苦参生物碱抗肿瘤机理研究进展
作者：李娜,李海芳,肖渊,王志斌
【关键词】 苦参；生物碱；抗种瘤；综述
苦参为豆科植物苦参Sophora flavescens Aitl的干燥根,具有清热燥湿、杀虫、利尿的功能。现代研究表明,苦参含有生物碱类、黄酮类、皂苷类、挥发油等多种化学成分；其中生物碱又分为苦参碱型、金雀花碱型、无叶豆碱型及羽扇豆碱型等不同类型的生物碱。近年来,体内和体外实验对上述生物碱成分提取分离、药理作用和临床研究有很大进展。这一类生物碱的基本骨架是奎诺里西啶(Quinolizidime),具有平喘、解热镇痛、抗病毒、消炎、提高免疫功能、抗肿瘤等多方面药理活性。其中以苦参碱和氧化苦参碱的抗肿瘤活性最强[1]。
苦参碱和氧化苦参碱是中药苦参中抗肿瘤的主要活性成分,广泛存在于豆科植物苦参、苦豆子及广豆根中。研究表明,苦参碱和氧化苦参碱通过抑制肿瘤细胞增殖、转移,诱导其凋亡及向正常细胞分化,抑制细胞粘附及血管转移,调节免疫,以及抑制癌基因及原癌基因的表达,而具有抗肿瘤的活性,现对苦参碱及氧化苦参碱的抗肿瘤作用机制作简要归纳。
1 抑制肿瘤细胞增殖
苦参碱和氧化苦参碱能有效地抑制多种肿瘤细胞增殖,其抑制效果与时间、浓度相关。研究表明,苦参碱能有效地抑制人肝癌细胞株HepG2、SMMC-7721以及人慢性髓性白血病细胞系K562的增殖,MTT试验显示：苦参碱对HepG2及K562抑制作用呈量-效和时-效关系。随着作用时间延长和药物浓度的增加, HepG2及K562细胞存活率明显降低,同时细胞DNA合成亦相应降低,具有直接杀伤作用[2-3]。苦参碱抑制肿瘤细胞增殖的机理可能主要有以下几点。
1.1 作用于细胞周期,而使细胞增殖受抑制
实验观察,用0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mg/mL氧化苦参碱处理SMMC-7721细胞2～3 h后,经流式细胞仪分析显示,可增加G0/G1期细胞所占百分比,降低S期G2/M期的百分比[4]。对K562细胞周期的影响研究结果显示：苦参碱作用K562细胞72 h后,4.6%的肿瘤细胞阻滞于G1期[5],而S期细胞数明显少；提示苦参碱对细胞产生的抑制是阻止细胞进入S期,使细胞堆积于G0/G1期,因此可以推测,苦参碱可以抑制DNA的合成。
1.2 作用于相关酶,影响其活性
乳酸脱氢酶(LDH)是细胞无氧酵解的关键酶,在肿瘤细胞无氧酵解代谢中相当旺盛,有文献报道,白血病患者血清的LDH活性明显高于正常人,且其主要来源于白血病细胞,因此,可将LDH活性变化作为白血病细胞增殖的指标之一[6]。
用苦参碱作用于K562细胞后的结果显示,0.2～0.3 mg/mL的苦参碱作用后的K562细胞的LDH活性明显小于无苦参碱作用的对照组和0.1 mg/mL的苦参碱作用的处理组,3 d后达到稳态。可见,苦参碱能降低LDH的活性[7],通过降低LDH的活性而阻断肿瘤细胞的无氧酵解,从而阻断肿瘤的发展。
2 诱导肿瘤细胞的分化和凋亡
细胞分化障碍是肿瘤细胞的一个重要生物学特征,它是由于正常基因功能受控于错误的表达程序所致[8]。分化是一个定向的严密调节的程序控制过程,恶性肿瘤是细胞分化和胚胎发育过程中的一种异常表现。
苦参碱能明显改变K562细胞的形态。在作用前K562细胞胞体大小不均、形状不规则、多呈圆形、胞浆多有瘤状突起、胞核大而不规则、含数个核仁。0.1 mg/mL苦参碱作用5 d后K562细胞胞体变小、胞核变小、染色质密集、核仁消失、核浆比例减小,类似于中幼红和晚幼红细胞,显示苦参提取液能够诱导K562细胞向红细胞系、巨核细胞系和单核细胞系分化[9]。1.0 mg/mL苦参碱作用24 h,30%的K562细胞可出现明显的空泡,并有凋亡小体,末端标记法也检测到凋亡的出现。所以,0.1 mg/mL苦参碱能够诱导肿瘤细胞的分化,而1.0 mg/mL苦参碱能使肿瘤细胞发生凋亡[10],故可以推测,苦参碱在低剂量时诱导细胞分化,而在高剂量时诱导细胞凋亡。
苦参碱诱导细胞分化与其抑制细胞周期有密切关系,实验表明,苦参碱作用后,HL-60细胞被阻滞在G1期,从而导致增殖减慢,进而趋向分化[11]。其诱导细胞分化和凋亡的机制可能与苦参碱上调G1细胞周期负调节因子的表达及凋亡相关基因表达、下调G1期正调节因子Cyclin D1表达及抗凋亡相关基因表达有关[12]。另外,可能与其抑制c-myc基因表达相关[13]。经苦参碱作用后,HL-60 细胞及U251胶质瘤细胞中的c-myc基因表达明显被抑制[11,14]。
3 抑制细胞粘附因子的表达及血管内皮细胞转移
癌细胞的浸润转移与内皮细胞膜表面的粘附相关,内皮细胞是抗癌的最前沿屏障,癌细胞只有越过内皮细胞才能发生转移。肿瘤细胞与内皮细胞单层作用,粘附率与转移率呈正相关,而恶性肿瘤都不同程度的表达粘附因子,所以抗肿瘤药物可以通过抑制粘附因子的表达以及抑制内皮细胞增殖来抑制肿瘤的生长。
3.1 抑制粘附因子的表达
恶性肿瘤细胞表达不同的粘附因子,粘附机制的失调在肿瘤的转移中起重要的作用,干扰细胞粘附因子与肿瘤发生和转移密切相关[15]。细胞粘附分子CD44、CD49在促进癌细胞转移过程中十分重要[16]。CD44、CD49分子是粘附分子家族中的成员,一些肿瘤在转移的过程中往往伴有CD44、CD49表达的上调。体外实验表明,肿瘤细胞转染过度表达CD44,增加肿瘤转移潜能[17]。
林氏等[17]研究的结果表明,苦参碱可明显抑制肿瘤细胞与内皮细胞粘附因子CD44、CD49的表达,从而抑制了肿瘤细胞与内皮细胞的粘附,减少肿瘤的转移。研究表明,苦参碱处理后的PG细胞(人肺高转移巨细胞癌细胞系)中CD44、CD49粘附因子表达明显减少,内皮细胞通透性明显降低,表明苦参碱可明显抑制肿瘤细胞与内皮细胞的粘附,减轻肿瘤的转移[18]。
3.2 抑制血管内皮细胞增殖
新生血管的形成是肿瘤产生和转移的主要步骤,内皮细胞(VEC)的增殖是肿瘤新生血管形成的基础,其形成是在肿瘤细胞分泌的许多细胞生长因子的调节下进行的,这些因子中最主要的是血管内皮生长因子(VEGF)和碱性成纤维生长因子(bFGF)[19-20]。
研究发现,通过氧化苦参碱处理后,VEC通透性降低,可能是药物处理后,VEC收缩减轻,细胞连接间的缝隙变小,白蛋白的渗出减少,阻断肿瘤细胞与基质的粘附,减少肿瘤的转移。另外,氧化苦参碱对肿瘤细胞诱导VEC增殖具有一定的抑制作用,肺癌和胃癌细胞的条件培养液能促进VEC的增殖,但经不同浓度的氧化苦参碱作用后的肺癌和胃癌细胞条件培养液对VEC增殖有不同程度抑制作用。氧化苦参碱浓度为1.25～10 mg/mL时,抑制率分别为11.1%～37%和8.7%～39.1%[21]。免疫组化显示,苦参碱大剂量组可抑制S180瘤体内VEGF、bFGF的表达,其对S180肉瘤血管形成有明显的抑制作用[22]。因此推测苦参碱和氧化苦参碱可以通过抑制VEGF及bFGF的表达而达到抑制VEC增殖,从而抑制血管形成,进而抑制肿瘤发展,发挥抑瘤作用。
4 免疫调节作用
TH/TS(辅助性T细胞与抑制性T细胞)比值的高低可以反应身体的免疫能力。乳腺癌MA737荷瘤小鼠连续给苦参碱5 d后,可明显提高TH/TS比值,说明苦参碱具有免疫调节功能[23]。
研究发现,苦参碱具有生物调节剂(BRM)功能。苦参碱可以加强LAK细胞的免疫效应,提高肿瘤细胞对LAK细胞的敏感性,LAK与苦参碱联合应用,可促进LAK细胞的体内治疗效果[24]。氧化苦参碱能明显激活NK细胞,而IL-2 可诱导原始NK细胞增殖、成熟、表现活性,并增强其裂解靶细胞能力,推测氧化苦参碱可能通过刺激体内IL-2分泌增加这一途径,而提高NK活性,进而达到抑瘤效果[25]。氧化苦参碱可使胸腺、脾脏有核细胞数明显升高,而且3H-TdR掺入率亦明显增强,说明氧化苦参碱可激活机体免疫细胞,并使之合成增强而通常荷瘤机体免疫功能均下降[26],这也是肿瘤放、化疗面对的最大障碍。而氧化苦参碱不失为一种良好的辅助措施,为其临床应用提供了免疫学基础。