烏索酸對腫瘤及腫瘤干細胞的作用

楊凌，蘇秀蘭

（內蒙古醫科大學附屬醫院，臨床醫學研究中心，呼和浩特010050）

烏索酸（ursolic acid , UA或3β-hydroxyurs-12-en-28-oic acid）是在植物界普遍存在的三萜類化合物，可從各種植物如迷迭香、馬郁蘭、薰衣草、百里香和有機香草等的葉子、水果如蘋果果皮、花和漿果中分離提取。近年來，關于UA的活性和低毒性的研究不斷增加，并且受到了廣泛的關注。研究表明，UA通過介導一些藥理過程和調節幾種信號通路而預防慢性病的發展，它表現出抗炎、抗癌、抗氧化、抗糖尿病、抗肥胖、肝臟保護、神經保護、心臟保護、抗骨骼肌萎縮等作用，多應用在運動補充劑、化妝品和保健品中。最近十年中，很多的研究都致力于從各種水果，植物和草藥中分離和純化這種三萜類化合物，制備更有效的水溶性衍生物，同時通過藥理學和分子生物學探討了UA在各種疾病中的臨床應用價值。本文分別從呼吸系統、消化系統、泌尿生殖系統、神經系統、內分泌系統和皮膚系統腫瘤和腫瘤干細胞這七個方面對UA應用于腫瘤治療的研究進行綜述，詳細闡述了UA在腫瘤治療中的作用及其機制的研究進展。

1 烏索酸

UA（圖1）是五環三萜類羧酸化合物（C30H48O3）分子量為456.71。其來源多種多樣，包括植物的葉、花朵和藥用植物的果實如枇杷（eriobotrya japonica）、帚石楠（calluna vulgaris）、迷失香（rosmarinusof ficinalis）和烏墨蒲桃（eugeniajambolana）[1]。根據異戊二烯單元的數量，萜類化合物是一種通過角鯊烯環化合成的天然物質[2]。五環三萜類化合物是含有六個異戊二烯單元的分子，基本分子式為C30H48Ox，它們普遍在骨架上有5個環[3]。文獻報道五環三萜類化合物具有很多的功能，是研究的熱點。這類化合物可能通過誘導抗炎反應，細胞保護和誘導細胞凋亡對癌癥、肥胖癥、骨質疏松癥、動脈粥樣硬化和心血管疾病等相關的慢性疾病產生療效[4]。

圖1烏索酸的結構圖Fig.1 Molecular structure of ursolic acid

UA具有多種生物學功能[5]，包括抑制腫瘤發生、抑制腫瘤生長和抑制血管生成。此外，UA具有抗動脈粥樣硬化、抗炎、保肝護胃、預防糖尿病和心血管治療的能力[6]。UA還可以保護大鼠肝臟免受氯仿和D-半乳糖胺誘導的肝損傷[7]，在肝臟中起抗纖維化的作用[8]。UA對幾種葡萄球菌菌株也具有抗菌活性[9]。另一方面，UA是代謝綜合征的有效抑制劑，例如降低高血壓，甘油三酯，減少炎癥單核細胞積聚和相關的動脈粥樣硬化[10-12]。為了進一步改善UA的活性和生物利用度，研究者進行了許多結構改造研究，一些重要的修飾包括C-3 / C-28，C-11，C-17和C-28位置的修飾以及在C-2 / C-3位置和環A的修飾[13]。研究表明，在3-OH和/或17-COOH位置進行修飾的UA衍生物在體外和體內均表現出顯著的抗腫瘤作用[14]。此外，用哌嗪基團，特別是在C-28位置的哌嗪部分修飾的UA會產生較強的抑制癌細胞增殖作用[15]。由于UA在中醫藥治療方面具有多種多樣的療效，近幾年來，盡管對UA已經開展了深入研究，以闡明其發揮作用的確切機制，然而目前為止，這些機制尚未確定[2]。目前旨在預測UA分子靶標的研究已經開展，分析了UA預測靶標的信號傳導途徑。來自這些研究的生物信息數據表明，有611種可能的分子蛋白作為與UA相互作用的靶點，還有超過49種功能簇對UA進行響應[8]。值得注意的是，UA作用后有76個顯著富集的通路，包括MAPK，p53和mTOR通路[8]。

2 烏索酸的抗腫瘤作用

大量研究表明，UA在體外和體內實驗中均發揮良好的抗癌作用。UA可以調節嚙齒動物和人腫瘤細胞的代謝，其抗癌機制與抑制腫瘤發生和癌細胞增殖、促進細胞周期停滯、調節細胞凋亡和自噬相關。

2.1 UA對消化系統腫瘤的作用

2.1.1 胃癌

Xiang等研究表明，UA可以抑制胃癌細胞BGC-823[16]和MGC-803[17]增殖，導致細胞G1期百分比增加，分子機制的研究發現，UA處理后能上調BGC-823細胞中miR-133a的水平，降低Akt1的表達[16]。UA通過上調Bax和下調Bcl-2的表達而激活Caspase-3，或通過將ROCK1和PTEN從細胞質轉移至線粒體來激活Caspase-3 和Caspase-9，促進BGC-823[16]、MGC-803[17]、SGC-7901[18]和 SNU-484細胞的凋亡[16,17,19]。Kim等人的研究發現，UA通過降低基質金屬蛋白酶MMP-2表達來抑制SNU-484細胞的遷移[19]。另外，UA還可以增加胃癌細胞對放化療的敏感性。UA可以增強胃癌細胞BGC-823細胞對化療藥物紫杉醇的敏感性，其機制與UA對PI3K/Akt信號通路的抑制和P-gp的表達降低相關[20]。UA能夠增強胃癌細胞BGC-823對放療的敏感性，這可能與UA作用后增加了ROS的產生，導致G2/M期阻滯和誘導細胞凋亡有關[21]。

2.1.2 肝癌和膽囊癌

UA可以抑制肝癌HepG2細胞生長[22]，誘導人肝癌細胞系如HepG2，Hep3B，Huh7和HA22T中的促凋亡信號[22-24]。研究顯示，UA具有顯著促凋亡作用，能夠增加人肝癌細胞中Caspase-3和Caspase-8的水平以及DNA片段化[38]，或是通過激活AMPK，促GSK3β磷酸化，抑制DNA甲基1（DNMT1）和轉錄因子Sp1表達[22,23]，。UA抑制肝癌細胞遷移的機制與其抑制FAK信號轉導相關[25]。Yang等人的研究顯示，UA具有促進多柔比星耐藥的HepG2細胞凋亡的作用，這可能與UA活化BAX，從而促半胱天冬酶非依賴性細胞凋亡誘導因子（AIF）核轉位有關[26]。另外，UA還可以抑制膽囊癌腫瘤的生長，通過阻滯腫瘤細胞周期于S期，并且激活Caspase-3和9，誘導細胞凋亡[27]。

2.1.3 結直腸癌

UA抑制結直腸癌細胞增殖的研究表明，UA可以阻滯細胞周期于G0/G1期，作用機制可能涉及cyclin D1、CKD4和MDM2表達的降低，p53和p21表達的上調[28-30]。UA通過上調BAX、抑制Bcl-2表達來活化Caspase-3和Caspase-9從而誘導結直腸癌細胞的凋亡[17,29,31]。UA可以通過活化JNK促進凋亡耐受結直腸癌細胞自噬[32]。研究顯示，UA通過抑制NF-κB，下調MMP-9的表達來抑制結直腸癌細胞的轉移[30,31]，它還可通過抑制VEGF-A和bFGF的表達，發揮抑制結直腸癌的血管生成[30,31]的功能。Shan等人的研究證明，在多藥耐藥結腸癌細胞中，UA下調Bcl-2、Bcl-xL和survivin的表達，抑制了多藥耐藥結腸癌細胞的增殖[33]。

2.1.4 胰腺癌

胰腺癌是世界上最致命的癌癥之一。雖然吉西他濱作為標準化療藥物已被證實有效，但反應率仍為5.4%，5年生存率極差。體外細胞實驗證實，UA可抑制胰腺癌細胞的生長并誘導凋亡，其機制可能涉及PI3K/Akt/NF-κB途徑的失活和c-Jun-末端激酶（JNK）途徑的激活。此外，在體內實驗中，UA在裸鼠異種移植的胰腺癌細胞中引起細胞毒性[34]。在裸鼠模型中，口服UA增強吉西他濱的作用，抑制腫瘤的生長，UA和吉西他濱的組合抑制了癌細胞向遠端器官如肝和脾的轉移[35]。

2.2 UA對泌尿和生殖系統腫瘤的作用

在乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、膀胱癌和宮頸癌中，UA有抑制腫瘤細胞增殖和誘導凋亡和自噬的作用。

2.2.1 乳腺癌

UA通過上調p53和p21、下調MDM2和TOPK的表達，阻滯乳腺癌細胞周期于G1期[29]。此外，UA能抑制Akt的活化，促進乳腺癌細胞的自噬和凋亡。它還降低磷酸-細胞外信號調節激酶1/2水平和線粒體膜去極化的潛力[39]。同時也有報道，UA誘導Akt活化，增加氧化系統，并降低乳腺癌細胞中三磷酸腺苷（ATP），丙酮酸激酶和己糖激酶2的水平[40,41]。UA可能是AMPK的有效調節因子，它可抑制體內糖酵解和腫瘤生長。所以，在不同的情況下，UA對Akt的作用可能完全相反，進而調節不同的生物學過程。

2.2.2 卵巢癌

UA促進卵巢癌細胞SKOV3的凋亡，這可能與Caspase-3和Caspase-9的激活有關[42]。Meng等人的研究表明，UA通過降低MMP-2和MMP-9的表達來抑制卵巢癌細胞HO-8910PM的侵襲和轉移[43]。Shin等人發現，UA可以抑制順鉑耐藥卵巢癌細胞增殖，作用機制與UA阻滯腫瘤細胞周期于G0/G1期和誘導腫瘤細胞凋亡有關[44]。

2.2.3 前列腺癌

UA抑制前列腺癌細胞的增殖，促進前列腺癌細胞的凋亡。研究顯示，其機制可能與UA可以調控PI3K/AKT/mTOR信號通路有關[45]。UA促前列腺癌細胞PC3凋亡和自噬，但3-methyladenine或RNA干擾抑制自噬，并可增強UA對PC3細胞凋亡的作用[46]。研究結果暗示，UA對細胞凋亡和自噬的調節，也要在具體的環境中進行分析，不能籠統的一概而論。

2.2.4 膀胱癌和宮頸癌

UA可降低ATP的產生并激活AMPK，從而抑制膀胱癌細胞T24的增殖[47]。UA促進人膀胱癌細胞的凋亡，作用機制與UA抑制NF-κB和Bcl-2的表達，激活Caspase-3相關[48]。UA促進宮頸癌細胞TC-1的自噬[49,50]，可能與UA調節Atg5的表達相關[49]。

2.3 UA對肺癌的作用

研究表明，UA可抑制肺癌細胞的增殖、侵襲和上皮-間質轉化（EMT），其機制和UA降低VEGF和轉化生長因子β1水平、降低AEG-1、細胞間黏附分子-1（ICAM-1）、MMP-9和MMP-2的表達相關[36,37]。VRK1主要控制細胞存活，是肺腺癌中的主要調節因子，被認為是適應性途徑中的關鍵分子。研究人員發現，UA通過直接結合VRK1的催化結構域來抑制VRK1的催化活性，并抑制肺癌細胞中VRK1誘導的53BP1的聚集，并且UA與DNA損傷藥物具有協同的抗癌作用[38]。

2.4 UA對神經膠質瘤的作用

惡性神經膠質瘤是最常見的原發性腦腫瘤，臨床實踐中迫切需要治療神經膠質瘤的新方法。研究人員評估了UA對膠質瘤細胞U87MG的影響，并探討了其分子機制。結果表明，在U87MG細胞中，UA誘導G1期阻滯和自噬。 UA誘導自噬的證據包括酸性囊泡細胞器的形成，自噬溶酶體的增加和LC3-II的積累。研究還發現UA誘導ER應激和細胞內鈣的增加并伴隨ROS的產生。由UA誘導的游離胞質鈣的增加激活CaMKK-AMPK-mTOR激酶信號級聯，最終引發自噬。研究結果揭示了由UA觸發的新型細胞機制，并為將UA開發成候選藥物提供了分子基礎[51]。

2.5 UA對甲狀腺癌的作用

甲狀腺髓樣癌（MTC）起源于甲狀腺的C細胞，對放療或化療均不敏感。因此，腫瘤組織整體手術切除是MTC的唯一治愈性治療方法。研究人員發現，在體外，UA可以抑制甲狀腺髓樣癌細胞MTCSK MTC的增殖，抑制腫瘤細胞中線粒體的活性，并不會對正常細胞產生毒性。UA可以激活MTCSK MTC細胞中Caspase-3的活性，誘導腫瘤細胞的凋亡。但是在MTC-SK MTC 細胞的裸鼠模型中，UA對移植瘤的生長并沒有明顯的抑制作用[52]。

2.6 UA對黑色素瘤的作用

Xiang等人的研究表明[25]，UA和其新型衍生物US597可以抑制黑色素瘤細胞的粘附，侵襲和遷移?？诜A或US597增加了黑素瘤肺轉移C57BL/6小鼠的存活率，沒有發現對小鼠的副作用，如體重減輕，內臟組織毒性和血細胞異常。UA和US597處理抑制FAK信號轉導，調節ICAM-1蛋白的表達，ICAM-1是轉移的生物標志物。因此，UA和US597是預防黑色素瘤轉移的潛在候選藥物[25]。

2.7 UA對腫瘤干細胞的作用

2.7.1 腫瘤干細胞

幾乎所有的人類腫瘤都具有相當大的腫瘤異質性，癌細胞的表型、基因表達模式和增殖潛力均不同。腫瘤的異質性決定了開發有效治療和新靶向藥物的難度[53]。大量的研究證實，在腫瘤異質性和治療抗性的因素中，許多腫瘤不受控制的生長是由一群腫瘤細胞驅動的，這群具有自我更新和分化能力的腫瘤細胞被稱為腫瘤干細胞（CSCs）。與其他大部分腫瘤細胞不同，CSCs能夠產生腫瘤并無限期地繁殖惡性克隆[54]。CSCs的存在首先在急性髓細胞性白血?。ˋML）中被發現，其中表面標志物用于區分具有腫瘤啟動能力的可移植亞群與其余AML細胞[55]。10年后，使用適當的細胞表面標記物（例如CD133，CD24，CD90，ALDH1等），在實體瘤中也可以分離CSCs，或使用Hoechst 33342染料通過流式細胞術的方法進行分離，并且在無血清培養基中進行篩選[56-58]。

2.7.2 UA對腫瘤干細胞的作用

研究表明，UA可以抑制CSCs的增殖，誘導CSCs凋亡，逆轉CSCs的耐藥性。Dai 等人研究發現，UA顯著抑制小鼠乳腺癌干細胞的增殖[59]。Zhang等人的研究顯示，在體外，UA可以抑制卵巢癌細胞SKOV3和干細胞球的生長。在體內，單獨注射UA或與順鉑聯合UA后，移植瘤明顯變小。此外， UA可以增強CSCs對順鉑的敏感性[60]。同一研究小組隨后深入的研究發現，卵巢CSCs表達干性相關基因和耐藥性顯著高于正常貼壁細胞。在低氧條件下，卵巢CSCs生長更快，并且比常氧下更耐藥。 UA可以在不同培養條件下抑制卵巢CSCs的增殖，通過抑制ABCG2和HIF-1α的表達逆轉卵巢CSC的耐藥性。缺氧條件下，HIF-1α的抑制劑YC-1和UA聯合抑制卵巢CSC的干性基因和ABCG2的表達，其中UA通過激活PI3K/Akt信號通路，下調HIF-1α和ABCG2的表達[61]。

Lin等人的研究發現，UA在肝癌細胞PLC/PRF5和Huh7 HCC細胞中以劑量和時間依賴性方式抑制CD133+細胞的表達。降低CD133+細胞的比例。UA對Oct4，Tert，Bmi1，β-catenin，ABCG2和腫瘤球相關基因Ep300的表達都有抑制作用。此外，UA還能減少CK19陽性細胞的數量并增加CK8/18陽性細胞的數量。 UA治療導致CD133+肝癌細胞 CSCs中自我更新能力下降和對阿霉素和長春新堿藥物敏感性增加[62]。

Wang等人發現信號轉導子和轉錄激活子3（STAT3）在醛脫氫酶（ALDH）+CD133+結腸癌起始細胞中激活。UA可以抑制STAT3磷酸化，并誘導ALDH+CD133+結腸癌起始細胞的Caspase-3切割，從而誘導凋亡。 UA降低細胞活力并抑制結腸癌起始細胞的腫瘤球形成，比天然化合物白藜蘆醇和辣椒素更有效。研究還發現，UA可抑制DLD-1結腸癌細胞中由白細胞介素-6誘導的STAT3的活化。此外，每日用UA喂食小鼠，可以抑制HCT116移植瘤的生長[63]。

3 展望

UA可以抑制多種腫瘤細胞的增殖，誘導腫瘤細胞的凋亡和自噬，抑制腫瘤細胞的轉移，并可以增加腫瘤細胞對放療和化療的敏感性，是非常具有潛力的抗腫瘤藥物。尤其是目前已經研發出許多UA的衍生物，這些衍生物在提高抗腫瘤作用、減少毒副作用和增加溶解性方面有了很大的進步，很有希望進入臨床抗腫瘤的應用。近幾年關于UA抗腫瘤作用的研究集中在消化系統腫瘤、泌尿和生殖系統腫瘤，在其他系統的腫瘤中研究相對較少。所以在今后的研究中，希望研究者可以將注意力放在研究較少的腫瘤中，揭示UA更多的抗腫瘤的作用以及其機制，為UA更廣泛的臨床應用提供前期的基礎研究數據。