肌醇-3-羟激酶(PI3K)/Akt信号通路，上调LC-3II和关键ATG蛋白的表达后抑制p62蛋白的表达，从而增加自噬小体的形成，并通过体内乳腺癌小鼠模型后治疗效果与阳性药多西紫杉醇相近，且显示更低的副作用。

1.4 诱导乳腺癌细胞周期阻滞 细胞周期分为G1期、S期、G2期和M期，正常细胞癌变后周期抑制基因活性降低，从而导致癌细胞周期进程快速运转，加速癌细胞无限制的增殖和分化。天然产物皂苷作用于乳腺癌细胞后通过抑制相关周期蛋白基因的表达，诱导乳腺癌细胞周期阻滞。

抑癌基因p53是细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂家族中的重要成员，可促进致癌基因鼠源微体X(MDMX)和促进鼠科双微体(MDM2)的表达，MDM2蛋白通过E3泛素连接酶的作用特异性地催化p53蛋白经过泛素化途径降解， 桔梗皂苷D作用于乳腺癌细胞后下调了MDM2、MDMX的表达，从而促进了抑制突变型p53基因表达，上调了下游基因p21和p27的表达水平，抑制周期标志蛋白细胞周期蛋白B1(Cyclin B1)的表达，诱导细胞周期阻滞于G0/G1期[22]。Cyclin B1是细胞从G2期过渡到M期所必需的关键蛋白，麦冬皂苷D作用于乳腺癌细胞后下调Cyclin B1的表达，并诱导Caspase-8和Caspase-9的活化，诱导乳腺癌细胞周期阻滞于G2/M期，且发现麦冬皂苷D诱导的乳腺癌细胞周期阻滞并伴随着凋亡[23]。转录因子E2F1(E2 factor1)在控制细胞周期及抑癌基因功能上起到重要作用，油茶皂苷作用于乳腺癌细胞后以非依赖p53形式激活E2F1蛋白表达，上调抑制癌基因p21的表达，下调细胞周期蛋白D1(Cyclin D1)表达，诱导乳腺癌细胞周期阻滞于G1期周期阻滞[24]。

1.5 抑制乳腺细胞血管生成 肿瘤血管为癌细胞的无限增殖输送新陈代谢所必须的营养物质和氧气，其生成涉及内皮细胞增殖、基底膜的发育和支持性壁细胞的募集[25]。天然产物皂苷作用于乳腺癌细胞后通过抑制相关内皮因子表达后增加内皮细胞的黏附，从而抑制血管的生成。

管内皮生长因子(VEGF)作用于血管内皮细胞可促进血管内皮细胞增殖，增加血管通透性，研究发现人参皂苷RD在体内外均能抑制乳腺癌细胞血管的生成，其机制是通过降低Akt/mTOR/p70S6K信号通路，抑制缺氧诱导因子(HIF-1α)在内皮细胞和乳腺癌细胞中的表达，显著下调了VEGF诱导的血管内皮生长因子受体2(VEGFR2)的激活，从而下调VEGF诱导的主动脉环血管的活化，从而抑制乳腺癌细胞血管的生成[26]。DT-13作用于乳腺癌细胞后通过下调HIF-1α的表达，刺激磷酸化蛋白激酶的表达，并降低血管内皮细胞生长因子，抑制血管内皮细胞生长因子的分泌[27]。黄肉楠碱作用于乳腺癌细胞可有效抑制血管内皮细胞的增殖，降低内皮细胞的迁移和黏附，其机制是通过抑制血管内皮生长因子受体1(VEGFR1)、pJNK和PERK蛋白的表达，且发现其是通过JNK/ERK信号通路参与了抑制血管内皮细胞的增殖[28]。

1.6 逆转乳腺癌细胞多药耐药性 乳腺癌细胞多药耐药(MDR)是导致患者化疗失败或复发的主要原因，目前发现其主要机制为多耐药基因1(MDR1)或P-糖蛋白(P-gp)膜转运蛋白过度表达，加速肿瘤细胞转移[29]。

天然产物皂苷可通过减少药物的跨膜转运增加细胞内活性药物的浓度，加强乳腺癌耐药细胞对的化疗药物的敏感性。Asclepiasterol作用于乳腺癌阿霉素耐药细胞通过抑制MAPK/ERK通路，下调细胞中ERK1/2磷酸化的表达，同时在不刺激MDR1基因表达的情况下调降低P-gp的表达，减少化疗药物外排[30]，Li等[31]通过体内外实验发现重楼皂苷VII通过调节通过抑制P-gp的表达和功能来实现的逆转乳腺癌细胞化疗耐药性。

1.7 抑制乳腺癌干细胞增殖 乳腺癌干细胞(BCSC)存在于炎性微环境中，具有自我更新、高致瘤性、高侵袭转移性、耐药性等特点，是乳腺细胞发生、复发和转移的根源[32]。天然产物皂苷通过靶向抑制BCSC相关信号通路，从而诱导乳腺癌干细胞凋亡。Liu等[33]研究发现商陆皂苷甲通过促进细胞凋亡，导致促凋亡蛋白Bax和裂解Caspase-3表达增加，从而诱导乳腺癌干细胞凋亡。Mai等[34]发现人参皂苷F2作用于乳腺癌干细胞后呈剂量依赖性地增加了膜电位中断的线粒体数量，诱导干细胞DNA损伤，激活p53诱导其下游凋亡蛋白Bax上调，促进凋亡标志物Caspase-9的表达和PARP裂解，诱导乳腺癌干细胞发生凋亡和自噬。

2 天然产物皂苷与化疗药物联合用药

目前关于治疗乳腺癌的化疗药物大多具有较强的毒副作用和耐药性，严重影响患者的临床疗效和预后，随着原发性乳腺癌新辅助治疗的兴起，天然药物与化疗药物联合应用成为近年来治疗乳腺癌的发展趋势，联合作用具有多靶点协同作用的的优势，且许多天然产物皂苷具有化学佐剂特性，有研究表明在癌症治疗中，其与免疫毒素结合使用增加了特定免疫毒素对抗癌细胞的选择性[34-35]。天然产物皂苷可作为提高治疗乳腺癌药物有效性和选择性的化学增敏物质，在降低化疗药物毒副作用的同时提高药物的疗效，提高患者的生活质量和延长晚期乳腺癌患者的生命周期，具体联合作用机制表现在诱导乳腺癌细胞凋亡、抑制血管生成、周期阻滞和肿瘤免疫等方面，具体作用机制见表1。

表1 天然产物皂苷与化疗药物联合抗乳腺癌作用

3 展望

天然产物皂苷类抗乳腺癌作用涉及多条信号通路，主要包括PI3K/Akt、Akt-mTOR、MAPK等相关信号通路。与传统治疗乳腺癌化疗药物相比，天然产物皂苷具有多靶点协同作用、毒副作用小等优势，能有效抑制乳腺癌细胞发生侵袭或转移、周期阻滞、诱导自噬、抑制血管生成、逆转耐药性、抑制乳腺癌干细胞等作用。乳腺肿瘤的发生机制具有复杂性，单一药物应用难以取得满意的治疗效果，药物联合应用已成为治疗乳腺癌的有效手段。

许多天然产物皂苷的抗乳腺癌作用在实验基础上获得证实，但真正应用于临床上实践甚少，初步分析原因是天然产物皂苷虽然具有高效性、低毒性、多靶点协同作用等优势，但也存在着靶向性差、作用机制不明确、结构复杂、体内生物利用度低等问题[48]，建议今后可从如下几个方面来展开对天然产物皂苷抗乳腺癌作用的研究：①加强对天然产物皂苷先导化合物结构的修饰和优化，为寻找新型强效、安全抗乳腺癌药物提供可修基础。②积极探索皂苷与化疗药物联合应用协同治疗效果，减少化疗药物的耐药性，改善预后。③充分利用皂苷作为天然表面活性剂的优势，寻找高效的体内药物传递系统，如制备纳米晶体、聚合物纳米颗粒、脂质体等各种药物递送应用方面具有很大的潜力，进一步加深对其制剂和药代动力学的研究。④运用分子生物学技术，从基因组和蛋白组水平对多靶点抗乳腺癌天然药物的机制更深入系统的研究，探索更多作用靶点，开发更加高效、精准低毒的抗乳腺癌药物。