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(南華大學附屬第二醫(yī)院泌尿外科，湖南 衡陽 421001)

·文獻綜述·

鹽霉素抗腫瘤機制的相關(guān)研究進展

黃龍，王毅*，汪翼

(南華大學附屬第二醫(yī)院泌尿外科，湖南 衡陽 421001)

腫瘤干細胞(CSCs)是一群存在于腫瘤細胞中的亞群,具有自我更新和產(chǎn)生新的不同分化程度的腫瘤細胞。干細胞亞群的存在使得腫瘤可以逃避化療藥物、靶向治療藥物以及放射治療等治療手段的殺傷作用,也是腫瘤復發(fā)和轉(zhuǎn)移的重要原因之一。鹽霉素是由白色鏈霉菌發(fā)酵產(chǎn)生的屬于聚醚類的一元羧酸，近年來研究發(fā)現(xiàn)鹽霉素能高效殺死多種腫瘤干細胞,并對多種腫瘤有明顯的抑制作用，是一種很有開發(fā)潛力的抗腫瘤藥物。其作用機制可能與誘導腫瘤干細胞凋亡與抑制有關(guān)。

鹽霉素； 細胞凋亡； 抗腫瘤； 藥物

鹽霉素(Salinomycin)屬于聚醚類一元羧酸，由白色鏈霉菌(Streptomyces albus)發(fā)酵產(chǎn)生，具有特殊的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，類似苯環(huán)樣，鹽霉素假環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的聚醚部分能夠與金屬陽離子結(jié)合形成復合物,其分子表面的親脂層又可以轉(zhuǎn)運這些離子復合物穿過生物細胞膜,使得鹽酶素具有殺死革蘭陽性菌和抗禽類球蟲病的作用，更是賦予了其穩(wěn)定的生化特性，是一種典型的離子載體抗生素，上世紀70年代起，鹽霉素主要用于抗雞球蟲病和促進畜禽生長[1]。2009年,Gupta等[2]在藥物篩選實驗時發(fā)現(xiàn)，鹽霉素能選擇性殺傷乳腺癌的腫瘤干細胞，提示鹽霉素有望成為新型抗腫瘤藥物。國內(nèi)外近年來的研究亦發(fā)現(xiàn)鹽霉素能顯著抑制腫瘤細胞的生長、誘導腫瘤細胞凋亡；對多種腫瘤均有明顯的抑制作用，鹽霉素作為腫瘤干細胞的“殺手”，已經(jīng)在多種細胞模型上得到了驗證。Dong等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌的腫瘤干細胞中檢測其對鹽霉素的敏感，結(jié)果顯示,運用鹽霉素后，癌癥細胞伴有上皮細胞等標志物的表達上調(diào)和抑制波形蛋白(間充質(zhì)細胞標志)的形成，從而進一步促進抑制細胞增殖、集落形成、細胞遷移、侵襲作用。

1 鹽霉素誘導腫瘤細胞自噬的發(fā)生

細胞自噬(autophagy)是真核生物中進化保守的對細胞內(nèi)物質(zhì)進行周轉(zhuǎn)的重要過程。該過程中一些損壞的蛋白或細胞器被雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬小泡包裹后，送入溶酶體(動物)或液泡(酵母和植物)中進行降解并得以循環(huán)利用[4]。細胞自噬可分為如下三種形式，微自噬(microautophagy)、巨自噬(macroautophagy)和分子伴侶介導的自噬 (Chaperone-mediated autophagy，CMA)。隨著科技的進步，對細胞自噬的了解也不斷加深，細胞的自噬還參與著細胞程序性死亡，這種與自噬有關(guān)的程序性死亡被命名為自噬性細胞死亡。細胞自噬與細胞凋亡、細胞衰老一樣，是十分重要的生物學行為，參與生物的發(fā)育、生長等多種過程。

Kim等[5]研究發(fā)現(xiàn)，鹽霉素可以通過升高細胞內(nèi)活性氧和使線粒體膜的去極化誘導前列腺癌細胞的凋亡。在腫瘤細胞中,Akt/NF-Kb通路的激活是很常見的一種現(xiàn)象。實驗發(fā)現(xiàn)鹽霉素能夠阻斷Akt蛋白的表達并抑制NF-kb的入核,通過有效抑制Akt/NF-Kb通路誘導卵巢癌細胞的凋亡。另有研究發(fā)現(xiàn)[6],鹽霉素可以促進細胞進入自睡反應(yīng),引發(fā)線粒體膨脹、線粒體自唆、破壞線粒體結(jié)構(gòu)以及細胞內(nèi)ATP大量喪失,過度的自唾反應(yīng)導致腫瘤細胞“自殺”。Verdoodt等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)腸癌和乳腺癌中，應(yīng)用鹽霉素可誘導細胞自噬的發(fā)生，從而導致腫瘤細胞凋亡。通過觀察到細胞死亡的伴隨特征，形成多空泡的增加和自噬標記的攝取，而證實了鹽霉素可誘導細胞自噬。此外，研究還觀察到鹽霉素可以誘導和激活與自噬性細胞死亡有關(guān)的ROS及JNK信號通路，促使細胞凋亡。Kuo等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在頭頸部的鱗狀細胞癌(鱗癌)干細胞中，鹽霉素可以激活EMT并誘導Akt的磷酸化，促使癌細胞凋亡。

2 鹽霉素與Wnt通路促使腫瘤細胞凋亡

Wnt基因為小鼠乳腺腫瘤病毒優(yōu)先整合的位點，是一種癌基因，在細胞增殖和分化中起重要的作用。隨后研究發(fā)現(xiàn)它與果蠅的無翅基因(wingless)屬直相同源基因(orthologous gene)，從而將二者結(jié)合命名為Wnt基因。Wnt基因?qū)儆谠┗?，隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)Wnt基因家族十分龐大，為多基因家族，其基因結(jié)構(gòu)從低等的無脊椎動物到脊椎動物乃至人類具有高度保守性，其同源序列達27%～83%，對動物的生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用[9]。Wnt基因編碼的Wnt蛋白，可啟動細胞內(nèi)信號傳導途徑，傳導生長刺激信號，參與不同的發(fā)育機制，如細胞分化，遷移，以及決定細胞命運的增殖等。因其啟動蛋白為Wnt蛋白，因此命名為Wnt信號途徑。

研究發(fā)現(xiàn)Wnt信號通路在哺乳動物的發(fā)育，干細胞的更新，和癌癥的進展中均起著極其關(guān)鍵的作用。2011年,Lu等[10]研究發(fā)現(xiàn)鹽霉素通過抑制Wnt通路導致慢性淋巴細胞性白血病細胞的調(diào)亡,進一步研究表明，鹽霉素影響Wnt通路是通過阻礙Wnt受體，誘導降解脂蛋白受體相關(guān)的磷酸化信號蛋白6，進而導致腫瘤細胞的凋亡。另有研究報道[11]，在胰腺癌細胞中，鹽霉素可抑制Wnt/β-catenin信號相關(guān)的β蛋白，如β-catenin和p-gsk-3β,而導致胰腺癌細胞的生長抑制、凋亡。Quann等[12]利用熒光素酶研究發(fā)現(xiàn)在前列腺癌細胞中，鹽霉素導致前列腺癌細胞的凋亡，可能與MAPK信號通路的激活相關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)對研究癌癥的發(fā)展十分關(guān)鍵。

然而，其確切的機制如何，鹽霉素對復雜的癌癥和腫瘤干細胞的信號通路的影響仍是未知，需要進一步研究和闡明。Haque等[13]研究發(fā)現(xiàn)，鹽霉素導致肺癌細胞的凋亡是通過激活了p53通路，促使凋亡蛋白Caspase家族的表達，從而導致了肺癌癥細胞的凋亡。另有研究發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌細胞中，鹽霉素是通過激活Caspase-3和PARP-1通路導致前列腺癌干細胞的凋亡。Ketola等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌細胞中，鹽霉素通過增加氧化應(yīng)激水平，累積活性氧和線粒體膜去極化，而抑制前列腺癌細胞的生長，導致前列腺癌細胞的凋亡。

3 鹽霉素與DNA的損傷(P21蛋白)

DNA存儲著生物體賴以生存及繁衍的遺傳信息，因此維持DNA分子的完整性對細胞至關(guān)緊要。許多因素都會導致DNA分子的損傷或改變，DNA損傷是DNA復制過程中DNA核苷酸序列永久性改變，并導致遺傳特征改變的生物學現(xiàn)象。1947年，A.凱爾納等研究發(fā)現(xiàn)，鏈絲菌等微生物經(jīng)過紫外線(Ultraviolet rays，UV)照射后，暴露在正常光下可以減少死亡，證明這是許多微生物固有的DNA損傷修復功能，并把這一修復功能稱為光復活。1968年Cleaver等[15]研究發(fā)現(xiàn)人常染色體隱性遺傳的光化癌變疾病——著色性干皮病(Xeroderma Pigmentosum，XP)，是由基因突變造成的DNA損傷切除修復功能的缺陷引起。為惡性腫瘤的發(fā)生機理提供了一個重要的分子生物學證據(jù),使DNA損傷修復的研究進入了醫(yī)學領(lǐng)域。Kim等[5,16]研究表明，鹽霉素與DNA損傷劑可導致DNA的損傷，使大量癌細胞的凋亡，通過增加p53和H2AX的表達，減少抗凋亡蛋白p21的表達，從而致DNA的損傷。另有研究發(fā)現(xiàn)，運用鹽霉素可誘導阻滯G2期，使癌細胞對放射治療更加敏感，抑制p21蛋白表達水平，促進H2AX和p53的激活與表達。Diehn等[17]研究發(fā)現(xiàn)在MDA-MB-231乳腺癌細胞中，鹽霉素增加組蛋白H3和H4的高度乙?；掳┌Y細胞凋亡抑制細胞生長。

4 鹽霉素與離子通道

1952年，Hodgkin等[18]研究發(fā)現(xiàn)Na+和K+的電流和電導是膜電位和時間的函數(shù)，提出了離子通道的概念。離子通道的活性，就是細胞通過離子通道的開放和關(guān)閉來調(diào)節(jié)相應(yīng)物質(zhì)進出細胞速度的能力，對實現(xiàn)細胞的各種功能及特性均具有十分重要的意義。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，離子通道的轉(zhuǎn)運與腫瘤細胞的增殖、凋亡、浸潤和遷移相關(guān)聯(lián)，這一發(fā)現(xiàn)成為癌癥治療的新靶點。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)屬于離子載體抗生素的鹽霉素可促進離子通過膜的脂質(zhì)屏障，中斷原核和真核細胞中的天然離子轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，為高度選擇性的鉀離子載體抗生素，影響鉀通道，促進鉀離子從線粒體和細胞質(zhì)中流出,從而影響線粒體PT孔的開放、引起線粒體跨膜電位下降以及細胞色素c釋放，進而促進癌癥細胞凋亡。

5 鹽霉素抗癌作用的局限性

Lu等[10]研究表明，在外周血單核細胞(Peripheral blood mononuclear cells，PBMC)中，鹽霉素需要100倍抗腫瘤細胞的濃度才能對正常的細胞產(chǎn)生毒副作用；同時，Scherzed等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在人骨髓間充質(zhì)干細胞(Human bone marrow mesenchymal stem cells，hBMSC)中，只有當鹽霉素在劑量>30 μmol/L時，才會對正常細胞活力、遷移能力等造成影響。然而，在其他的“正常”細胞實驗時，特別是其他骨髓細胞的做實驗研究時，并沒有得出可靠的實驗數(shù)據(jù)支持。Boehmerie等[7,20]對鹽霉素的毒性研究評價顯示，在鹽霉素處理人神經(jīng)纖維細胞時，神經(jīng)細胞內(nèi)的Na+濃度增加，胞漿內(nèi)的Ca2+濃度蛋白酶活性升高，線粒體膜去極化，進而通過誘導Caspase家族蛋白導致正常細胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，一些動物，如貓，狗，豬，馬，甚至還有人，在過量或誤食鹽霉素后，可以出現(xiàn)嚴重的毒副作用。正如前面所述，鹽霉素可影響K+離子通道而抗腫瘤，而K+通道不僅在腫瘤細胞或是腫瘤干細胞中存在，正常的組織細胞中也存在，所以，鹽霉素除了可以影響腫瘤細胞和腫瘤干細胞，它也可以對正常神經(jīng)細胞和造血干細胞產(chǎn)生毒性。因此，臨床上，在一些特定的組織、器官腫瘤使用鹽霉素進行治療時，需要制定一個較嚴謹?shù)挠行Р呗?，防止出現(xiàn)鹽霉素在抗癌的同時，因使用不當對正常細胞產(chǎn)生毒副作用。為此，Huczynski等[21]研究表明，根據(jù)鹽霉素的分子結(jié)構(gòu)，合成了一套酰胺和酯衍生物和苯并三氮唑霉素，且進一步研究表明其與鹽霉素的抗菌和抗癌活性的作用相差無幾，為人類抗腫瘤事業(yè)提出新的思路。

6 結(jié) 論

綜上所述，鹽霉素抗成體腫瘤細胞機制進行了初步探討，主要集中在以下幾個方面：(1)通過誘導氧化應(yīng)激類固醇代謝產(chǎn)物的升高及抗氧化的類固醇代謝產(chǎn)物的降低抑制腫瘤細胞的生長及轉(zhuǎn)移；(2)通過抑制wnt/-β連環(huán)蛋白途徑或者降低細胞線粒體膜的膜電位，將細胞色素C釋放到細胞質(zhì)中，促進細胞的凋亡；(3)通過損害DNA降低抗凋亡蛋白P21的表達水平，促進細胞凋亡；(4) 鹽霉素對正常細胞的副作用雖然相對較少，但是在過量或誤食鹽霉素后，仍然可出現(xiàn)嚴重的毒副作用。所以需在相對狹窄的治療指數(shù)下使用鹽霉素。考慮鹽霉素潛在的不利毒副作用，未來的研究將主要集中鹽霉素的構(gòu)效關(guān)系(structure-activity relationship，SAR)，即研究出細胞毒副作用較小、可用于臨床的、選擇性強的抗腫瘤藥物，讓鹽霉素早日成為新型的抗腫瘤藥物而造福于醫(yī)療事業(yè)。

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10.15972/j.cnki.43-1509/r.2016.01.031

2015-11-04；

2015-12-15

*通訊作者，E-mail：wayne0108@126.com.

蔣湘蓮)