張曉雁 張嬌 徐麗群 馬志強(qiáng) 狄守印 高原 李小飛 閆小龍 張紅梅

紫檀芪（3,5-二甲氧基-4'-羥基二苯乙烯）主要存在于藍(lán)莓、葡萄、花櫚木等植物中[1,2]。紫檀芪是白藜蘆醇（3,4',5-三羥基二苯乙烯）的二甲基衍生物[3]，二者具有相似的生物活性，包括抗腫瘤、抗血脂障礙、治療糖尿病以及心血管和神經(jīng)保護(hù)作用，其機(jī)制與抗炎和抗氧化作用相關(guān)[1,2]，但紫檀芪較白藜蘆醇的抗氧化和抗腫瘤活性作用更強(qiáng)[1]。由于第3和第5位的羥基替換為甲氧基，紫檀芪與白藜蘆醇相比，其親脂性和口服吸收率增加，半衰期延長(zhǎng)，因而具有更高的生物利用度[4]。研究發(fā)現(xiàn)使用較低濃度劑量的紫檀芪（5 μmol/L-10 μmol/L）后，具有清除活性氧簇的功效而發(fā)揮抗紫外線誘導(dǎo)皮膚癌發(fā)生的作用[5]。此外，當(dāng)紫檀芪維持在相對(duì)高濃度劑量（＞20 μmol/L）時(shí)則具有顯著的抗腫瘤作用[6-9]，包括誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[2,7,10-13]，抑制腫瘤細(xì)胞增殖[1,2,11,14-16]、侵襲和轉(zhuǎn)移[17-20]及血管生成[13,17,21]，抑制腫瘤干細(xì)胞特性[15,22-25]。

1 紫檀芪與腫瘤細(xì)胞增殖

腫瘤細(xì)胞最基本的特征就是失去調(diào)控而可以無限增殖[26]，而紫檀芪可作用于多種信號(hào)通路進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞增殖[2,14-16]。研究表明，高濃度紫檀芪（50 μmol/L）誘導(dǎo)G1期阻滯，低濃度紫檀芪（＜10 μmol/L）誘導(dǎo)S期阻滯，但其機(jī)制仍不清楚[16]。紫檀芪上調(diào)細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent kinase, CDK）抑制物p53、p21、p27和p16蛋白表達(dá)，從而抑制CDK2/4/6和細(xì)胞周期蛋白cyclin A、cyclin E表達(dá)，導(dǎo)致胃癌AGS細(xì)胞的細(xì)胞周期阻滯于G0期/G1期，但cyclin D1表達(dá)未受影響[2,27]。低濃度紫檀芪激活毛細(xì)血管擴(kuò)張共濟(jì)失調(diào)突變（ataxia-telangiectasia mutated, ATM）基因編碼的ATM蛋白激酶，隨后磷酸化檢測(cè)點(diǎn)激酶1/2（checkpoint kinase 1/2, CHK1/2）導(dǎo)致下游配體分子p53激活，造成永生化人支氣管上皮細(xì)胞中S期阻滯[16]。在S期阻滯的淋巴瘤細(xì)胞中，紫檀芪上調(diào)細(xì)胞周期CHK2和組蛋白2A變異體（histone family 2A variant, H2AX）磷酸化，下調(diào)cyclin A2和CDK2并抑制細(xì)胞分裂周期基因25A（cell division cycle gene 25A）表達(dá)，抑制腫瘤細(xì)胞增殖[11]。紫檀芪通過抑制表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor, EGFR）表達(dá)，減少其下游信號(hào)通路中AKT、mTOR和ERK1/2蛋白磷酸化，導(dǎo)致破壞G1期/S期轉(zhuǎn)換，抑制氨基甲酸酯誘導(dǎo)的小鼠肺癌細(xì)胞增殖[15,28]。研究表明，紫檀芪下調(diào)miR-17、miR-20a和miR-106b表達(dá)，恢復(fù)第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶張力蛋白同源物（phosphate and tension homology deleted on chromsome ten, PTEN）表達(dá)，進(jìn)而抑制前列腺癌DU145和22RV1細(xì)胞增殖[15,29]。紫檀芪激活腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine 5'-monophosphate -activated protein kinase,AMPK）通路并通過減少脂肪酸合酶和乙酰輔酶A羧化酶表達(dá)抑制脂肪合成，進(jìn)而抑制前列腺癌細(xì)胞增殖[1,30]。在結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞系中，紫檀芪調(diào)控Wnt/β-連環(huán)蛋白（β-catenin）信號(hào)通路，降低β-catenin、cyclin D1和c-MYC蛋白表達(dá)水平，抑制腫瘤細(xì)胞增殖[14]。此外紫檀芪抗增殖作用機(jī)制與下調(diào)AKT表達(dá)[2]和上調(diào)錳超氧化物歧化酶（manganese superoxide dismutase, MnSOD）表達(dá)有關(guān)[2]。

2 紫檀芪與腫瘤細(xì)胞凋亡

凋亡是一種程序性細(xì)胞死亡機(jī)制，不損傷鄰近正常細(xì)胞并且降低局部炎癥[31,32]，因而激活凋亡是化療藥物抗腫瘤的重要機(jī)制[31,33]。紫檀芪具有誘導(dǎo)多種腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡的作用，包括膀胱癌[2,13]、肺癌[2,7]、乳腺癌[1,2]、結(jié)腸癌[2,10]、前列腺癌[2,15]、胃癌[2,27]、胰腺癌[34]、淋巴瘤[11]和口腔腫瘤[12]等。紫檀芪可以降低線粒體膜電位[11,34]，上調(diào)線粒體促凋亡蛋白家族成員Bax[11,27]、Bak[10]、Bad[10,27]和Bid[10,27]的表達(dá)，下調(diào)抗凋亡蛋白B淋巴細(xì)胞瘤-2蛋白（B-cell lymphoma-2, Bcl-2）[11]和Bcl-xl蛋白[15]，進(jìn)而增加線粒體釋放細(xì)胞色素C[34]和線粒體促凋亡蛋白（second mitochondria-derived activator of caspases,Smac）[34]，二者在胞質(zhì)中激活含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶9（cysteinyl aspartate specific proteinase, caspase 9）和caspase3[12]，因而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生內(nèi)源性凋亡。

此外，研究發(fā)現(xiàn)紫檀芪處理后可促進(jìn)T淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞HUT78[2,35]和胃腺癌細(xì)胞（gastric adenocarcinoma cell, AGS）[2,27]自殺相關(guān)因子（factor associated suicide,Fas）和Fas配體蛋白表達(dá)增加，形成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物（death-inducing signal complex, DISC）激活caspase8，進(jìn)而活化caspase3、caspase6、caspase7導(dǎo)致細(xì)胞調(diào)亡[36]。此外，紫檀芪可以激活肺癌和食管癌細(xì)胞[8]發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，上調(diào)一系列內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)分子的表達(dá)，如磷酸化的RNA依賴的蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（PKR-like ER kinase,PERK）、需肌醇酶1（inositol-requiring kinase 1, IRE1）、轉(zhuǎn)錄激活因子4（activating transcription factor 4, ATF4）和CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白（C/EBP homologous protein, CHOP），同時(shí)促進(jìn)鈣離子由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，進(jìn)而通過上調(diào)Bax和caspase3表達(dá)并降低Bcl-2水平導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)源性的細(xì)胞凋亡[7]。研究表明，紫檀芪主要通過抑制蛋白激酶B（protein kinase B, AKT）、哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）和p70核糖體蛋白S6激酶（p70 ribosomal protein S6 kinase, p70S6K）活性并激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2（extracellular regulated protein kinases 1/2, ERK1/2）誘導(dǎo)膀胱癌T24細(xì)胞發(fā)生自噬；研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，使用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤（3-MA）和巴弗洛霉素A1（Baf A1）預(yù)處理后，紫檀芪誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡增加，細(xì)胞活性降低，表明自噬在此過程中抵抗細(xì)胞凋亡促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活[13]。然而，Ko等[12]發(fā)現(xiàn)紫檀芪分別與自噬抑制劑3-MA和BafA1共同處理人口腔鱗狀細(xì)胞癌（squamous cell carcinoma, SAS）和口腔表皮樣癌（oral epidermoid carcinoma-Meng 1, OEC-M1）細(xì)胞系時(shí)，腫瘤細(xì)胞的活性大幅增加，提示自噬與凋亡協(xié)同作用促進(jìn)腫瘤細(xì)胞死亡。出現(xiàn)以上兩種不同結(jié)果的原因目前尚不清楚，推測(cè)與腫瘤的組織和基因背景不同以及紫檀芪誘導(dǎo)的自噬程度不同有關(guān)，低水平的自噬可促進(jìn)細(xì)胞存活，而高水平的自噬則誘導(dǎo)凋亡促進(jìn)細(xì)胞死亡[4]。

3 紫檀芪與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移

紫檀芪可抑制三陰性乳腺癌MDA-MB-231和Hs578t細(xì)胞系的侵襲，通過上調(diào)E-鈣粘蛋白（E-cadherin）和抑制鋅指轉(zhuǎn)錄因子Snail、Slug和ZEB1以及波形蛋白（vimentin）的表達(dá)，進(jìn)而抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化；此外，紫檀芪顯著增加微小RNA（microRNA, miR）-205表達(dá)導(dǎo)致Src蛋白表達(dá)減少，進(jìn)而抑制乳腺癌侵襲轉(zhuǎn)移[18]。在M2型腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（M2-polarized tumor-associated macrophage, M2 TAM）共培養(yǎng)的乳腺癌MCF7和MDA-MB-231細(xì)胞系中，紫檀芪抑制核轉(zhuǎn)錄因子-κB（nuclear factor-κB, NF-κB），導(dǎo)致miR-488表達(dá)增加，通過上調(diào)E-cadherin同時(shí)抑制Twist1和vimentin從而抑制乳腺上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，降低腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移特性[37]。紫檀芪抑制AKT、ERK1/2和c-Jun氨基末端激酶1/2（c-Jun N-terminal kinase, JNK1/2）磷酸化，進(jìn)而通過抑制NF-κB、環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP-response element binding protein, CREB）和SP-1核轉(zhuǎn)運(yùn)以及基質(zhì)金屬蛋白酶-2（matrix metalloproteinase-2, MMP-2）和尿激酶型纖溶酶原激活劑（urokinase-plasminogen activator, u-PA）的啟動(dòng)子結(jié)合活性來抑制MMP-2和u-PA轉(zhuǎn)錄表達(dá)，抑制口腔鱗狀細(xì)胞癌SCC-9細(xì)胞侵襲[19]。研究表明，紫檀芪通過下調(diào)蛋白激酶C、表皮生長(zhǎng)因子和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor, VEGF），抑制磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphoinositide 3 kinase,PI3K）、ERK、p38、JNK和AKT磷酸化，進(jìn)而抑制NF-κB和激活子蛋白-1（activator protein-1, AP-1）轉(zhuǎn)錄因子，導(dǎo)致抑制MMP-9表達(dá)，有效抑制對(duì)苯二甲酸（terephthalic acid）介導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移[20]。紫檀芪可促進(jìn)鼠源性路易斯肺癌（Lewis lung carcinoma）細(xì)胞中AKT磷酸化，抑制ERK磷酸化，抑制聚合纖維連接蛋白（poly fibronectin, polyFN）組裝，進(jìn)而抑制癌細(xì)胞定植在小鼠肺中[9]，提示紫檀芪具有抗肺癌細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移的能力。研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌細(xì)胞發(fā)生腦轉(zhuǎn)移時(shí)，腦轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞表達(dá)高水平c-Met，激活c-Met信號(hào)通路可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞與腦血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附，此外，活化的c-Met可激活絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase, MAPK）誘導(dǎo)白細(xì)胞介素1β（interleukin-1β, IL-1β）表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌c-Met的配體肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（hepatocyte-growth factor, HGF），形成了c-Met啟動(dòng)和維持的前饋機(jī)制并產(chǎn)生惡性循環(huán)，為轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞創(chuàng)造有利的微環(huán)境；而紫檀芪通過降低c-Met mRNA表達(dá)來抑制c-Met信號(hào)通路，從而抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生腦轉(zhuǎn)移[17]。在乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞系中，紫檀芪降低Ras相關(guān)C3肉毒素底物1（Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1, Rac1）活性，減少威奧綜合征蛋白（Wiskott-Aldrich syndrome protein, WASP）家族富含脯氨酸同源蛋白2（WASP/Verprolin homologous protein 2, WAVE2）、肌動(dòng)蛋白相關(guān)蛋白2/3（Actin related protein,Arp2/3）的表達(dá)[38]，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞侵襲和遷移。這些研究證明紫檀芪抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、基質(zhì)金屬蛋白酶以及多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路具有一定治療潛力，為控制腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移提供新的治療方式。

4 紫檀芪與腫瘤血管生成

血管生成是促血管生長(zhǎng)因子和內(nèi)源性抗血管生成因子協(xié)調(diào)作用的復(fù)雜過程，例如VEGF和血管抑素（angiostatin）、內(nèi)皮抑素（endostatin）。正常情況下二者處于平衡狀態(tài)，而在腫瘤中平衡被打破，激活血管系統(tǒng)，使血管生成過度，例如有血管生成的腫瘤細(xì)胞一般比非血管生成腫瘤細(xì)胞分泌更多的VEGF[21]。研究表明，PI3K/AKT/mTOR通路促進(jìn)血管生成并在大多數(shù)人體腫瘤中激活，活化的PI3K激活A(yù)KT，進(jìn)而磷酸化結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物蛋白2（tuberous sclerosis complex-2, TSC-2），抑制TSC-1/TSC-2復(fù)合物生成，從而解除對(duì)Ras蛋白腦組織同源類似物（Ras homology enriched in brain, Rheb）的抑制作用，激活mTOR復(fù)合物1（mTOR complex 1, mTORC1），進(jìn)而抑制真核起始因子4E結(jié)合蛋白1（eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1, 4E-BP1），解除對(duì)真核起始因子4E（eukaryotic translation initiation factor 4E, eIF-4E）的抑制，促進(jìn)缺氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia inducible factor 1α, HIF1α）表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)VEGF表達(dá)，VEGF可與血管內(nèi)皮細(xì)胞作用，增加血管通透性并促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，促進(jìn)血管生成[21]，而經(jīng)紫檀芪處理的膀胱癌細(xì)胞中AKT和mTOR活性降低，抑制上述過程，進(jìn)而抑制腫瘤血管再生[13]。此外，紫檀芪處理腦內(nèi)轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞時(shí)，通過降低c-Met mRNA表達(dá)抑制c-Met，進(jìn)而抑制MAPK，降低IL-1β表達(dá)，從而顯著抑制IL-8和趨化因子（c-x-c基序）配體1（chemokine (C-X-C motif) ligand 1, CXCL1）表達(dá)，并抑制IL-8和CXCL1介導(dǎo)的白細(xì)胞介素8/c-x-c趨化因子受體1（interleukin (IL)-8/C-X-C chemokine receptor 1, CXCR1）信號(hào)通路，最終抑制血管生成[17]。目前有關(guān)紫檀芪在腫瘤血管生成方面作用的研究較少，其作用機(jī)制仍需進(jìn)一步闡明。

5 紫檀芪與腫瘤干細(xì)胞

研究發(fā)現(xiàn)，紫檀芪處理能夠減少經(jīng)γ射線（5 Gy）照射后肝細(xì)胞癌CD133（+）Mahlavu細(xì)胞中腫瘤干細(xì)胞富集，預(yù)防腫瘤球形成，減少干性基因表達(dá)，增加CD133（+）Mahlavu腫瘤干細(xì)胞凋亡并抑制其侵襲和遷移特性[39]。在乳腺腫瘤干細(xì)胞中，紫檀芪可減少hedgehog蛋白表達(dá)從而抑制其與跨膜受體patched相互作用釋放smoothened蛋白，進(jìn)一步抑制PI3K和AKT，因而降低糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β, GSK-3β）蛋白磷酸化，進(jìn)而增加β-catenin磷酸化并促進(jìn)其降解，因而導(dǎo)致下游c-Myc和cyclin D1蛋白表達(dá)下降并降低細(xì)胞表面抗原CD44表達(dá)，最終抑制乳腺腫瘤干細(xì)胞干性[22]。在高侵襲性乳腺癌MDA-MB-231-luc-D3H2LN細(xì)胞系中，紫檀芪增加miR-143和miR-200c的表達(dá)，導(dǎo)致Ago2表達(dá)增加，進(jìn)而抑制乳腺癌細(xì)胞干細(xì)胞特性[15]；紫檀芪增加多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤中miR-205表達(dá)，導(dǎo)致葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（78 kDa glucose regulated protein, GRP78）蛋白表達(dá)下降，進(jìn)而抑制膠質(zhì)瘤干細(xì)胞特性同時(shí)增加放療敏感性[23]；紫檀芪通過增加miR-448數(shù)量下調(diào)NF-κB表達(dá)，并抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化調(diào)控蛋白Twist1和vimentin以及增加E-cadherin表達(dá)，進(jìn)而抑制M2型腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的腫瘤干細(xì)胞增多和乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移特性[24]。值得注意的是，腫瘤微環(huán)境中的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞在促進(jìn)炎癥、增殖、免疫編輯和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化以及隨后的轉(zhuǎn)移中發(fā)揮關(guān)鍵作用[25]，提示以其為靶向的新的癌癥治療方法。Huang等[25]發(fā)現(xiàn)，紫檀芪通過下調(diào)附膜蛋白粘蛋白1（mucin 1, MUC1）、NF-κB、β-catenin、Sox2和CD133降低M2型腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)的肺癌細(xì)胞中腫瘤干細(xì)胞的百分比，并且抑制腫瘤干細(xì)胞的自我更新能力。

6 展望

紫檀芪可通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移、抑制血管生成以及腫瘤干細(xì)胞活性等發(fā)揮抗腫瘤作用。值得注意的是，在誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡過程中，紫檀芪誘導(dǎo)的自噬可發(fā)揮促進(jìn)和抵抗凋亡兩種不同作用[4]，然而其分子機(jī)制尚未闡明，仍需進(jìn)一步深入研究。紫檀芪具有顯著的抗炎作用，可以抑制皮膚、胰腺和結(jié)腸等器官組織的炎癥損傷，而炎癥在促進(jìn)腫瘤進(jìn)展中具有重要作用[40]，但紫檀芪的抗炎作用在腫瘤治療及其機(jī)制方面的研究在國(guó)內(nèi)外尚未見報(bào)道，值得深入研究。此外，腫瘤干細(xì)胞的存在能夠啟動(dòng)和維持腫瘤生長(zhǎng)[24]，而紫檀芪可減少腫瘤干細(xì)胞形成并抑制其腫瘤特性和干細(xì)胞特性，為腫瘤治療提供新的開發(fā)治療劑和未來藥物的線索。此外，研究[2]發(fā)現(xiàn)紫檀芪具有抑制細(xì)胞色素P450 CYP1A1和CYP1B1催化活性以及清除過氧自由基的作用，從而保護(hù)正常細(xì)胞對(duì)抗致癌物的作用，因此紫檀芪除具有抗腫瘤作用外，還具有預(yù)防癌癥發(fā)生作用。盡管目前大多可獲得數(shù)據(jù)表明紫檀芪具有藥理活性且無顯著毒性作用，但仍需要更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐R床實(shí)驗(yàn)，將體外發(fā)現(xiàn)與體內(nèi)生物利用相聯(lián)系，才能將飲食或治療劑量的紫檀芪標(biāo)準(zhǔn)化為不同的療法。因此，紫檀芪的抗腫瘤作用機(jī)制及其生物安全性仍需進(jìn)一步深入研究。