泰山黄精抗肿瘤生物活性成分研究进展

许爱辉 王娜 李崇岭 郭慧东 翟兵

泰山黄精是国家地理标志产品，为泰山“四大名药”之一，并已列入《中国药典》，兼有较高的药用价值和食用价值。近年来，多项研究表明，泰山黄精具有抗肿瘤活性。泰山黄精的主要活性成分包括多糖、甾体皂苷、黄酮、蒽醌化合物、生物碱、植物甾醇、木脂素、维生素和氨基酸等，其中以黄精多糖和甾体皂苷含量居多。目前文献报道的其中具有抗肿瘤活性的主要是黄精多糖、皂苷、黄酮和植物甾醇。该文对泰山黄精中具有抗肿瘤活性的成分、各成分作用的肿瘤和作用机制进行分析总结，为泰山黄精的临床研究和相关产品开发提供了理论依据。

泰山黄精，又称黄蔓精、鸡头参、老虎姜，为百合科黄精属多年生草本植物的根茎部分，因其主要在具有得天独厚地理优势的泰山大量生长从而具有独一无二的特点。野生泰山黄精主要生长在荫凉湿润的坡地、石墙、杂草或树下的岩石缝隙，目前人工种植技术也日益成熟并初具规模。泰山黄精其根状茎呈圆柱状，结节膨大，两头粗细不同，粗的一头有一个短分枝，含有丰富的微量元素、氨基酸和多种生物活性成分，兼有较高的药用价值和食用价值，具有抗肿瘤、抗炎、抗衰老、抗疲劳、调节血糖、降血脂等多种功效。研究表明，泰山黄精能够通过增强免疫、抑制肿瘤细胞增殖和诱导肿瘤细胞凋亡从而发挥抗肿瘤活性。目前对于其活性成分研究比较多，但是对于其各成分抗肿瘤机制缺乏综合性的论述，本文主要对其抗肿瘤活性成分进行分析探讨。

1.黄酮类化合物

黄酮类化合物（Flavonoids）作为一种多酚类物质广泛存在于自然界并且药理作用广泛。黄酮类化合物抗肿瘤的作用机制主要包括：抑制肿瘤细胞增殖、阻滞细胞周期、诱导肿瘤细胞凋亡、影响信号转导等。黄酮类化合物是泰山黄精的主要抗肿瘤活性成分，目前已知泰山黄精中具有抗肿瘤活性的黄酮类化合物主要包括汉黄芩素、黄芩素、异甘草素、甘草素。

1.1汉黄芩素

汉黄芩素，化学名称为5，7-二羟基-8-甲氧基黄酮，分子式 C16H12O5。通过网络药理学方法筛选发现，泰山黄精中的汉黄芩素是作用于肿瘤细胞相关靶点最多的化合物，靶点包括转录因子AP-1、髓过氧化物酶（MPO）、细胞周期蛋白依赖性激酶CDK1和CDK2、热休克蛋白90AA1（HSP90AA1）、细胞肿瘤抗原P53等。其中P53在结肠癌的发生发展中起着十分重要的作用，所以提示汉黄芩素可以用于结肠癌的治疗。汉黄芩素通过肿瘤细胞毒作用抑制肿瘤细胞增殖，对正常细胞不产生影响；能够抑制肿瘤细胞糖代谢并产生肿瘤特异性免疫反应；逆转肿瘤细胞耐药性并增加原有药物的敏感性等机制发挥抗肿瘤的药理活性。汉黄芩素可以通过抑制糖酵解关键酶的表达影响能量代谢从而明显抑制肝癌HepG2细胞。汉黄芩素能够通过诱导DNA损伤，将肿瘤细胞阻滞于G2/M期从而抑制于肾细胞癌RCC细胞。

1.2黄芩素

黄芩素（baicalein，BE），化学名称为 5，6，7-三羟基-二苯基-4H-1-苯并吡喃-4-酮。BE具有多靶点抗肿瘤活性，对宫颈癌、肺癌、肝癌、乳腺癌、结肠癌、膀胱癌均有抑制作用。BE抗宫颈癌的机制在于通过增加mi RNA-410的表达解除免疫抑制，并作用于JAK2/STAT3信号通路从而抑制宫颈癌细胞SiHa细胞的增殖，诱导肿瘤细胞凋亡，并且逆转宫颈癌肿瘤细胞的上皮间质转化（EMT）过程抑制肿瘤的转移。BE对肺癌的抑制作用机制在于靶向Src/Idl途径、阻滞细胞周期（其中肺癌A549细胞阻滞于S期，肺癌SK-MES-1细胞阻滞于G0/G1期）抑制肺癌细胞生长。BE对肝癌细胞的抑制是通过调控PI3K/AKT信号通路从而诱导肝癌SMMC-7721细胞凋亡，下调调节因子CD24、c-Myc的表达诱导肝癌细胞凋亡并引发肝癌细胞发生自噬。BE抗乳腺癌是通过作用于APK和MAPK途径诱导肿瘤细胞凋亡并通过抑制上皮间质转化（EMT）来控制乳腺癌细胞的侵袭和转移。BE抗结肠癌的作用是通过调控MAPK P38、ERK1/2信号通路和Nrf2/ARE通路，增加Caspase-3活性促进了结肠癌细胞凋亡。BE抗膀胱癌的作用机制在于通过活化caspase依赖的线粒体途径，抑制AKT磷酸化和下调miRNA-106从而抑制JNK和MEK/ERK通路，促进活性氧（ROS）的产生从而诱导膀胱癌T24细胞凋亡。

1.3异甘草素

异甘草素，又名4，2，4-三羟基查耳酮，分子式C15H12O4。通过网络药理学方法筛选发现，泰山黄精中的异甘草素可以作用于肿瘤细胞多个靶点，包括雌激素受体（ER）、过氧化氢酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）、热休克蛋白90AA1（HSP90AA1）、磷脂酰肌醇4，5二磷酸3激酶催化亚单位γ亚型（PIK3CG）等。異甘草素可以通过阻滞细胞周期；诱导肿瘤细胞发生自噬；抑制肿瘤细胞转移并增加化疗药物的敏感性等机制有效抑制肺癌A519细胞、胃癌MKN28细胞、卵巢癌SKOV3和OCVCAR3细胞的增殖和诱导这些肿瘤细胞的凋亡。

1.4甘草素

甘草素是一种二氢黄酮单体化合物，又名甘草醇，分子式C15H12O4。研究发现甘草素可以对肺癌、乳腺癌、黑色素瘤、鼻咽癌产生抗肿瘤作用。甘草素对非小细胞肺癌的抗肿瘤作用是通过作用于A549细胞抑癌基因TP53和丝/苏氨酸蛋白激酶（AKT）。甘草素的抗乳腺癌作用机制可能是因为能够诱导人乳腺癌MCF-7细胞自噬而诱导肿瘤细胞凋亡；甘草素抑制黑色素瘤B16F10细胞的侵袭转移，可能的机制是阻碍了PI3K/PTEN/AKT信号通路传导诱导肿瘤细胞凋亡，并通过下调基质金属蛋白酶MMP-2 和 MMP-9 表达抑制肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移；甘草素对鼻咽癌的抗肿瘤作用是通过诱导鼻咽癌CNE-2-RR细胞发生自噬和影响DNA修复能力来增加鼻咽癌患者的放疗效果。

2.黄精多糖

黄精中含有黄精多糖（Polygonatum Polysaccharide， PSP）甲、乙、丙3种，由葡萄糖、甘露糖和半乳糖醛酸（6：26：1）组成，PSP结构复杂，相对分子量大于20万。PSP是黄精的主要成分之一，也是作为评价黄精质量的一个重要标准。泰山黄精中PSP的含量约为13.19%，属于黄精中PSP含量比较高的品种。PSP具有多种生物活性，如抗炎、抗癌、抗氧化、免疫调节、抗糖尿病等。

体外实验研究发现，PSP对宫颈癌Hela细胞、乳腺癌MDA-MB-435细胞、白血病HL-60细胞及肺癌H14细胞均具有显著的抑制作用，并且量效关系明显。PSP可以帮助维持免疫器官的结构和功能，并增加T细胞、B细胞的增殖和增强巨噬细胞的吞噬能力发挥免疫调节功能，PSP可以增加NK细胞的活性直接杀伤肿瘤细胞从而发挥有效的抗肿瘤活性，因此，PSP的抗肿瘤作用与其对免疫系统的维护和免疫功能的改善有密切的联系。研究发现，PSP能够通过作用于小鼠单核巨噬细胞白血病细胞（RAW264.7）的TLR4-MAPK / NF-κB信号通路关键节点（TRAM除外）从而抑制肿瘤细胞的生长，提示PSP可以用于人类白血病的辅助治疗。PSP单独应用或联合顺铂应用均可以有效抑制小鼠肝癌H22细胞的增殖并通过激活caspase系统诱导细胞凋亡。虽然PSP单独应用对三阴乳腺癌（TNBC）即雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）及人表皮生长因子受体2（Her-2）均为阴性表达的乳腺癌肿瘤生长的抑制作用没有统计学意义，但通过维持骨髓造血和淋巴再生来辅助TNBC治疗可能产生持久的抗肿瘤作用。

3.皂苷类

皂苷包括甾体皂苷和三萜皂苷。泰山黄精中皂苷主要为甾体皂苷，三萜皂苷含量较少。泰山黄精甾体皂苷类化合物中已经被证明具有显著抗肿瘤活性的主要包括薯蓣皂苷元，甲基原薯蓣皂苷。

3.1薯蓣皂苷元

薯蓣皂苷元（diosgenin，Dio）化学式为C45H72O16，是薯蓣皂苷的水解产物。不仅具有抗肿瘤的活性，还有毒副作用低的优点，因此其抗肿瘤活性备受关注。Dio能够对多种肿瘤包括乳腺癌、结肠癌、肝癌、食管癌、胃癌、前列腺癌、白血病、肺癌产生抑制作用。Dio对乳腺癌MCF-7细胞的作用是通过增高细胞受体4（CD4）和caspase3活性，激活外源性的凋亡通路诱导细胞凋亡。Dio同样可以作用于乳腺癌MDA-MB-231细胞，通过抑制肌动蛋白聚合和Vav2磷酸化，抑制Cdc42的活化，抑制肿瘤细胞的转移，但Dio抑制食管癌Eca109细胞的迁移和侵袭则是通过抑制p38蛋白的活性完成的。Dio抑制肝癌HepG2细胞增殖是通过增加p21和p27的表达，并抑制PI3K/Akt 信号通路使肿瘤细胞阻滞在G2/M期，并通过线粒体途径诱导肿瘤细胞凋亡，但Dio对宫颈癌Hela细胞的抑制作用则是将细胞阻滞在G0/G1期。Dio对慢性髓性白血病细胞（CML）细胞的作用是通过产生过量活性氧（ROS），并通过氧化应激诱导细胞自噬完成的。

3.2甲基原薯蓣皂苷

甲基原薯蓣皂苷 （ methylprotodioscin，MPD ）化学式为C52H86O22。MPD 具有多种生物活性，可以抑制多种癌症包括胰腺癌、乳腺癌、肺癌、口腔癌、骨肉瘤、宫颈癌、肝癌等的發生和发展。MPD 能够将细胞周期阻滞在G2/M期从而有效抑制人肝癌细胞HepG2细胞的增殖，并上调Bax和下调Bcl-2进而诱导肿瘤细胞凋亡。MPD对宫颈癌Hela细胞的抑制作用主要是通过将细胞周期阻滞在G2/M期，增加线粒体途径中Caspase-9的表达，死亡受体途径和降低肿瘤细胞凋亡抑制剂的表达而诱导细胞凋亡。MPD还可以通过降低胰腺癌细胞c-myc的表达，抑制糖酵解从而对胰腺癌产生抑制作用。

4.植物甾醇

植物甾醇（phytosterols）是一类以环戊烷全氢菲（甾核）为骨架的甾体化合物，广泛存在于植物油、坚果、谷物中，药食两用，具有多种生物学活性。泰山黄精中具有抗肿瘤活性的植物甾醇主要是谷甾醇和β-谷甾醇。

4.1 β-谷甾醇

β-谷甾醇（beta-sitosterol），以环戊烷全氢菲为基本骨架的四环三萜类化合物，分子式C29H50O。前期研究表明，β-谷甾醇对肺癌、胃癌、结肠癌、肝癌、乳腺癌、前列腺癌、白血病、口腔癌、食管癌等均具有防治作用。研究表明，β-谷甾醇可以明显诱导人肝癌细胞 HepG2细胞凋亡，其机制在于导致凋亡基因Bax及 tBid表达上调和抗凋亡基因 Bcl- XL表达下调，激活caspase-8、 caspase-9，通过线粒体途径诱导HepG2细胞凋亡，另一方面β-谷甾醇也能通过膜死亡受体途径诱导该细胞凋亡。β-谷甾醇抗胃癌的作用机制是增加了腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）和抑癌基因PTEN 蛋白的表达，从而抑制PI3K/AKT/mTOR通路，诱导胃癌肿瘤细胞凋亡。β-谷甾醇抗乳腺癌、前列腺癌和大肠癌的作用机制是通过激活 Caspase-3/9，下调抗凋亡Bcl-2蛋白和mRNA的表达，并抑制凋亡蛋白抑制剂（c-lAP1））的表达，诱导肿瘤细胞凋亡。β-谷甾醇对口腔癌还有抑制作用，β-谷甾醇作用于口腔鳞状细胞癌SCC9细胞后，通过使NADPH氧化酶Nox家族主要成员之gp91phox表达增加，提高胞浆ROS水平，线粒体途径引起SCC9细胞的凋亡。β-谷甾醇诱导人乳腺癌MDA-MB-231细胞凋亡的机制在于一方面能够激活MAPK途径抑制肿瘤细胞的生长并促进其凋亡，另一方面β-谷甾醇抑制甲羟戊酸（MVP）途径从而减少胆固醇的合成，抑制细胞信号蛋白Arf6通路，减弱了乳腺癌MDA-MB-231细胞的侵袭性和转移性。

4.2 谷甾醇

谷甾醇（ sitosterol）又名谷固醇、麦固醇。研究表明谷甾醇可以明显降低血清中IL-6和TNF-α的水平，从而对乳腺癌、前列腺癌、白血病都有较强的抑制作用。谷甾醇能够与乳腺癌肿瘤细胞膜结合，影响信号传导，促进肿瘤细胞凋亡并且通过减少乳腺癌细胞的粘着 和侵入从而抑制肿瘤血管的生成。谷甾醇可以将乳腺癌MDA-MB-231细胞周期阻滞于G2/M期，但诱导人乳腺癌细胞MCF-7凋亡的机制在于增加Caspases-8活性，通过线粒体途径诱导肿瘤细胞凋亡。谷甾醇对前列腺癌有明显的抑制作用，是因为谷甾醇可以激动肝X受体（ Liver X receptors，LXRs），并通过调节窖蛋白1和N-myc下游调节基因（N-myc downstream regulated gene1， NDRG1）抑制前列腺癌细胞的增生。谷甾醇抗白血病的机制在于当谷甾醇作用于人白血病细胞时，下调Bcl-2基因，增加Caspase-3的活性。

结语

泰山黄精含有多种活性成分，目前报道的具有抗肿瘤活性的包括黄精多糖，黄酮类化合物（汉黄芩素、黄芩素、异甘草素、甘草素）、甾体皂苷（薯蓣皂苷元、甲基原薯蓣皂苷）和植物甾醇（β-谷甾醇、谷甾醇）。泰山黄精可以对多种肿瘤产生抑制作用，同时可以有效地减少肿瘤的侵袭和迁移，但是还有一些成分尚未对其抗肿瘤活性进行验证。比如，泰山黄精中的黄酮类化合物3-三甲氧基大豆苷元、木脂素和多数生物碱等，需要进一步的实验研究。同时，可以对泰山黄精与其他药物联合应用进行抗肿瘤治疗进行进一步的研究，以推动泰山黄精在肿瘤治疗领域的应用。

基金项目：

泰安市科技创新发展项目（编号：2021NS365）。

作者简介：

许爱辉（1982-），女，汉族，山东泰安人，硕士研究生，讲师；研究方向：肿瘤分子生物学。

*通讯作者：

翟兵（1984-），男，汉族，山东淄博人，硕士研究生，主治医师；研究方向：中西医结合治疗老年病。