近十年半枝莲抗肿瘤作用机制研究概况

杨培伟 刘光伟 赵文霞

现代研究认为炎症参与了肿瘤的发生发展、侵袭和转移等病理过程[1]。而中医认为,炎症与热毒的作用类似,是肿瘤的病理因素和病理产物,是肿瘤发生发展的重要原因之一[2]。因此,清热解毒法是中医药治疗肿瘤的常用法则之一。半枝莲是唇形科植物,味辛、苦、寒,归肺、肝、肾经,具有清热解毒、化瘀利尿的作用,用于各种炎症、咽喉痛、水肿、黄疸等[3-4]。有研究证实半枝莲可以控制和消除肿瘤及其周围的炎性水肿,在一定程度上减轻或抑制肿瘤的进展[5]。近年来,半枝莲被用于治疗各种癌症,如肺癌、肝癌、乳腺癌、卵巢癌和大肠癌等的治疗[4]。半枝莲在调控肿瘤细胞的生长、侵袭转移、免疫功能和抗化疗药物耐药等方面发挥重要的作用,具有多途径和多靶点的优势。本文针对近十年来半枝莲抗肿瘤作用机制进行归纳和总结,旨在探索和阐明半枝莲抗肿瘤的具体作用机制,以期为半枝莲的临床应用及其在抗肿瘤方面的进一步研究与开发提供理论依据。

1 抑制肿瘤细胞的生长

1.1抑制肿瘤细胞的增殖

肿瘤细胞是不受正常生长调控系统控制的持续分裂和异常增殖的细胞。研究发现通过生物活性定向分离法分离出的半枝莲及其提取物中的化合物对多种肿瘤细胞株如肺癌A549、人早幼粒白血病细胞HL-60等具有细胞毒性活性[5],可根据毒性活性的强弱判断其化合物对该肿瘤细胞系的抗增殖活性[6]。Wei等[7]研究显示半枝莲乙醇提取物(ethanol extract of Scutellaria barbata, EESB)通过抑制Wnt/β-catenin通路的激活,如降低别藻蓝蛋白(allophycocyanin, APC)和β-catenin的蛋白表达,显著降低结直肠癌(cancer of the rectum, CRC)异种移植小鼠的肿瘤生长,并抑制了CRC细胞HT-29细胞的活力。刘明胜等[8]研究也提示,EESB可通过调控circ0092283/miR-198轴,降低结直肠癌HCT-116细胞的克隆形成能力,抑制CRC细胞的增殖。许多miRNA在癌症的调节中发挥着至关重要的作用,半枝莲与白花蛇舌草配伍可以通过减少miR-155表达降低Akt活化,抑制膀胱癌细胞生长和克隆形成[9]。

综上所述,半枝莲及其提取物可能通过调控多种基因和信号通路的表达,抑制肿瘤细胞增殖发挥抗肿瘤作用,提示半枝莲抗肿瘤作用可能与抑制肿瘤细胞增殖有关,其对于抗肿瘤的防治具有重要价值。抑制该细胞进程可为研发抗肿瘤药物寻找新靶点,并且为临床中进一步使用半枝莲作为抗肿瘤药物提供了实验依据。

1.2阻滞肿瘤细胞生长周期

细胞有丝分裂是细胞增殖的主要方式,与调节性细胞周期蛋白形成复合物对细胞进入有丝分裂起着重要作用。

Chen等[10]研究表明,半枝莲通过P38/SIRT1介导细胞周期G2/M期阻滞和内质网应激、内源性线粒体和外源性FAS/FASL介导的通路,在体内外水平上抑制CL1-5肺癌细胞的生长。芦冲等[11]研究显示,半枝莲醇提物含药血清通过阻滞G0/G1期人结肠癌HT-29细胞周期分布,抑制HT-29细胞增殖,发挥抗肿瘤作用。Hnit等[12]研究报道,半枝莲配伍白花蛇舌草可能通过降低前列腺癌细胞周期相关蛋白Cyclin B1、周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinases, CDK1)、丝氨酸/苏氨酸激酶(Polo-like Kinase 1, PLK1)和Aurora A蛋白和mRNA水平的表达,抑制前列腺癌细胞细胞周期G2向M的转化,进而发挥抗肿瘤作用。

据此可知,半枝莲可通过阻滞肿瘤细胞周期进程,降低肿瘤细胞周期相关蛋白的表达水平,抑制有丝分裂进入细胞,进而发挥抗肿瘤的作用。

1.3诱导肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡是一种程序性细胞死亡形式,与细胞形态的变化有关,是抗肿瘤的重要效应机制之一。

Shim等[13]研究显示半枝莲提取物通过激活半胱天冬酶、增加线粒体膜去极化和Caspase-3/9的活性,调节丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK) 和活性氧(reactiveoxygenspecies, ROS) 依赖性途径,触发人胃腺癌细胞系MKN-45细胞的凋亡,在体内外水平抑制人胃腺癌细胞的生长。半枝莲还可与白花蛇舌草作为药对配伍,通过表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)/过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptor γ, PPARγ)/PI3K/AKT 通路诱导细胞凋亡,在体内外水平上抑制肿瘤细胞生长[14]。李秋平[15]的实验研究也提示半枝莲提取物可能通过影响内质网应激标志蛋白葡萄糖调节蛋白(glucose regulatory protein78/immunoglobulin binding protein,GRP78/Bip)、CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白(C/enhancer binding protein-homologous protein, CHOP)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-12(Caspase-12)蛋白的表达,促进肺癌A549细胞凋亡,进而抑制肺癌细胞的生长。

可见,半枝莲可以通过调控凋亡因子或凋亡相关蛋白的表达影响肿瘤细胞的生长。这也提示其抗肿瘤作用机制可能与促进肿瘤细胞凋亡有关,对于新型抗肿瘤药物研发具有重要意义,然而其具体作用机制仍需要大量的实验研究进行证实。

1.4促进肿瘤细胞自噬

细胞自噬也称为Ⅱ型程序性细胞死亡,和细胞凋亡一样也是维持机体和细胞稳态的重要分子过程,细胞自噬和肿瘤细胞的发生发展有关。中药对肿瘤细胞自噬具有增强、抑制或双向调控作用,肿瘤细胞存在更强的保护性自噬以支撑肿瘤细胞的快速增殖和转移等,但过渡自噬又可导致肿瘤细胞死亡,出现死亡性自噬[16]。

研究发现半枝莲可增加肺癌 CL1-5 细胞中自噬相关蛋白(light chain 3II, LC3II )的表达,镜下可观察到大量的自噬泡和受损的线粒体,应用3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine, 3-MA), 一种自噬抑制剂后,半枝莲诱导的细胞死亡被抑制,表明半枝莲可通过诱导细胞自噬促进CL1-5细胞死亡[10]。陈明等[17]实验研究显示,半枝莲总黄酮(total flavonoids of scutellaria barbata, TF-SB)可能通过抑制PI3K/AKT/哺乳动物雷帕霉素靶点(mammalian target of rapamycin, mTOR)通路,诱导黑色素肿瘤细胞自噬,通过增强其自噬活性来抑制黑色素瘤荷瘤小鼠肿瘤生长。罗宗保等[18]研究也表明半枝莲可通过诱导宫颈癌Hela细胞自噬活性,抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路蛋白磷酸化来发挥抗肿瘤作用。

因此,半枝莲可能通过诱导肿瘤细胞自噬发挥抗肿瘤效应,这也体现出中药治疗疾病是多途径多靶点综合作用的结果,同时也说明了中药的复杂性、模糊性和不确定性。

1.5抑制肿瘤血管生成

血管生成是一个复杂的过程,以血管再生为靶点的药物在抑制肿瘤血管生成方面是研究的热点之一,对研发肿瘤血管生成抑制剂具有重要的作用。

半枝莲多糖通过下调磷酸化细胞间质上皮转换因子(cellular-mesenchymal epithelial transition factor, c-Met)及其下游磷酸化细胞外信号调节激酶(phosphorylated extracellular signal regulated kinase, p-Erk)和p-Akt的表达,抑制人表皮生长因子受体-2(human epidermal growth factor receptor 2, HER2)通路,对人肺腺癌细胞Calu-3皮下移植瘤模型发挥抗血管生成的作用[19]。Shiau等[20]研究报道,半枝莲通过下调低氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1, HIF-1α)依赖性血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)的表达,抑制肺癌细胞的血管生成,提示半枝莲具有抗血管生成的活性。信号传导的重要靶基因是血管生成的最强刺激剂之一,通过调控SHH通路抑制血管生成已成为肿瘤化疗的一个重要方向,Wei等[21]实验研究发现,EESB通过抑制SHH通路及其下游靶基因血管内皮生长因子A(VEGF-A)的表达,进而抑制结直肠癌小鼠模型中的肿瘤血管生成。

这些研究提示抑制肿瘤血管生成可能是半枝莲有效治疗癌症的作用机制之一,这也为从抗肿瘤血管生成的角度研发抗肿瘤药物提供了一定的依据,为半枝莲的开发利用拓展了更广阔的研究空间。

2 抑制肿瘤细胞侵袭和转移

肿瘤细胞的迁移和侵袭是一个多步骤、与宿主细胞相互作用的生物学过程,是肿瘤细胞最异常的行为之一,和肿瘤治疗的远期效果密切相关。一旦出现肿瘤细胞的侵袭和转移,其复发率和相关的死亡率风险更高,因此抑制侵袭和转移仍然是癌症治疗的一个重要挑战。

2.1调控肿瘤细胞运动相关蛋白和细胞因子

肿瘤细胞的运动能力是肿瘤侵袭周围组织、发生远处转移的基本条件,细胞具有活跃的运动能力,其侵袭转移的潜能就越强。而运动相关蛋白和细胞因子在肿瘤细胞的运动过程中发挥着重要作用。迁移侵袭抑制蛋白(migration and invasion inhibitory protein, MIIP)基因在胃癌、乳腺癌、结肠癌、子宫内膜癌等恶性肿瘤中呈低表达,与肿瘤的发生发展有相关性[22-25]。

张锋等[26]最新研究发现半枝莲总黄酮通过上调MIIP表达可以抑制人胃腺癌细胞AGS细胞的增殖和诱导细胞凋亡,进而发挥抗胃癌作用。肿瘤细胞出现上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)时,标志着肿瘤细胞浸润转移的开始,而E-钙粘素和Twist蛋白等是EMT过程中的重要调控因子,促进肿瘤细胞侵袭和远处转移。陈志成等[27]研究也证实半枝莲提取物可能通过上调E-钙粘素和下调Twist蛋白的表达,抑制大肠癌LoVo细胞的增殖和侵袭能力。

上述研究表明,半枝莲作为清热解毒药,其通过影响肿瘤细胞的运动能力的作用已经得到人们的重视。半枝莲调控肿瘤细胞运动相关蛋白和细胞因子的作用,为肿瘤的治疗开辟了新途径。同时这些研究也为临床上应用半枝莲治疗肿瘤的分子机制提供了有力的理论证据支撑。

2.2调节肿瘤细胞分解酶的活性及分解酶/分解酶抑制剂的平衡

基质金属蛋白酶家族(matrix metalloproteinases, MMPs)已被证实在肿瘤细胞侵袭和转移中具有重要作用,高侵袭和高转移性的肿瘤细胞分泌有高含量的MMPs。研究发现中医药可以通过调节分解酶的活性以及平衡分解酶/分解酶抑制剂来抑制细胞外基质的降解,进而抑制肿瘤细胞的侵袭和转移。

最近的研究显示,半枝莲通过降低基质金属蛋白酶MMP-1/2、MMP-3/10和MMP-9/13的表达,以及PI3K/AKT和转化生长因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)/Smad信号通路中的蛋白,抑制结直肠癌HCT-8的迁移和侵袭[28]。半枝莲还可通过降低MMP-2/9表达的线粒体途径,抑制卵巢癌A2780细胞迁移、增殖和诱导凋亡,进而发挥抗卵巢癌的作用[29]。黄有星等[30]研究证实半枝莲提取物通过阻断TGF-β/Smad/AMPK信号通路,下调整合素αV、整合素β3、MMP-2/9,逆转TGF-β诱导的EMT,抑制肝癌HepG2细胞迁移和侵袭。

据此可知,从中药中寻找和研发抑制MMPs 的新颖制剂是抗肿瘤药物发现的重要途径,对于半枝莲的进一步开发和应用具有更好的前景。

3 调节机体免疫功能

免疫系统在抗肿瘤防御中起着重要作用,免疫疗法是肿瘤患者的潜在治疗选择。

Son等[31]研究发现,半枝莲的主要活性成分糖蛋白对淋巴细胞增殖、抗体产生和细胞因子分泌具有诱导免疫刺激的作用。Gong等[32]研究提示,半枝莲可以通过降低体内IL-6/10/17、叉头蛋白P3(forkhead box protein 3, FOXP3)、TGF-β1和维甲酸相关孤核受体γt(retinoid-related orphan receptor γt, RORγt)水平,增加IL-2和干扰素γ(interferon-γ, IFN-γ)的表达,抑制Lewis荷瘤C57BL/6小鼠肿瘤生长和调节免疫功能。肿瘤细胞可以募集调节细胞Treg来抑制肿瘤微环境中的抗肿瘤免疫,从而限制了癌症免疫治疗的效率。EESB通过下调肿瘤组织中免疫相关的CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞和Th17细胞数量以及IL-10/17A和TGF-β的水平,提高脾脏NK细胞的细胞毒性及血清IL-2和IFN-γ水平,抑制HepG2细胞的增殖和H22荷瘤小鼠的肿瘤生长[33]。

肿瘤的发生发展作用机制复杂,免疫因素在肿瘤的发生发展预后等方面发挥重要作用,而如何调控免疫因素是抑制或促进仍然是治疗肿瘤的关键。半枝莲及其提取物调控肿瘤免疫的作用可能将成为研究肿瘤治疗的新方向之一。

4 抗化疗药物耐药性

化疗药物是肿瘤治疗的一项重要选择,然而肿瘤细胞会在一定程度上对化疗药物产生耐药性,这是抗肿瘤治疗失败的重要因素之一。

研究表明为代表的ABC转运蛋白超家族异常表达引起的药物外排是产生多药耐药(multidrug resistance, MDR)的主要机制之一,从半枝莲中分离出的新克罗烷型二萜化合物可能是通过抑制P-gp的外排功能来逆转HepG2/阿霉素(adriamycin, ADR)细胞对阿霉素的耐药性[34]。5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil, 5-FU)耐药或MDR已成为包括CRC在内的癌症临床治疗的主要障碍。EESB通过下调CyclinD1、Bcl-2和ATP结合盒亚家族G成员2(ATP binding cassette subfamily G member 2, ABCG2)的表达,上调CRC细胞HCT-8/5-FU细胞p21和Bax的表达,抑制PI3K/AKT通路的激活,从而抑制结直肠癌HCT-8/5-FU细胞的化疗耐药[35]。

综上所述,半枝莲及其提取物对多药耐药蛋白的抑制作用有利于抗肿瘤药物发挥其药效。这将为研究半枝莲及其提取物防止肿瘤的复发和多药耐药性发生奠定实验基础。

5 半枝莲抗肿瘤其他机制研究

5.1影响肿瘤细胞中信号通路的表达

有学者研究显示,半枝莲通过上调PI3K/AKT依赖通路中Nrf2的表达,降低丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量,提高超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和谷胱甘肽(glutathione, GSH)水平,减轻氧化损伤,恢复线粒体功能障碍,抑制氧糖剥夺/再灌注(oxygen and glucose deprivation/reperfusion, OGD/R)损伤的大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤PC12细胞凋亡[36]。Zheng等[37]研究报道半枝莲总黄酮以剂量依赖性的方式,可以通过抑制肿瘤源性甲状旁腺激素相关蛋白(parathyroid hormone related protein, PtHrP)及其下游核因子-κB配体受体激活剂(receptor activator of NF-kB ligand, RANKL)/骨保护素(osteoprotegerin, OPG)的表达,抑制乳腺癌MDA-MB-231细胞迁移侵袭及骨转移。

综上所述,PI3K/AKT通路、NF-κB通路可能参与半枝莲抗肿瘤作用机制,具体何种信号通路发挥主要作用与肿瘤细胞类型有关,具体研究何种信号通路也更有意义,因此仍需进一步挖掘和探索。

5.2抑制肿瘤细胞的癌症干性特征

半枝莲可以通过抑制SHH信号通路抑制胰腺癌干细胞CSC的自我更新,从而延长胰腺癌患者的总生存期[38]。半枝莲提取物通过减弱SOX2/SMO/GLI1轴,抑制非小细胞肺癌(Non-small cell lung cancer, NSCLC)细胞的癌症干性相关特征,抑制肿瘤细胞的生长[39]。

综上所述,可从影响肿瘤干细胞生长的机制着手,探索半枝莲作为临床治疗中的新型抗癌药物,对进一步研发半枝莲药物提供了证据支持。

6 思考与展望

近年来,人们从动物实验和临床研究层面对半枝莲的抗肿瘤作用进行了研究。然而,在研究中仍存在一些不足。首先,应进一步挖掘半枝莲有效成分的抗肿瘤作用靶点,将传统药理活性与现代药理学相结合,了解其潜在的作用机制。其次,半枝莲抗肿瘤的分子机制,如转录组学、基因组学等方面的报道相对较少,这可能与中药成分复杂、药理活性成分检测困难有关,其抗肿瘤作用及机制有待进一步研究和探索。第三,半枝莲在临床上常与半边莲、白花蛇舌草等中药合用,应进一步研究半枝莲与药物的相互作用,以观察联合用药的效果。第四,对半枝莲中有发展前途的化合物或其他成分进行提取纯化,采用现代先进技术扩大其应用范围。因此,课题组认为半枝莲是一种极具开发潜力的药用资源,但其治疗效果和研究价值有待于今后的实验和临床研究进一步探讨和验证,以期为开发和利用半枝莲及其活性成分抗肿瘤提供理论和实验依据。