李运延 审校 胡国华 上海中医药大学附属上海市中医医院 2008级硕士研究生(上海 200071)

紫草是常用的传统中药材:研究表明紫草具有抗生育、抗病原微生物、抗炎及抗过敏、解热、抗肿瘤、保肝、止血、降血糖、镇静和影响免疫功能等作用[1]。紫草素(shikonin)是从天然紫草中提取的萘醌类(naphthoquinone)化合物,具有广谱的生物学和药理学活性[2]。紫草主要的抗癌有效成分为萘醌类色素化合物 ,即紫草素及其衍生物,尤其以乙酰紫草素和 β,β-二甲基丙烯紫草素为主要抗癌成分[3]。紫草素及其衍生物对多种肿瘤细胞的生长具有抑制作用,并且呈时间和剂量的依赖性。

1 体外实验

1.1 对细胞增殖的影响 蒋英丽[4]新疆紫草素(shikonin)诱导人大肠癌细胞的凋亡,结果显示新疆紫草素对CCL229细胞有生长抑制作用,这种作用随着药物浓度的升高和作用时间的延长而增强。方武[5]当药物浓度增加时,细胞的增殖抑制率上升,凋亡率上升,差异显著(P＜0.01)。徐坤山[6]紫草素对 4种乳腺癌细胞株均有显著的生长抑制作用,并呈时间和剂量的依赖性。紫草素对 MCF-7、SK-BR-3、M DA-MB-231、 MCF-7/ADR细胞的 IC50分别是 (4.79± 0.42)、 (6.79±0.45)、 (9.27± 0.54)、(5.23± 0.39)μ mol/L-1。 王英丽 等[7]紫草素对宫颈癌细胞系 HeLas3和卵巢肿瘤细胞系 OVCAR-3的体外增殖呈共育时间和药物浓度的依赖性。半效抑制浓度为 2.58-0.19μg/mL。马海鸥[8]紫草素对体外培养的人绒癌耐药细胞株的抑制作用随着紫草素剂量的增加和作用时间的延长,对绒癌耐药细胞生长的抑制率也明显增加。郭云蔚[9]随着紫草素浓度升高及作用时间延长,对 HepG2细胞增殖的抑制率也随之升高。其中紫草素在作用 24h、48h、72h的 IC50分别为 2.11μg/mL、 0.83μg/mL、0.29μg/mL。

1.2 对细胞凋亡的影响 细胞凋亡(apoptosis)是一种由基因控制的细胞自主死亡方式。经紫草素的处理的细胞在检测时都会呈现出一定得凋亡特征:细胞核 DN A呈梯状降解 ,流式细胞仪检测可见明显细胞周期的亚二倍体峰以及细胞凋亡率的升高,形态上的变化等。王英丽等[7]新疆紫草素诱导OV CAR-3凋亡伴随其浓度的升高,亚二倍体峰细胞明显增加。蒋英丽等[4]研究新疆紫草素对人大肠癌细胞 CCL229作用时结果显示:新疆紫草素 1μ g/mL作用于 CCL229细胞不同时间(24、48、72h)后,DNA琼脂糖凝胶电泳呈现细胞凋亡的典型梯形条带图谱,FCM出现明显的亚二倍体峰,TUNEL染色可见细胞凋亡的特征性棕黄色颗粒。方武[5]紫草素作用 T24细胞24h,当药物浓度由 25μmol/L上升至 75μmol/L时 ,凋亡率由27.69%上升至 46.23%,75μmol/L紫草素分别作用 12h和48h,凋亡率由 32.89%上升至 66.64%。徐坤山[6]紫草素致 4种乳腺癌细胞株发生形态变化及染色质浓缩凝集,紫草素诱导其出现周期阻滞及亚二倍体峰。马海鸥[8]紫草素对体外培养的人绒癌耐药细胞株,随着药物浓度增加凋亡率亦增加,并可见典型的凋亡细胞核形态学变化。细胞周期分布也呈浓度依赖性改变,一方面增高 G0/G1期细胞比例,另一方面降低 S期和 G2/M期细胞比例。张卓琦[10]发现紫草素可显著提高凋亡细胞百分率,呈时间和剂量依赖性,可见典型的凋亡细胞核形态学变化。

2 体内实验 胡煜[11]紫草素对裸鼠皮下绒癌移植瘤的体内实验证实:紫草素在体内可以有效地抑制 hCG的分泌及肿瘤组织的增长,同时能够使肿瘤组织发生大面积坏死。曾云[12]紫草素对 S180荷瘤小鼠抑瘤作用的提示紫草素的体内抑瘤活性可能与其能够直接杀死肿瘤细胞相关。缪世坤[13]乙酰紫草素注射液对小鼠 Lewis肺癌生长有明显的生长抑制作用。谢冰芬[14]用多种紫草素衍生物研究其对小鼠艾氏腹水瘤(ESC)和肉瘤(S180)的作用,证明这些衍生物有明显的抑瘤作用,并且强于天然紫草素。赵颖[15]乙酰紫草素对小鼠肝癌移植性肿瘤的抑制作用初步研究显示:表明乙酰紫草素注射液可以抑制肝癌的生长。但对免疫器官的抑制作用较弱,表明其抗瘤作用时对机体的免疫系统的毒性作用较目前的细胞毒抗肿瘤药物小。

3 紫草素及其衍生物抗肿瘤作用的机制 紫草素及其衍生物是中药紫草的有效化学成分,它能抑制多种肿瘤细胞的生长,其机理可能与通过激活 Caspse蛋白酶家族、引起 Bal-2蛋白家族变化、抑制 DNA拓扑异构酶 I和抑制肿瘤血管生成等有关。

3.1 激活 Caspase蛋白酶家族启动凋亡

Caspase蛋白酶(半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶)家族在 Fas和TN F-受体信号转导途径中发挥重要作用,与细胞凋亡关系密切。目前报道的 Caspase家族共有 14个成员,其中,活化的Capase2、8、9、10被认为是凋亡的起始者去水解活化 Capase3、6、7,而后者则进一步裂解其相应的底物,如 PARP、ICAD等。PARP裂解被认为是细胞凋亡的一个早期分子标志。徐坤山[9]紫草素诱导乳腺癌株细胞凋亡致 PARP裂解,并且广谱caspase抑制剂能够较好地抑制 PARP的裂解,这一结果初步揭示了紫草素诱导乳腺癌细胞凋亡的作用机制即乳腺癌细胞凋亡可能经 caspase途径。而吴振等[16]发现紫草素诱导 Hela细胞凋亡过程中,caspause3、8活性升高,并伴有 ICAD表达下降及裂解,为经典的 caspase依赖性的死亡途径,以紫草素处理直肠癌细胞株 colo-205的结果也表明,紫草素通过激活 caspase3致 PARP和 DF45降解从而启动靶细胞凋亡。

3.2 引起 Bal-2蛋白家族变化 在哺乳动物细胞中,细胞凋亡受两类蛋白家族调控:B细胞白血病原/淋巴瘤 2家族(Bc1-2)和凋亡抑制蛋白家族(inhibitor of apoptosis proteins,IAP)。凋亡受阻是肿瘤细胞产生耐药性的重要机制。Bcl-2表达与肿瘤细胞的抗药性关系密切 ,随着 Bcl-2表达的提高,患者的生存时间缩短,预后不良。紫草素逆转 JAR/M TX细胞对 M TX产生耐药机制是恢复绒癌多药耐药细胞 JAR/M TX对 M TX的敏感性,其逆转耐药并非单一机制,其中重要一方面是通过使抑制凋亡基因 survivin及 Bcl-2表达量下降,使细胞凋亡增加实现的。

3.3 抑制 DN A拓扑异构酶 DN A拓扑异构酶是一种基本核酶,它可催化 DN A的超螺旋状态与解螺旋状态之间的相互转换过程,而超螺旋解旋是 DN A复制与转录前的必要准备。崔越宏[17]实验证明紫草素及其衍生物具有较强的抗肿瘤活性,其有类似 DNA拓朴异构酶Ⅰ抑制剂的活性。

3.4 抑制肿瘤血管生成 血管新生是在原有血管的基础上形成新的血管,涉及内皮细胞增殖、迁移、基底膜降解、血管管腔形成等一系列复杂的生物学过程[18]。袁定芬[19]紫草素可在体外抑制内皮细胞的血管新生性,20μ mol◦ L-1的紫草素对内皮细胞增殖、迁移及管腔形成能力的抑制率分别为 38.66%±0.05%、79.69%±0.03%及 80.95%±0.05%。表明紫草素可直接作用于内皮细胞,通过抑制其增殖、迁移及管腔形成而发挥其抗血管新生作用。

4 小 结

紫草素对多种肿瘤细胞的生长具有抑制作用,通过诱导细胞凋亡来实现它对细胞的增殖抑制作用,其抗肿瘤的机制是多靶点多方位的,其在抗肿瘤方面的研究也越来越受到人门的重视,但是由于可引起细胞凋亡的因素很多,细胞凋亡的信号传导途径极其复杂,因此其具体机制还有待进一步探讨。

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