雷公藤红素抗肿瘤作用及机制研究进展

董立强 ， 王斌 ， 苏适 ， 刘东琦

绥化学院，黑龙江 绥化 152061

雷公藤红素（celastrol）属于五环三萜类化合物，分离自传统中药雷公藤或南蛇藤的根皮、茎和叶，分子量为450.61，易溶于乙醇、三氯甲烷、二甲基亚砜等有机溶剂［1］。雷公藤红素是卫矛科植物雷公藤和南蛇藤的主要活性成分之一，其具有较强的免疫调节、抗炎、抗病原微生物、抗肿瘤等药理学活性［2-4］。近年来传统中药及其活性成分因低毒、高效、低耐药等优点，在抗肿瘤研究中得到了广泛关注。雷公藤红素对肝癌、乳腺癌、前列腺癌、骨髓瘤、胶质瘤等多种肿瘤具有广谱的药理学活性［5-6］。因此，本文主要对雷公藤红素的抗肿瘤作用及其机制进行了总结，以期为雷公藤红素在抗肿瘤中的应用提供理论参考。

1 雷公藤红素的抗肿瘤作用

癌症的进展是一个复杂的多步骤过程，其与细胞周期的失控、细胞凋亡、原发肿瘤的血管生成、侵袭周围基质和迁移到远处器官产生转移密切相关。细胞周期具有高度调节和协调的生命机制，以确保细胞的连续分裂和细胞内物质的精确复制。细胞周期相关蛋白的改变会导致正常细胞分裂异常，这是癌症和其他疾病的重要诱因之一［7］。Qian等［8］研究表明雷公藤红素可显著抑制c-Myc基因表达，诱导骨肉瘤SW1353细胞发生G2/M期阻滞，并通过线粒体途径促进细胞凋亡。在人胃癌BGC-823和MGC-803细胞中雷公藤红素通过下调miR-21表达，抑制p27蛋白的降解，引起G2/M细胞周期阻滞［9］。

肿瘤转移是指肿瘤细胞从原发病灶侵入淋巴、血管或体腔等，经血流和淋巴流带到其他部位或器官继续生长。肿瘤细胞的侵袭是指肿瘤细胞脱离原发部位，穿越基底膜并向周围间质浸润性生长，尚未进入局部毛细血管或淋巴管的阶段，侵袭是肿瘤转移的组成部分［10］。雷公藤红素通过抑制丝/苏氨酸蛋白激酶（protein serine/threonine kinase，ROCK2）介导的细胞骨架与细胞膜之间的连接蛋白Ezrin处Thr567位点的磷酸化，从而调控肝癌细胞MHCC97H、Huh7和HepG2的迁移和转移［11］。基质金属蛋白（MMP-9）参与各种癌细胞的侵袭，雷公藤红素通过抑制核因子κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）介导的MMP-9表达，从而抑制乳腺癌细胞MCF-7的侵袭和迁移［12］。

肿瘤的血管生成在其生长和转移中具有重要作用，肿瘤的发生与发展对血管生成具有依赖性，主要表现为新生血管为肿瘤提供营养成分，肿瘤细胞又经血管转移［13］。血管生成是肿瘤的主要驱动力，研究表明雷公藤红素纳米微粒靶向作用于缺氧诱导的低氧诱导因子-1α/血管内皮生长因子（hypoxia inducible factor-1α/vascular endothelial growth factor，HIF-1α/VEGF）通路，抑制视网膜母细胞瘤SO-Rb50生长和血管生成［14］。Gao等［15］发现雷公藤红素通过抑制结肠癌HT-29和HCT116细胞中一氧化氮合酶（NOS）的活性及血管生成中关键基因（TYMP、CDH5、THBS2、LEP、MMP9和TNF）和蛋白质（IL-1、MMP-9、PDGF、Serpin E1和TIMP-4）的表达调控血管生成，发挥对结肠癌细胞增殖和迁移的抑制活性。此外，雷公藤红素可靶向作用于蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白（protein kinase B/mammalian target of rapamycin，AKT/mTOR）通路激活核糖体蛋白S6激酶1（ribosomal protein S6 kinase，P70S6K），从而抑制人前列腺癌PC3细胞的生长和血管生成［16］。

细胞凋亡是在多种基因相互调控下进行的程序性死亡过程，其中内源性凋亡包括线粒体和内质网应激途径；外源性凋亡即死亡受体途径。细胞凋亡在肿瘤的发展中意义重大，雷公藤红素通过上调人骨肉瘤U-2OS细胞中促凋亡蛋白Bcl-2关联X蛋白（Bel-2 associated X，Bax）和细胞色素C（cytochrome C，CytC）的表达，改变Bax/Bcl-2的比率，诱导细胞凋亡，从而抑制U-2OS细胞的增殖［17］。研究发现，雷公藤红素可通过激活线粒体途径和Fas/FasL介导的途径诱导人非小细胞癌A549细胞的凋亡［18］。

2 雷公藤红素的抗肿瘤机制

2.1 调控PI3K/AKT信号通路

磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B通路（phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B pathway，PI3K/AKT）对细胞的生长、凋亡、代谢和增殖等多种生理功能具有重要调控作用，是肿瘤细胞中最常见的异常激活途径，同时也是一种很有吸引力的治疗靶点［19-20］。Zhu等［21］研究表明，雷公藤红素通过下调PTEN/PI3K/AKT（PTEN蛋白/磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B）信号通路，增强半胱氨酸蛋白酶-3，9酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase-3，9）活性，提高Bax/Bcl-2的比值，进而抑制胆管癌CCA细胞增殖，诱导肿瘤细胞凋亡；同时体内研究表明，雷公藤红素能够抑制小鼠胆管癌的侵袭与转移。肿瘤血管生成和血管生成拟态（vasculogenic mimicry，VM）被认为是胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）生长和转移过程中维持肿瘤营养供给的主要过程。雷公藤红素能够阻断PI3K/AKT/mTOR信号通路，抑制胶质瘤U87和U251细胞的生长、迁移和侵袭，破坏VM的形成［22］。miR-21过表达可显著提高结肠癌HCT-116细胞增殖活力，抑制细胞凋亡，降低BCL-2表达，增加Bax蛋白表达，降低Caspase-3活性。雷公藤红素可通过下调miR-21和磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/糖原合成酶激酶-3（PI3K/AKT/GSK-3β）信号通路，抑制结肠癌HCT-116细胞增殖有效逆转了miR-21的作用［23］。Yao 等［24］研究发现，雷公藤红素可通过下调miR-21表达及PI3K、AKT、p65和核因子κB抑制剂（inhibitor of NF-κB，IκBα）磷酸化水平，抑制人胃癌MKN45细胞PTEN/PI3K/AKT通路的活化，诱导肿瘤细胞凋亡。此外，雷公藤红素还可通过下调PI3K/AKT信号通路抑制直肠癌MMP3和MMP7、乳腺癌MCF-7、黑色素瘤B16细胞增殖、侵袭和转移诱导肿瘤细胞凋亡［25-27］。

2.2 调控NF-κB信号通路

NF-κB为一种重要的核转录因子，参与多种复杂的生物过程，包括免疫调节、炎症、细胞增殖和凋亡等［28-30］。NF-κB在多种肿瘤中组成型过表达，如骨髓瘤、乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌等［31］。雷公藤红素通过抑制人骨髓瘤U266细胞NF-κB信号通路过表达，诱导细胞周期阻滞于G0/G1期，使肿瘤细胞发生凋亡［32］。Yan等［33］研究发现雷公藤红素通过阻断乳腺癌MDA-MB-468和MDAMB-231细胞NF-κB信号通路降低白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）表达水平，抑制细胞的增殖、迁移和侵袭，进而发挥抗肿瘤作用。雷公藤红素通过抑制IκBα磷酸化、IκBα降解和p65积累，阻断NF-κB信号通路和降低NF-κB靶蛋白基质金属蛋白酶（MMP9）表达，进而发挥对卵巢癌SKOV-3和OVCAR-3细胞的迁移和侵袭抑制作用［34］。在前列腺癌PC-3细胞中，雷公藤红素能够下调IκBα、IKKα（kappa B抑制因子激酶α亚基）、p50和p65蛋白的表达，促进抗凋亡蛋白Mcl-1的降解并激活促凋亡蛋白Noxa，阻断IL-6的表达，使细胞周期阻滞在G0/G1期，抑制肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭［35-36］。

2.3 调控MAPK信号通路

丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路在胞外信号向胞内传导过程中发挥着重要作用。MAPK主要由c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinases，JNK）、细胞外调节蛋白激酶（extracellular signal-regulated kinases，ERK）、p38丝裂原活化蛋白激酶（p38mitogen activated protein kinases，p38）通路组成，与肿瘤的发生和发展关系密切［37］。Hong等［38］研究发现雷公藤红素通过激活p38 MAPK信号通路，下调黏着斑激酶FAK的磷酸化程度，阻断了人肺癌95-D和小鼠黑色素瘤B16F10胞外基质的黏附，进而抑制粘着斑依赖性的细胞迁移和侵袭。此外，雷公藤红素通过上调p38 MAPK和ERK通路诱导鼻咽癌细胞周期阻滞在G2/M期，并诱导内源性和外源性凋亡途径介导的细胞凋亡，发挥抗肿瘤的作用［39］。在人多发性骨髓瘤RPMI-8226细胞中，雷公藤红素通过激活JNK通路并抑制PI3K通路，降低Caspase-8、Caspase-9、Caspase-3活化程度，阻碍促凋亡蛋白Bid、NDA修复酶PARP裂解以及降低抗凋亡蛋白的表达，抑制肿瘤细胞增殖，诱导其凋亡［23］。

2.4 调控STAT3信号通路

信号转导子和转录激活子3（signal transducers and activators of transcription 3，STAT3）是一种信号转导和转录激活因子，主要参与肿瘤的发生发展和对放化疗及靶向药物的耐药。STAT3在炎症和免疫调控过程中与泌尿生殖系统、胃肠道、肺、卵巢和脑肿瘤等多种疾病密切联系，使STAT3成为一种治疗肿瘤的理想候选策略［40］。Li等［41］研究发现，雷公藤红素处理卵巢癌SKOV3细胞后，通过抑制Pin1蛋白的表达，导致周期蛋白CyclinD1、CDK2和CDK4基因表达下调，使细胞周期阻滞于G2/M期；上调Caspase-3、Caspase-8和Bax以及下调Bcl-2诱导细胞凋亡；同时雷公藤红素下调干细胞标记物CD44、Nanog、Klf4和Oct4的表达，减少CD44和CD24细胞群；下调AKT、STAT3、P38、JNK、P65和IL-6的表达，发挥抗肿瘤的作用。此外，雷公藤红素可通过调节miR-24和miR-181b的表达，降低人肺癌A549细胞STAT3的磷酸化水平和Bcl-2/Bax比值，抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡［42］。而在肝癌HCC细胞系中，雷公藤红素对STAT3激活的抑制导致JAK2失活，引起G1期细胞周期阻滞，诱导细胞凋亡［43］。

2.5 调控细胞凋亡途径

细胞凋亡即细胞程序性死亡，是机体为维持内环境稳定而进行的主动消亡过程。细胞凋亡对机体的生长代谢、免疫防御、细胞分化、神经系统损伤、肿瘤等进程具有十分重要的意义［44］。肿瘤细胞凋亡与内源性凋亡通路和外源通路的异常表达密切相关［45］。线粒体是生命活动的直接供能者，在细胞凋亡过程中线粒体结构发生重塑，外膜通透性增加，Cyt C通过释放不可逆地激活下游Caspases蛋白参与细胞凋亡过程［46］。Chen等［47］研究表明雷公藤红素通过抑制急性早幼粒白血病细胞（HL-60和NB-4）中半胱氨酸代谢，增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平，激活线粒体凋亡途径诱导细胞凋亡。雷公藤红素能够下调血管紧张1型受体（angiotensin type 1 receptor，AT1R）的表达，阻断线粒体呼吸链，抑制了血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）依赖的肝癌HepG2细胞的增殖。这与雷公藤红素增加了ROS和NO水平、导致细胞损伤、激活线粒体凋亡途径有关［48］。

内质网是细胞中修饰和分泌蛋白的主要细胞器，在持续而强烈的刺激下内质网应激（ERS）被激活，ERS导致错误和未折叠蛋白过度积累并触发未折叠蛋白反应，启动细胞凋亡［49］。内质网应激可通过调控肿瘤细胞的增殖、凋亡和迁移等影响肿瘤的进程。Chen等［50］研究表明雷公藤红素通过抑制内质网应激相关蛋白（Bip、PERK、p-PERK、IRE1α、calnexin、PDI、Erol-Lα）、线粒体凋亡相关蛋白和自噬相关蛋白的表达水平诱导人骨肉瘤HOS细胞凋亡。雷公藤红素可引起HepG2和Bel7402细胞G2/M期静止，抑制肝癌细胞增殖并通过ERS和UPR激活内源性凋亡通路［51］。雷公藤红素能够上调Bip、CHOP、XBP1s和IRE1等蛋白的表达，增加内质网应激靶基因如BIM的转录，诱导Bax易位进入线粒体，最终激活宫颈癌HeLa细胞内质网和线粒体凋亡途径［52］。

死亡受体途径与肿瘤的转归关系密切，在经典的外源性凋亡途径中Fas和FasL结合，将信号传递到胞内，激活相应的Caspase蛋白，诱导肿瘤细胞凋亡。Fas和FasL异常表达，可引起正常细胞凋亡过程的抑制和低分化细胞存活，诱发肿瘤的产生［53-54］。Cha等［55］研究表明雷公藤红素通过上调死亡受体5（death receptor 5，DR5）、Caspase-8，Caspase-3和PARP蛋白的表达水平，激活胶质瘤细胞死亡受体途径，抑制肿瘤细胞增殖，诱导细胞凋亡。雷公藤红素除能够通过线粒体途径诱导鼻咽癌HONE-1和NPC-039细胞凋亡外，还可以上调TNF受体超家族成员（TNRSF）1A和10B，激活Fas死亡结构域，导致细胞周期G1期和G2/M期阻滞，诱导细胞凋亡［56］。而在人乳腺癌MDA-MB-231、MCF-7和T47D细胞中雷公藤红素通过下调细胞存活蛋白cFLIP、IAP-1、Bcl-2、Bcl-xL、Survivin和XIAP表达水平，上调细胞表面肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（tumor necrosis factor-related apoptosis inducing ligand，TRAIL）DR5和DR4的表达，激活TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡［57］。

2.6 其他途径

雷公藤红素除对肿瘤中上述信号通路有调控作用外，对其他通路也具有显著的作用。雷公藤红素能降低乳腺癌MDA-MB-231、BT20和PD-TNBC细胞中Notch-1的活性及其下游靶蛋白DNA结合蛋白（hairy enhancer of split，HES-1）和HES相关家族bHLH转录因子（HES related family bHLH transcription factor with YRPW motif 1，HEY-1）的表达，抑制Notch信号通路，进而靶向干预乳腺癌的发生和转移［58］。Wang等［59］研究发现雷公藤红素能够增强热休克转录因子1（heat shock transcription factor 1，HSF1）表达，激活丝氨酸/苏氨酸激酶1-AMP激活蛋白激酶（LKB1-AMPKα）途径，进一步磷酸化Hippo通路效应因子（yes-associated protein，YAP）导致β-catenin降解，最终激活Wnt/β-catenin通路，发挥抗结肠癌HCT116和SW480作用。雷公藤红素与组蛋白去乙酰化酶类抗肿瘤药SAHA（伏立诺他）联合应用后，两种药物通过抑制NF-κB和E-钙粘蛋白，互相增敏，发挥联合增效作用［60］。雷公藤红素通过调控Ca2+MKKβ-AMPK-mTOR信号转导、内质网应激和未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR），诱导肿瘤细胞凋亡和自噬性死亡［61］。雷公藤红素能够下调mTOR信号通路，抑制顺铂耐药胃癌细胞SGC7901/DDP细胞的增殖，诱导细胞凋亡，降低耐药基因的表达，发挥降低肿瘤细胞耐药性的作用［62］。

3 展望

雷公藤红素作为传统中药雷公藤的有效活性成分，在抗肿瘤方面的药理作用得到了广泛认可，有望开发为新型的抗肿瘤药物。研究表明，雷公藤红素能够有效地抑制肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭，影响细胞周期和肿瘤血管的形成，表现出良好的抗肿瘤活性。然而，由于雷公藤红素溶解性较差并具有一定的神经毒性和胃肠道反应，成为制约雷公藤红素临床应用的主要瓶颈。而雷公藤活性成分纳米给药系统的研发，成功地解决了溶解性差和神经毒性问题［2，63］。对雷公藤红素结构的改造有效克服了水溶性差、生物利用度低、胃肠道反应等缺点［64-65］。随着对传统中药有效活性成分的抗肿瘤机制的深入研究，中药作为天然的抗肿瘤药物具有广阔的研究和应用前景。