中藥及其天然產物通過靶向鐵死亡治療癌癥研究進展*

焦泉慧,鐘凌云,程子文,呂小斌,章常華

(1.江西中醫藥大學藥學院,南昌 330004;2.南昌市第一醫院中心實驗室,南昌 330008)

鐵死亡是調節細胞死亡的一種形式,主要依賴于鐵介導的氧化損傷和細胞膜損傷,在形態、生化和遺傳上不同于細胞凋亡、壞死和自噬[1]。其形態學特征包括線粒體變小,膜密度增加,線粒體嵴減少或消失,以及線粒體外膜破裂;生化特征包括細胞內鐵積累,活性氧(reactive oxygen species,ROS)過量產生,谷胱甘肽(glutathione,GSH)水平降低和脂質過氧化[2]。鐵死亡可通過外源性或內源性途徑引起,外源性途徑是通過調控轉運蛋白,如抑制溶質載體家族7成員11(solute carrier family 7 member 11,SLC7A11),而內源性途徑主要通過阻斷細胞內抗氧化酶的表達或活性,如谷胱甘肽過氧化物酶4 (glutathione peroxidase 4,GPX4)[3]。自2012年提出鐵死亡概念以來,許多研究表明,其在癌癥治療中發揮至關重要的作用[4-5],調控鐵死亡可影響腫瘤對藥物的敏感性,甚至逆轉耐藥[6]。因此,靶向鐵死亡可能成為治療癌癥和逆轉耐藥性的可行治療策略。中藥在調節鐵死亡方面有顯著作用,并已有研究表明多種基于中藥的天然成分可以誘導鐵死亡的發生[7-9]。筆者在本文重點總結中藥及其天然產物通過靶向鐵死亡治療癌癥的機制及應用,為癌癥治療和逆轉耐藥性提供新思路。

1 中藥及其天然產物通過靶向不同信號通路誘導鐵死亡發揮抗癌作用

近年來的研究表明,中藥及其天然產物可以通過靶向SLC7A11/ GPX4、P53、核因子E2相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,NRF2)/血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)、鐵蛋白重鏈(ferritin heavy chain 1,FTH1)等不同信號通路誘導癌細胞鐵死亡,具有潛在的抗癌活性,為癌癥治療提供了新的研究思路(圖1,圖2)。

↑:增加;↓:減少。

↑:增加;↓:減少。

1.1SLC7A11/GPX4 SLC7A11是一種胱氨酸/谷氨酸交換轉運蛋白,介導細胞攝取胱氨酸,從而影響GSH的合成[10]。GSH是細胞內主要的抗氧化劑[11],其耗竭會降低GPX4的表達和活性,GPX4是一種抗氧化酶,其活性是抗過氧化防御的基石,研究表明GPX4失活是導致鐵死亡的重要因素[12]。

枸杞多糖(lycium barbarum polysaccharide,LBP)是中草藥枸杞果實的提取物,通過調節SLC7A11/GPX4通路,降低GSH合成,促使乳腺癌細胞發生鐵死亡[13]。紅參多糖(red ginseng polysaccharide,RGP)是人參的活性成分,可以劑量依賴方式顯著降低肺癌和乳腺癌細胞中GPX4的表達,導致ROS積累,抑制細胞增殖,RGP通過下調GPX4誘導鐵死亡而顯示抗癌活性[14]。中華獼猴桃(actinidia chinensis planch,ACP)的提取物熊果酸(ursolic acid,UA)和齊墩果酸(oleanolic acid,OA)是兩種主要的三萜類抗腫瘤成分,通過抑制SLC7A11和GPX4的表達誘導胃癌細胞中的ROS積累和鐵死亡[15]。葫蘆素B(cucurbitacin B,CuB)是一種廣泛使用的三萜類化合物,其通過下調GPX4表達和增加脂質過氧化誘導鼻咽癌細胞鐵死亡[16]。丹參中的二氫異丹參酮I(dihydroisotanshinone I,DT)可抑制GPX4蛋白表達,丹參酮IIA(tanshinone IIA,Tan IIA)可劑量依賴性地降低SLC7A11的表達,兩者均通過引起脂質過氧化誘導鐵死亡[17-18]。中草藥單體二氫青蒿素(dihydroartemisinin,DHA)可顯著增加細胞內Fe2+含量,進而產生ROS,ROS的產生耗盡GSH,使GPX4失活,導致脂質過氧化積累,進而誘發鐵死亡[19]。DHA也可通過下調細胞中GPX4表達誘導鐵死亡[20]。18-β-甘草次酸(glycyrrhetinic acid,GA)是一種從甘草中提取的活性化合物,通過抑制SLC7A11表達和GPX4活性,耗竭GSH,加劇脂質過氧化和鐵死亡[21]。

1.2P53 P53基因是人類腫瘤抑制基因,包括野生型和突變型。野生型P53基因能誘導腫瘤細胞凋亡,預防腫瘤發生,而突變型P53基因則促進腫瘤細胞癌變[22]。研究表明,野生型P53通過抑制SLC7A11的表達,限制胱氨酸攝取,從而誘導細胞發生鐵死亡[23]。Tan IIA可以上調野生型P53表達,抑制SLC7A11在胃癌細胞中的表達,降低細胞內半胱氨酸和GSH水平,進而誘導鐵死亡[24]。野生型P53的持續激活可導致ROS水平升高并增加細胞對鐵死亡的敏感性[25]。人參皂苷Rh4是人參的主要藥理活性成分,可通過激活ROS/P53信號通路誘導鐵死亡來抑制癌細胞增殖[26]。從中藥大麻葉澤蘭中提取的天然化合物澤蘭內酯 (eupaformosanin,Eup)可降低突變型P53的表達,通過脂質過氧化積累、GSH耗竭和游離鐵增加誘導三陰性乳腺癌細胞中的鐵死亡發揮抗癌作用[27]。

1.3NRF2/HO-1 NRF2是細胞維持氧化穩態所需的關鍵調節因子[28]。研究表明,NRF2可以通過調節SLC7A11和HO-1來調控鐵死亡[29]。HO-1上調促進血紅素的降解和鐵蛋白的合成,改變細胞中鐵分布,通過促進鐵積累和ROS產生來增加或誘導鐵死亡[30]。Tagitinin C是一種從腫柄菊中分離出來的倍半萜內酯,可誘導內質網應激和氧化應激,上調NRF2在細胞中的表達,從而激活NRF2核易位,導致其下游基因HO-1的表達顯著增加,游離鐵增加,促進脂質過氧化[31]。胡桃酮是從山核桃綠皮中分離得到一種萘醌類化合物,可通過激活HO-1介導子宮內膜癌中血紅素的降解,增加游離鐵積累,從而誘導鐵死亡[32]。姜黃根莖的提取物姜黃素,是一種多酚化合物,不僅直接激活HO-1,而且還通過激活NRF2上調HO-1表達,HO-1上調和GPX4下調直接觸發乳腺癌細胞ROS產生,誘發鐵[30]。

1.4FTH1 鐵死亡是一種鐵依賴性、非凋亡的細胞死亡方式,過量的鐵催化芬頓反應產生高活性羥基自由基,增強脂質過氧化,引發鐵死亡。鐵可以儲存在鐵蛋白或血紅素中,鐵蛋白是真核細胞主要的鐵儲存蛋白,包括鐵蛋白輕鏈(ferritin light chain,FTL)和FTH1兩個亞基[33]。FTH1下調可使細胞內游離鐵增加,誘導鐵死亡。黃芩苷是從黃芩根部提取的黃酮類生物活性物質,通過下調FTH1使細胞內ROS和游離鐵積累,誘導膀胱癌細胞鐵死亡,體內外FTH1的過表達均阻斷了黃芩苷的抗癌作用[34]。姜黃烯醇是從姜黃中分離出來的天然產物,通過 LncRNA H19/miR-19b-3p/FTH1 軸誘導肺癌細胞鐵死亡[35]。穗花杉雙黃酮(amentoflavone,AF)以劑量依賴性方式增加自噬相關基因LC3B、beclin1、ATG5、ATG7的表達,下調FTH1表達,增加細胞內游離鐵水平,促進ROS產生,誘導鐵死亡[36]。

1.5其他 齊墩果酸(oleanolic acid,OA)是一種天然存在于植物中的五環三萜類化合物,具有抗癌活性。它通過促進?；o酶A合成酶長鏈家族成員4(acyl-CoA synthetase long chain family member 4,ACSL4)介導的鐵死亡,抑制宮頸癌細胞的生長和增殖[37]。油茶(camellia nitidissima chi,CNC)中主要含有黃酮類、皂苷和多酚類成分,后者通過抑制GPX4、FTH1表達和促進HO-1、P53表達,介導鐵死亡途徑發揮其抗結腸癌作用[38]。

姜黃素通過激活非小細胞肺癌自噬誘導鐵死亡,姜黃素處理后,細胞線粒體膜破裂和線粒體嵴減少,Beclin1和LC3水平升高,SLC7A11和GPX4水平降低,鐵超負荷、GSH消耗和脂質過氧化[39]。6-姜辣素(6-gingerol )是一種天然存在于生姜中的苯酚,通過抑制 USP14-beclin1促進自噬效應,增加自噬體數量、ROS和游離鐵濃度來抑制肺癌細胞生長[40]。DHA通過調節AMPK/mTOR/p70S6k信號通路活性誘導自噬,加速鐵蛋白降解,增加游離鐵含量,促進細胞ROS積累,最終導致急性髓細胞白血病細胞鐵死亡[41]。

淫羊藿素(erianin)可通過鈣/鈣調蛋白依賴性鐵死亡抑制肺癌細胞的生長和遷移[42]。羽扇豆醇通過提高鼻咽癌細胞中AMPKα磷酸化,促進鐵分泌和脂質過氧化,誘導鐵死亡發揮抗癌作用[43]。絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路與鐵死亡的靶向治療有關,青蒿琥酯通過激活MAPK/細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)和MAPK/p38通路誘導膠質母細胞瘤細胞鐵死亡[44]。毛枝卷柏中的雙黃酮類化合物RF-A通過上調電壓依賴性陰離子通道2(voltage dependent anion channel 2,VDAC2)蛋白和下調Nedd4蛋白(VDAC2的泛素連接酶),顯著誘導人乳腺癌細胞鐵死亡[45]。紅景天苷通過調節轉鐵蛋白和運鐵素水平,增加細胞內Fe2+濃度和ROS產生,誘導鐵死亡[46]。雞血藤素(auriculasin )是從千斤拔中分離出的一種多酚類黃酮,通過濃度依賴方式促進ROS產生,引發結直腸癌(colorectal cancer,CRC)細胞鐵死亡[47]。

2 中藥與其他藥物聯合使用增強藥物療效

癌癥治療現在仍以藥物治療為主,獲得性耐藥性仍是臨床治療面臨的重大挑戰。聯合用藥可以增強藥效,降低副作用,并減少或減緩耐藥性發展。研究表明,一些中藥及其活性成分同時具有抗癌和化學增敏作用,可以顯著增強腫瘤細胞對化療藥物和靶向藥物的敏感性,改善治療效果并減少不良反應[48]。

中藥及其天然產物可以通過誘導鐵死亡增強化療藥物在癌癥治療中的敏感性,提高化療療效。例如,穿心蓮內酯通過激活鐵死亡途徑增強結直腸癌細胞對氟尿嘧啶(5-fluorouracil,5-FU)的化學敏感性[49]。白楊素通過調節自噬和鐵死亡增強胰腺癌細胞對吉西他濱的化學敏感性[50]。醉茄素A(withaferin A)通過調節Keap1/NRF2相關的EMT和鐵死亡,減弱索拉非尼耐藥性,增強肝細胞癌對索拉非尼的敏感性[51]。β-欖香烯與西妥昔單抗聯合作用后,可顯著誘導鐵死亡的發生,增加KRAS突變的CRC細胞對西妥昔單抗的敏感性[52]。Ent-kaurane二萜類化合物通過抑制抗氧化系統增加細胞內ROS水平,誘導細胞鐵死亡,增強肺癌細胞對順鉑的敏感性[53]。

中藥及其天然產物與化療藥物聯合使用,可以通過激活鐵死亡發揮協同治療效應,減少化療藥物的劑量。例如,DHA通過調節鐵代謝誘導胰腺導管腺癌的鐵死亡,與順鉑聯合治療可增強順鉑的細胞毒性,并顯著降低其在體內外的有效濃度[54]。熊果酸和順鉑聯合治療通過協同激活自噬、鐵蛋白降解、游離鐵積累和脂質過氧化誘導鐵死亡,增強對骨肉瘤的抑制作用[55]。銀杏黃酮通過降低SLC7A11和GPX4表達誘導鐵死亡,增加順鉑對非小細胞肺癌細胞的細胞毒作用[56]。熊果酸和索拉非尼聯合應用可誘導SLC7A11依賴性鐵死亡,對抗腫瘤有協同作用[57]。DHA和索拉非尼的聯合應用顯著降低了肝癌細胞HepG2中SLC7A11和HO-1蛋白的水平,對HepG2細胞具有協同抑制作用[58]。青蒿琥酯與索拉非尼聯合應用,通過誘導鐵死亡降低索拉非尼使用劑量[59]。

3 結論與展望

中藥及其天然產物在治療疾病方面具有獨特的臨床優勢,包括靶點多、毒副作用少、療效強和經濟負擔低,已廣泛用于各種疾病的治療,也用于癌癥的輔助治療。丹參、齊墩果酸、二氫青蒿素、姜黃素等中藥及其天然產物作為鐵死亡誘導劑,具有明顯的抗癌活性。它們通過靶向不同通路如SLC7A11/GPX4、P53、NRF2/HO-1、FTH1等,誘導鐵死亡,具有良好的治療潛力,為臨床癌癥治療提供有價值參考。穿心蓮內酯、白楊素、DHA、熊果酸等具有抗癌活性的中藥活性成分也可能是一種有效的化學增敏劑,可以同時靶向多個機制干擾鐵死亡,增強化療藥物的藥效,克服耐藥性?？偟膩碚f,中藥及其天然產物可能成為鐵死亡治療的潛在候選藥物。許多天然產物在各種類型的癌癥中顯示出與傳統化學療法或靶向藥物的協同反應,能更有效地降低全身毒性的風險,提高治療效果并降低成本,為癌癥治療開辟新途徑。盡管中藥和天然產物在鐵死亡治療癌癥方面的潛力已經被證實,但仍需要進一步深入研究來確定其效果和安全性。