王俊玲，李宏偉，楊春菊，高永剛，高雁鴻

紫草素是傳統(tǒng)中藥紫草中一種重要的活性成分。近年來，國內(nèi)外對紫草素抗癌作用機制的研究已逐漸深入，并取得了較大進展。本研究以“紫草抗癌”“shikonin anti-cancer”“zicao anti-cancer”等 為關鍵詞，在PubMed和中國知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫，檢索時間為建庫至2020年7月31日，共檢索到有關文獻714篇，其中有效文獻205篇。以下從紫草素抑制細胞增殖和遷移，誘導細胞自噬、凋亡、壞死和細胞免疫等5個方面，綜述其抗癌作用最新研究進展。

1 紫草素的來源及其衍生物

紫草是我國傳統(tǒng)常用中藥材，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)·中品·草部》，用于治療感染、炎癥和出血性疾病已有兩千多年歷史［1］。據(jù)中國藥典記載，紫草素提取自紫草科紫草屬（Lithospermum）、軟紫草屬（Ar?nebia）以及滇紫草屬（Onosma）植物的根部，其味甘、咸，性寒，歸心、肝經(jīng)，具有清熱涼血、活血解毒，透疹消斑等功能，用于血熱毒盛，斑疹紫黑，麻疹不透，瘡瘍，濕疹，水火燙傷［2］?！兜崮媳静荨芬草d有“滇紫草”，為云南眾多少數(shù)民族習用藥物，被收錄于《云南省中藥材標準》中［3］。

現(xiàn)代藥學研究發(fā)現(xiàn)紫草化學成分復雜，含有多種活性成分：萘醌類、單萜苯醌、有機酸、萜類、甾體類、香豆素、內(nèi)酯、黃酮類、苯酚類和酚酸類以及多糖類等。萘醌類化合物是紫草中主要的活性成分，至今人們已從紫草根中分離到30余種，其中最具藥用價值且報道最多的是以紫草素類（Shikonins）或其對映異構(gòu)體阿卡寧類（Alkannins）為代表的萘醌類化合物，包括11種常見的紫草素類化合物：紫草素、去氧紫草素、甲基紫草素、乙酰紫草素、丙酰紫草素、異丁酰紫草素、異戊酰紫草素、β-羥基異戊酰紫草素、β-乙酰氧基-異戊酰紫草素、α-甲基-正丁酰紫草素、β-β'-二甲基丙烯酰紫草素。紫草素的生物活性多樣，具有抗炎、鎮(zhèn)痛、抗癌、抗病原微生物、抗血栓、抗氧化、創(chuàng)傷修復、降血糖、免疫調(diào)節(jié)、抗生育、止血、保肝等藥理藥效作用［4］。而紫草素及其衍生物的抗癌活性突出，是目前研究的熱點和重點。

2 紫草素的抗癌作用機制

大量研究證實紫草素對多種癌癥（例如：白血病、胃癌、胰腺癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌、黑色素瘤、鼻咽癌、肝癌、腎癌、宮頸癌和膀胱癌等）有強效的抑制作用［5］，其作用機制主要包括：通過多種分子途徑抑制細胞增殖、遷移和侵襲，誘導細胞凋亡、壞死以及細胞免疫，見圖1。

圖1 紫草素抗癌分子機制信號通路

2.1抑制細胞增殖抑制細胞增殖是紫草素抗癌作用的主要機制，紫草素通過誘導細胞周期阻滯，抑制糖代謝、丙酮酸激酶M2（PKM2）、微小RNA（mi‐croRNA，miRNA/miR）、骨髓細胞瘤病毒癌基因（CMYC）和轉(zhuǎn)錄激活因子-2（ATF-2）等多種分子發(fā)揮其抗癌細胞增殖效應。

2.1.1誘導細胞周期阻滯 雙特異性蛋白磷酸酶（Cdc25s）肩負激活其天然底物細胞周期蛋白依賴性激酶1（CDK1）的重大責任，在細胞周期進程中發(fā)揮重要作用，過量Cdc25s促進腫瘤生長和細胞惡性轉(zhuǎn)化，分別在白血病細胞K562、乳腺癌細胞MCF-7和宮頸癌細胞HeLa中研究發(fā)現(xiàn)，紫草素對Cdc25s具有不可逆的抑制作用，進而誘導第15位酪氨酸磷酸化CDK1積累，將細胞阻滯在DNA合成后期（G2期）/有絲分裂期（M期），在K562荷瘤小鼠中紫草素也表現(xiàn)出較強的抑制腫瘤生長的活性［6］。磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）信號通路在腫瘤維持中起中樞調(diào)節(jié)作用，經(jīng)紫草素處理的人肺成纖維細胞，磷酸化AKT水平顯著降低，53 kDa的核內(nèi)磷酸化蛋白（p53）、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子（p21）和周期素依賴性激酶抑制蛋白（p27）等抑癌蛋白的水平顯著升高，CDK1去磷酸化受到抑制，細胞周期阻滯于DNA合成前期（G1期）和G2/M期［7］。p38促分裂原活化的蛋白激酶（p38 MAPK）作用于多條信號通路，阻滯細胞于不同周期，抑制細胞增殖，紫草素衍生物通過激活p38/絲裂原活化蛋白激酶的激酶2（MK2）信號通路，誘導小鼠惡性黑色素瘤細胞周期阻滯，抑制癌細胞增殖［8］。

2.1.2抑制糖代謝途徑 有研究認為癌癥是一種代謝異常疾病［9］，病人體內(nèi)代謝物水平反映了癌細胞的基因變異、基因表達、代謝途徑活性和酶動力學，近年來使用代謝組學研究紫草素抗癌機制成為一種新趨勢，研究人員采用高通量篩選方法評估了136種天然化合物，確定二甲氨基-小白菊內(nèi)酯（Di‐methylamino-parthenolide，DMAPT）和紫草素能有效抑制原代和永生化白血病細胞增殖，導致細胞死亡，而對正常細胞的影響微不足道［10］。進一步研究發(fā)現(xiàn)DMAPT和紫草素協(xié)同作用減少了糖酵解中間產(chǎn)物向磷酸戊糖途徑的分流，抑制了谷氨酰胺及其衍生代謝物與嘌呤、嘧啶核苷酸的合成，阻礙白血病細胞增殖，減輕聯(lián)合化療藥物的毒性和副作用。河馬（Hippo）信號通路在器官生長、干細胞穩(wěn)態(tài)、癌癥發(fā)生發(fā)展等一系列過程中發(fā)揮重要作用，紫草素通過調(diào)節(jié)Hippo信號通路哺乳動物不育系20樣激酶1（MST1）-Yes相關蛋白1（YAP1）-轉(zhuǎn)錄增強相關結(jié)構(gòu)域1（TEAD1）軸，激活MST1，誘導YAP1的降解，減弱YAP1-TEAD1相互作用，抑制C-MYC和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1（GLUT1）基因表達，減少乳酸產(chǎn)生，阻斷癌細胞糖酵解途徑，抑制細胞增殖［11］。

2.1.3PKM2 PKM2是腫瘤細胞有氧糖酵解的關鍵酶，Li等［12］報道抑制PKM2可導致胞內(nèi)腺苷三磷酸（ATP）減少，調(diào)控細胞周期。在肝癌細胞LM3、SMMC-7721、Huh-7和HepG2中，紫草素通過抑制細胞周期蛋白D1（cyclin D1）/細胞周期蛋白依賴性激酶4（CDK4）/細胞周期蛋白依賴性激酶6（CDK6）表達和PKM2合成，減少ATP釋放，阻滯細胞周期由G1期向DNA合成期（S期）轉(zhuǎn)變，縮小荷瘤小鼠腫瘤體積，增強索拉菲尼抗腫瘤效果。缺氧誘導因子-1α（HIF-1α）在腫瘤細胞增殖調(diào)控中也起重要作用，可激活多個涉及腫瘤生物學關鍵環(huán)節(jié)的靶基因，包括血管生成、葡萄糖代謝、細胞增殖和凋亡，在食管癌細胞EC109和EC9706中研究發(fā)現(xiàn)，紫草素通過抑制HIF-1α/PKM2/cyclin D1信號通路控制食管癌細胞增殖［13］。在結(jié)直腸癌細胞中，紫草素也表現(xiàn)出對HIF-1α蛋白合成的抑制作用，減弱哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）/p70核糖體蛋白S6激酶（p70S6K）/真核翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1（4EBP1）/真核翻譯起始因子4E（eIF4E）信號通路下游激酶的活性，阻滯細胞周期于G1/S期［14］。在乳腺癌細胞MCF-7和MDA-MB-231中，紫草素降低PKM2激酶活性，在荷瘤小鼠中也證實紫草素作為佐劑縮小了腫瘤體積，延長了患癌小鼠存活時間［15］。

2.1.4miRNA miRNA是一種非編碼的單鏈RNA，具有18～24個核苷酸，能在轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)基因表達，已有研究證明，許多miRNA在各方面均與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有關［16］。原癌基因MYCN（編碼轉(zhuǎn)錄因子N-MYC）的擴增是造成視網(wǎng)膜母細胞瘤的原因之一，miR-34a和miR-202與特定3′非翻譯區(qū)（3′-UTR）序列結(jié)合下調(diào)MYCN基因表達，有效抑制癌細胞增殖，Su等［17］報道紫草素具有上調(diào)miR-34a和miR-202表達的效應。miR-106b在癌前病變發(fā)揮作用，有研究證實紫草素通過下調(diào)miR-106b表達阻斷第10號染色體同源丟失性磷酸酶-張力蛋白（PTEN）/AKT/mTOR信號通路抑制子宮內(nèi)膜樣癌細胞增殖［18］。miR-128的靶基因是B細胞淋巴瘤-2（Bcl-2）相關X蛋白（Bax），為線粒體凋亡途徑的關鍵效應因子，Wei等［19］的研究結(jié)果表明：紫草素通過抑制腫瘤來源外泌體中miR-128的釋放，下調(diào)編碼Bax基因表達，抑制乳腺癌細胞MCF-7增殖。

2.1.5C-MYC C-MYC是一種轉(zhuǎn)錄因子，可以與MYC關聯(lián)因子X（MAX）二聚化，結(jié)合DNA并調(diào)節(jié)涉及細胞獲取營養(yǎng)的基因表達，產(chǎn)生ATP以及合成細胞所需的原料。在癌癥中，表觀遺傳的改變使得細胞周期和免疫檢查點紊亂，促進了C-MYC對細胞生長和增殖的調(diào)控作用。伯基特氏（Burkitt）淋巴瘤（BL）的主要分子特征即是C-MYC原癌基因表達失控，紫草素能以劑量依賴的方式顯著抑制Raji和Namalwa細胞中C-MYC表達。miR-19a是受C-MYC上調(diào)的癌基因，它能下調(diào)第10號染色體同源丟失性磷酸酶-張力蛋白9（PTEN9）導致PI3K/AKT通路激活，紫草素下調(diào)BL細胞中C-MYC和miR-19a表達，負向調(diào)控PTEN的表達，降低PI3K亞基p110α的表達，使AKT在絲氨酸（Ser）473位磷酸化，抑制PI3K活性。此外，紫草素還能抑制mTOR蛋白復合體1（mTORC1）Ser2448、p70核 糖 體 蛋 白S6激 酶（p70S6K）和mTOR蛋白復合體2（mTORC2）Ser2481位點的磷酸化作用，減少mTOR蛋白表達，促進癌細胞凋亡［20］。在白血病細胞NB4中，紫草素通過下調(diào)C-MYC表達誘導細胞周期阻滯抑制細胞增殖。在人結(jié)直腸癌細胞HCT116和SW480中，紫草素通過降低C-MYC和cyclin D表達誘導細胞周期阻滯于G1期，抑制腸癌細胞增殖。YAP1與MST1協(xié)同負向調(diào)節(jié)C-MYC，而紫草素則能激活MST1從而抑制C-MYC表達。Wiench等［21］研究發(fā)現(xiàn)，紫草素抑制C-MYC表達和轉(zhuǎn)錄活性與細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）、MAPK和AKT失活密切相關。

2.1.6ATF-2 ATF-2是一種序列特異性DNA結(jié)合蛋白，屬于bZIP蛋白家族，能在應激條件下激活多個靶基因。盡管已有許多報道證明紫草素能夠抑制PKM2的活性，但在化學制劑誘導的小鼠皮膚癌模型中，紫草素不具備抑制PKM2的作用，然而紫草素可通過抑制ATF-2及其下游分子CDK4和原癌基因Fos相關抗原1（Fra-1）的表達抑制細胞增殖和腫瘤生長［22］。紫草素在ATF-2中的作用鮮有報道，可以更進一步研究紫草素抑制ATF-2信號通路的分子機制，為紫草素抗癌機制提供新視野。

2.2誘導細胞死亡細胞死亡可以通過凋亡、壞死性凋亡和自噬3種途徑發(fā)生。細胞凋亡或程序性細胞死亡是一種細胞自然死亡的方式。在癌癥中，激活抑制細胞凋亡信號通路可使癌細胞逃逸細胞凋亡程序，從而導致癌細胞不受控制地增殖，繼而引發(fā)腫瘤增大、治療耐藥和癌癥復發(fā)。許多抗癌療法通過誘導細胞死亡及其相關的信號通路網(wǎng)絡發(fā)揮作用，紫草素也不例外，相關機制如下。

2.2.1抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路 紫草素誘導癌細胞凋亡機制之一是通過抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路來實現(xiàn)的，這是一條相對獨立而復雜的途徑：mTOR調(diào)節(jié)癌細胞合成代謝，驅(qū)動核糖體和核苷酸的生物合成，抑制這一過程會導致核苷酸耗盡、DNA損傷和細胞毒性。在鼻咽癌細胞中，紫草素能有效抑制細胞葡萄糖攝取和ATP產(chǎn)生，使PI3K/AKT/mTOR信號通路相關蛋白表達減少。紫草素還能下調(diào)人結(jié)腸癌細胞HT29和DLD-1中PI3K、磷酸化磷酸肌醇3激酶（p-PI3K）、AKT、磷酸化蛋白激酶B（p-AKT）（Thr308）和mTOR蛋白的表達，促進細胞凋亡；在DLD-1荷瘤小鼠體內(nèi)紫草素同樣能降低PI3K/AKT/mTOR信號通路相關蛋白表達，減輕腫瘤組織重量［23］。PI3K/AKT信號通路的異常激活導致阿法替尼耐藥，紫草素通過負向調(diào)控PI3K/AKT激活凋亡信號通路，抑制非小細胞肺癌耐藥細胞株增殖，誘導其凋亡。在慢性粒細胞白血病K562細胞中，紫草素升高K562細胞中PTEN水平，導致PI3K/AKT信號通路失活，Bax表達上調(diào)，促進中性粒細胞凋亡［24］。

2.2.2MAPKs信號通路 促分裂原活化的蛋白激酶（MAPKs）信號可以保護或增強細胞凋亡的敏感性，MAPKs家族由3個成員組成：細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）、c-Jun氨基端蛋白激酶（JNK）和p38MAPKs。p38 MAPK和JNK與細胞凋亡有關，ERK與細胞生存有關。Shan等［25］研究表明：紫草素顯著增加p38 MAPK和JNK磷酸化，抑制ERK磷酸化，調(diào)節(jié)MAPKs信號通路誘導癌細胞凋亡。在紫草素處理的乳腺癌細胞MCF-7、SK-BR-3、MDA-MB-231中使用轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)，紫草素可誘導雙特異性磷酸酶（DUSP）-1和DUSP-2表達，誘導細胞周期阻滯和凋亡。紫草素還能上調(diào)磷酸化的JNK（pJNK）表達，啟動膽囊癌細胞線粒體依賴性凋亡程序。在膽管癌細胞RBE中，紫草素誘導活性氧介導JNK活化［26］。在口腔癌細胞Ca9-22中，乙酰紫草素處理后誘導活性氧的產(chǎn)生，增強JNK和p38 MAPK磷酸化作用，誘導癌細胞凋亡［27］。

2.2.3活性氧 氧化應激對于腫瘤的發(fā)生發(fā)展來說是一把雙刃劍。正常情況下，高水平的活性氧對細胞是有害的，然而癌細胞的氧化還原狀態(tài)通常與正常細胞不同，由于代謝和細胞信號轉(zhuǎn)導的異常，癌細胞通常表現(xiàn)出較高的活性氧水平，這會引起癌細胞凋亡和壞死。在乳腺癌細胞MCF-7和MDAMB-435S中，紫草素通過降低線粒體膜電位，提高細胞內(nèi)活性氧水平，協(xié)同促進細胞凋亡。在膽管癌細胞RBE和口腔癌細胞Ca9-22細胞中，紫草素均能誘導活性氧產(chǎn)生［27］。在胃癌細胞AGS（p53野生型）和Kato 3（p53缺失型）中，紫草素處理后抑制轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關因子2（nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2）表達，誘導p53表達和活性氧產(chǎn)生，使細胞內(nèi)JNK活性顯著升高，刺激胱天蛋白酶（caspase）-3依賴的細胞凋亡途徑［28］。

2.2.4Bcl-2和Bax Bcl-2蛋白家族作為細胞生命的調(diào)節(jié)器，包括促進生存蛋白［如B細胞淋巴瘤/白血病-xL（Bcl-xL）］和促進凋亡蛋白［如Bax、Bcl-2同源拮抗劑抗體（Bak）］，它們協(xié)同調(diào)節(jié)細胞凋亡，對癌癥的發(fā)生和治療起著至關重要的作用。Bcl-2/Bax比率代表凋亡活性，當比率降低時促進細胞凋亡，在膽囊癌細胞NOZ和EHGB-1及其荷瘤小鼠中，紫草素增加Bax表達，引起多腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）、caspase-9和caspase-3被切割，下調(diào)Bcl-2表達，最終導致Bcl-2/Bax比率顯著降低。紫草素作用于肝癌細胞SMMC-7721細胞后，Bax、p53和cas‐pase-3表達顯著增加，Bcl-2表達顯著降低，Bcl-2/Bax比值也降低［29］。在甲狀腺癌細胞中，經(jīng)紫草素處理后，蛋白質(zhì)印跡法（Western blotting）顯示促凋亡蛋白Bax和BH3結(jié)構(gòu)域凋亡誘導蛋白（Bid）的表達水平明顯升高，而抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xl和髓樣細胞白血病-1（Mcl-1）的表達明顯降低［30］。

2.2.5RIPK1和RIPK3 壞死性凋亡是一種依賴于受體相互作用蛋白激酶（RIPK）的調(diào)節(jié)性壞死，越來越多的證據(jù)表明，活化的RIPK1與RIPK3相互作用，能夠促進RIPK1/RIPK3核小體的形成，使壞死復合體招募下游底物混合譜系激酶結(jié)構(gòu)域樣蛋白（MLKL），形成寡聚體，導致細胞膜滲漏引起細胞死亡。紫草素可以針對壞死性凋亡信號通路來治療癌癥。在乳腺癌（MCF-7）、胰腺癌和鼻咽癌（5-8F和CNE-2Z）細胞中，紫草素可顯著增加RIPK1和RIPK3表達，上調(diào)MLKL，顯微鏡下觀察到細胞質(zhì)呈透明樣，質(zhì)膜完全喪失，提示紫草素引起細胞壞死性凋亡［31］。在骨肉瘤細胞143B荷瘤小鼠中，利用靶向多肽修飾的二硫鍵交聯(lián)多肽納米凝膠可以促進紫草素的細胞內(nèi)給藥，通過誘導依賴RIPK1和RIPK3的壞死性凋亡來殺傷骨肉瘤細胞，甚至可以消除體內(nèi)癌細胞的肺轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。在小鼠乳腺癌細胞4T1中，紫草素可以誘導RIPK1和RIPK3依賴的細胞壞死性凋亡，并同時增強癌細胞自噬作用。紫草素（2～10 mol/L）還可以劑量依賴的方式誘導大鼠C6和人腦膠質(zhì)瘤細胞系SHG-44、HG44、U87和U251細胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和壞死，上調(diào)膠質(zhì)瘤細胞中RIPK1和RIPK3的水平，導致癌細胞核內(nèi)DNA雙鏈斷裂，并加強它們之間的相互作用［32］。在紫草素治療的肺癌荷瘤小鼠中，紫草素顯著增加腫瘤組織中RIPK1蛋白的表達，并且觀察到紫草素處理組腫瘤生長明顯低于對照組，甲基腺嘌呤（3-MA）、自噬相關基因5（ATG5）小干擾RNA（siRNA）和巴菲霉素A等自噬抑制劑可增強紫草素誘導的壞死性凋亡，提示紫草素有望成為治療肺癌的新策略［33］。

2.2.6誘導線粒體功能障礙 在肝癌細胞中，紫草素通過破壞線粒體膜電位和氧化應激狀態(tài)影響線粒體功能，降低線粒體中PKM2表達、HCCLM3細胞耗氧率、三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）中ATP和代謝物的水平，影響AMP活化蛋白激酶（AMPK）和過氧化物酶增殖激活受體γ共激活子-1（PGC1）蛋白酶解途徑，加劇氧化應激和營養(yǎng)缺乏，通過PKM2-AMPKPGC1信號通路觸發(fā)線粒體功能障礙［34］。

2.2.7誘導細胞自噬及細胞免疫 自噬是抑制癌細胞增殖的重要機制，據(jù)報道，紫草素具有誘導自噬和細胞免疫的作用。當自噬發(fā)生時，微管相關蛋白1輕鏈3B（LC3B）定位于隔離膜，導致自噬體膜的形成，微管相關蛋白1輕鏈3B-Ⅱ（LC3B-Ⅱ）是眾所周知的自噬激活的標志物，紫草素可誘導微管相關蛋白1輕鏈3B-Ⅰ（LC3B-Ⅰ）轉(zhuǎn)化為LC3B-Ⅱ。紫草素通過激活活性氧介導的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激、p38信號通路、增加LC3B-Ⅱ和激活型PARP以及caspase-3的產(chǎn)生，誘導惡性黑色素瘤（A375）、肺癌（A549）和宮頸癌（HeLa）細胞凋亡和自噬［35］。在結(jié)直腸腺癌細胞SW620和HCT116中，紫草素誘導的半乳糖凝集素-1（Galectin-1）二聚化增加，形成自噬小體和空泡，激活腸癌細胞凋亡和自噬［36］。選擇性自噬接頭蛋白（p62）降解也是自噬的標志物，在結(jié)直腸癌細胞中，紫草素降低YAP蛋白表達，上調(diào)LC3B-Ⅱ表達形成自噬小體，并且隨著紫草素濃度的增加或作用時間的延長，HCT116和SW620細胞中p62的顯著降解。在惡性黑色素瘤細胞WM164、WM9和SBCL2中，紫草素也能上調(diào)p62基因表達，增強LC3B-Ⅱ表達［37］。程序性壞死和壞死性凋亡是一種高度的免疫原性活動，通常通過損傷的相關分子模式（DAMPs）的釋放來介導，紫草素誘導的自噬可直接導致DAMPs的釋放增加，分泌至胞外的DAMPs能夠激活共培養(yǎng)的樹突狀細胞（DC），用紫草素預處理的腫瘤細胞與DC共培養(yǎng)能進一步抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移。紫草素通過提高穿孔素、顆粒酶B（GranB）、磷酸化的細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（p-ERK1/2）和磷酸化的蛋白激酶B（p-AKT）表達，使自然殺傷（NK）細胞增殖并強化細胞毒性，誘導細胞免疫［38］。

2.2.8其他 在乳腺癌細胞MCF-7和SK-BR-3中，紫草素下調(diào)雌激素受體α（ERα）、G蛋白偶聯(lián)雌激素受體（GPER）、表皮生長因子受體（EGFR）和p-ERK的表達，對人乳腺癌細胞SK-BR-3細胞具有抗增殖效應。分化簇147（CD147）在人體各種腫瘤組織中廣泛表達，并且在腫瘤細胞的生長增殖和轉(zhuǎn)移浸潤中具有非常重要的作用，在膠質(zhì)瘤細胞U251和U87MG中，基因敲除CD147可抑制細胞生長，過表達CD147可促進細胞生長和抑制紫草素誘導的活性氧產(chǎn)生和線粒體膜電位水平的升高，提示紫草素誘導膠質(zhì)瘤細胞凋亡與下調(diào)CD147和上調(diào)氧化應激有關，CD147可能是紫草素誘導膠質(zhì)瘤細胞凋亡的選擇性靶點［39］。Bcl2相關永生基因3（BAG3）為抗凋亡和前自噬因子，在人膠質(zhì)母細胞瘤中，紫草素可誘導miR-143過表達降低凋亡調(diào)節(jié)因子BAG3表達導致細胞凋亡比例顯著增加。在人乳腺癌細胞系MDA-MB-231中，紫草素能夠有效地抑制信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3（STAT3）的活性、核定位及其下游靶基因表達，導致細胞功能障礙阻止腫瘤的發(fā)生和惡性轉(zhuǎn)化［40］。

2.3抑制癌細胞遷移和侵襲癌細胞的遷移和侵襲使癌癥嚴重威脅人類健康，紫草素對防止癌細胞遷移和侵襲具有重要意義，機制如下。

2.3.1MMPs 基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）是一類鋅依賴的內(nèi)肽酶家族，可促進細胞增殖、遷移和分化，已在癌癥中檢測到MMP水平升高與腫瘤進展和侵襲性有關。在惡性黑色素瘤細胞A375和A2058以及斑馬魚腫瘤模型中，紫草素呈劑量依賴性地降低Mcl-1、Bcl-2、MMP-2和MMP-9的蛋白水平。扭曲蛋白（Twist）是一種由STAT3直接調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子，能夠誘導上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），這是上皮細胞的一種惡化變化，波形蛋白和神經(jīng)鈣黏素（N-cad‐herin）是EMT過程中的關鍵調(diào)節(jié)因子。蛋白質(zhì)印跡法表明紫草素能下調(diào)Twist、波形蛋白和N-cadherin的表達［41］。紫草素呈劑量依賴性降低兩株骨肉瘤細胞U2OS和SAOS-2中MMP-13水平，增加腫瘤壞死因子α誘導蛋白8樣分子2（TIPE2）水平，顯著抑制MMP-13水平和細胞侵襲力［42］。紫草素還可通過AKT/mTOR和活性氧/ERK1/2途徑降低MMP-2/-9的表達，從而抑制前列腺癌和乳腺癌細胞的侵襲性遷移和侵襲。紫草素還通過下調(diào)鋅指轉(zhuǎn)錄因子（slug）和MMP-14的表達抑制甲狀腺癌細胞發(fā)生EMT［43］。

2.3.2catenin信號通路 細胞遷移和侵襲的必經(jīng)過程包括EMT，在非肥胖糖尿病/重癥聯(lián)合免疫缺陷（NOD/SCID）乳腺癌荷瘤小鼠中，紫草素通過上調(diào)糖原 合酶激 酶3β（GSK-3β）的 水 平，抑 制連環(huán) 素（catenin）表達和核積累，靶向調(diào)節(jié)EMT相關基因的轉(zhuǎn)錄，顯著抑制MDA-MB-231細胞肺轉(zhuǎn)移［44］。

2.3.3其他 紫草素處理后miR-106b的表達降低，增強紫草素對肝癌細胞遷移和EMT的抑制作用。紫草素抑制甲狀腺癌細胞TPC-1的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNMT1）表達，降低PTEN基因甲基化，增加PTEN蛋白表達［45］。沉默調(diào)節(jié)蛋白2（SIRT2）是表皮細胞生長因子（EGF）和ERK信號通路的下游分子，過表達可以抑制轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌細胞SW480增殖和轉(zhuǎn)移，而紫草素恰恰可以增強SIRT2表達［46］。紫草素通過誘導上皮細胞鈣黏蛋白（E-cadherin）表達，減少肝細胞生長因子受體（c-Met）活化、波形蛋白、鋅指轉(zhuǎn)錄因子slug（snail2）和snail表達，抑制非小細胞肺癌細胞HCC827的遷移和侵襲活性［47］。腫瘤干細胞（CSCs）負責腫瘤的侵襲性生長和轉(zhuǎn)移，STAT3、整合素/黏著斑激酶（FAK）和雞肉瘤病毒基因（Src）信號通路有助于維持癌細胞的干細胞程序，紫草素通過抑制STAT3/FAK/Src信號通路的激活顯著降低乳腺癌和卵巢癌細胞的侵襲和遷移。紫草素通過抑制MMP-7、整合素β1、Toll樣受體2（TLR2）和p65核因子-κB（NF-κB）的表達水平能顯著降低胃癌（MGC803）和肺癌（A549）細胞的存活、黏附、侵襲和遷移能力［48］。

3 展望

紫草素的抗癌活性在肺癌、白血病、淋巴瘤、胃癌、結(jié)直腸癌、肝癌、胰腺癌、婦科腫瘤（宮頸癌、乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌和卵巢癌）等多種系統(tǒng)的惡性腫瘤中得到了廣泛的研究。越來越多的證據(jù)表明紫草素通過抑制癌細胞增殖、遷移和侵襲，誘導細胞凋亡、自噬和免疫發(fā)揮抗癌作用。進一步地分子機制研究表明，紫草素通過抑制CDK1去磷酸化、糖代謝途徑、PKM2，調(diào)節(jié)miRNA，下調(diào)C-MYC表達和誘導細胞周期阻滯來抑制腫瘤細胞的增殖。紫草素誘導的癌細胞凋亡與活性氧生成增加、線粒體介導的凋亡通路激活、MAPKs通路的調(diào)控、PI3K/AKT通路的抑制有關。PTEN和miR106b作為PI3K/AKT通路的上游，在紫草素誘導的細胞凋亡中起重要作用。這些途徑的調(diào)控導致促凋亡蛋白Bax增加，抗凋亡蛋白Bcl-2下調(diào)，凋亡相關蛋白剪切型PARP和caspase-3/8/9活性增強，最終導致多種腫瘤細胞死亡。這些途徑之間又存在著交聯(lián)，如紫草素誘導的活性氧積聚可激活p38 MAPK通路。此外，紫草素通過抑制NF-κB信號通路，降低MMP-2/7/9/13/14表達，調(diào)節(jié)PI3K/AKT、ERK1/2和CXC趨化因子受體4（CXCR4）/基質(zhì)細胞衍生因子-1（SDF-1）信號通路在多種癌癥中發(fā)揮抑制細胞遷移和侵襲的作用。更值得關注的是，通過對紫草素的萘醌環(huán)或側(cè)鏈進行修飾，新衍生物表現(xiàn)出比紫草素更強的抗癌活性和更低的毒性。Huang等［49］為了開發(fā)高效、安全的抗腫瘤藥物，合成了45個含硫紫草素肟衍生物，并對其體外抗人結(jié)腸癌（HCT-15）、胃癌（MGC-803）、肝癌（Bel7402）和乳腺癌（MCF-7）的活性進行了評價，結(jié)果表明，側(cè)鏈取代基的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對紫草素體外抗腫瘤活性是非常重要的，紫草素肟衍生物9m通過下調(diào)Bcl-2和上調(diào)Bax、caspase-3和caspase-9，能使細胞周期阻滯在G1期，并誘導HCT-15細胞產(chǎn)生強烈的凋亡反應，同時細胞釋放較少的一氧化氮，表明紫草素肟衍生物細胞毒性較低。在紫草素抗惡性黑色素瘤的研究中，研究人員合成了18個新的紫草素衍生物，研究了它們對各種黑色素瘤細胞系和皮膚成纖維細胞的細胞毒性，（R）-1-（1，4-二氫-5，8-二羥基-1，4-二氧萘-2-基）-4-甲基戊-3-烯基環(huán)丙基乙酸（環(huán)丙基乙酰紫草寧）顯示了對兩種來源于轉(zhuǎn)移病灶的黑色素瘤細胞系（WM164和MUGMel2）強烈的抑制活性，進一步地研究表明，紫草素衍生物通過組蛋白2A變異體（H2AX）磷酸化作用導致雙鏈DNA斷裂，依賴caspase提高剪切型PARP蛋白水平誘導細胞凋亡［50］。然而，所有這些研究都是在癌細胞系或荷瘤動物模型中進行；加之，天然產(chǎn)物一般具有通過腸道菌群改善疾病的作用，但到目前為止，尚無文獻報道紫草素對腸道菌群的影響，因此需要進一步地研究來驗證紫草素及其衍生物臨床應用的有效性和安全性。