袁甜，崔琳琳，李國玉，王洋，李洋

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)藥學(xué)院(藥物工程技術(shù)研究中心)，黑龍江 哈爾濱 150076)

古籍中把冬蟲夏草、人參和鹿茸并稱為三寶，冬蟲夏草最早記載于《本草從新》中，公元780年在《藏蟲草》中指出冬蟲夏草“潤肺、補(bǔ)腎”功能。冬蟲夏草藥性平和，補(bǔ)肺、強(qiáng)腎和益精氣等功效，最近的研究多集中在冬蟲夏草的提取物蟲草素上。蟲草素[1](COR)分子式為C10H13N5O3，熔點231℃，紫外最大吸收波長259 nm,蟲草素比腺苷少一個3′-羥基基團(tuán)(見圖1)，能溶于水，熱乙醇和甲醇，不溶于乙醚氯仿。蟲草素隸屬于肉座目、子囊菌綱、麥角菌科的食藥用菌科復(fù)合型真菌。其繁殖包括有性和無性兩個階段。蟲草素通過刺激腺苷作為受體，抑制絲氨酸/蘇氨酸激酶(GSK)-3β和抑制細(xì)胞周期蛋白D1，還可抑制血小板聚集，抑制金屬蛋白酶-2(MMP-2)和金屬蛋白酶-9(MMP-9)，加速分泌抑制金屬蛋白酶組織抑制因子(TIMP-1,TIMP-2)。

圖1 腺苷及蟲草素的結(jié)構(gòu)式

1 代謝途徑

蟲草素進(jìn)入體內(nèi)，易被腺苷酸脫氨酶脫氨，轉(zhuǎn)化成之前所認(rèn)為的無活性產(chǎn)物(3′-脫氧肌苷)，最新研究表明[2],3′-脫氧肌苷在哺乳動物中可轉(zhuǎn)化為有活性的蟲草苷，圖2所展示的是蟲草素代謝途徑與蟲草素的磷酸化形式，今后的候選藥物可以參照這一循環(huán)。GPRCRs在蟲草素代謝中發(fā)揮重要作用。解決蟲草素易脫氨的問題可以通過以下3方面著手：1)制備成蟲草素納米金復(fù)合物；2)使用腺苷脫氨酶抑制劑與蟲草素聯(lián)用；3)對蟲草素進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。

圖2 蟲草素代謝途徑

2 藥理作用

蟲草素(3′-脫氧腺苷，COR)，COR通過抑制mRNA聚腺苷酸化，并調(diào)節(jié)與各種細(xì)胞過程[3-5]，具有抗癌(凋亡和自噬誘導(dǎo))[6-7]、抗白血病干細(xì)胞、抗炎、抗氧化劑、抗病原、殺蟲、抗高血脂、抗肝毒性、抗纖維化和神經(jīng)保護(hù)活性、皮膚光老化保護(hù)、骨骼肌疲勞抑制、防止缺血/再灌注引起的損傷和骨骼保護(hù)等藥理作用。

2.1 抗腫瘤

癌癥是一種惡性腫瘤，由良性腫瘤經(jīng)過胚胎細(xì)胞，間充質(zhì)干細(xì)胞，成纖維細(xì)胞，纖維細(xì)胞和惡性腫瘤細(xì)胞等過程形成的，腫瘤的性質(zhì)不僅由腫瘤細(xì)胞控制也由腫瘤細(xì)胞微環(huán)境控制，其中包括巨噬細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、炎癥細(xì)胞等。蟲草素抗腫瘤涉及到苷酸活化蛋白激酶(AMPK)、核因子激活的B細(xì)胞的κ-輕鏈增強(qiáng)(NF-κB)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、PI3K/Akt、金屬蛋白酶(MMP)和半胱氨酸蛋白酶(Caspase)等信號通路[8-10](見圖3)。COR主要通過以下幾種方式發(fā)揮抗腫瘤作用：1)COR 通過磷酸化，與ATP(三磷酸腺苷)結(jié)構(gòu)高度相似，酶也會錯誤地將COR識別為腺苷，這會導(dǎo)致嘌呤代謝異常。2)COR取代ATP，來抑制靶向蛋白激酶。3)COR直接激活蛋白激酶，例如AMPK，可能是因為AMP/ATP比率增加。4)COR中斷mRNA聚腺苷酸化，是因為PolyA(聚合酶)錯誤識別為ATP。COR具有作為配體抑制RNA延伸和轉(zhuǎn)錄。5)通過各種信號途徑的糖皮質(zhì)激素影響抗炎和抗氧化劑。凋亡抑制，mTOR抑制和細(xì)胞周期阻滯，通過GPCR/PKC信號通路抑制腫瘤生長。

圖3 蟲草素治療各個通路

2.2 抗白血病

Wang[11]用200 μmol/L COR處理(THP-1)急性單核細(xì)胞白血病細(xì)胞24 h后，凋亡細(xì)胞的百分比顯著增，發(fā)現(xiàn)COR通過下調(diào)Bcl-2，Akt1，Akt2和Akt3的水平，并提高Bax的表達(dá)，p-Akt和p-ERK的蛋白水平受到抑制，Caspase-3裂解增加，COR通過下調(diào)ERK/Akt信號傳導(dǎo)來誘導(dǎo)(THP-1)急性單核細(xì)胞白血病細(xì)胞凋亡。Liang等[12]發(fā)現(xiàn)蟲草素減少了U937和K562細(xì)胞中的CD34(+)CD38(-)細(xì)胞，并通過白血病和間充質(zhì)基質(zhì)/干細(xì)胞(MSC)中的自分泌和旁分泌調(diào)節(jié)誘導(dǎo)Dkk1表達(dá)。蟲草素抑制白血病細(xì)胞與MSCs的結(jié)合，下調(diào)白血病中的N-鈣黏著蛋白和MSCs中的VCAM-1表達(dá)，破壞白血病干細(xì)胞(LSCs)和基質(zhì)結(jié)合，是一種潛在的抗白血病治療劑。Liao等[13]發(fā)現(xiàn)蟲草素促進(jìn)p53的表達(dá)，從而促進(jìn)了細(xì)胞色素C從線粒體到細(xì)胞質(zhì)的釋放，細(xì)胞色素C可以激活Caspase-9并觸發(fā)固有的細(xì)胞凋亡和DNA損傷，從而引發(fā)NB-4和U937細(xì)胞周期停滯和凋亡。Shi等[14]研究蟲草素可以使白血病細(xì)胞停在G1期。Lu等[15]研究表明蟲草素通過鈣誘導(dǎo)途徑誘導(dǎo)紅細(xì)胞凋亡。

2.3 抗肝癌

Guo等[16]發(fā)現(xiàn)蟲草素通過阻止NF-κβ的活化來抑制P65的核易位，導(dǎo)致CXCR4表達(dá)下調(diào)，使肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力受損。Lin等[17]發(fā)現(xiàn)在用蟲草素(WECM)處理12 h的(SCC-4)肝癌細(xì)胞中觀察到氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙(線粒體裂變)，發(fā)現(xiàn)蟲草素使細(xì)胞周期停滯在G2/M期，從而抑制(SCC-4)肝癌細(xì)胞的活力。Bi等[18]建立了平均大小為125.3 nm，藥物封裝率為65.3%的轉(zhuǎn)鐵蛋白綴合脂質(zhì)體，將蟲草素遞送至肝癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)增加活性氧的產(chǎn)生并引起肝癌細(xì)胞線粒體跨膜去極化[19]。蟲草素通過調(diào)控Bcl-2家族蛋白，從而誘導(dǎo)(HepG2)肝癌細(xì)胞凋亡。

2.4 抗前列腺癌

Lee等[20]實驗表明蟲草素通過調(diào)節(jié)P13K/AKt途徑來抑制金屬蛋白酶MMP-2、MMP-9的表達(dá)，還可以提高金屬蛋白酶抑制劑TIMP-1、TIMP-2的表達(dá)，激活將細(xì)胞停止在G1期，線粒體電勢喪失來發(fā)揮抑制(LNCaP)前列腺癌細(xì)胞的作用。Choi等[21]發(fā)現(xiàn)蟲草素通過激活Caspase-3和Caspase-9(而非Caspase-8)的蛋白水解，聚合酶降解，線粒體膜電位(MMP)喪失，Bax/Bcl-2(或Bcl-xl)比增加，下調(diào)凋亡蛋白(TAP)家族抑制劑，Bax構(gòu)象變化以及細(xì)胞色素C釋放，從而誘導(dǎo)PC-3(人前列腺癌細(xì)胞)凋亡。Lee等[22]發(fā)現(xiàn)蟲草素通過增加促凋亡Bax的劑量和減少抗凋亡Bcl-2的劑量，從而觸發(fā)線粒體膜電位的崩潰以及Caspase-9和Caspase-3的激活來發(fā)揮抗(LNCaP)前列腺癌細(xì)胞的作用。

2.5 抗口腔癌

Ho等[23]發(fā)現(xiàn)蟲草素在治療口腔鱗狀細(xì)胞癌(OSCC)細(xì)胞中，誘導(dǎo)ATG5和p21上調(diào)，使細(xì)胞停滯在S、G2/M期，發(fā)揮抑制口腔鱗狀細(xì)胞癌(OSCC)增殖的作用。Nai等[24]通過DNA直方圖分析發(fā)現(xiàn)蟲草素延長了DNA雙鏈斷裂的時間，蟲草素與RT結(jié)合可延長RT誘導(dǎo)的(OSCC)口腔鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞阻滯在G2/M期阻滯，從而增強(qiáng)OSCC細(xì)胞放射敏感性。Lin等[25]發(fā)現(xiàn)蟲草素造成線粒體功能障礙(線粒體裂變)，抑制SCC-4口腔癌細(xì)胞的細(xì)胞活力，并使細(xì)胞周期停滯在G2/M期。Hsu等[26]發(fā)現(xiàn)蟲草素可通過抑制EGFR和IL-17RA信號，并增強(qiáng)抗腫瘤免疫力，來抑制口腔癌小鼠模型中的腫瘤生長和惡性轉(zhuǎn)化。

2.6 抗宮頸癌

Tania等[27]發(fā)現(xiàn)蟲草素通過降低Cdk-2、Cyclin-E1和Cyclin-A2的表達(dá)，產(chǎn)生ROS誘導(dǎo)細(xì)胞停滯在S期，控制(SiHa和HeLa)宮頸癌細(xì)胞的生長，增加其凋亡率。Yu等[28]發(fā)現(xiàn)蟲草素誘導(dǎo)p53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期檢查點分子表達(dá)的調(diào)節(jié)，使G2/M階段HeLa細(xì)胞的數(shù)量增加，發(fā)揮抗宮頸癌細(xì)胞系(ME180和HeLa細(xì)胞)的作用。Kaokaen等[29]發(fā)現(xiàn)蟲草素通過增加ROS的產(chǎn)生和減少蛋白質(zhì)的分泌來抑制(HSC-4)口腔鱗癌細(xì)胞的生長。

2.7 抗乳腺癌

Liu等[30]發(fā)現(xiàn)用120 μmol/L蟲草素培養(yǎng)乳腺癌細(xì)胞24可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與抑制轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)蟲草素通過提高PUMA、CYTO-C、FAS、DR4/5裂解Caspase-3，降低Bcl-2，XIAP和PDGFR-α，上調(diào)E-鈣黏蛋白和下調(diào)和N-鈣黏蛋白，從而發(fā)揮抗乳腺癌的作用。Lee等[31]蟲草素(25、50 μmol/L)處理MCF-7人乳腺癌細(xì)胞處發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜膜起泡，細(xì)胞收縮和細(xì)胞凝結(jié)比未處理的正常細(xì)胞的數(shù)量，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)蟲草素增加Caspase-7、Caspase-8和Caspase-9的裂解和Bax/Bcl-2蛋白在MCF-7細(xì)胞中的表達(dá)率，從而發(fā)揮抗乳腺癌作用。Dong等[32]發(fā)現(xiàn)蟲草素通過Nrf2/HO-1/ROS通路增加乳腺癌細(xì)胞的輻射敏感性，促進(jìn)了(MCF-7和MDA-MB-231)乳腺癌細(xì)胞的G2/M阻滯和凋亡。蟲草素[33]處理4 h可以抗(MCF-7)乳腺癌細(xì)胞的增殖是通過p53激活實現(xiàn)的。

2.8 抗炎與抗氧化

蟲草素已被證明在不同的細(xì)胞中都表現(xiàn)出抗炎活性[34-35]，這一作用歸因于蟲草素保護(hù) IKB-α免于被降解,抑制NF-kB[36-37]及MAPK失活，導(dǎo)致炎癥因子PEG2、COX-2、IL-1B，TNF-α下調(diào)，白細(xì)胞介素上調(diào)。蟲草素通過調(diào)節(jié)抗氧化酶降低丙二醛(MDA)水平激活(SOD)超氧化物歧化酶和(GSH-Px)谷胱甘肽過氧化物酶，Wang等[38]在小鼠模型中，濃度為10 mg/kg的蟲草素能抑制胸腺和脾腫脹，通過免疫組織化學(xué)法檢測，蛋白質(zhì)印跡檢測蛋白質(zhì)表達(dá)或磷酸化，并通過熒光成像表明，蟲草素抑制T細(xì)胞增殖，減少IL-2產(chǎn)生并誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡，這些發(fā)現(xiàn)表明蟲草素調(diào)節(jié)TCR信號傳導(dǎo)以抑制炎癥中過度的T細(xì)胞活化。因此，蟲草素可能是炎癥相關(guān)疾病的潛在治療應(yīng)用。

2.9 其他

Li等[39]發(fā)現(xiàn)蟲草素通過通過激活Caspase-3，Caspase-9和細(xì)胞色素C誘導(dǎo)凋亡，靶向FGFR2和阻斷阻斷FGFR/Ras/ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抗胰腺癌細(xì)胞生長。Zheng[40]蟲草素進(jìn)一步在mRNA和蛋白質(zhì)水平上誘導(dǎo)Bax，Caspase-3，Caspase-9和Caspase-12上調(diào)，同時下調(diào)抗凋亡Bcl-2的表達(dá)。Xu等[41]證明蟲草素通過MAPK/ERK途徑誘導(dǎo)食管癌細(xì)胞阻滯G2/M期阻滯和凋亡。改善帕金森[42],抑制乳腺癌[43]，抑制核糖核酸的合成，蟲草素對血管平滑肌細(xì)胞的抑制作用，改善記憶，抗衰老，對人類脊髓灰質(zhì)炎病毒[44]，煙草花葉病毒[45]，丙型肝炎病毒，大腸桿菌，白色念珠菌[46-47]。可抑制皮膚光老化與成纖維化[48-49]，還可抑制皮炎[50]，蟲草素具有很好的藥用價值。還可以抑制心肌梗死[51]，腦缺血性損傷[52]，抑制脂肪生成和酒精誘導(dǎo)的肝毒性[53-54]，抑制高脂血癥[55-56]等藥理作用[57-59]。

3 總結(jié)與展望

蟲草素在治療人類疾病中有較高的藥用潛力，尤其在抗腫瘤與炎癥方面已取得令人滿意的成果。蟲草素的優(yōu)勢是：1)蟲草素在肝癌、肺癌和乳腺癌等方面具有突出的治療效果；2)是廣譜抗菌藥，耐藥性高，有較強(qiáng)的抗菌效果；3)近年來在食品，藥妝等方面也有新的應(yīng)用。目前面臨的挑戰(zhàn)是：1)大規(guī)模生產(chǎn)蟲草素需要嚴(yán)格的發(fā)酵條件；2)蟲草素在體內(nèi)代謝易脫去氨基；3)蟲草素在體內(nèi)需要磷酸化過程。面對這一形式我們可以通過新技術(shù)來推進(jìn)研究步伐，其中新技術(shù)包括：現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)，代謝組學(xué)技術(shù)，分子對接技術(shù)，高通量篩選結(jié)合納米級[60-61]藥物模擬合成系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)，通過技術(shù)手段來加快蟲草素的研發(fā)與應(yīng)用勢在必得。