青蒿素及其衍生物對腫瘤干細(xì)胞的作用研究進(jìn)展

許藏藏，肖林凡，溫 順，牟玲麗

(湖南師范大學(xué) 醫(yī)學(xué)院小分子靶向藥物研究與創(chuàng)制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410013)

腫瘤是嚴(yán)重威脅人類健康的一大頑疾，患者經(jīng)過治療，仍舊容易復(fù)發(fā)并且產(chǎn)生藥物抵抗。研究表明，引起腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和化療抵抗與人體組織中的一小群干細(xì)胞密切相關(guān)，這部分干細(xì)胞被叫做腫瘤干細(xì)胞(CSCs)[1]。CSCs具有獨(dú)特的自我更新、增殖和分化能力，在不同類型的惡性腫瘤中，CSCs對腫瘤的進(jìn)展、耐藥性、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移均有顯著影響[2-4]。因此，抑制腫瘤干細(xì)胞活性成為了一個有前途的腫瘤干預(yù)策略。

青蒿素是從菊科植物黃花蒿中提取出的具有抗瘧作用的生物活性物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，除抗瘧活性外，青蒿素及其衍生物雙氫青蒿素、青蒿琥酯等還具有抗腫瘤、免疫抑制、抗病毒等活性[5]，其抗腫瘤活性抗瘤譜廣、選擇性高、毒副作用小和無交叉耐藥現(xiàn)象等特點(diǎn)引起了研究學(xué)者的廣泛關(guān)注[6]。目前，研究發(fā)現(xiàn)此類化合物的抗腫瘤作用機(jī)制涉及廣泛，包括誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、阻滯細(xì)胞周期、抑制血管生長[7]、誘導(dǎo)自噬和鐵死亡[8]以及鐵激活產(chǎn)生碳自由基殺傷腫瘤細(xì)胞[9]等，并且研究學(xué)者也發(fā)現(xiàn)此類化合物可以抑制腫瘤干細(xì)胞的活性，有望被發(fā)展成腫瘤干細(xì)胞抑制劑治療腫瘤。因此，本文就青蒿素及其衍生物在對腫瘤干細(xì)胞標(biāo)記物、侵襲遷移、凋亡、線粒體代謝及DNA基因重組方面的影響及涉及到的作用機(jī)制做一綜述。

1 青蒿素及其衍生物下調(diào)腫瘤干細(xì)胞標(biāo)記物的表達(dá)

1.1 Nanog、Sox2和Oct3/4

Nanog蛋白由Nanog Ⅰ基因編碼，305個氨基酸組成，包含與DNA結(jié)合的保守同源域。研究表明，Nanog蛋白家族對CSCs的重要性表現(xiàn)在3個方面：1)在許多癌癥類型中，Nanog蛋白表達(dá)增加；2)Nanog蛋白增加與腫瘤干細(xì)胞樣表型密切相關(guān)；3)下調(diào)或者敲除Nanog蛋白能夠減少腫瘤惡化[10]。轉(zhuǎn)錄因子Sox2是Sry相關(guān)的HMG盒(Sry-related high mobility group Box)家族成員，作為腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物，具有調(diào)控胚胎干細(xì)胞自我更新、維持干細(xì)胞特性和建立誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞等重要作用[11]。轉(zhuǎn)錄因子Oct3/4是POU轉(zhuǎn)錄因子家族中的一員，主要作用是調(diào)控胚胎干細(xì)胞的生長和分化，它也是干細(xì)胞全能/多能性狀態(tài)與分化狀態(tài)轉(zhuǎn)變的重要指標(biāo)[12, 13]。在肺癌細(xì)胞中，Sox2、Oct3/4和Nanog共同調(diào)節(jié)肺癌干細(xì)胞的自我更新能力[14]。研究表明[15]，青蒿素、雙氫青蒿素、青蒿琥酯對肺癌A549細(xì)胞的干細(xì)胞標(biāo)記物Nanog、Sox2和Oct3/4蛋白的表達(dá)水平具有抑制作用。在體外，青蒿素的抑制作用最強(qiáng)，在30 μM的劑量下，Nanog和Sox2蛋白表達(dá)量可以減少65%和80%。在體內(nèi)，青蒿琥酯的抑制作用最強(qiáng)，Oct3/4、Sox2和Nanog的表達(dá)水平分別減少了5.1%、19.3%和7.92%。

1.2 乙醛脫氫酶(Acetaldehyole dehydrogenase,ALDH)

ALDH作為實(shí)體瘤干細(xì)胞的標(biāo)志物，是一類參與重要的細(xì)胞代謝過程乙醛的解毒和維甲酸合成的酶家族，在腫瘤干細(xì)胞自我更新和分化中起重要作用[16]。Zheng等[17]研究發(fā)現(xiàn)青蒿琥酯可以減少葡萄膜黑色素瘤細(xì)胞的ALDH+亞群，并且可以抑制葡萄膜黑色素瘤球的再形成，揭示青蒿琥酯可以減少葡萄膜黑素瘤細(xì)胞中的腫瘤干細(xì)胞。其涉及的作用機(jī)制是抑制Wnt/β-catenin信號通路。Wnt/β-catenin信號通路是調(diào)控腫瘤干細(xì)胞的3條主要的信號通路之一，其對于干細(xì)胞的維持以及抑制細(xì)胞的分化不可或缺[18]，β-catenin的穩(wěn)定是Wnt/β-catenin信號通路的核心，當(dāng)β-catenin水平低下時(shí)，Wnt通路處于關(guān)閉狀態(tài)，反之，處于開啟狀態(tài)。青蒿琥酯可以降低β-catenin和它的下游靶點(diǎn)c-Myc和cyclin D1的蛋白表達(dá)水平[17]，進(jìn)而使腫瘤干細(xì)胞的活性受到影響。

2 青蒿素及其衍生物抑制腫瘤干細(xì)胞侵襲遷移

CSCs在多種腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。王唯一等[19]發(fā)現(xiàn)雙氫青蒿素可以抑制喉癌干細(xì)胞的侵襲遷移能力，并在體外體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)雙氫青蒿素發(fā)揮此作用是通過IL-6/STAT3信號通路，其可以抑制STAT3的磷酸化從而使得其下游的侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)的表達(dá)下降，丟失粘附蛋白E-cadherin表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而達(dá)到抑制腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移的目的。吳艷林等[20]發(fā)現(xiàn)雙氫青蒿素可使膠質(zhì)瘤干細(xì)胞侵襲遷移能力減弱。他們通過qRT-PCR技術(shù)檢測了經(jīng)不同濃度雙氫青蒿素處理過的膠質(zhì)瘤干細(xì)胞中的Toll樣受體2、基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)和MMP-9的mRNA表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)其表達(dá)水平均降低，并且呈劑量依賴性。該結(jié)果提示雙氫青蒿素抑制小鼠膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的侵襲和遷移與Toll樣受體信號通路有關(guān)。

3 青蒿素及其衍生物誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞凋亡

膠質(zhì)瘤干細(xì)胞被考慮為治療膠質(zhì)瘤的一個潛在靶點(diǎn)，其與膠質(zhì)瘤的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和高死亡率密切相關(guān)。已有研究報(bào)道雙氫青蒿素在體外可通過觸發(fā)ROS產(chǎn)生和抑制谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶增強(qiáng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的放射敏感性[21]，而對于膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的影響則主要集中在對膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的凋亡影響上。如Cao等[22]發(fā)現(xiàn)雙氫青蒿素可以通過抑制AKT的磷酸化和激活Caspase-3從而抑制膠質(zhì)瘤干細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)劑量依賴性的細(xì)胞周期G1期阻滯和誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞凋亡。Li等[23]報(bào)道多功能脂質(zhì)體包載的紫杉醇和蒿甲醚對膠質(zhì)瘤細(xì)胞或膠質(zhì)瘤干細(xì)胞有細(xì)胞毒效力，并且可以誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤細(xì)胞或膠質(zhì)瘤干細(xì)胞凋亡，這與其可以明顯激活膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡蛋白Caspase-9、Caspase-3和Bax的活性，減弱抗凋亡蛋白Bcl-2的活性密切相關(guān)。

4 青蒿素及其衍生物擾亂腫瘤干細(xì)胞的線粒體代謝功能

CSCs能量代謝是腫瘤治療的一個潛在靶點(diǎn)。CSCs依賴于糖酵解和氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation, OXPHOS)代謝過程，并且表現(xiàn)出代謝可塑性和高度靈活性，以適應(yīng)不同的微環(huán)境。比如糖酵解可使CSCs在無氧或者營養(yǎng)饑餓的條件下生存。與糖酵解代謝相關(guān)的葡萄糖吸收、糖酵解酶的表達(dá)、乳酸的產(chǎn)生和ATP水平在CSCs中也顯著升高[24, 25]。有研究學(xué)者用二氯乙酸酯改變CSCs線粒體代謝來預(yù)防或治療腫瘤。二氯乙酸酯能夠抑制丙酮酸脫氫酶激酶(Pyruvate dehydrogenace kinase,PDK)磷酸化丙酮酸脫氫酶(Pyruvate dehydrogenese,PDH)，并促進(jìn)丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，使線粒體代謝從糖酵解向OXPHOS轉(zhuǎn)變，從而減少細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡及抑制腫瘤生長[26]。由此得知，抑制糖酵解和促進(jìn)氧化磷酸化均會對CSCs產(chǎn)生抑制作用。

Subedi等[27]利用高通量篩選的方法篩選了大約6000個化合物，發(fā)現(xiàn)青蒿素類似物NPD2604、青蒿素和青蒿琥酯對腫瘤球有很好的選擇性。選擇安全性高的青蒿琥酯作為CSCs抑制劑進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，指示線粒體氧化磷酸化的耗氧率(Oxygen consumption rate,OCR)在腫瘤球的3D細(xì)胞中略有升高而指示糖酵解的細(xì)胞外酸化速率(Extracellular acidification rate, ECAR)大幅降低，表明青蒿琥酯誘導(dǎo)線粒體功能紊亂，從而抑制腫瘤干細(xì)胞的腫瘤球形成能力。

5 青蒿素及其衍生物抑制腫瘤干細(xì)胞的DNA同源重組和復(fù)制衰老

重組蛋白RAD51是通過同源重組來修復(fù)DNA雙鏈斷裂的核心因子。有效下調(diào)腫瘤組織中的RAD51的水平，可降低腫瘤細(xì)胞的DNA損傷修復(fù)能力，從而提高腫瘤治療的療效。通常情況下，腫瘤干細(xì)胞會高表達(dá)RAD51蛋白，從而比非干細(xì)胞更有效地修復(fù)DNA損傷[28-30]。Berte等[31]研究發(fā)現(xiàn)青蒿琥酯可以增強(qiáng)化療藥替莫唑胺抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞及膠質(zhì)瘤樣干細(xì)胞的活性，主要是通過下調(diào)RAD51蛋白表達(dá)和抑制DNA同源重組活性而發(fā)揮此作用?；熕幪婺虬氛T導(dǎo)復(fù)制衰老，其會減少細(xì)胞凋亡和壞死，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)青蒿琥酯能夠減少替莫唑胺誘導(dǎo)的膠質(zhì)瘤干樣細(xì)胞的復(fù)制衰老。

6 結(jié)論

綜上所述，青蒿素及其衍生物對腫瘤干細(xì)胞的影響已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，也為天然產(chǎn)物作為腫瘤干細(xì)胞抑制劑提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。但是相比對腫瘤細(xì)胞的影響，此部分工作仍存在一些不足之處：1)涉及的腫瘤干細(xì)胞類型過少，只有肺癌干細(xì)胞、膠質(zhì)瘤干細(xì)胞、喉癌干細(xì)胞等，對其他類型腫瘤干細(xì)胞的影響還需要進(jìn)一步探討；2)此類化合物對腫瘤干細(xì)胞影響的相關(guān)作用機(jī)制需要進(jìn)一步深入研究，調(diào)控腫瘤干細(xì)胞的主要信號通路有3條：Wnt/β-catenin信號通路、Notch信號通路和Hedgehog信號通路，青蒿素類化合物對腫瘤干細(xì)胞調(diào)控信號通路的影響目前還只研究了Wnt/β-catenin信號通路，其他兩條信號通路仍需做進(jìn)一步研究。另外，此類化合物發(fā)揮抗腫瘤活性需要依靠鐵離子的激活從而產(chǎn)生碳自由基來發(fā)揮作用，據(jù)此，在對腫瘤干細(xì)胞進(jìn)行研究時(shí)，也可以鐵離子及富含鐵離子的血紅素作為切入點(diǎn)進(jìn)行深入研究。