黃酮類化合物抗腫瘤作用機制研究進展

黃酮類化合物是自然界分布廣泛的次生代謝產物。它是藥物濫用植物中最重要的活性成分之一，具有廣泛的藥理作用。由于具有極大的抗腫瘤潛力,黃酮類化合物已成為藥物化學研究的熱點與重點,而且目前已有多個黃酮類化合物作為抗腫瘤藥進入臨床。黃酮類化合物抗腫瘤作用的靶點包括細胞周期蛋白依賴性激酶、硫氧還蛋白還原酶、基質金屬蛋白酶、絲裂原激活的蛋白激酶等。本文介紹近年來黃酮類化合物抗腫瘤作用機制研究的進展。1黃酮類化合物人們將細胞周期蛋白(cyclin)比作細胞周期調控的變速器,將細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)比作細胞周期調控的發動機,但二者必須結合形成cyclin/CDK復合物才能發揮調控細胞周期的作用。此復合物通過對不同底物的作用引發細胞周期時相轉變,啟動DNA合成,運行細胞分裂,從而達到推進細胞周期運行的目的。CDK抑制劑可有效阻止癌細胞周期進程,從而抑制腫瘤細胞增生,對提高抗癌藥物的療效和尋找新的抗腫瘤物質具有重要意義。黃酮類化合物對CDK的抑制作用可以是間接的或直接的,其通過調節細胞周期素、細胞周期素激酶抑制蛋白等通路而起作用。現發現有此作用機制的黃酮類化合物包括以下3種。1)Flavopiridol(1)一種有效的小分子CDK抑制劑,最初來源于生長在印度的一種植物Dysoxylumbineetariferum,目前已可人工合成。大量的體內外試驗證實,flavopiridol對多種腫瘤都具有強烈的抑制作用。其作用機制包括直接抑制CDK的活性以及抑制細胞周期素D1和表皮生長因子受體(EGFR)的轉錄,從而下調其表達水平、誘導腫瘤細胞凋亡和抗血管生成。目前,flavopiridol已進入臨床Ⅰ、Ⅱ期試驗,并顯示出良好的抑瘤效應。2)P276-00(2)一種CDK抑制劑,對腫瘤細胞生長的抑制活性為flavopiridol的2～3倍,并且毒性比flavopiridol低。P276-00對某些CDK具有一定的選擇性作用,如對CDK1-B、CDK4-D1和CDK9-T1的抑制作用較強,半數抑制濃度(IC50)均低于100nmol/L,其中對CDK4-D1的選擇性為對CDK2-E的40倍,而flavopiridol則沒有這種選擇性。P276-00對多種人類腫瘤細胞具有明顯的抑制活性,表1是采用3H-胸腺嘧啶攝入法測得的該化合物對不同腫瘤細胞的IC50值。目前,P276-00已經進入I/II期臨床研究階段。3)Acacetin(3)能劑量和時間依賴性地降低腫瘤細胞中CDK2、CDK4、CDK6水平,增加Cip1/p21水平,并能降低Cdc25C、Cdc2/p34、cyclinB1水平,使細胞周期分別停滯于G1期和G2/M期。但若在其7位羥基上連接一個雙鼠李糖或乙酰基,其抗腫瘤活性將會大大降低。2化區域內硫氧還蛋白的抗氧化酶活性硫氧還蛋白(TRX)是一類分布廣泛的小分子硫氧化還原酶,其結構中一般都有一個具有氧化還原活性的Cys-Gly-Pro-Cys的氨基酸序列,在活化區域內則含有具備氧化還原活性的二硫巰基。硫氧還蛋白在維持細胞功能方面起重要作用,可調節細胞凋亡的發生、影響核因子κB(NF-κB)的DNA結合活性等。Quercetin(4)是硫氧還蛋白的抑制劑,對該酶的IC50值為0.97μmol/L,可使細胞生長周期停止在S期,細胞聚集在sub-G1期,進而發生凋亡。另外,Quercetin還能通過線粒體途徑激活caspase-3和caspase-9,從而誘導肝癌細胞HepG2凋亡。3mmp抑制劑的激活基質金屬蛋白酶(matrixmetalloproteinases,MMPs)是一組含Zn2+的、參與降解細胞外基質(extracellularmatrix,ECM)的最重要的蛋白酶。目前已知的MMPs可分為分泌型和膜型兩類。一般情況下,MMPs以酶原形式存在,而在特定的情況下,其既可被體內存在的天然激活劑激活,也可被體內特定的抑制劑(TIMP)所抑制。研究已證實MMPs參與人體眾多的生理和病理過程,其中MMP-2和MMP-9與腫瘤細胞的轉移有關,因此可通過對MMP-2和MMP-9的抑制來預防腫瘤的轉移。Ko等通過對36種黃酮類化合物的研究發現:Myricetin(5)對MMP-2的抑制能力最強,其機制與抑制PKC轉位、ERK磷酸化和c-jun蛋白表達來阻斷內源性或TPA誘導的MMP-2的活性有關。體外研究表明,Myricetin對人類結腸癌細胞320HSR、320DM、HT29和205-X中MMP-2的IC50分別為11.18、11.56、13.25和23.51μmol/L。Vijayababu等發現,Quercetin對前列腺癌細胞中MMP-2和MMP-9的表達有抑制活性,且具劑量依賴性。在用100μmol/L的Quercetin對前列腺癌細胞PC-3進行處理后,細胞的MMP-9酶原水平增高,而MMP-9水平顯著降低。4黃酮7-羥基黃酮和7,4-二羥基黃酮芳香化酶是一種重要的雌激素供應調節器,現已成為治療雌激素依賴性腫瘤的一個靶點。一些天然產物對芳香化酶有很好的抑制作用,如白楊素(5,7-二羥基黃酮)、7-羥基黃酮和7,4′-二羥基黃酮對該酶的IC50值分別為4.2、0.51和3.2μmol/L。另外,研究還發現,合成的7-甲氧基黃酮和7,4′-二甲基黃酮對芳香化酶也有很好的抑制作用,其IC50值分別為1.9和9μmol/L,與上述2種天然黃酮化合物的活性相近。構效關系研究也表明,黃酮的7位羥基和4′-羥基并不是其活性所必須的,被甲基化后活性變化不大,但后者的生物利用度卻明顯高于其羥基化合物,且代謝特性穩定。5statin—作用于微管微管蛋白是抗腫瘤藥物的一個主要靶點,為一種異二聚體蛋白,在細胞分裂中起重要作用。凡能穩定微管或抑制微管生成的化合物都具有潛在的抗腫瘤活性。考布他汀(Combretastatin)是從南非植物CombretumcaffrumKuntze的樹皮中分離得到的天然微管蛋白抑制劑,Quintin等將考布它汀和黃酮拼合得到了一系列黃酮類化合物,其中有7個化合物(6～12)對微管具有作用,能明顯降低微管聚集率。構效關系研究發現,對于5、7位羥基取代的這些化合物,在3位引入位阻較大取代基時,其活性明顯低于2位引入位阻較大取代基的化合物;但若5、7位無羥基取代時,在3或2位引入位阻較大的取代基后,化合物的活性相當;而在苯環和C3位之間插入羰基可使化合物活性增強。6fas的激活細胞凋亡是一種主動的過程,是為更好地適應生存環境而主動采取的一種死亡方式,其涉及一系列基因的激活、表達及調控等過程。細胞凋亡與疾病的關系密切,凋亡受到抑制,就有可能會導致腫瘤的發生。Erhart等發現黃酮類化合物能誘導HCT-116結腸癌細胞凋亡,其機制包括激活caspase-2、3、8、9、10和減少抗凋亡因子Bcl-2蛋白的表達,其中caspase-10是通過caspase-1誘導激活。研究還發現,黃酮能誘導釋放線粒體凋亡誘導因子(AIF)而觸發caspase非依賴的細胞凋亡途徑,引起細胞凋亡。有研究表明,對CDK有抑制作用的化合物Acacetin會引起胃腫瘤細胞AGS的細胞核形態改變及DNA斷裂,誘導其凋亡,這種誘導作用具有時間和濃度依賴性。Acacetin誘導凋亡的機制主要包括:①激活caspase-3,降解DNA片段形成因子DFF-45和ADP-riobse聚合酶;②導致線粒體的跨膜電位迅速降低,激活活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS),釋放線粒體細胞色素C進入胞質溶膠,激活Caspase-9酶原,進而激活Caspases-9;③促進Fas和FasL蛋白上調,進而啟動Fas誘導的細胞凋亡途徑。研究發現,Apigenin(13)能誘導非白血性白血病細胞和人神經母細胞瘤細胞系NUB-7、LAN-5、SK-N-BE以及肝癌細胞HepG2的凋亡,其作用機制與誘導非白血性白血病細胞中PKCδ、提高人神經母細胞瘤細胞中野生型p53及p53誘導基因產物P21和Bax的水平、誘導肝癌細胞中TNF-α和IFN-γ釋放以及激活Caspases、激活NADPH氧化酶產生ROS等有關。另外,在許多惡性腫瘤中都存在B-連環蛋白信號的調節失控,Apigenin能通過阻斷B-連環蛋白信號而有效抑制TRAMP小鼠前列腺癌的生長。除此之外,Apigenin還能通過促進缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)和血管內皮生長因子(VEGF)的表達來抑制腫瘤血管生成。構效關系研究表明,Apigenin結構中雙鍵和4′-羥基是其誘導凋亡活性所必需的。Jaceosidin(14)是從植物Artemisiaargyi中提取分離的一個黃酮化合物,Kim等的研究發現,該化合物可誘導RAS轉化的人類乳房表皮細胞的凋亡,其活性與導致細胞內ROS積聚及抑制細胞外信號調節蛋白1/2(ERK1/2)和JNKc-Jun氨基端激酶激活有關。Chao等的研究表明,黃芩素(15)能誘導膀胱癌細胞凋亡,用40～80μmol/L的黃芩素處理膀胱癌BFTC905細胞24小時后,細胞凋亡率顯著增加,IC50小于50μmol/L。其機制與阻斷了細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK2)-凋亡抑制基因(Survivin)途經引起細胞凋亡有關。漢黃芩素(16)是從中藥黃芩中提取分離得到的一個化合物,研究表明其能促進鬼臼毒甙誘導的HL-60、Jurkat和肺癌細胞的凋亡,但其對5-氟尿嘧啶和順鉑誘導的凋亡無促進作用。從中藥木蝴蝶中分離得到的千層紙素(17)可抑制HepG2細胞的增殖,這種抑制作用具有時間和濃度依賴性。千層紙素能使HepG2細胞形態學發生改變并伴隨DNA斷裂。在用千層紙素處理后,細胞生長周期停止在G2/M期,且凋亡數量增加。使用千層紙素后,腫瘤細胞內的Bcl-2和pro-caspase-3蛋白減少。用高清免疫球蛋白A(HIGA)小鼠腎小球膜細胞進行的實驗顯示,千層紙素具有抑制細胞增殖的作用。同時,千層紙素對血小板衍生的生長因子(PDGF)受體酪氨酸激酶也有抑制作用,而對其他生長因子受體酪氨酸激酶無影響。Luteolin(18)則能降低雄激素受體表達;抑制胰島素樣生長因子-1(IGF-1)和蛋白激酶AKT,使下游的p70S6K1、GSK-3b和FKHR/FKHRL1磷酸化減少;并能抑制由IGF-1誘導的EGFR和MAPK/ERK信號的激活及cyclinD1和p21表達的增加,進而誘導前列腺癌細胞凋亡[。7抑制肺癌細胞凋亡除上述機制外,黃酮類化合物的抗腫瘤作用還與絲裂原激活的蛋白激酶(MAPKs)有關。該類酶屬絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶類,包括ERK1/2、絲裂原激活的蛋白激酶的激酶(MEK)、MEK激酶(MEKK)、p38絲裂原激活的蛋白激酶等。MAPKs在調節MMPS或u-PA中起重要作用,而許多腫瘤病理學進程,如癌細胞黏附、侵襲及血管生成等都與MAPKs或PI3K-Akt誘導的NF-κB和AP-1激活有關。二氫黃酮和2′-OH二氫黃酮能通過抑制MAPKs激活NF-κB和AP-1,進而抑制腫瘤細胞增殖,還能通過MAPKs途徑抑制MMP-2表達,從而阻止肺癌細胞的侵襲與轉移。此外,NF-κB在細胞存活、增殖、腫瘤發生過程中起重要作用。而Morin(19)能通過抑制NF-κB的激活和NF-κB調控基因表達,進而促進細胞凋亡。另外還有一些黃酮類化合物的抗腫瘤作用機制目前尚不明確,但已發現其抗癌效果受結構及濃度的影響。比如,Pedro等對7個天然異戊烯黃酮化合物(20～26)抑制ER陽性和ER陰性的乳腺癌細胞增殖的效果進行的研究結果表明:那些在C8位有異戊烯取代的、并且在C3和C2′成環的黃酮化合物(20、21、22、25)在較高濃度(約3.12μmol/L)時,對癌細胞增殖有抑制作用,但在濃度為0.02～0.78μmol/L的范圍內則表現為促進細胞增殖。Zhang等研究了從植物Muntingiacalabura中得到的4個黃酮化合物(27～30)對腫瘤細胞系SGC-7901、BEL-7402、HeLa和HL-60增殖的影響,發現化合物27對4種細胞均有顯著的抗增殖活性,IC50分別為4.1、12.0、5.3和1.8μmol/L。Balasubramanian等研究發現,從植物Indigoferaaspalathoides的莖中分離得到的黃酮苷化合物(31)對57種人體腫瘤細胞,包括白血病、非小細胞肺癌、結腸癌、中樞神經系統、黑素瘤、卵巢癌、前列腺癌和乳房癌等細胞均有細胞毒性作用,其IC50值范圍為4.06～4.81μmol/L。給接種了腫瘤S180的小鼠使用從植物CirsiumjaponicumDC中提取分離得到的2個黃酮化合物——5,7-dihydroxy-6,4′-dimethoxyflavone(32)和柳穿魚苷(33)后發現,當這2個化合物的使用劑量為50mg/kg時