紫草素及其衍生物抗腫瘤作用的研究進展

李運延 審校 胡國華 上海中醫藥大學附屬上海市中醫醫院 2008級碩士研究生(上海 200071)

紫草是常用的傳統中藥材:研究表明紫草具有抗生育、抗病原微生物、抗炎及抗過敏、解熱、抗腫瘤、保肝、止血、降血糖、鎮靜和影響免疫功能等作用[1]。紫草素(shikonin)是從天然紫草中提取的萘醌類(naphthoquinone)化合物,具有廣譜的生物學和藥理學活性[2]。紫草主要的抗癌有效成分為萘醌類色素化合物 ,即紫草素及其衍生物,尤其以乙酰紫草素和 β,β-二甲基丙烯紫草素為主要抗癌成分[3]。紫草素及其衍生物對多種腫瘤細胞的生長具有抑制作用,并且呈時間和劑量的依賴性。

1 體外實驗

1.1 對細胞增殖的影響 蔣英麗[4]新疆紫草素(shikonin)誘導人大腸癌細胞的凋亡,結果顯示新疆紫草素對CCL229細胞有生長抑制作用,這種作用隨著藥物濃度的升高和作用時間的延長而增強。方武[5]當藥物濃度增加時,細胞的增殖抑制率上升,凋亡率上升,差異顯著(P＜0.01)。徐坤山[6]紫草素對 4種乳腺癌細胞株均有顯著的生長抑制作用,并呈時間和劑量的依賴性。紫草素對 MCF-7、SK-BR-3、M DA-MB-231、 MCF-7/ADR細胞的 IC50分別是 (4.79± 0.42)、 (6.79±0.45)、 (9.27± 0.54)、(5.23± 0.39)μ mol/L-1。 王英麗 等[7]紫草素對宮頸癌細胞系 HeLas3和卵巢腫瘤細胞系 OVCAR-3的體外增殖呈共育時間和藥物濃度的依賴性。半效抑制濃度為 2.58-0.19μg/mL。馬海鷗[8]紫草素對體外培養的人絨癌耐藥細胞株的抑制作用隨著紫草素劑量的增加和作用時間的延長,對絨癌耐藥細胞生長的抑制率也明顯增加。郭云蔚[9]隨著紫草素濃度升高及作用時間延長,對 HepG2細胞增殖的抑制率也隨之升高。其中紫草素在作用 24h、48h、72h的 IC50分別為 2.11μg/mL、 0.83μg/mL、0.29μg/mL。

1.2 對細胞凋亡的影響 細胞凋亡(apoptosis)是一種由基因控制的細胞自主死亡方式。經紫草素的處理的細胞在檢測時都會呈現出一定得凋亡特征:細胞核 DN A呈梯狀降解 ,流式細胞儀檢測可見明顯細胞周期的亞二倍體峰以及細胞凋亡率的升高,形態上的變化等。王英麗等[7]新疆紫草素誘導OV CAR-3凋亡伴隨其濃度的升高,亞二倍體峰細胞明顯增加。蔣英麗等[4]研究新疆紫草素對人大腸癌細胞 CCL229作用時結果顯示:新疆紫草素 1μ g/mL作用于 CCL229細胞不同時間(24、48、72h)后,DNA瓊脂糖凝膠電泳呈現細胞凋亡的典型梯形條帶圖譜,FCM出現明顯的亞二倍體峰,TUNEL染色可見細胞凋亡的特征性棕黃色顆粒。方武[5]紫草素作用 T24細胞24h,當藥物濃度由 25μmol/L上升至 75μmol/L時 ,凋亡率由27.69%上升至 46.23%,75μmol/L紫草素分別作用 12h和48h,凋亡率由 32.89%上升至 66.64%。徐坤山[6]紫草素致 4種乳腺癌細胞株發生形態變化及染色質濃縮凝集,紫草素誘導其出現周期阻滯及亞二倍體峰。馬海鷗[8]紫草素對體外培養的人絨癌耐藥細胞株,隨著藥物濃度增加凋亡率亦增加,并可見典型的凋亡細胞核形態學變化。細胞周期分布也呈濃度依賴性改變,一方面增高 G0/G1期細胞比例,另一方面降低 S期和 G2/M期細胞比例。張卓琦[10]發現紫草素可顯著提高凋亡細胞百分率,呈時間和劑量依賴性,可見典型的凋亡細胞核形態學變化。

2 體內實驗 胡煜[11]紫草素對裸鼠皮下絨癌移植瘤的體內實驗證實:紫草素在體內可以有效地抑制 hCG的分泌及腫瘤組織的增長,同時能夠使腫瘤組織發生大面積壞死。曾云[12]紫草素對 S180荷瘤小鼠抑瘤作用的提示紫草素的體內抑瘤活性可能與其能夠直接殺死腫瘤細胞相關?？娛览13]乙酰紫草素注射液對小鼠 Lewis肺癌生長有明顯的生長抑制作用。謝冰芬[14]用多種紫草素衍生物研究其對小鼠艾氏腹水瘤(ESC)和肉瘤(S180)的作用,證明這些衍生物有明顯的抑瘤作用,并且強于天然紫草素。趙穎[15]乙酰紫草素對小鼠肝癌移植性腫瘤的抑制作用初步研究顯示:表明乙酰紫草素注射液可以抑制肝癌的生長。但對免疫器官的抑制作用較弱,表明其抗瘤作用時對機體的免疫系統的毒性作用較目前的細胞毒抗腫瘤藥物小。

3 紫草素及其衍生物抗腫瘤作用的機制 紫草素及其衍生物是中藥紫草的有效化學成分,它能抑制多種腫瘤細胞的生長,其機理可能與通過激活 Caspse蛋白酶家族、引起 Bal-2蛋白家族變化、抑制 DNA拓撲異構酶 I和抑制腫瘤血管生成等有關。

3.1 激活 Caspase蛋白酶家族啟動凋亡

Caspase蛋白酶(半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶)家族在 Fas和TN F-受體信號轉導途徑中發揮重要作用,與細胞凋亡關系密切。目前報道的 Caspase家族共有 14個成員,其中,活化的Capase2、8、9、10被認為是凋亡的起始者去水解活化 Capase3、6、7,而后者則進一步裂解其相應的底物,如 PARP、ICAD等。PARP裂解被認為是細胞凋亡的一個早期分子標志。徐坤山[9]紫草素誘導乳腺癌株細胞凋亡致 PARP裂解,并且廣譜caspase抑制劑能夠較好地抑制 PARP的裂解,這一結果初步揭示了紫草素誘導乳腺癌細胞凋亡的作用機制即乳腺癌細胞凋亡可能經 caspase途徑。而吳振等[16]發現紫草素誘導 Hela細胞凋亡過程中,caspause3、8活性升高,并伴有 ICAD表達下降及裂解,為經典的 caspase依賴性的死亡途徑,以紫草素處理直腸癌細胞株 colo-205的結果也表明,紫草素通過激活 caspase3致 PARP和 DF45降解從而啟動靶細胞凋亡。

3.2 引起 Bal-2蛋白家族變化 在哺乳動物細胞中,細胞凋亡受兩類蛋白家族調控:B細胞白血病原/淋巴瘤 2家族(Bc1-2)和凋亡抑制蛋白家族(inhibitor of apoptosis proteins,IAP)。凋亡受阻是腫瘤細胞產生耐藥性的重要機制。Bcl-2表達與腫瘤細胞的抗藥性關系密切 ,隨著 Bcl-2表達的提高,患者的生存時間縮短,預后不良。紫草素逆轉 JAR/M TX細胞對 M TX產生耐藥機制是恢復絨癌多藥耐藥細胞 JAR/M TX對 M TX的敏感性,其逆轉耐藥并非單一機制,其中重要一方面是通過使抑制凋亡基因 survivin及 Bcl-2表達量下降,使細胞凋亡增加實現的。

3.3 抑制 DN A拓撲異構酶 DN A拓撲異構酶是一種基本核酶,它可催化 DN A的超螺旋狀態與解螺旋狀態之間的相互轉換過程,而超螺旋解旋是 DN A復制與轉錄前的必要準備。崔越宏[17]實驗證明紫草素及其衍生物具有較強的抗腫瘤活性,其有類似 DNA拓樸異構酶Ⅰ抑制劑的活性。

3.4 抑制腫瘤血管生成 血管新生是在原有血管的基礎上形成新的血管,涉及內皮細胞增殖、遷移、基底膜降解、血管管腔形成等一系列復雜的生物學過程[18]。袁定芬[19]紫草素可在體外抑制內皮細胞的血管新生性,20μ mol? L-1的紫草素對內皮細胞增殖、遷移及管腔形成能力的抑制率分別為 38.66%±0.05%、79.69%±0.03%及 80.95%±0.05%。表明紫草素可直接作用于內皮細胞,通過抑制其增殖、遷移及管腔形成而發揮其抗血管新生作用。

4 小 結

紫草素對多種腫瘤細胞的生長具有抑制作用,通過誘導細胞凋亡來實現它對細胞的增殖抑制作用,其抗腫瘤的機制是多靶點多方位的,其在抗腫瘤方面的研究也越來越受到人門的重視,但是由于可引起細胞凋亡的因素很多,細胞凋亡的信號傳導途徑極其復雜,因此其具體機制還有待進一步探討。

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