木犀草素的抗癌作用

赵笑美，苑珍，石冲*

(1.华北理工大学研究生学院，河北 唐山 063000；2.唐山市妇幼保健院产前诊断遗传病诊断中心，河北 唐山 063000)

0 引言

癌症是全世界所有收入水平国家的主要死亡原因。癌症病例和死亡人数预计将迅速增长，并且逐渐年轻化[1]。2012年，全球年轻人中有975396例新发癌症病例和358392例癌症相关死亡，相当于每年每10万人中有43.3例新发癌症病例，每年每10万人中有15.9例癌症相关死亡[2]。因此，迫切需要寻求安全、健康的植物化学物质，可以延长癌症的生存期及其生活质量。

自然界植物源性化合物最近越来越引起关注。木犀草素作为一种抗癌剂对抗各种类型的人类恶性肿瘤，如肺癌[3]、乳腺癌[4]、胶质母细胞瘤[5]、前列腺癌[6]、宫颈癌[7]、卵巢癌[8]、结肠癌[9]和胰腺癌[10]。它通过抑制肿瘤细胞的增殖、保护肿瘤细胞免受致癌刺激、激活细胞周期阻滞以及通过不同的信号通路在体内和体外阻止癌症的发展[11]。木犀草素还可以通过细胞骨架收缩、诱导上皮生物标志物E-cadherin表达、下调间充质生物标志物N-cadherin、snail和vimentin的机制逆转上皮间充质转化(EMT)。还可以通过抑制血管生成进一步抑制癌症的侵袭和转移[12]。本篇文章主要讲述木犀草素抗癌的不同机制。

1 木犀草素

1.1 木犀草素的结构

木犀草素是一种纯黄色晶体生物类黄酮。它自然存在于植物王国，由于在食用植物中丰富，常用于生产各种治疗疾病的传统药物。由于其抗炎和抗氧化特性，木犀草素已被证明是一种有效的含氮和含氧活性物质清除剂。木犀草素在冷水中不溶，在热水中微溶，具有典型的类黄酮结构，在碳5、7、3和4个位置上有四个羟基其结构表征为两个苯环(A和B)与一个含氧吡喃环(C)相连。木犀草素的生物活性可能取决于其羟基和C2和C3之间的双键[13,14]。

1.2 木犀草素的生物利用度

木犀草素由于稳定性差、吸收率低，在体内的生物利用度相对较低，从而降低了其疗效。Shimoi等观察到大鼠和人给药后血浆中存在游离木犀草素及其偶联物。木犀草素及其偶联物的血浆浓度在木犀草素治疗后15-30min达到峰值。与0.5%羧甲基纤维素相比，丙二醇对木犀草素吸收更快[15,16]。

木犀草素已经作为一种健康食品进行了商业开发。研究表明木犀草素是安全的且无毒副作用和多种生物效应。小鼠和大鼠口服的半数致死剂量(LD50)分别大于2500和5000mg/kg，这相当于人类大约219.8-793.7mg/kg。研究了木犀草素及其葡醛酸/硫酸盐结合物在大鼠静脉注射或口服50mg/kg木犀草素后的药代动力学[16]。结果表明，木犀草素分布量大，清除率高。静脉和口服后出现双峰，提示口服后出现肠肝再循环[13]。总之，木犀草素的药动学研究表明，木犀草素在临床上是有用的。

2 木犀草素抗癌作用的分子机制

2.1 木犀草素诱导肿瘤细胞凋亡

2.1.1 木犀草素促进凋亡的内外途径

典型的凋亡途径包括内在和外在途径。内在凋亡途径是由Bcl-2家族成员介导的，响应无数非受体刺激，最终导致线粒体膜完整性的改变，导致细胞凋亡[4]。Bcl-2家族成员通过不同数量的促凋亡和抗凋亡Bcl-2蛋白(Bad, Bax, BAK, Bcl-2, Bcl-xL)控制细胞凋亡。本质上像一个平衡决定细胞命运。当细胞质Bad增加时，Bcl-2和Bcl-xL从Bax和BAK分离并与Bad结合。在此过程中，Bax和BAK自由地整合到线粒体膜中，降低其完整性，并通过caspase-9启动线粒体介导的凋亡。在外部途径中，激活的死亡受体(DRs)(Fas, TNFR, TRAIL)发出死亡诱导信号复合物的形成信号，随后通过caspase-8和caspase-10启动caspase级联。例如，在MCF7乳腺癌细胞中，木犀草素通过外部和内部途径诱导凋亡。木犀草素增加DR表达，激活caspase-8，进而诱导caspase-3活性。在固有途径上，Park等发现木犀草素增加Bax表达，降低Bcl-2表达，进而降低线粒体膜完整性，通过激活caspase-9促进caspase-3活性的增加[17]。木犀草素通过抑制Bcl-2抑制畸胎瘤细胞生长并诱导细胞凋亡[18]。

2.1.2 木犀草素通过不同的信号通路诱导肿瘤细胞凋亡

PI3K是一种脂质激酶，通过AKT激活来控制多种细胞过程。PI3K/AKT通路抑制可阻止肿瘤抑制因子FOXO3a的磷酸化，从而导致其核输出和蛋白降解。黄酮、芹菜素和木犀草素通过抑制PI3K/Akt的激活，增加FOXO3a的激活，诱导乳腺癌细胞周期阻滞和凋亡[19]。AKT的激活可以通过刺激MMP的分泌而导致癌症的侵袭和转移。PI3K抑制剂可导致MMP-2激活、细胞迁移和细胞侵袭的减少。体内外研究均表明木犀草素通过PI3K/AKT通路降低MMP-2、MMP-9的表达，抑制A375人黑色素瘤细胞增殖并诱导细胞凋亡[20]。木犀草素通过阻断PI3K/AKT通路和调节固醇调节元素结合蛋白活性抑制人胎盘绒毛膜癌细胞增殖和诱导细胞凋亡[21]。此外，木犀草素还可以通过MEK/ERK[22]、STAT3[23]等其他通路诱导肿瘤细胞凋亡。

2.1.3 木犀草素通过调节miRNA的表达诱导细胞的凋亡

木犀草素还可以调控不同肿瘤中mirna的表达，影响肿瘤的进展[22]。木犀草素刺激MDAMB-453和MCF7乳腺癌细胞中miRNA-203的表达[24]。木犀草素上调LN229细胞中miR-124 3p的表达。在LN229细胞中，过表达miR-124 3p显著增加活性caspase-3的水平，而抑制miR-124-3p则显著降低活性caspase-3的水平[25]。在胃癌细胞中，抗凋亡蛋白Bcl-2也受miR-34a的负调控。木犀草素通过上调miR-34a和miR-34a介导的靶向Bcl-2诱导胃癌细胞凋亡[26,27]。miR-301直接靶向前列腺癌细胞中促凋亡分子DEDD2 (Death effector domain-containing protein 2)。木犀草素对miR-301有抑制作用。木犀草素介导的凋亡在mir-301过表达的前列腺癌细胞中受损[28,29]。

2.2 木犀草素抑制肿瘤细胞增殖

多种膳食类黄酮能够抑制癌细胞增殖，通过靶向细胞内关键分子和途径实现细胞周期阻滞[30,31]。目前研究发现，在鼻咽癌细胞中，木犀草素在G1期抑制细胞周期进展，并以剂量和时间依赖的方式阻止细胞进入S期[32]。通过流式细胞术验证胃癌细胞G2/M期细胞百分比呈剂量依赖性增加[33]。黄酮类化合物对肿瘤细胞生长的抗增殖活性与它们对包括细胞周期蛋白-细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)网络在内的许多细胞内生化途径的作用有关[34]。木犀草素介导cyclin D1下调的分子机制研究，木犀草素能够抑制Akt磷酸化的磷酸化和活化，导致糖原合成酶激酶3b(GSK-3b)的去磷酸化和活化。激活GSK-3b后靶向cyclin D1，导致cyclin D1在Thr286位点磷酸化，并导致蛋白酶体降解[32]。

2.3 木犀草素抑制肿瘤细胞上皮-间充质转化

上皮-间充质转化(epithelial -mesenchymal transition, EMT)是肿瘤发生的标志之一，上皮细胞再分化为间充质细胞，将细胞表型转变为恶性表型[35]。近年来的研究表明，原发性和继发性结肠癌、肝癌、乳腺癌的EMT过程与肿瘤细胞浸润转移密切相关[35]。例如，木犀草素诱导的间充质转化通过减少间充质标记物表达和抑制体外细胞增殖而治疗结直肠癌[36]。

钙粘蛋白N和E是粘附分子。E-cadherin主要表达于上皮细胞，N-cadherin表达于间质结构域。PI3K/Akt-NF-κB-Snail-E-cadherin信 号 通路是木犀草素治疗肺癌的主要机制[35]。木犀草素显著靶向黏附激酶和β-1整合素。它的抑制可逆转缺氧诱导的非小细胞肺癌上皮向间充质转化[37]。在多发性上皮细胞癌的发展过程中，上皮-间充质转化通常发生，木犀草素通过调控β3整合素抑制缺氧诱导的恶性黑素瘤细胞体外和体内EMT[38]。

在妇科恶性肿瘤中，木犀草素参与宫颈癌的治疗，逆转了这种上皮细胞到间质细胞的转变信号[37]。在对紫杉醇耐药的卵巢癌细胞中，上皮细胞向间充质转化上调，而木犀草素敲低上皮细胞向间充质转化，并可促进化疗致敏[39]。此外，上皮细胞向间质转化相关转录因子及标志物上调。在卵巢癌转移过程中，木犀草素显著抑制与这些标记物和转录因子相关的蛋白的表达，克服了上皮细胞向间叶细胞的转变[40]。

2.4 木犀草素抑制肿瘤细胞血管生成

木犀草素是一种类黄酮化合物，具有抗癌和抗血管生成特性。侵袭转移级联过程始于新生血管、上皮细胞亚型向间充质亚型的转变以及蛋白质细胞外基质和基底膜的溶解肿瘤发生中的血管生成开关增加了强效血管生成因子，如血小板源性生长因子(PDGF)和血管内皮生长因子(VEGF)，增加了致瘤性[4]。VEGF在肿瘤细胞存活、增殖和迁移中起重要作用。研究发现，大部分黄酮类化合物下调VCAM和MMP-3，其中木犀草素可以降低VEGF[41,42]。木犀草素以剂量依赖性方式抑制血管瘤源性干细胞(HemSC)生长并抑制VEGF-A表达。并且在小鼠模型中木犀草素抑制微血管的形成和血管生成[43]。

此外，木犀草素不仅在CAM、HT-29细胞增殖和细胞迁移实验中具有较好的血管抑制作用，而且木犀草素、鹿皮酚、凝集素对VEGFR的靶向作用域较为保守。在槲皮素和木犀草素衍生物作为抗血管生成剂的研究中发现，其中7种化合物在体外实验中显示出显著的抗血管生成活性。大多数化合物抑制VEGF受体2的磷酸化(VEGFR2)，提示其抗血管生成活性是由于对VEGF/VEGFR2通路的干扰[41,44]。木犀草素通过抑制Notch1-VEGF信号，抑制胃癌血管生成和血管生成拟态形成[45]。在黑色素瘤细胞中木犀草素抑制肿瘤细胞的转移和HUVECs的管形成。同时，探讨木犀草素抗转移的分子机制与抑制HIF 1α/VEGF信号通路，从而降低EMT和血管生成有关[46]。目前，木犀草素关于肿瘤细胞抗血管生成的确切机制有待进一步研究。

2.5 木犀草素促进肿瘤细胞基底膜降解

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)可促进基底膜的降解，这是血管新生和肿瘤侵袭的关键步骤[4]。在乳腺癌中，MMP表达紊乱促进肿瘤的侵袭和转移特别是，一些研究表明，MMP-2和MMP-9在转移级联中促进进展，MMP-9可能是侵袭性乳腺癌的预后因素[47]。最近在MCF7和MDA-MB-231细胞中报道的证据证实木犀草素能够显著降低MMP-2和MMP-9的mRNA和蛋白表达[48]。我们证明了木犀草素-7-O-葡萄糖苷通过抑制p38介导的MMP-2表达增加而发挥抗迁移作用[49]。这是第一项证明木犀草素-7-O-葡萄糖苷通过调节人口腔癌细胞中MMP-2表达和细胞外信号调节激酶通路来抑制细胞迁移和侵袭的研究[49]。木犀草素通过下调MMP2和MMP9抑制卵巢癌转移[50]。在口腔癌中，木犀草素-7-O-葡萄糖苷通过调控基质金属蛋白酶-2表达和细胞外信号调节激酶途径抑制口腔癌细胞迁移和侵袭[49]。

MMP介导的细胞外基质降解释放大量的生长因子和信号分子，使肿瘤扩张这种因素通常隔离在基质中是无处不在的透明质酸(HA)。透明质酸酶可将HA降解成不同分子量的物质，然后通过两种受体之一：CD44和RHAMM促进肿瘤进展和血管生成[51]。木犀草素已被证明在相对高浓度下是透明质酸酶的有效抑制剂，在低剂量下可以防止黄体酮诱导的CD44+表达和ALDH活性的增加。在联合治疗中，木犀草素阻止了紫杉醇诱导的CD44+富集同样，有报道称木质素可降低前列腺癌中CD44+的表达[50]以及口腔癌细胞中CD44+和ALDH的活性[52]。

3 展望

木犀草素正逐渐引起人们的关注，因此，在阐明木犀草素的药理特性和鉴定其在不同癌症中调节致癌蛋白网络的能力方面取得了巨大的进展。然而，目前对于木犀草素抗癌作用的分子机制仍存在分歧并且其相关分子机制的研究并不全面透彻。在黑色素瘤细胞中通过清除ROS、免疫调节、细胞周期调节和表观遗传修饰，包括DNA甲基化和组蛋白去乙酰化等多重机制发挥其抗癌活性[53]。然而相关研究表明，木犀草素介导的黑色素瘤细胞的生长抑制可能不是通过ROS诱导，而是通过同时作用于多种途径，包括细胞外基质(ECM)途径，致癌信号和免疫反应途径[54]。木犀草素的抗癌潜力有待进一步的阐明。