明日葉查爾酮抗腫瘤作用研究進(jìn)展

張 雷,李子超,王力平,高 翔,李 群

(1.青島大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山東青島 266071;2.青島大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山東青島 266071;3.中國海洋大學(xué)校醫(yī)院,山東青島 266100)

明日葉(Angelicakeiskei)屬傘形科當(dāng)歸屬,原產(chǎn)于日本太平洋沿岸八丈、伊豆等大島,因今日摘葉、明日就能冒出新葉的強(qiáng)盛生命力而得名[1],在日本又被稱為天賜之草、海峰人參、珍立草等。從1603年起,島上居民就有食用明日葉的習(xí)慣,并將明日葉用于滋補(bǔ)、利尿、通便、催乳等。大量研究發(fā)現(xiàn),明日葉中主要活性物質(zhì)為查爾酮類物質(zhì),因其分子結(jié)構(gòu)能與不同的受體結(jié)合,所以具有多重生理活性,如抗菌[2]、抗炎[3]、抗病毒[4]、抗氧化[5]、抗腫瘤、降“三高”、預(yù)防心腦血管疾病[6]等。目前明日葉在日本已認(rèn)定為“健康食品級(jí)”,成為國民桌上的佳肴和常用于養(yǎng)生保健的功能性食品。如今腫瘤已成為危害人類健康的頭號(hào)殺手,不僅給患者帶來嚴(yán)重的并發(fā)癥,而且給患者家屬帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和巨大的身心壓力。2014年世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì)表明,2012年全世界癌癥病例新增1409萬,死亡820萬,其中我國新增和死亡病例均居世界首位,分別為307萬(21.8%)和220萬(26.9%),且這一數(shù)值呈逐年上升趨勢[7]。面對(duì)如此嚴(yán)峻的形勢,國內(nèi)外科研人員加強(qiáng)了對(duì)抗腫瘤藥物的研究,尤其是對(duì)天然產(chǎn)物抗腫瘤的研究越來越深入。明日葉查爾酮是從明日葉中分離出的一類黃酮類化合物,因其顯著的抗腫瘤活性與極低的副作用引起國內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注。本文對(duì)明日葉查爾酮抗腫瘤作用及其作用機(jī)制相關(guān)的國內(nèi)外研究作一綜述,以期為明日葉查爾酮抗腫瘤相關(guān)研究和明日葉天然查爾酮資源的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1 明日葉中查爾酮的種類和分布

1.1 明日葉中查爾酮的種類

明日葉查爾酮是具有1,3-二苯基丙烯酮結(jié)構(gòu)(如圖1)的黃酮類化合物的總稱,是明日葉的主要活性成分。其中在明日葉折斷的根莖或葉子中流出的黃色汁液干物質(zhì)中,查爾酮類物質(zhì)的含量高達(dá)90.2%[8]。至今已從明日葉中分離并鑒定了24種查爾酮類化合物,其分子式、中英文名稱及來源見表1,其結(jié)構(gòu)式見圖2。

圖2 從明日葉中分離鑒定的查爾酮衍生物結(jié)構(gòu)式Fig.2 Chemical structures of chalcones isolated from A. keiskei

圖1 查爾酮類化合物的骨架結(jié)構(gòu)Fig.1 The chemical structure of chalcone

表1 從明日葉中分離鑒定的查爾酮衍生物Table 1 Identified chalcones from A. keiskei

1.2 明日葉中查爾酮的分布

Kim等[5]對(duì)明日葉中5種主要查爾酮類化合物(黃當(dāng)歸醇、4-羥基德里辛、異補(bǔ)骨脂查爾酮、黃當(dāng)歸醇B、黃當(dāng)歸醇F)在植物中不同部位的含量進(jìn)行了檢測(結(jié)果如表2所示),結(jié)果顯示其在明日葉不同部位中含量有顯著差異,5種明日葉查爾酮的總含量在明日葉不同部位的比較結(jié)果為:根皮(10.51 mg/g)>莖(8.52 mg/g)>葉子(2.63 mg/g)>根干(1.44 mg/g)。

表2 明日葉不同部位中5種查爾酮類化合物的含量Table 2 The 5 main chalcone contents in different parts of A. keiskei

2 明日葉查爾酮抗腫瘤作用

近年來,眾多科研工作者通過建立腫瘤細(xì)胞模型與動(dòng)物模型,研究發(fā)現(xiàn)明日葉中7種查爾酮類衍生物(主要為黃當(dāng)歸醇與4-羥基德里辛)對(duì)包括胃癌、肝癌、肺癌、子宮癌、白血病、骨肉瘤、黑色素瘤等14種腫瘤細(xì)胞具有優(yōu)良的抗腫瘤活性(見表3)。在深入研究后發(fā)現(xiàn)明日葉查爾酮是通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞血管生成、增強(qiáng)機(jī)體細(xì)胞抗氧化能力、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抑制腫瘤細(xì)胞侵襲與轉(zhuǎn)移等途徑發(fā)揮抗腫瘤作用。

表3 明日葉查爾酮抗腫瘤作用相關(guān)研究Table 3 Researches on the anti-tumor activity of chalcones from A. keiskei

3 明日葉查爾酮抗腫瘤作用機(jī)制

3.1 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

大量研究表明,腫瘤的形成是細(xì)胞增殖調(diào)控與細(xì)胞凋亡發(fā)生紊亂的結(jié)果,細(xì)胞凋亡狀態(tài)及其調(diào)控基因的異常參與了腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[25]。目前公認(rèn)的細(xì)胞凋亡發(fā)生機(jī)制主要有三條途徑,即內(nèi)源性線粒體介導(dǎo)途徑、外源性死亡受體介導(dǎo)途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑。已有研究報(bào)道通過細(xì)胞及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)明日葉查爾酮可引起人神經(jīng)母細(xì)胞瘤、白血病、胃癌、肺癌、黑色素瘤等腫瘤細(xì)胞的凋亡,其作用機(jī)制可能通過調(diào)控凋亡相關(guān)因子的表達(dá)以及影響細(xì)胞凋亡信號(hào)傳導(dǎo)等途徑[16,18,21-22,26-28],但目前尚未有明日葉查爾酮影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑的相關(guān)研究報(bào)道。

3.1.1 對(duì)凋亡相關(guān)基因表達(dá)的調(diào)控Bcl-2家族基因根據(jù)其結(jié)構(gòu)及功能可將該基因家族分為兩類:抗凋亡基因(Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-W、Mcl-1、CED9等)與促凋亡基因(Bax、Bak、Bcl-XS、Bad、Bik、Bid等),細(xì)胞生命和凋亡的許多信號(hào)正是受這兩類基因之間協(xié)同作用調(diào)控的[29]。在多種癌細(xì)胞中,Bcl-2蛋白通過抑制細(xì)胞凋亡促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖,而相應(yīng)的micro RNA可通過下調(diào)細(xì)胞內(nèi)的Bcl-2蛋白水平來使癌細(xì)胞凋亡[30]。孫赫等[27]研究發(fā)現(xiàn)明日葉查爾酮提取物可通過降低荷瘤小鼠H22肝癌細(xì)胞中Bcl-2蛋白表達(dá)水平,促進(jìn)小鼠H22肝癌細(xì)胞的凋亡。Bax的同二聚體(Bax/Bax)能在腫瘤細(xì)胞外膜上產(chǎn)生大孔,并通過促進(jìn)細(xì)胞色素C的釋放進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡,而Bcl-2/Bax的異源二聚體則會(huì)防止腫瘤細(xì)胞外膜上孔洞形成并抑制細(xì)胞凋亡[31]。孟揚(yáng)等[26]研究了明日葉查爾酮提取物對(duì)荷瘤小鼠H22肝癌細(xì)胞Bax蛋白表達(dá)的影響,發(fā)現(xiàn)明日葉查爾酮可激發(fā)小鼠腫瘤細(xì)胞中Bax蛋白的表達(dá),促進(jìn)小鼠腫瘤細(xì)胞凋亡,抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和生長。

3.1.2 影響細(xì)胞凋亡通路的信號(hào)傳導(dǎo)

3.1.2.1 內(nèi)源性線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路 線粒體通透性轉(zhuǎn)變孔的開放程度、線粒體跨膜電位的下降情況、線粒體中凋亡因子的釋放量是線粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的主要途徑[32]。半胱氨酸蛋白酶(caspase)家族蛋白存在于細(xì)胞漿中,組成細(xì)胞凋亡級(jí)聯(lián)信號(hào)傳導(dǎo)通路,在凋亡啟動(dòng)和執(zhí)行過程中起關(guān)鍵作用。其中caspase-3為關(guān)鍵的執(zhí)行分子,它在凋亡信號(hào)傳導(dǎo)的許多途徑中發(fā)揮功能。大多數(shù)激發(fā)細(xì)胞凋亡的因素均需要通過caspase-3介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑導(dǎo)致細(xì)胞凋亡,當(dāng)caspase-3激活時(shí),細(xì)胞凋亡加速[33]。Tabata等[22]從明日葉莖中分離得到黃當(dāng)歸醇,并發(fā)現(xiàn)其能通過激活I(lǐng)MR-32神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞和Jurkat白血病細(xì)胞中的caspase-3,來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。孟揚(yáng)等[26]研究了明日葉查爾酮提取物對(duì)荷瘤小鼠H22肝癌細(xì)胞caspase-3蛋白表達(dá)的影響,發(fā)現(xiàn)明日葉查爾酮可提高激活型caspase-3蛋白的表達(dá)來誘導(dǎo)H22肝癌細(xì)胞的凋亡。Nishimura等[28]發(fā)現(xiàn)異補(bǔ)骨脂查爾酮可顯著促進(jìn)pro-caspase-3和pro-caspase-9的水解,并隨后提高激活型caspase-9和caspase-3的含量,通過線粒體途徑誘導(dǎo)人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞IMR-32和NB-39的凋亡,并且對(duì)正常細(xì)胞沒有細(xì)胞毒性。還有研究證實(shí),4-羥基德里辛可促進(jìn)細(xì)胞色素C的釋放并激活pro-caspase-9,通過線粒體途徑誘導(dǎo)人急性髓性白血病HL60細(xì)胞的凋亡[21]。

3.1.2.2 外源性死亡受體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路 Fas/FasL、腫瘤壞死因子受體(TNFR)、腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)這3條通路則是死亡受體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的主要形式[34]。Akihisa等[21]研究證實(shí),4-羥基德里辛可促進(jìn)腫瘤壞死因子(TNF)的釋放,激活caspase-8和caspase-3,通過TNFR途徑誘導(dǎo)人急性髓性白血病HL60細(xì)胞的凋亡。

3.2 抑制腫瘤血管生成

腫瘤血管可以為腫瘤細(xì)胞提供生長、侵襲與轉(zhuǎn)移所必需的氧氣、營養(yǎng)成分及腫瘤生長因子等,在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)是至今鑒定出來的最強(qiáng)效、最特異的促腫瘤血管生成因子,它的大量表達(dá)會(huì)促進(jìn)腫瘤的生長和新生血管的形成。抑制腫瘤血管新生,切斷腫瘤細(xì)胞的營養(yǎng)供應(yīng)和轉(zhuǎn)移途徑已成為腫瘤治療的新策略[35]。Kimura等[23-24]報(bào)道從明日葉根中分離的黃當(dāng)歸醇與4-羥基德里辛在LLC荷瘤小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中能夠抑制腫瘤引起的新血管生成,并在基質(zhì)膠血管生成實(shí)驗(yàn)中,1～100 μmol/L濃度的該兩種明日葉查爾酮能夠抑制人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)類毛細(xì)血管的生成。另外,黃當(dāng)歸醇還可通過阻斷VEGF與血管內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)合來抑制LLC肺癌小鼠腫瘤組織的血管生成。李子超等[36-37]在顯微鏡下觀察到在每日喂食25～50 mg/kg明日葉查爾酮提取物11 d后可使H22肝癌荷瘤小鼠肝癌組織間質(zhì)的血管變得稀疏并發(fā)生纖維化,其腫瘤組織微血管密度(MVD)顯著下降,證實(shí)明日葉查爾酮對(duì)小鼠H22肝癌組織新血管生成具有抑制作用,并在進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)其作用機(jī)制可能通過下調(diào)VEGF、缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1α等重要促腫瘤血管生成因子的表達(dá)實(shí)現(xiàn)的。

3.3 抗氧化作用

一個(gè)正常細(xì)胞要轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞必須經(jīng)過兩個(gè)階段,即誘發(fā)與促進(jìn)。大量研究證明,致癌的兩個(gè)階段都與活性氧(ROS)有關(guān)。在誘發(fā)階段,活性氧既可直接損傷DNA,也可通過脂類過氧化而間接損傷DNA;在促進(jìn)階段,促癌劑能促使細(xì)胞產(chǎn)生活性氧間接攻擊DNA。細(xì)胞對(duì)DNA損傷反應(yīng)的異常將導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生[38]?；赗OS的致瘤特性,食源性抗氧化劑已經(jīng)成為潛在的預(yù)防腫瘤發(fā)生和抗腫瘤藥物。研究證實(shí),明日葉查爾酮具有清除DPPH自由基的活性[39]和有效的超氧化物清除活性[15]。侯芳霖等[40]發(fā)現(xiàn)明日葉查爾酮提高了H22肝癌荷瘤小鼠血清中超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活力、并降低了脂質(zhì)過氧化的重要標(biāo)志物——丙二醛(MDA)的含量,同時(shí)也顯著降低了腫瘤細(xì)胞的增殖活性。提示明日葉查爾酮的抗腫瘤作用與H22肝癌小鼠細(xì)胞的抗氧化能力增強(qiáng)有關(guān)。

3.4 增強(qiáng)機(jī)體免疫力

機(jī)體免疫功能影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展,而隨著腫瘤的進(jìn)展,能反向抑制機(jī)體的免疫功能。明日葉查爾酮可通過T淋巴細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞等多種途徑增強(qiáng)機(jī)體的免疫能力,在抗腫瘤過程中發(fā)揮重要的作用。Kimura等[24]發(fā)現(xiàn)4-羥基德里辛能抑制小鼠脾臟淋巴細(xì)胞、CD4+、CD8+和NK-T細(xì)胞四種免疫細(xì)胞數(shù)目的減少并顯著降低了LLC肺癌小鼠腫瘤的質(zhì)量,提示4-羥基德里辛的抗腫瘤作用可能與其增強(qiáng)LLC肺癌小鼠免疫力有關(guān)。

3.5 抑制腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移

侵襲與轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的主要生物學(xué)特性。侵襲是指惡性腫瘤細(xì)胞侵犯和破壞周圍正常組織,進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的過程。轉(zhuǎn)移則是指侵襲中的癌細(xì)胞遷移到特定組織器官并發(fā)展成為繼發(fā)性癌灶的過程。腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移主要受上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)、細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)降解、黏附作用及腫瘤血管形成等多重因素影響[41]。Kimura等[23]發(fā)現(xiàn)黃當(dāng)歸醇能夠顯著降低轉(zhuǎn)移至肝臟的LLC小鼠肺癌細(xì)胞的數(shù)量,并且發(fā)現(xiàn)荷LLC肺癌小鼠在口服50 mg/kg黃當(dāng)歸醇15 d后,原發(fā)腫瘤的生長和腫瘤向肺部的轉(zhuǎn)移均受到顯著的抑制,荷瘤小鼠存活時(shí)間也同時(shí)得到延長。該研究團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)[24],4-羥基德里辛也能夠抑制LLC肺癌荷瘤小鼠癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移,其原因是由于4-羥基德里辛能顯著抑制腫瘤誘導(dǎo)的新血管的形成所引起的。近年來,腫瘤微環(huán)境在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的重要作用,引起了人們的高度重視。而作為腫瘤基質(zhì)中重要的免疫抑制細(xì)胞——腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs),參與了腫瘤發(fā)生、生長、侵襲和轉(zhuǎn)移等過程,已經(jīng)成為了潛在的腫瘤治療新靶點(diǎn)[9]。Sumiyoshi等[20]通過建立高轉(zhuǎn)移度骨肉瘤LM8荷瘤小鼠模型,發(fā)現(xiàn)每日兩次喂食25或50 mg/kg黃當(dāng)歸醇和4-羥基德里辛可以抑制小鼠瘤組織向肺與肝臟轉(zhuǎn)移,并抑制了瘤組織中TAM的表達(dá),其機(jī)理是通過抑制腫瘤微環(huán)境中M2型巨噬細(xì)胞的激活與分化作用。

3.6 其他可能作用機(jī)制

有資料顯示,惡性腫瘤細(xì)胞中鈣調(diào)蛋白的含量均會(huì)大幅增加,因此許多抗癌藥物,正是通過抑制鈣調(diào)蛋白的活性或降低鈣調(diào)蛋白的含量來達(dá)到治療惡性腫瘤的目的[42]。Okuyama等[43]通過熒光法檢測發(fā)現(xiàn)濃度為1 μg/mL黃當(dāng)歸醇和0.5 μg/mL 4-羥基德里辛可有效抑制Ca2+-鈣調(diào)蛋白加強(qiáng)的N-苯基-1-萘胺的熒光強(qiáng)度,提示該兩種明日葉查爾酮可通過調(diào)節(jié)Ca2+-鈣調(diào)蛋白系統(tǒng)促進(jìn)抗腫瘤作用。

4 結(jié)語與展望

雖然目前已有較多明日葉查爾酮抗腫瘤作用相關(guān)研究,包括體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn),但多數(shù)研究僅探索了在明日葉中含量較多且相對(duì)容易提取、分離的兩種主要的明日葉查爾酮衍生物(黃當(dāng)歸醇和4-羥基德里辛)的抗腫瘤作用,其余多種查爾酮相關(guān)研究仍需開展。另外,目前研究對(duì)其主要作用靶點(diǎn)以及確切的分子水平作用機(jī)理仍需深入研究并闡明。同時(shí),目前雖已有明日葉查爾酮能通過引起腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞血管生成、增強(qiáng)機(jī)體細(xì)胞抗氧化能力、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抑制腫瘤細(xì)胞侵襲與轉(zhuǎn)移等途徑發(fā)揮抗腫瘤作用,但關(guān)于明日葉查爾酮對(duì)阻滯腫瘤細(xì)胞增殖周期以及對(duì)藥物增敏及逆轉(zhuǎn)耐藥性的相關(guān)研究尚未開展。再者從臨床角度上,相關(guān)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)驗(yàn)仍需開展,來進(jìn)一步確認(rèn)明日葉查爾酮的抗腫瘤效果。