姬佳琦,王子璇,胡校慶,魏丹丹,裴俊文,趙藝涵,蔣士卿

1.河南中醫(yī)藥大學,河南 鄭州 450046; 2.河南中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院,河南 鄭州 450000; 3.河南省腫瘤醫(yī)院,河南 鄭州 450003

腫瘤是臨床常見病、高發(fā)病,嚴重影響人類的生命健康,其發(fā)病率、病死率在全球范圍內(nèi)呈上升趨勢。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計,全球每年約1 930萬人被確診為癌癥,其中約1 000萬人死亡[1]。腫瘤不僅對個人和家庭造成了巨大的心理壓力和經(jīng)濟負擔,也給整個社會和國家的公共衛(wèi)生系統(tǒng)帶來前所未有的挑戰(zhàn)[2]。目前,常見的治療手段主要包括手術(shù)、化療、放療、免疫療法和靶向治療等,這些治療手段雖可短期延緩或阻止癌癥細胞的生長、擴散,但隨著耐藥和不良反應的出現(xiàn),腫瘤仍會發(fā)生遷延擴散,進而嚴重威脅生命。中醫(yī)藥作為我國傳統(tǒng)文化瑰寶,具有多成分、多靶點的特性,進入體內(nèi)后可發(fā)揮“藥輔合一”的作用[3],在抗腫瘤增殖、逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥性和改善患者生存質(zhì)量方面發(fā)揮著巨大的作用[4-5]。近年來,研究發(fā)現(xiàn)中藥有效成分可以通過誘導細胞衰老發(fā)揮抗癌作用,現(xiàn)已成為備受關(guān)注的研究領域。細胞衰老是生物體的普遍規(guī)律,細胞作為生物有機體的基本單位,在不斷地新生和衰老死亡。衰老細胞通常會喪失復制能力,且其細胞形態(tài)、基因表達、細胞因子水平及分泌表型等都會導致細胞處于一種衰退狀態(tài)[6]。正常細胞在經(jīng)歷一定的有限分裂次數(shù)后會進入細胞衰老狀態(tài)[7]。然而,某些腫瘤細胞可以通過各種機制逃避細胞衰老,從而獲得無限增殖和侵襲的能力[8]。中藥對細胞衰老具有調(diào)節(jié)作用,文獻已經(jīng)證實,中藥及其有效成分能夠促進腫瘤細胞的衰老,達到抗腫瘤的目的。深入研究中藥單體的抗腫瘤機制有利于篩選新的藥物靶點,促進新藥的研發(fā)。本研究對中藥有效成分誘導腫瘤細胞衰老發(fā)揮抗腫瘤的作用機制進行綜述,為腫瘤治療提供新的思路與方法。

1 細胞衰老與抗腫瘤

細胞衰老是一種不可逆的細胞周期停滯狀態(tài),在這種狀態(tài)下,衰老細胞永久失去增殖能力。衰老細胞的特征是形態(tài)和代謝變化、染色質(zhì)重塑、基因表達變化以及被稱為衰老相關(guān)分泌表型(senescent associated secretory phenotype,SASP)的促炎表型的出現(xiàn)[9]。1961年,Hayflick團隊[10]首次在體外培養(yǎng)的人成纖維細胞中發(fā)現(xiàn),二倍體細胞經(jīng)過連續(xù)培養(yǎng)后,由于其端粒的縮短,細胞喪失增殖能力,進入生長停滯狀態(tài),這種生物現(xiàn)象被稱為復制性衰老。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn),除了復制性衰老以外,DNA損傷、細胞周期阻滯、癌基因激活等均可導致細胞衰老。盡管導致細胞衰老的上游信號傳導存在差異,但其分子機制通常都涉及端粒酶活性抑制、細胞周期蛋白阻滯、p53/p21及p16/pRb通路等[11]。

1.1 端粒縮短端粒由端粒酶RNA(human telomerase RNA,hTR)和端粒酶相關(guān)蛋白組成,能夠在端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase,hTERT)的作用下合成端粒DNA序列,末端的端粒序列由于DNA復制的限制無法完全復制,導致端粒長度逐漸減少[12]。端粒的縮短會觸發(fā)細胞的DNA損傷應答,導致細胞周期停滯和細胞功能的下降,細胞進入衰老狀態(tài)[13]。研究發(fā)現(xiàn),在惡性腫瘤中,端粒酶活性較高,而在大多數(shù)正常組織和良性腫瘤中,端粒酶活性較低[14]。hTERT作為端粒酶的催化亞單位,是端粒酶活性和端粒長度的主要調(diào)節(jié)因子。在超過90%的腫瘤細胞中,hTERT被過度表達,誘導細胞的持續(xù)增殖,促進腫瘤的發(fā)展[15]。因此,可以通過抑制端粒酶的活性和縮短端粒長度,加速誘導腫瘤細胞的衰亡,從而發(fā)揮抗腫瘤的特性。

1.2 細胞周期阻滯細胞周期阻滯是細胞衰老的一個主要特征。當細胞受到DNA損傷、端?？s短或其他信號的刺激時,細胞周期調(diào)控分子會被激活,導致細胞周期停滯,以便進行DNA修復或其他細胞功能的調(diào)整[16]。其中,細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinase,CDK)是細胞周期進程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,它與細胞周期蛋白(cyclin)結(jié)合形成復合物,通過對pRb的磷酸化,促進細胞周期通過G1期,保證細胞周期的正常進行[17]。研究表明,激活CDK抑制劑,阻止細胞周期進展,從而誘導腫瘤細胞衰老,已成為一種新的治療手段[18-19]。目前已知的CDK抑制劑有兩類[20],一類為INK4(p16家族),包括p16、p15、p18和p19等蛋白,這些蛋白能夠特異性抑制cyclinD-CDK4/6-RB的磷酸化過程。另一類則是CIP/KIP(p21家族),包括p21、p27和p57等蛋白,這些蛋白能夠廣泛抑制CDK活性,并在不同階段阻滯細胞周期的進行。因此,可以通過干擾細胞周期的進程,誘導腫瘤細胞進入衰老狀態(tài),以抑制腫瘤細胞增殖,達到抗腫瘤的治療目的。

1.3 p53/p21通路作為一個重要的抑癌基因,p53可通過調(diào)控p21等基因的表達來抑制腫瘤細胞的無限增殖[21]。當細胞受到DNA損傷、端粒縮短或其他應激信號時,p53蛋白的穩(wěn)定性會增加,從而激活p53的轉(zhuǎn)錄活性。激活的p53會促進p21基因的表達,p21蛋白通過抑制Cylcin E-CDK2和Cylcin A-CDK2復合物的活性阻止細胞進入有潛在風險的細胞周期階段,保持Rb的低磷酸化和活性,從而抑制細胞的增殖[22]。然而,很多腫瘤細胞中p53基因出現(xiàn)突變或失活,導致p53功能的喪失[23],使得p53無法正常調(diào)控p21等基因的表達,故使腫瘤細胞逃避細胞周期的控制,從而進一步增殖。因此,通過上調(diào)p53和p21的表達,恢復p53/p21通路的功能對于抑制腫瘤細胞的增殖、促使其進入細胞周期停滯狀態(tài),甚至引發(fā)腫瘤細胞的衰老和凋亡具有重要意義。

1.4 p16/pRb通路p16是細胞周期蛋白依賴性激酶的抑制劑,當細胞受到DNA損傷、氧化應激時,p16表達水平增高,并通過pRb途徑介導細胞衰老,導致G1細胞周期停滯[24]。其與cylcin D1蛋白競爭性結(jié)合CDK4/6,抑制cyclin D1-CDK4/6復合物的活性,使pRb保持去磷酸化狀態(tài),減少細胞轉(zhuǎn)錄因子E2F的釋放激活,從而使細胞周期停滯在G1期[25]。因此,通過干預腫瘤細胞中的p16/pRb通路,抑制腫瘤細胞周期進行,誘導腫瘤細胞衰老,可以抑制腫瘤細胞的發(fā)生發(fā)展。

2 中藥有效成分誘導細胞衰老發(fā)揮抗癌的作用機制

中藥活性成分具有逆轉(zhuǎn)腫瘤細胞衰老束縛的能力,能夠抑制腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移,近年來在抗腫瘤研究中得到廣泛應用,具有廣闊的應用前景。相比傳統(tǒng)藥物,中藥活性成分來源于天然植物,毒副作用較小、安全性和耐受性較高,在提高腫瘤患者生活質(zhì)量和延長患者生存時間方面具有顯著優(yōu)勢。

2.1 表沒食子兒茶素沒食子酸鹽(Epigallocatechin gallate,EGCG)EGCG是綠茶中的主要類黃酮化合物,其可以通過多種途徑發(fā)揮抗腫瘤作用,包括調(diào)控氧化應激、阻滯腫瘤細胞周期、抑制腫瘤血管形成和誘導腫瘤細胞凋亡等[26]。Berletch等[27]研究發(fā)現(xiàn),EGCG可通過降低hTERT的轉(zhuǎn)錄從而誘導 MCF-7 乳腺癌細胞衰老死亡,從而抑制腫瘤細胞的生長。此外,Mittal等[28]研究發(fā)現(xiàn),EGCG可以抑制端粒酶活性,并降低端粒酶催化亞基hTERT的mRNA表達,從而限制腫瘤細胞的增殖。Liang等[29]將MCF-7乳腺癌細胞暴露于EGCG中發(fā)現(xiàn),Rb蛋白從高磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)榈土姿峄?并發(fā)現(xiàn)細胞周期G1期阻滯。EGCG還可以通過上調(diào)p53、p21、p27基因表達,抑制CDK2和CDK4的活性,促使乳腺癌細胞增殖受限。Thangapazham等[30]研究表明,EGCG可以下調(diào)cyclin D和cyclin E的表達,誘導CDK抑制劑p21和p27的表達,并抑制乳腺癌CDK2和CDK4的活性。這些研究結(jié)果表明,EGCG可以通過抑制端粒酶和CKD活性,上調(diào)p53、p21、p27的表達等途徑誘導腫瘤細胞衰老,發(fā)揮抗癌作用。

2.2 姜黃素姜黃素是一種小分子多酚類化合物,來源于姜科和天南星科植物的根莖。它具有多種藥理活性,包括抗氧化、抗炎、抗癌和抗菌等特性[31-32]。研究表明,姜黃素對乳腺癌細胞的端粒酶活性有調(diào)控作用。在乳腺癌MCF-7細胞中,姜黃素的濃度增加可以降低端粒酶活性,抑制腫瘤細胞增殖,而在正常細胞中并沒有引起變化[33]。實時PCR檢測姜黃素處理后癌癥細胞株中hTERT的表達,hTERT在乳腺癌細胞T47D細胞系中的表達以劑量和時間依賴的方式降低[34]。此外,一項動物實驗觀察到,給予移植有腫瘤細胞的裸鼠口服姜黃素后,細胞提取物中的端粒酶活性受到抑制,腫瘤生長亦得到抑制[35]。Mukherjee等[36]將經(jīng)姜黃素處理后的HL-60細胞的端粒酶活性與未處理的細胞比較,端粒酶活性同樣以劑量依賴的方式被顯著抑制。Khaw等[37]研究發(fā)現(xiàn),姜黃素可通過下調(diào)hTERT的mRNA表達來抑制端粒酶活性,從而導致端?？s短。其他研究還發(fā)現(xiàn),姜黃素可以通過過表達p53基因和低表達ki-67水平來抑制乳腺腫瘤[38]。在結(jié)直腸癌患者組織中,姜黃素治療可以增加p53和Bax的表達,并抑制Bcl-2的表達[39]。在宮頸癌患者組織中,姜黃素可以增加宮頸癌細胞的p53、p21蛋白水平,激活p53/p21通路,觸發(fā)不可逆的細胞周期停滯,從而促進細胞衰老[40]。此外,姜黃素還可以通過調(diào)節(jié)多個基因的表達,如下調(diào)CCNE1、E2F1、CDK2,上調(diào)PTEN,從而抑制膠質(zhì)母細胞瘤和髓母細胞瘤細胞的增殖[37]。綜上所述,姜黃素可以通過多種途徑誘導細胞衰老,包括抑制端粒酶活性、上調(diào)p53和PTEN基因的表達以及下調(diào)CCNE1、E2F1和CDK等基因的表達,從而抑制腫瘤細胞的異常增殖。

2.3 水飛薊賓水飛薊賓是從菊科植物水飛薊種子中提取的一種黃酮類化合物,已被證明具有保肝、抗氧化、細胞保護和抗腫瘤作用[41]。一項研究發(fā)現(xiàn),水飛薊賓可以降低前列腺癌細胞端粒酶催化亞基hTERT的mRNA和端粒酶活性,而二氫睪酮(DHT)則可以上調(diào)端粒酶活性[42]。此外,在乳腺癌細胞中,水飛薊賓和姜黃素的處理都可以顯著降低hTERT的表達,達到抗腫瘤目的。當這兩種藥物混合使用時,對癌癥細胞的生長和hTERT基因表達的抑制作用比單獨使用任何一種藥物都更強[34]。Chatran等[43]研究發(fā)現(xiàn),當二甲雙胍和水飛薊賓聯(lián)合使用時,可顯著下調(diào)hTERT和Cyclin D1的表達水平,對T47D乳腺癌細胞具有協(xié)同生長抑制作用。Provinciali等[44]首次發(fā)現(xiàn)了水飛薊賓和磷脂酰膽堿的復合物(IdB 1016)可以通過下調(diào)HER-2/neu基因表達、上調(diào)p53表達,誘導腫瘤細胞衰老樣生長停滯,并延緩乳腺腫瘤的發(fā)展,減少腫塊和肺轉(zhuǎn)移的數(shù)量。綜上所述,水飛薊賓可以通過抑制端粒酶活性、下調(diào)細胞周期蛋白表達和上調(diào)p53基因來誘導腫瘤細胞衰老,從而抑制其增殖。

2.4 白藜蘆醇白藜蘆醇是一種非黃酮類多酚化合物,存在于虎杖、桑葚、決明子、何首烏等植物中,具有抗腫瘤、抗炎、神經(jīng)保護和治療糖尿病等藥理作用[45-46]。研究表明,白藜蘆醇主要通過誘導程序性細胞死亡和調(diào)節(jié)基因表達發(fā)揮抗癌活性[47]。白藜蘆醇可以通過下調(diào)hTERT的表達抑制端粒酶活性,從而誘導癌癥細胞衰老,并減弱去甲腎上腺素誘導的卵巢癌癥侵襲性[48]。在MCF-7乳腺癌細胞中,白藜蘆醇可以抑制端粒酶活性和hTERT蛋白表達水平,從而誘導MCF-7細胞阻滯于S期,延緩腫瘤細胞的生長[49]。綜上所述,白藜蘆醇可以通過下調(diào)hTERT蛋白的表達誘導癌癥細胞的衰老。

2.5 雷公藤甲素雷公藤甲素是從雷公藤中提取的一種天然二萜類化合物,其在癌癥預防中具有巨大的潛在作用[50]。研究發(fā)現(xiàn),雷公藤甲素可激活一些腫瘤抑制劑,并使部分致癌因子失活,從而導致細胞增殖抑制或細胞衰老死亡[51]。Li等[52]研究發(fā)現(xiàn),雷公藤甲素可通過調(diào)節(jié)p53/p21通路抑制HepG2細胞增殖,加速細胞衰老和凋亡。此外,還可以通過調(diào)節(jié)蛋白激酶B(proteinkinase B,Akt)途徑促進HepG2細胞的衰老。雷公藤甲素還可通過負調(diào)控hTERT信號通路增強細胞衰老和抑制腫瘤生長。這些發(fā)現(xiàn)揭示了雷公藤甲素對細胞衰老的調(diào)節(jié)機制,表明雷公藤甲素可同時通過AKT途徑和hTERT途徑促進HepG2細胞衰老。另有研究表明,雷公藤內(nèi)酯醇可以提高衰老標志物如p16和pRb的蛋白質(zhì)水平,抑制腫瘤生長[53]。綜上所述,雷公藤甲素可以通過調(diào)節(jié)p53/p21信號通路、AKT信號通路、抑制端粒酶活性和上調(diào)抑癌基因的表達促進細胞衰老并抑制癌癥細胞的生長。

2.6 姜酚姜酚是生姜中的一種具有生物活性的酚類化合物,其中6-姜酚是最主要且生物活性最強的成分。現(xiàn)代藥理研究表明,姜酚具有多種藥理作用,包括止吐、抑菌、抗腫瘤、抗炎鎮(zhèn)痛、抗氧化、抗糖尿病、治療心腦血管系統(tǒng)疾病和免疫系統(tǒng)疾病等[54]。一項研究發(fā)現(xiàn),生姜提取物通過抑制A549肺癌細胞中hTERT的表達和端粒酶活性,促使A549細胞中的端粒縮短,從而誘導癌癥細胞衰老[55]。另有研究表明,6-姜酚通過降低cyclin A和CDK的表達,導致pRb磷酸化減少,從而阻斷細胞進入S期[56]。Lin等[57]研究發(fā)現(xiàn)在6-姜酚的作用下,人結(jié)腸癌細胞LoVo內(nèi)的p53、p21和p27水平上調(diào),進而導致CDK1、cyclin A和cyclin B1的降低,從而促使細胞周期阻滯,誘導腫瘤細胞的衰老。因此,姜酚可以通過抑制端粒酶活性、CDK和上調(diào)p53、p21、p27基因表達,促使細胞周期不可逆阻滯,誘導腫瘤細胞衰老。

2.7 黃連素黃連素亦名小檗堿,是我國傳統(tǒng)毛茛科植物黃連主要生物活性成分,常用于治療腸道細菌性感染和腹瀉,并具有降糖、抗腫瘤、抗菌、抗氧化等多種生物活性[58]。研究發(fā)現(xiàn),黃連素具有抗腫瘤功效,其機制之一是誘導細胞衰老[59]。黃連素可以抑制EGFR-MEK-ERK信號通路,從而誘導膠質(zhì)母細胞瘤這種特定類型的人腦癌細胞衰老[60]。除此途徑外,黃連素及其類似物還被證明通過兩種途徑在HER-2/neu過表達的乳腺癌中發(fā)揮抗癌作用,一種途徑是誘導細胞凋亡,另一種途徑則是通過p16、p21、p53的過度表達,誘導腫瘤細胞衰老發(fā)揮抗腫瘤活性[61]。Xia等[62]研究發(fā)現(xiàn),黃連素在p53缺乏的細胞中誘導凋亡,在p53過度表達的膀胱癌癥中誘導衰老。此外,黃連素還可以通過下調(diào)cyclin D1和下調(diào)CDK4誘導G0/G1阻滯。另外,其還可以通過下調(diào)hTERT水平降低結(jié)直腸癌中的端粒酶活性,并誘導端粒長度縮短[63]。綜上,黃連素可能通過腫瘤細胞中p16、p21、p53的過度表達、端粒酶活性的抑制以及CDK的下調(diào),誘導腫瘤細胞周期阻滯,進而抑制癌癥細胞的增殖。

2.8 青蒿素青蒿素是屠呦呦首次從黃花蒿植物中分離得到的倍半萜內(nèi)酯類化合物,其不僅僅具有抗瘧疾的作用,還有抗腫瘤、抗炎、抗真菌、抗纖維化等藥理作用[64-65]。有研究表明,青蒿琥酯已經(jīng)成為一種強大的衰老和自噬誘導劑,可以誘導腫瘤細胞衰老和凋亡,從而抑制結(jié)直腸癌中的腫瘤細胞增殖[66]。青蒿素可以通過下調(diào)cyclin D1、CDK4的表達,上調(diào)p21的表達,誘導G1期細胞周期阻滯。還可以通過抑制端粒酶蛋白hTERT表達,直接抑制宮頸癌細胞的生長[67]。青蒿琥酯影響固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白2和p53之間的相互作用,并在表達野生型p53的細胞中恢復p21的表達,從而在細胞衰老誘導中發(fā)揮關(guān)鍵作用[68]。此外,低濃度的蒿甲醚可以誘導DNA雙鏈斷裂(DSBs),并通過上調(diào)p16的mRNA和蛋白水平促進非小細胞肺癌細胞的衰老[69]。綜上,青蒿素可以抑制端粒酶活性、上調(diào)p53、p21、p16的表達和下調(diào)CDK,從而誘導腫瘤細胞衰老,發(fā)揮其抗癌作用。

由表1可見,中藥活性成分可誘導乳腺癌、肝癌、胃癌、前列腺癌、非小細胞肺癌、結(jié)腸癌、宮頸癌、膀胱癌、卵巢癌、白血病、膠質(zhì)瘤等多種惡性腫瘤細胞的衰老,發(fā)揮抗腫瘤作用,其主要機制可能是上調(diào)p53、p21、p16、pRb、PTEN、p27、Bax的表達,下調(diào)hTRRT、CDK2/4、cyclins的表達,調(diào)控端粒酶活性、癌基因激活和細胞周期阻滯。

表1 靶向細胞衰老的抗癌中藥活性成分作用機制

3 小結(jié)

本研究總結(jié)歸納了中藥活性成分誘導細胞衰老的主要途徑及通路:(1)端粒酶活性的抑制:通過抑制端粒酶活性,可以導致端?？s短,從而觸發(fā)細胞衰老;(2)抑癌基因p53和Rb的激活:p53和Rb是兩個重要的抑癌基因,它們的激活可以抑制細胞增殖,并誘導細胞衰老;(3)CDK抑制劑的激活:通過上調(diào)INK4家族中p16和CIP/KIP家族中p21、p27的表達,可以阻滯腫瘤細胞的細胞周期,從而誘導腫瘤細胞衰老。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),中藥活性成分具有多靶點作用,可以同時作用于多個細胞衰老通路,增強抗癌效果,有效抑制腫瘤細胞的增殖和生存能力。

然而,中藥活性成分在調(diào)節(jié)細胞衰老抗腫瘤方面有其局限性:(1)部分活性成分的水溶性較差,生物利用度較低,限制了其應用;(2)對端粒酶活性的抑制可能對生殖細胞和造血干細胞產(chǎn)生不利影響;(3)慢性衰老誘導的炎癥可能導致免疫抑制,進一步促進腫瘤發(fā)展;(4)研究僅限于有限數(shù)量的癌癥細胞系的體外研究,需要進一步的體內(nèi)評估和臨床試驗驗證其可靠性。因此,進一步研究中藥活性成分誘導細胞衰老的機制是必然的趨勢。今后可加強對中藥或天然藥物活性成分誘導腫瘤細胞衰老作用機制的探索,以利于新藥研發(fā),為癌癥的臨床治療提供更多新的思路。