史勝利,徐會敏,馬利剛,鄭曉珂,安 娜,武慧敏

河南中醫(yī)藥大學,鄭州 450046

小白菊內(nèi)酯(parthenolide)是小白菊(Tanacetumparthenium)和艾菊(TanacetumvulgareL.)等藥用植物的重要活性成分,屬倍半萜內(nèi)酯類化合物,分子式為C15H20O3(見圖1),相對分子質(zhì)量為248.3,可用于治療炎癥和風濕等疾病,還可通過抑制上皮間充質(zhì)化(EMT)、阻滯細胞周期、誘導細胞凋亡和自噬等多種機制抗腫瘤。本文對近年來小白菊內(nèi)酯及其衍生物抗肝癌與胰腺癌等多種實體瘤機制的研究進展進行綜述,為小白菊內(nèi)酯抗腫瘤研究和應用提供參考。

圖1 小白菊內(nèi)酯及其衍生物的分子結構

1 肝癌

1.1 小白菊內(nèi)酯抗肝癌機制

①小白菊內(nèi)酯通過刺激細胞產(chǎn)生活性氧(ROS),誘導細胞自噬、死亡,也可阻滯細胞于G1/S期,抑制SMMC 7721肝癌細胞和BT549乳腺癌細胞增殖[1-2]。②抑制核因子κB(NF-κB)活性、P-糖蛋白(P-gp)、多耐藥相關蛋白(MRP)、B細胞淋巴瘤/白血病-2蛋白(Bcl-2)和Wnt家族配體1(Wnt1),增加p53表達,逆轉BEL-7402/5-氟尿嘧啶(5-Fu)細胞對5-Fu的耐藥性,抑制其增殖[3]。③下調(diào)Bcl-2及細胞增殖基因Ki-67表達,上調(diào)caspase-3、caspase-9、p53和Bcl-2相關X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)蛋白表達,誘導其自噬和凋亡,抑制HepG2細胞增殖[4]。④上調(diào)p53、p27和p21表達,下調(diào)細胞周期蛋白D1(cyclin D1)與E1(cyclin E1)表達,阻滯HepG2細胞于G1期,升高細胞內(nèi)ROS水平,使線粒體膜電位下降,導致其功能障礙。上調(diào)caspase-3、caspase-9、凋亡誘導因子(AIF)、巨噬細胞遷移抑制因子(MIF)等蛋白表達,下調(diào)Fas相關死亡區(qū)域樣白細胞介素-1β轉換酶抑制蛋白(FLIP),使聚ADP核糖聚合酶1(PARP-1)裂解而失活,誘發(fā)AIF介導細胞凋亡。⑤上調(diào)微管相關蛋白輕鏈3A/B(LC3 A/B)和自噬相關基因6(Atg6)同源蛋白Beclin-1,下調(diào)自噬蛋白p62表達,誘導HepG2細胞自噬,抑制其增殖、遷移[5]。上調(diào)caspase-3表達,降低NF-κB表達,阻滯細胞于G0/G1期,誘導HepG2細胞凋亡,抑制其增殖[6-7]。⑥共價修飾Janus激酶2(JAK2)的Cys178、Cys243、Cys335和Cys480等半胱氨酸殘基,阻斷信號轉導及轉錄激活因子3(STAT3)信號通路。⑦抑制白細胞介素-6(IL-6)誘導的癌細胞遷移,抑制因STAT3異常激活而致的HepG2細胞增殖,也可用相似方式作用于腫瘤細胞內(nèi)其它JAKs激酶[8]。⑧升高Ca2+水平,激活caspase-3、caspase-9,上調(diào)微管相關蛋白輕鏈3 Ⅱ(LC3 Ⅱ)和Beclin-1蛋白表達,升高ROS水平,降低線粒體膜電位及谷胱甘肽(GSH)水平,下調(diào)長型FLIP(FLIPL)、短型FLIP(FLIPS)和p62蛋白表達,誘發(fā)HepG2細胞凋亡和自噬[9]。

1.2 衍生物抗肝癌機制

衍生物1抗腫瘤活性約為小白菊內(nèi)酯的5.8倍:①抑制多藥耐藥1基因(MDR1)、三磷酸腺苷(ATP)結合盒式亞家族C成員1(ABCC1)和ATP結合盒G亞家族成員2轉運蛋白(ABCG2),逆轉Bel-7402/5-Fu腫瘤細胞對5-Fu的耐藥性。②上調(diào)Bax與B細胞淋巴瘤/Bcl-2相互作用的細胞死亡中介物(Bim)表達,下調(diào)Bcl-2和B細胞淋巴瘤/白血病xl(Bcl-xl)表達,升高細胞色素C(Cyt C)水平,激活caspase-3、caspase-9,誘發(fā)線粒體介導的Bel-7402/5-Fu細胞凋亡[10]。

2 乳腺癌

2.1 小白菊內(nèi)酯抗乳腺癌機制

在MDA-MB-231三陰性乳腺癌(TNBC)細胞中,microRNA-29b-1-5p過表達增加ROS,抑制細胞生長,而核因子NF-E2相關因子(Nrf2)可下調(diào)microRNA-29b-1-5p表達。Nrf2激活可減少ROS,刺激細胞生長。①小白菊內(nèi)酯可誘導microRNA-29b-1-5p表達,抑制蛋白激酶B(PKB or Akt)致Nrf2失活,抑制DNAN-甲基轉移酶1/3A/3B(DNMT1/3A/3B)、結合珠蛋白家族3A成員1(HIN1)、Ras關聯(lián)域家族成員1(RASSF1A)和cyclin D2等表達,升高ROS水平,抑制癌細胞增殖[11]。②共價修飾黏著斑激酶1(FAK1)的Cys427,抑制FAK1活性及三磷酸肌醇激酶(PI3K)的磷酸化,干擾Akt/蛋白激酶C(PKC)信號通路,抑制MDA-MB-231細胞增殖和遷移[12]。③抑制波形蛋白基因(Vim)表達,降低延長因子α1(EFLα1)蛋白水平,使細胞阻滯于G0/G1期,誘導其凋亡,抑制腫瘤細胞遷移[13]。④促進同源性磷酸酶-張力蛋白(PTEN)表達,降低PI3K、Akt和Bcl-2表達,升高caspase-3表達,誘導MCF-7和MDA-MB-231腫瘤細胞凋亡,抑制其增殖[14]。⑤升高自噬調(diào)節(jié)因子LC3 Ⅱ蛋白表達,使細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)發(fā)生磷酸化而活化,激活ERK/絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路,使MCF-7細胞自噬[15]。⑥與c-myc原癌基因啟動子的G-四鏈體結構結合,抑制c-myc轉錄和表達,抑制MCF-7細胞增殖和遷移[16]。⑦與NF-κB抑制因子(IκB)激酶(IKK)結合可抑制IκBα分解,阻礙NF-κB途徑;降低組蛋白脫乙?；?HDAC)活性,下調(diào)缺氧誘導因子1α(HIF-1α)表達。通過上述2種作用,小白菊內(nèi)酯下調(diào)HIF-1α表達,抑制MDA-MB-231-BCRP細胞增殖[17]。

2.2 衍生物抗乳腺癌機制

①衍生物2(dimethylaminoparthenolide,DMAPT)可激活NADPH氧化酶(NOXs),減少腫瘤干細胞(CSCs)內(nèi)抗氧化物和游離的NADPH。使Nrf2蛋白泛素化而降解,降低其含量,下調(diào)錳-超氧化物歧化酶(MnSOD)和過氧化氫酶(catalase)等抗氧化酶類表達,過度消耗硫醇,使羥自由基、超氧陰離子和H2O2等水平升高,導致線粒體功能障礙,誘使MDA-MB-231細胞壞死[18]。②衍生物3和衍生物4對MDAMB-231、SUM159、BT574和4T1等腫瘤細胞的抑制率是小白菊內(nèi)酯的15倍。衍生物3(DMOCPTL)升高Bax和Bim水平,釋放Cyt c至細胞質(zhì),激活caspase-9,阻滯細胞于G1期,誘導SUM-159細胞凋亡[19]。與谷胱甘肽過氧化物酶4(GPX4)蛋白結合,使其泛素化,上調(diào)早期生長反應因子1(EGR1)表達,誘發(fā)線粒體介導的TNBC細胞凋亡,且對正常細胞無明顯毒性[20]。③衍生物5(1β,10α-Epoxyparthenolide)可抑制TNF-α,下調(diào)p65和X染色體連鎖凋亡抑制蛋白(XIAP)表達,阻止NF-κB激活,阻斷NF-κB信號通路,抑制MDA-MB-468、MDA-MB-231、AGS、HCT116和Hela等腫瘤細胞增殖[21]。④衍生物6及水溶性衍生物7結合于IKKβ上的不同位點。衍生物6與IKKβ的激酶結構域(KD)結合,阻斷Ser181磷酸化,使IKKβ的IκB激酶γ亞基(IKKγ或NEMO)結合位點的α-螺旋解構,抑制IKKβ活化,抑制IκB和p65磷酸化。衍生物7與IKKβ亞基的激酶結構域(KD)和骨架/二聚體結構域(SDD)位點之間的連接處結合,阻止IKKβ寡聚化和激活。衍生物6和衍生物7均可抑制IKKβ介導的IκB和p65磷酸化,阻止NF-κB從IκB(p65/p50)復合物中釋放,降低NF-κB與DNA的結合能力,抑制NF-κB活化,使組成性IκBα蛋白水平升高,抑制TMD-231乳腺癌細胞增殖和遷移。此外,衍生物6可降低GSH水平而誘發(fā)氧化應激,抑制細胞增殖,但效果不如小白菊內(nèi)酯。衍生物7則無此作用[22]。⑤利用氮雜共軛加成法,抗癌藥物阿糖胞苷(cytarabine)或美法侖(melphalan)與小白菊內(nèi)酯a-亞甲基-C-內(nèi)酯基反應,分別合成的衍生物8(parthalan)和衍生物9(parthabine)對MCF-7、LNcaP和HepG2等腫瘤的細胞毒性強于小白菊內(nèi)酯、阿糖胞苷或美法侖,但其具體作用機制尚不清楚[23]。

3 結直腸癌(CRC)

小白菊內(nèi)酯抗CRC機制:細胞內(nèi)低氧環(huán)境可活化NF-κB,激活HIF-1α信號通路,促進腫瘤組織血管再生和EMT。①小白菊內(nèi)酯下調(diào)HIF-1α并促使其降解,抑制IκBα和NF-κB磷酸化而使其失活,阻斷PI3K/Akt和MAPK途徑,降低葡萄糖轉運蛋白1(GLUT1)和己糖激酶2(HK 2)表達,使糖酵解減速,使腫瘤細胞對缺氧環(huán)境敏感,抑制腫瘤組織血管再生和EMT,啟動細胞凋亡,抑制HT-29、DLD-1和HCT116等腫瘤細胞增殖和遷移[24]。②下調(diào)E-鈣黏蛋白(E-cadherin)、β-連環(huán)蛋白(β-catenin)、波形蛋白(vimentin)、鋅指轉錄因子Snail、環(huán)氧合酶-2(COX-2)、基質(zhì)金屬蛋白酶2/基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-2/MMP-9)等蛋白表達,抑制腫瘤細胞遷移和侵襲。③下調(diào)Bcl-2和Bcl-xl表達,激活caspase-3,誘導其凋亡,抑制SW620細胞增殖[25]。④轉化生長因子-β(TGF-β)抑制早期腫瘤增殖,而在腫瘤晚期,TGF-β則誘導腫瘤細胞轉移。TGF-β1誘導EMT是CRC細胞遷移和侵襲的機制之一。小白菊內(nèi)酯增強E-cadherin表達,抑制β-catenin、vimentin、Snail和Snail2(Slug)等EMT標志蛋白表達,抑制TGF-β1誘導的HT-29和SW480結腸癌EMT,雖不能誘導HT-29細胞凋亡卻可抑制其增殖,但不影響SW480細胞增殖[26]。⑤過量表達Sma和Mad相關蛋白(Smad4)可抑制MDR1表達,使小白菊內(nèi)酯在HCT-116、HT-29和Caco-2等細胞內(nèi)累積,促進caspase-3和Bax表達,抑制Bcl-2表達及NF-κB p65磷酸化,逆轉腫瘤細胞對小白菊內(nèi)酯的耐藥性,誘導其凋亡,抑制腫瘤細胞增殖和遷移[27]。⑥核糖體蛋白(RPL10)可特異性結合p65和IKKγ,調(diào)節(jié)其在細胞中的翻譯和表達,干擾NF-κB信號通路,影響細胞代謝。小白菊內(nèi)酯與RPL10結合,抑制T細胞因子4(TCF4)/淋巴增強因子1(LEF1)蛋白合成,阻斷Wnt/β-catenin信號通路,抑制HEK293細胞增殖。抑制裸角質(zhì)膜同源蛋白(NKD1),干擾Wnt信號通路,抑制SW480、Caco2和HT29等細胞增殖[28]。⑦下調(diào)NADPH氧化酶4(NOX4)表達,干擾PI3K/Akt信號通路,降低MMP-2/9、β-catenin和cyclin D1等蛋白水平,抑制SW480細胞增殖和侵襲[29]。⑧軸抑制基因-2(axis inhibitor-2,Axin2)和c-Myc是Wnt信號通路的2個重要靶基因,而β-catenin是Wnt信號通路的重要轉錄因子。小白菊內(nèi)酯共價修飾泛素特異性蛋白酶7(USP7)的Cys90、Cys315和Cys334等殘基,抑制其活性,阻滯細胞于G2/M期,下調(diào)Axin2和c-Myc表達,使β-catenin泛素化而加快降解,活化caspase-8、caspase-9,使多聚ADP-核糖聚合酶(PARP)裂解而失活,阻斷Wnt信號通路,誘導SW480細胞凋亡,抑制其增殖[30]。

4 甲狀腺癌

小白菊內(nèi)酯抗甲狀腺癌機制:①小白菊內(nèi)酯可降低線粒體膜電位,加速ROS合成,上調(diào)Bax表達,下調(diào)Bcl-2表達,加強氧化應激,抑制ATP合成,使氨基酸、膽堿和脂質(zhì)等物質(zhì)代謝失衡,減少能量供應,促進細胞凋亡,抑制TPC-1細胞增殖[31]。③上調(diào)LC3 Ⅱ和Beclin-1等凋亡蛋白的表達,抑制mTOR、PI3K和Akt表達及其磷酸化,干擾mTOR/PI3K/Akt信號通路,并上調(diào)Bax,下調(diào)Bcl-2,誘導MDA-T32和BCPAP腫瘤細胞自噬和凋亡[32-33]。④上調(diào)E-cadherin表達,下調(diào)vimentin、MMP-9、TGF-β、N-cadherin和p-Smad3等蛋白表達,遏制Smad3磷酸化,逆轉EMT,抑制TPC-1腫瘤細胞的增殖、遷移和侵襲[34]。

5 胰腺癌

5.1 小白菊內(nèi)酯抗胰腺癌機制

①小白菊內(nèi)酯可降低Bcl-2表達,升高Bax表達,使Bcl-2/Bax比例失衡,抑制Panc-1細胞的增殖、遷移和侵襲,促進其凋亡[35]。②降低cyclin D1水平,阻滯細胞于G1期,升高p62/sequestosome-1(SQSTM1)、Beclin-1和LC3 Ⅱ等自噬標志蛋白表達,激活caspase-3,失活PARP,誘導Panc-1細胞自噬和凋亡[36]。③抑制細胞周期蛋白激酶4(CDK4)和E-cadherin,下調(diào)MMP-2/MMP-9表達,抑制SW1990細胞遷移和侵襲[37]。

5.2 衍生物抗胰腺癌機制

衍生物2與RPL10結合后,降低其表達,致核糖體功能障礙,促進RPL10與p65或IKKγ直接結合,下調(diào)p65或IKKγ表達,抑制NF-κB信號通路,阻滯Panc-1細胞于S/G2期,誘導部分MiaPaca-2細胞凋亡[38]。

6 宮頸癌

小白菊內(nèi)酯抗宮頸癌機制:①小白菊內(nèi)酯可降低真核翻譯起始因子4E結合蛋白(4EBP1)水平,提高ROS水平,下調(diào)LC 3和p62蛋白表達,促進細胞自噬和凋亡,抑制Hela細胞增殖[39-40]。②上調(diào)caspase-3、Bax、Beclin-1和自噬相關基因5(Atg5)等蛋白,下調(diào)自噬相關基因3(Atg3)、Bcl-2和mTOR等蛋白,誘發(fā)線粒體介導細胞自噬和凋亡。③上調(diào)同源性磷酸酶-張力蛋白(PTEN)表達,下調(diào)PI3K和Akt表達,升高ROS水平,致線粒體去極化,誘導細胞自噬和凋亡,抑制Hela細胞增殖[41]。④降低Bcl-2和p-Akt等蛋白水平,升高Bax、caspase-3、caspase-8和PTEN等蛋白水平,抑制PTEN/Akt通路,促細胞凋亡,抑制宮頸癌Hela細胞增殖[42]。⑤小白菊內(nèi)酯與硒受損硫氧還蛋白還原酶衍生凋亡蛋白(SecTRAPs)類似,可作用于胞質(zhì)硫氧還蛋白還原酶1(TrxR1)和線粒體硫氧還蛋白還原酶2(TrxR2)的硒代半胱氨酸(Sec)殘基,抑制硫氧還蛋白還原酶(TrxRs),促進ROS積累和氧化型硫氧還蛋白的產(chǎn)生,致細胞抗氧化能力下降,誘導氧化應激介導細胞凋亡[43]。

7 前列腺癌

7.1 小白菊內(nèi)酯抗前列腺癌機制

①小白菊內(nèi)酯可抑制NF-κB,上調(diào)Bax表達,下調(diào)Bcl-2表達,誘導細胞凋亡,抑制PC-3細胞增殖[44]。②降低層黏連蛋白(laminin)、Ⅳ型膠原(collagen Ⅳ)、MMP-2和β1整聯(lián)蛋白(integrinβ1)的表達,抑制TRAMP細胞增殖和遷移[45]。

7.2 衍生物抗前列腺癌機制

①衍生物2可顯著降低MMP-2和層黏連蛋白的表達,抑制TRAMP腫瘤細胞增殖、遷移[45]。②抑制組成型或輻射誘導的NF-κB,阻止修復斷裂雙鏈DNA,增加X射線對腫瘤細胞的殺傷,誘導其凋亡,抑制PC-3和DU145等腫瘤細胞增殖[46]。③降低正常組織中的氧化應激水平,降低輻射誘導的細胞凋亡。但在C57BL/6J小鼠和轉基因前列腺癌小鼠(TRAMP)細胞中,衍生物2可提高細胞氧化應激水平,誘導其凋亡[47]。

8 胃癌

小白菊內(nèi)酯抗胃癌機制:①小白菊內(nèi)酯下調(diào)NF-κB p65的轉錄和翻譯,抑制SGC-7901/DDP細胞增殖[48]。②上調(diào)細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1(CDKN1)、caspase-3、caspase-9、Bax和p53等表達,下調(diào)cyclin D1、Bcl-2和Bcl-xl等表達,失活STAT3,干擾STAT3信號通路,阻滯SGC-7901/DDP細胞于G1期,誘導其凋亡,抑制其增殖、遷移和侵襲[49]。③下調(diào)cyclin D1和Cyclin E1等表達,阻滯細胞于G1期,上調(diào)caspase-3、caspase-8、caspase-9、p53和p21等蛋白表達,升高ROS水平,顯著增加細胞凋亡率。④下調(diào)c-Myc、E2F1和NF-κB等核蛋白,降低p-STAT3蛋白水平,干擾STAT3-c-Myc-E2F1軸,抑制BGC-823細胞增殖[50]。⑤上調(diào)葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)、生長抑制和DNA損傷誘導基因153(GADD153)等表達,下調(diào)Bcl-2表達,誘導GIST細胞凋亡。⑥升高活化的GRP78-水平,增多IER1、PERK、ATF6等3種膜蛋白的解離,使GADD153表達增加,隨后被激活并轉運至細胞核,增強內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激(ERS),誘導GIST細胞凋亡,抑制其增殖[51-52]。

細胞內(nèi)信號分子功能或含量異常,以及信號通路失調(diào)會導致細胞增殖或凋亡異常,是細胞癌變的重要機制,不同類型腫瘤細胞內(nèi)發(fā)生異常的信號通路也不盡相同[53]。作為一種潛在的廣譜、高效和低毒的抗腫瘤新藥,小白菊內(nèi)酯可作用于NF-κB、STAT3、PI3K、TGF-β、Smad4、p53和MAPK等多種信號通路(見表1),其亞甲基γ-內(nèi)酯環(huán)和環(huán)氧基團能與生物靶點相互作用,誘導細胞氧化應激,發(fā)揮抗腫瘤作用。

表1 小白菊內(nèi)酯及衍生物的作用靶點及抗腫瘤機制

小白菊內(nèi)酯因其在體內(nèi)溶解度低而影響其藥效發(fā)揮。為改善其藥效,用多種方法對其結構進行修飾,產(chǎn)生多種衍生物[54]。這些衍生物可作用于腫瘤增殖相關蛋白,如衍生物1可抑制MDR1、ABCC1、ABCG2、Bcl-2和Bcl-xl等蛋白表達,上調(diào)Bax和Bim表達,升高Cyt C水平,激活caspase-3、caspase-9,誘導Bel-7402/5-Fu細胞凋亡,逆轉其耐藥性。衍生物2、5、6、7均可抑制NF-κB信號通路,抑制MDA-MB-468和TMD-231等腫瘤細胞的增殖、遷移。衍生物3可上調(diào)Bax和Bim水平,釋放Cyt C至細胞質(zhì),激活caspase-9,阻滯細胞于G1期,且使GPX4泛素化,上調(diào)EGR1,誘發(fā)線粒體介導的SUM-159細胞凋亡。

小白菊內(nèi)酯衍生物的抗腫瘤機制與小白菊內(nèi)酯基本一致,但其活性大小有所變化(見表2)。例如,衍生物1對Bel-7402/5-Fu細胞的半抑制濃度或半抑制率(IC50)約是小白菊內(nèi)酯的五分之一,說明其對該腫瘤細胞的毒性約是小白菊內(nèi)酯的5倍,可逆轉該腫瘤細胞的耐藥生,誘導其凋亡。衍生物2的溶解度比小白菊內(nèi)酯大,對PANC-1的細胞毒性強于對MiaPaca-2和AsPC-1等。衍生物3對MDA-MB231和4T1等腫瘤細胞的IC50是小白菊內(nèi)酯的十幾分之一,表明其對上述腫瘤細胞的毒性是小白菊內(nèi)酯的十幾倍。衍生物6和衍生物7對MCF-7、MDA-MB-231和MDA-MB-436等細胞的毒性強于小白菊內(nèi)酯。衍生物8和衍生物9對Hep G2和MCF-7等細胞的IC50是小白菊內(nèi)酯的幾分之一至十幾分之一,說明其對上述腫瘤細胞的毒性是小白菊內(nèi)酯的幾倍至十幾倍,毒性強于小白菊內(nèi)酯。然而,衍生物5對MDA-MB-468和Hela等腫瘤細胞的IC50約是小白菊內(nèi)酯的幾倍,表明其對上述腫瘤細胞的毒性明顯減小。針對不同肝癌、胰腺癌等類型實體瘤的小白菊內(nèi)酯衍生物雖然目前僅有9種,但其細胞毒性增強或溶解度增大,臨床應用潛力較大,見表2。

表2 小白菊內(nèi)酯及其衍生物活性變化

表2(續(xù)) 小白菊內(nèi)酯及其衍生物活性變化

總之,小白菊內(nèi)酯及其衍生物抗肝癌和胰腺癌等實體瘤的主要作用機制為抑制PI3K/Akt/mTOR、NF-κB和STAT3等多種信號通路,具體機制還有待深入研究。對小白菊內(nèi)酯關鍵的藥效基團和構效關系研究也有待深入,對其結構的修飾、改造也需要探索,以待合成抗腫瘤效果好的新藥。關于小白菊內(nèi)酯抗腫瘤作用機制的研究對有效利用我國傳統(tǒng)中藥資源以及對腫瘤的臨床治療均具有重要意義。