龙葵抗肿瘤作用机制研究进展

现代医学研究

龙葵抗肿瘤作用机制研究进展

安 磊 , 唐劲天 , 刘新民 , 高南南

(1. 中国医学科学院 中国协和医科大学 药用植物研究所, 北京100094 ;

2. 清华大学 医学物理与工程研究所, 北京100084)

[摘要] 对近年来龙葵抗肿瘤的活性成分及作用机制进行综述。大量实验研究表明龙葵总碱可通过改变细胞膜的结构和功能、影响DNA 和RNA 的合成以及改变细胞周期分布来抑制肿瘤。龙葵糖蛋白(150 ×10)可通过阻断NF-kB 抗凋亡通路、激活caspase 级联反应、及促进NO 的释放促进肿瘤细胞的凋亡。 [关键词] 龙葵; 抗肿瘤; 作用机制

[中图分类号] R 285.5 [文献标识码] A [文章编号] 1001-5302(2006) 15-1225-03

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同一给药方案龙葵总碱37.5 mg·kg能显著降低S180 ,H22

+ +2 + 2 +

荷瘤小鼠细胞膜Na,K-ATPase 和Ca, Mg- ATPase 的活性( P < 0.01) 。ATPase 是细胞能量代谢与转换的关键酶,其活性降低使细胞代谢的能量不足,阻断细

[6]

胞的恶性增殖 。上述结果表明龙葵总碱可以通过改变膜蛋白的数量、功能、膜的通透性及ATP 酶的活性等多个环节来改变细胞膜结构与功能,从而达到抗肿瘤的作用。

2 调节信号传导通路促进细胞调亡

3

研究发现龙葵糖蛋白(150 ×10 ) 对 HT-29 (人大肠癌细胞) 、MCF-7(人乳腺癌细胞) 、HCT-116 (人直肠癌细胞) 等多种肿瘤细胞具有细胞毒和促细胞凋亡作用。这一作用可能是通过调节信号传导通路的不同环节起效的。

2.1阻断NF-κB 调节的抗凋亡通路 核转录因子(nuclear transcription fator- kappaB , NF-κB) 是一类关键性的核转录因子,通常以非活性形式存在于细胞质中,只有受到各种活化因素的作用, NF-κB才能被激活。研究表明核转录因子NF-κB是细胞存活相关基因,

[7]

可抑制细胞凋亡。实验发现龙葵糖蛋白可以通过调节转录相关因子的活性,阻断NF-k B通路的信息传导,促进肿瘤细胞的凋亡。Lim , Kye- Taek 等人用western印迹和电泳迁移实验(electrophoretic mobility shift assays ,EMSA) 观察到龙葵糖蛋白能明显抑制促癌剂佛波酯(12- O- tetrade canoylphorbol-13- acetate

- 1- 1

,TPA)(61.68 ng·mL , 100 nmol·L ) 刺激的肿瘤细胞内蛋白激酶(protein kinase C-α,PK C-α) ,

[8-10]

NF-κB 的活性,Bax 的表达受到抑制。进一步的研究发现龙葵糖蛋白主要是通过阻断PKC-α的跨膜易位

- 1

龙葵Solanum nigrum L. 属茄科一年生草本植物,

全草含澳洲茄碱、澳洲茄边碱等多种生物碱,民间较早就作为抗肿瘤药应用,临床上也发现对多种实体肿瘤及白血病等具有良好的防治疗效,近年来国内外对其抗肿瘤作用的有效成分和作用机制开始涉足。

1 对肿瘤细胞膜的影响

细胞癌变后,细胞膜出现许多结构和功能的变化,

[1 ,2]

其中膜蛋白的异常改变与肿瘤密切相关。唾液酸(salic acid ,SA) 是细胞膜上糖蛋白和糖脂链末端的残基,研究表明SA在肿瘤的病理过程中具有“抗识别”、

[3]

免疫逃避,并且和癌细胞的转移有关。SA增多是肿瘤(尤其转移癌) 胞膜最多见的变化,细胞膜在SA增多的同时膜通透性也表现异常,如癌细胞对某些糖类及氨基酸的运送比相应的正常细胞大得多,以致癌细胞能快速生长。采用荧光探针DPH标记法测定肿瘤细胞膜流动性和考马斯亮蓝法测定肿瘤细胞膜蛋白水平,发现龙葵总碱可显著降低H22荷瘤小鼠肿瘤细胞膜流动性及膜蛋白

[4]

水平。在对龙葵总碱影响膜蛋白的进一步实验中发现

- 1

龙葵总碱(9.375～37.5 mg·kg) 每天1次,连续7 d 给予H22荷瘤小鼠,可使其肿瘤细胞膜表面的SA 含量,从对

- 1

照组(0.280±0.030) mmol·L分别降低到(0.176±

- 1

0.045) , (0.173±0.045),(0.116±0.041) mmol·L(与对照组比较 P < 0.01) 。同时龙葵总碱还能显著降低肿瘤细胞膜的通透性,使肿瘤细胞膜封闭度,从对照组(66.4±1.99) %分别降至(61.3±2.56) %, (56.0±3.07) %和(50.08±4.08) %(与对照组比较 P < 0.01) ,恢复细胞膜对大分子及阳离子的通透屏障,形成封闭影泡。这一作用不仅可以抑制肿瘤细胞的增殖,还有可能

[5]

导致肿瘤细胞的解体和死亡。除此以外学者们还发现,

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和抑制NF-κB (P50) 蛋白的活性,使NF-κB 和活化剂蛋白-1 (activator protein-1 , AP-1) 的DNA 结合

活性降低,从而阻断了NF-κB 抗调亡通路[11 ,12]

。另外,相关实验显示龙葵糖蛋白可以抑制氢氧自由基引起的N

F-κB活性增强[8]

。诱导细胞凋亡是许多抗癌药物治疗肿瘤的机制之一,但是肿瘤细胞往往对抗癌药物诱导的细胞凋亡产生抗性,从而削弱治疗效果。最近的研究表明,肿瘤细胞核转录因子NF-κB 的活化是其抗药性产生的机制之一。因此龙葵从抑制NF-κB通路的途径来促进细胞凋亡无论从抗肿瘤还是解决抗癌药物的抗药性上都具有重要的研究价值。

2.2 激活caspase 级联反应 研究显示龙葵在抑制抗凋亡通路的同时,有可能还通过激活caspase 级联反应来促使细胞凋亡。caspase-3被称为细胞凋亡蛋白酶,是细胞凋亡过程中最主要的终末剪切酶,在细胞凋亡中起着不可替代的作用。caspase-3 最主要的底物是多聚(ADP-核糖) 聚合酶[poly(ADP- ri- bose) polymerase ,

PARP] ,该酶与DNA 修复、基因完整性监护有关[13]

。Cas

pase-3可以被多种因素活化,线粒体细胞色素C释放到胞质后可引发caspase 活化级联,导致细胞死亡。最近的研究发现加入龙葵糖蛋白培养的HT-29 细胞中线粒体细胞色素C ,caspase-3和caspase-9 的酶原片断及多聚(ADP-核糖) 聚合酶PARP 蛋白的增多,实验中细胞内活性氧自由基( reactive oxygen species ,ROS) 数

量没有明显改变,认为caspase 活化级联与ROS 无关[14]

因此龙葵糖蛋白可能是该级联途径活化的原因。

3 其他

除上述龙葵抗肿瘤作用机制外,其还可能通过增加一氧化氮(NO) 的合成,阻止细胞的恶性增殖,细胞周期阻滞来发挥抗肿瘤作用。NO 的生物学作用具有复杂性和多样性,肿瘤生物学上一般认为高水平的NO 对肿瘤细胞具有直接的细胞毒作用, 而较低水平的NO 具有生长刺激作用。新近的研究表明龙葵提取物在促进肿瘤细胞凋亡时能增加细胞内NO的合成,这可能为其促进细胞

凋亡的机制之一[15]

。肿瘤细胞具有无限增殖的特性,应用激光共聚焦显微术(laser confocal microscopy ,LCM)

观察龙葵总碱(18.75,37.5 mg·kg -1

) 能明显降低S180 和H22 荷瘤小鼠细胞RNA/ DNA 值,使肿瘤细胞内DNA 转录形成RNA 的代谢受到抑制,细胞内基因产物——蛋白质

的合成受阻[16]

。在观察龙葵总提取物对U266 (多发性骨髓瘤细胞) 的细胞毒作用时发现龙葵总提取物可使

U266细胞G,S ,G[17]

0- G1期细胞数减少2- M期细胞数增加。

4 结语

近年的研究表明龙葵可通过多个环节促进细胞凋

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亡,阻止细胞的恶性增殖发挥抗肿瘤作用。在研究龙葵抗癌机制时,国内多集中在龙葵生物碱的活性研究,而国外主要以富含疏水性的甘氨酸和脯氨酸的龙葵糖蛋

白(150 ×103

) 为研究对象,均发现具有抗肿瘤活性。提示龙葵内含有不同的抗肿瘤活性成分,通过不同的作用机制发挥作用,不同作用机制的综合研究将对指导龙葵抗肿瘤活性的开发具有重要意义。

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