紫草化學成分對肺、肝、結(jié)腸癌細胞作用的研究進展*

于 靜，曹書立，焦國正，張 松

（1.鄂東醫(yī)療集團黃石市中心醫(yī)院·湖北理工學院附屬醫(yī)院藥學部，湖北 黃石 435000； 2.中國人民解放軍陸軍第948醫(yī)院中醫(yī)康復(fù)科，新疆 烏蘇 833000； 3.泰山學院化學化工學院，山東 泰安 271000）

自2018年以來，我國癌癥的發(fā)病數(shù)和死亡數(shù)均已超過全世界總數(shù)的1/5，已成為威脅人民健康的重要致病因素，預(yù)防和抗擊癌癥已成為重要的國家戰(zhàn)略[1－4]。其中，肺癌、肝癌、結(jié)腸癌的發(fā)病率和死亡率在國內(nèi)外均位居前列。目前，針對腫瘤的治療方式有外科手術(shù)、化學藥物治療（簡稱化療）、放射治療（簡稱放療）、生物治療等，以前3種為主，各有利弊。因當前化療藥物的耐藥性頻發(fā)、毒副作用凸顯等問題，迫使研究者開始探尋對腫瘤細胞殺傷力大，對正常細胞損傷小，無（或弱）耐藥性的中草藥療法。具有抗腫瘤作用的天然產(chǎn)物及其活性成分已成為植物藥的研究熱點，許多藥物通過篩選植物的天然產(chǎn)物而被發(fā)現(xiàn)具有抗腫瘤作用，如紫杉醇等。在眾多天然藥物的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)紫草中含有大量抑制肺、肝、結(jié)腸癌細胞的成分，這些成分具有顯著的敏感性、殺傷力、弱耐藥性等優(yōu)點。為此，采用計算機檢索近10年來中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)庫，以及Web of Science，PubMed，Elsevier，Wiley，Springerlink，ACS，RSC等數(shù)據(jù)庫，分析有關(guān)紫草中不同化學成分對肺、肝、結(jié)腸癌細胞的作用機制及特點，為紫草抗癌新藥的研發(fā)及臨床應(yīng)用提供理論支持。

1 紫草總述及抗腫瘤化學成分分類

紫草為紫草科植物軟紫草Arnebia euchroma（Royle）Johnst.、硬紫草Lithospermum erythrorhizonSieb.et Zucc.或黃花軟紫草ArnebiaguttataBunge的干燥根[5]。其味甘、咸，性寒，具有清熱、涼血、活血、透疹解毒功效，在傳統(tǒng)中醫(yī)治療中應(yīng)用廣泛，如斑疹、麻疹、瘡瘍、燒燙傷等[6]。

紫草含有多種細胞毒活性成分，能有效抑制并殺滅腫瘤細胞。隨著研究的深入，科研人員還發(fā)現(xiàn)其不同化學成分對多種腫瘤細胞株具有不同程度的細胞毒活性[7－14]，且可能存在協(xié)同作用。基于此，可對紫草中多類化合物（不包括結(jié)構(gòu)修飾獲得的衍生化蒽醌化合物）進行如下分類。1）蒽醌類紫草素及其對應(yīng)異構(gòu)體阿卡寧，能有效作用于肺癌[15]、肝癌[14]、結(jié)腸癌[16]、乳腺癌[17－19]、卵巢癌[20]、宮頸癌[21]、胰腺癌[22]、白血病[23]、皮膚癌[24]、淋巴瘤[25]、甲狀腺癌[26]、前列腺癌[14]、頭頸癌[14]、膠質(zhì)瘤[27]、脂肪瘤[14]、胃癌[28]等的細胞株[29]。2）紫草素的相關(guān)衍生物，如異丁酰紫草素、異戊酰紫草素，能作用于乳腺癌、宮頸癌、肺癌、肝癌等的細胞株[30－31]；乙酰紫草素，能有效作用于肺癌、肝癌、結(jié)腸癌、乳腺癌、胃癌等的細胞株[32－37]；β，β′－二甲基丙烯酰紫草素，能有效抑制肝癌細胞株[31]；β－羥基異戊酰紫草素，能有效作用于白血病[38]、子宮癌、卵巢癌、結(jié)腸癌、肺癌、前列腺癌[39－41]等的細胞株；異丁酰紫草素，能作用于肺癌[37]、肝癌[31]等的細胞株；去氧紫草素，能作用于結(jié)腸癌[42]、肝癌[31]、乳腺癌[30]、宮頸癌[30]、肺癌[31]等的細胞株。3）多糖類，如紫草多糖，能直接抑制肝癌、胃癌、宮頸癌等的細胞株[43－44]。4）萜類，如雜萜化合物，能有效作用于肝癌等的細胞株[45]。

2 紫草化學成分對肺癌細胞的作用

2.1 調(diào)節(jié)細胞信號通路

WANG等[15]發(fā)現(xiàn)，紫草素可阻斷肺癌細胞A549β1表達，抑制細胞外信號調(diào)節(jié)激活酶ERK1/2，從而顯著抑制肺癌細胞A549的增殖，且抑制強度與其劑量呈正相關(guān)；紫草素在低劑量（2μmol/L）時顯著抑制肺癌細胞A549的轉(zhuǎn)移與侵襲。張小方等[46]發(fā)現(xiàn)，20～100 mmol/L濃度時，紫草素能作用于肺癌細胞A549的PI3K/Akt通路，減弱細胞活力，降低血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、基質(zhì)金屬蛋白酶14（MMP－14）、纖維連接蛋白（Fn）和波形蛋白（Vimentin）的表達，抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，進而抑制其轉(zhuǎn)移和侵襲。JEYNG等[47]發(fā)現(xiàn)，紫草素通過抑制蛋白激酶Akt，活化FOXO3a發(fā)生磷酸化，F(xiàn)OXO3a的核定位增強了靶基因Bim的表達，激活肺癌細胞信號通路FOXO3a/EGR1/SIRT1，誘導A549/NCI－H1437凋亡。CHEN等[30]發(fā)現(xiàn)，紫草素及阿卡寧能靶向作用于肺癌細胞A549的丙酮酸鹽激活酶甲羥戊酸－5－磷酸激酶－2（PMK－2），阻斷其糖降解過程的信號通路，進而抑制癌細胞的增殖。HSIEH等[48]發(fā)現(xiàn)，紫草素能通過抑制c－Met來阻斷PI3K/Akt和ERK介導的上皮細胞－間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）通路，從而阻止肺癌細胞HCC827的遷移與侵襲；通過作用EMT的轉(zhuǎn)變和HGF來抑制肺癌細胞HCC827的增殖。LIU等[49]研究發(fā)現(xiàn)，乙酰紫草素衍生物SK07可引起B(yǎng)淋巴細胞瘤－2（Bcl－2）構(gòu)象轉(zhuǎn)變，激活Bcl－2相關(guān)X蛋白（Bax），通過后轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)升高神經(jīng)生長因子誘導的基因B（Nur77）蛋白水平來誘導肺癌細胞NIH－H460的凋亡。

2.2 作用于線粒體誘導活性氧簇（ROS）產(chǎn)生

馬建文等[50]發(fā)現(xiàn)，紫草素作用于肺癌細胞A549時可產(chǎn)生ROS，以降低其線粒體中Bcl－2和B淋巴細胞瘤－xL（Bcl－xL）的表達水平，激活調(diào)控癌細胞凋亡的caspase－3/8/9通路，抑制肺癌細胞A549的增殖，且呈劑量依賴性；但其對正常肺細胞MRC－5的抑制作用較小。張海鵬等[51]發(fā)現(xiàn)，紫草素能提高其A549細胞ROS水平，同時上調(diào)受體相互作用蛋白（RIP1和RIP3）的表達，導致癌細胞程序性壞死，且呈劑量依賴性。ZHENG等[52]發(fā)現(xiàn)，紫草素能誘導肺癌細胞A549和H1299中ROS產(chǎn)生，刺激DNA－p53/p21waf的損傷；體內(nèi)動物實驗顯示，當劑量為10 mg/kg時，紫草素能抑制肺癌細胞A549/H1299移植到雌性裸鼠內(nèi)生成的癌變瘤。陳祥娜等[43]發(fā)現(xiàn)，紫草多糖可通過作用于細胞膜的多種生化特性，直接抑制人肺腺癌細胞SPC－A－1的生長和增殖。

2.3 調(diào)控蛋白酶

LI等[53]發(fā)現(xiàn)，對吉非替尼耐藥的肺癌細胞H1650/R和H1975/R，在紫草素作用下能顯著提高半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶－3（caspase－3）和Bax的表達，降低Bcl－2，p－PI3K，p－Akt的表達，激活caspase－3關(guān)聯(lián)蛋白酶和Bax/Bcl－2參與的凋亡路徑，負向調(diào)節(jié)PI3K/Akt的信號通路來誘導肺癌細胞H1650/R和H1975/R的凋亡，且呈顯著劑量/時間依賴性；進一步的動物實驗發(fā)現(xiàn)，紫草素作用于H1650/R接種的腫瘤鼠后，模型鼠體內(nèi)p－Akt和Bcl－2表達水平顯著降低，caspase－3和Bax表達水平顯著升高，表明紫草素體內(nèi)抗腫瘤效果也能通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt的信號通路來實現(xiàn)。LI等[54]同樣發(fā)現(xiàn)，紫草素能下調(diào)對吉非替尼有耐藥性的肺癌細胞H1975的信號傳導，增加caspase－3/9和PARP的活力，增加ROS的強度，抑制EGFR的磷酸化，導致表皮生長因子受體蛋白酶的降解，從而誘導肺癌細胞H1975的損傷和凋亡，且呈現(xiàn)劑量依賴性，但對正常肺纖維細胞CCD－19Lu的作用較弱。NIE等[55]研究發(fā)現(xiàn)，紫草素能作用于C57BL/6J小鼠的IPF細胞，阻斷細胞周期G1和G2/M，降低α－SMA、Fn、膠原蛋白Ⅰ/Ⅲ的表達水平，阻斷細胞遷移，誘導細胞凋亡，抑制細胞增殖。

3 紫草化學成分對肝癌細胞的作用

3.1 作用ROS和信號通路

GONG等[56]發(fā)現(xiàn)，紫草素在濃度低至2.5μmol/L時能通過細胞外信號通路激活酶調(diào)節(jié)受體蛋白和ROS，顯著誘導肝癌細胞BEL7402和Huh7的自噬，從而抑制癌細胞的增殖。MOON等[32]發(fā)現(xiàn)，紫草中的乙酰紫草素能誘導肝癌細胞Hep3B內(nèi)的Bip和細胞蛋白泛素化水平升高，上調(diào)Nur77的輸出，激活C－Jun氨基末端激酶（JNK），進而誘導內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導致該類肝癌細胞凋亡，且呈劑量依賴性。GONG等[57]發(fā)現(xiàn)，紫草素能作用于肝癌細胞的ROS/Akt和RIP1/NF－κB信號通路，誘導肝癌細胞HepG2，Huh7，BEL7402的凋亡，但對正常細胞系L02和HEK293T無損傷。ZHOU等[58]研究發(fā)現(xiàn)，紫草素能在TRAIL的作用下，通過激活caspase－3/8/9來誘導膽管型肝癌細胞RBE的細胞凋亡，將ROS介導的JNK通路激活，增強對RBE細胞的增殖抑制和凋亡能力。

3.2 阻斷細胞周期和抑制細胞遷移

WU等[31]發(fā)現(xiàn)，β，β－二甲基丙烯酰紫草素能下調(diào)mRNA和Bcl－2蛋白的表達，上調(diào)Bax的表達，阻斷G2期，以此有效抑制肝癌細胞SMMC－7721的增殖，這種抑制現(xiàn)象呈時間/劑量依賴性。WEI等[59]發(fā)現(xiàn)，紫草素能下調(diào)NF－κB介導的MMP－2/9表達和Vimentin水平，抑制肝癌細胞HepJ5和Mahlavu的遷移能力，阻止肝癌細胞遷移；此外，研究還發(fā)現(xiàn)，β，β－二甲基丙烯酰紫草素能激活caspase－3，顯著抑制肝癌細胞H22的增殖。

3.3 調(diào)節(jié)蛋白表達

武向麗[60]及張萍[61]研究發(fā)現(xiàn)，紫草素對荷肝癌裸鼠的移植瘤具有良好的抑制作用，其機制是上調(diào)移植瘤的caspase－3和Bax蛋白表達，下調(diào)Bcl－2蛋白表達，增大Bax/Bcl－2比值，從而抑制移植肝癌細胞的增殖。JIN等[62]發(fā)現(xiàn)，紫草素能下調(diào)mRNA，SIRT1，MDR1/P－gp蛋白表達，抑制耐藥肝癌細胞R－HepG2的活力，以此誘導多重耐藥細胞R－HepG2的凋亡。

3.4 抑制細胞增殖與抗耐藥性

WANG等[45]研究發(fā)現(xiàn)，軟紫草中的化合物雜萜5對人類4種肝癌細胞SMMC－7721，HepG2，QGY－7703，HepG2/ADM有比順鉑更好的抑瘤效果；同時發(fā)現(xiàn)，雜萜4對阿霉素耐藥細胞HepG2/ADM有比順鉑更強的抑制作用。曲曉蘭等[44]研究發(fā)現(xiàn)，紫草多糖可顯著抑制人肝癌細胞HepG2的活性，且呈劑量依賴性。

4 紫草化學成分對結(jié)腸癌的作用

4.1 作用于細胞信號通路

趙景明等[33]研究發(fā)現(xiàn)，乙酰紫草素能升高結(jié)腸癌細胞HT29促凋亡基因Bax和Bak的表達水平，降低抑凋亡基因Bcl－2的表達水平，顯著抑制結(jié)腸癌細胞的侵襲和NF－кB P65的蛋白表達，增強pIкB－α的蛋白表達，抑制NF－кB的信號通路，從而發(fā)揮抗結(jié)腸癌作用，且呈劑量/時間依賴性。雷喜鋒等[63]研究發(fā)現(xiàn)，紫草素能降低人結(jié)直腸癌細胞HCT116中Bcl－2的表達水平，升高Bax的表達水平，激活PI3K/Akt信號通路，進而降低Bcl－2 mRNA的表達水平，導致結(jié)直腸癌細胞HCT116凋亡，抑制其增殖，且呈劑量依賴性。ZHU等[42]研究發(fā)現(xiàn)，軟紫草中的去氧紫草素能升高結(jié)腸癌細胞HT29的G0/G1的凋亡細胞占比，下調(diào)結(jié)腸癌細胞HT29和DLD－1中的PI3K，p－PI3K，Akt，p－Akt308，mTOR的蛋白表達，抑制癌細胞的增殖；去氧紫草素可抑制BALB/c裸鼠體內(nèi)DLD－1腫瘤細胞的生長，同樣降低裸鼠體內(nèi)PI3K，p－PI3K，Akt，p－Akt308，mTOR的表達水平。

4.2 作用于細胞線粒體

HAN等[16]發(fā)現(xiàn)，紫草素作用于結(jié)腸癌細胞SNU－407后，能增加線粒體膜的去極化作用，轉(zhuǎn)變凋亡蛋白水平，降低Bcl－2水平，增強caspase－9/3的表達；通過凋亡體、碎裂DNA片段化等誘導細胞凋亡；通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)急激活凋亡通路PERK/elF2α/CHOP，增加線粒體Ca2+的堆積，從而誘導凋亡細胞死亡，且呈劑量依賴性。CHEN等[39]發(fā)現(xiàn)，羥基異戊酰紫草素在劑量為0.001～1μmol/L時能有效抑制結(jié)腸癌細胞VMRC－MELG和COLO320DM的增殖。WIENCH等[29]發(fā)現(xiàn)，紫草素能靶向結(jié)腸癌細胞SW680線粒體，增加ROS水平（呈劑量依賴性），增加Ca2+水平，線粒體膜電勢降低，誘導線粒體路徑的凋亡，抑制其增殖，且呈顯著的時間依賴性。李雷等[64]發(fā)現(xiàn)，紫草素通過調(diào)節(jié)RIP1蛋白表達，抑制結(jié)腸癌細胞W480的增殖，誘導其凋亡，且呈明顯的劑量/時間依賴性。

4.3 阻斷細胞遷移

薛德冬等[34]研究發(fā)現(xiàn)，乙酰紫草素能通過降低人結(jié)腸癌細胞HCT116的Fn水平，進而抑制癌細胞的EMT進程，從而誘導凋亡，抑制結(jié)腸癌細胞增殖，阻斷腫瘤細胞的遷移，有效防止結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)，且呈劑量/時間依賴性。ZHANG[65]等研究發(fā)現(xiàn)，紫草素能作用于結(jié)腸癌細胞SW480，其通過ERK1/2－SIRT2信號通路抑制結(jié)腸癌細胞SW480的增殖和遷移。

5 研究前景展望

國內(nèi)外將紫草根作為全草入藥研究其抗癌特性的文章較少，作為復(fù)方臨床使用的研究更少。因此，未來可聚焦以下幾點深入研究：1）對紫草根部整體入藥，針對肺、肝和結(jié)腸癌的抗腫瘤特性有待深入研究。紫草本身含有多糖，具有免疫調(diào)節(jié)作用，含有的黃酮類化合物具有顯著的抗氧化特性，含有的蒽醌類、萜類、肟類，也有不同層面的抑瘤效果。因此，紫草整體入藥抗腫瘤效果與機制是否會呈多成分、多靶點的協(xié)同抑瘤特征，增強機體免疫力特點有待進一步深入探究。2）紫草中的蒽醌類成分對腫瘤細胞有很強的抑制效果，現(xiàn)有研究對正常組織細胞的體內(nèi)毒性報道較少，因此紫草素及其衍生物對體內(nèi)正常關(guān)鍵組織細胞的毒活性有待深入研究；此外，紫草中某些生物堿[66]，如吡咯里西啶及其相關(guān)衍生物，作為整體用藥時要進一步考察其潛在的器官組織毒性。3）紫草多種化學成分的抗腫瘤效果與機制多集中于體外研究，體內(nèi)研究相對較少，其對機體腫瘤組織的抑制效果與機制有待深入探索。4）單一化學成分抗腫瘤易引起耐藥性，但紫草分離的化學成分能對抗耐藥性腫瘤細胞株，這種非耐藥機制有待深入研究。

紫草的多種化學成分在體外試驗中均顯示出對肺、肝和結(jié)腸癌細胞生長的良好抑制效果。因此，紫草相關(guān)化合物（如紫草素）的抗腫瘤效應(yīng)具有廣泛性；其次，相同紫草化學成分對不同腫瘤細胞具有多樣性的抑瘤機制；紫草化合物中的蒽醌類物質(zhì)紫草素（及其衍生物）具有顯著的抑瘤效果和抗耐藥性特征；再次，紫草素及其衍生物對正常細胞干擾作用較弱。上述特點對研制肺癌、肝癌和結(jié)腸癌的新型抗腫瘤藥物具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。