焦玉菡 孙四海 辛铭 徐娟娟 蒋敬敬 贾秀芹

恶性肿瘤是临床常见疾病,因其发病率和死亡率逐年上升，已成为人类疾病三大主要死亡原因之首[1-2]。目前由于其难以治愈，且生存率低，亟需研究开发新的抗肿瘤药物，以延长患者的生存期，提高患者的生存质量。中药作为新型抗肿瘤药物在临床肿瘤药物治疗方面已显示出其独特优势，如增强机体抗炎抗病毒、扶正培本、活血化瘀及避免化疗药物使用产生的毒副作用，最终达到疾病治愈和生活质量提升的目的。因此，中药研发将为未来抗癌药物发现及临床应用提供新的化学库[3]。

黄芩(ScutellariabaicalensisGeorgi)是一种广泛应用于临床的传统中药，据《神农本草经》记载，黄芩为黄芩属草本植物，以根入药[4]，其药用历史悠久，具有清热燥湿、泻火解毒、安胎、止血、降血压、降血脂等功效。黄芩含有多种活性成分，包括黄酮类、皂苷类、多糖类等，其药理作用包括抗炎抗病毒、抗肿瘤、抗心血管疾病和呼吸道系统疾病等[5]。现代药理学研究表明，黄芩中有效成分黄酮类化合物具有非常显著的抗肿瘤作用[6]，且其不同的有效成分在不同类型肿瘤细胞中显示出不同的抗肿瘤作用机制(如表1～3所示)。黄酮类化合物迄今为止分离并鉴定了40多种，具体包括黄芩素、汉黄芩素、黄芩苷、汉黄芩苷、千层纸素A、黄芩黄酮Ⅰ、黄芩黄酮Ⅱ等[7-8]。最新研究显示，黄芩及其有效成分抗肿瘤活性除了涉及经典的增殖、凋亡机制外，还有诱导肿瘤细胞自噬、新生血管生成、调节肿瘤微环境等。因此，本文拟从黄芩及其有效成分的抗肿瘤作用及其机制新进展进行综述，以期为黄芩在临床抗肿瘤方面的应用提供参考。

表1 黄芩苷和汉黄芩苷抗肿瘤药理作用研究概况

表2 黄芩素抗肿瘤药理作用研究概况

表3 黄芩其他有效成分抗肿瘤药理作用研究概况

1 黄芩及其有效成分可诱导肿瘤细胞凋亡

细胞受到外界刺激，在相关基因作用下通过激活内源性(线粒体)或外源性(死亡受体)途径启动半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)家族发生级联反应从而诱导细胞凋亡[30]。黄芩及其有效成分作用在细胞膜上的死亡受体，通过细胞凋亡主要途径，即线粒体途径、内质网途径、死亡受体途径诱导肿瘤细胞死亡。

1.1 经线粒体途径诱导细胞凋亡

线粒体在细胞生命活动调控过程中起着关键作用。黄芩及其有效成分通过影响Bcl-2家族成员、细胞凋亡诱导因子(apoptosis inducing factor，AIF)、第2个线粒体衍生的半胱天冬蛋白酶激活剂(second mitochondria-derived activator of Caspases,Smac)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、肿瘤内蛋白p53(tumor protein P53，p53)等影响因子，参与激活Caspase凋亡途径从而造成线粒体功能障碍，改变线粒体膜通透性，释放细胞色素C和其他相关蛋白诱导肿瘤细胞凋亡[31-32]。黄芩素作为一种抗氧化剂可通过动员细胞内铜和生成ROS来触发人乳腺癌细胞MCF-7的线粒体凋亡途径，导致细胞内线粒体膜电位破坏，ROS水平升高，Bcl-2/Bax的比例降低，细胞色素C释放增加，触发MCF-7细胞凋亡机制[13]。黄芩素还可通过抑制HEI193雪旺细胞中H2O2诱导的细胞毒和ROS的积累，有效抑制相关的DNA损伤，减弱H2O2诱导的线粒体功能障碍，因此黄芩素可能通过Nrf2/HO-1信号通路依赖性机制实现抗氧化功能[14]。

1.2 经内质网途径诱导细胞凋亡

内质网应激(endoplasmic retieulum stress,ERS)是内质网内Ca2+或内质网蛋白的过量积累，导致ER内稳态失衡，从而造成细胞损伤。而通过未折叠蛋白反应(unfolded protein response,UPR)可减少ERS引起的细胞损伤，多种类型的癌症中已应用此机制，如宫颈癌、乳腺癌、肺癌、胃癌和胰腺癌等。黄芩及其有效成分可破坏肿瘤细胞内环境严重失衡，刺激ERS诱导肿瘤细胞凋亡[33]。研究发现汉黄芩苷可诱导胃癌细胞产生ERS，提高细胞中应激蛋白葡萄糖调节蛋白94 (glucose regulated protein 94,GRP94)，磷酸化α亚基的真核起始因子2(phosphorylated α subunit of eukaryotic initiation factor 2，p-eIF2α)和CHOP的表达水平，造成细胞损伤，导致细胞凋亡[10]。汉黄芩素可通过ERS促使S315和S376位点上的P-p53表达增加，促进p53的细胞质定位，从而诱导细胞凋亡[27]。

1.3 经死亡受体途径诱导细胞凋亡

细胞中的死亡受体主要包括转铁蛋白受体1(transferrin receptor-1,TFR-1)、Fas受体、死亡受体(death receptors,DR)3、DR4和DR5五种类型，所涉及诱导细胞凋亡的信号通路主要包括肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)相关凋亡诱导配体(TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)、Fas受体/Fas配体(FAS ligand,FAS-L)、肿瘤坏死因子受体(tumor necrosis factor receptor，TNFR)等三条途径。黄芩及其有效成分通过相关信号通路促使死亡受体与其特定死亡配体结合，从而诱导细胞凋亡[34]。黄芩提取物可通过诱导人乳腺癌细胞MCF-7的sub-G1期比率增加，线粒体膜电位改变，ROS的生成增加，诱导细胞凋亡，但其对Fas、FAS-L或TNF-α的表达水平没有影响[26]。黄芩乙醇提取物可通过对多磷酸酰肌醇-3-羟基酶(phosphatidylinositol3-hydroxy Kinase,PI3K)/Akt信号传导通路的抑制，增强人白血病U937细胞中DR及其相关配体的表达[28]。

2 黄芩及其有效成分抑制肿瘤细胞增殖

黄芩及其有效成分通过抑制相关信号通路阻滞肿瘤细胞分裂周期、抑制肿瘤细胞增殖从而阻止肿瘤恶化。HU等[20]对黄芩素在人宫颈癌中的抗肿瘤作用机制研究中，探讨了黄芩素治疗是否影响人宫颈癌的Notch信号通路，结果表明黄芩素处理可下调Notch受体(Notch Receptor,Notch)1/Hes-1，Hes-5信号通路，而Notch 2和Notch 3的表达没有明显变化，并以剂量依赖性方式抑制SiHa细胞和HeLa细胞的增殖。Dou等[19]研究了黄芩素和黄芩苷是否抑制人结肠癌细胞的生长和增殖，结果显示两者均可诱导细胞周期停滞，抑制肿瘤细胞集落的形成和迁移，揭示黄芩素可通过抑制肿瘤细胞中端粒酶逆转录酶表达从而诱导肿瘤细胞衰老，而黄芩苷是通过丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)和p38信号通路调节结肠癌细胞凋亡和衰老。

3 黄芩及其有效成分诱导肿瘤细胞自噬

自噬(autophagy)是细胞内物质和能量进行循环的重要过程，其通过自噬泡包裹错误蛋白或受损细胞器，经溶酶体酸性水解酶水解作用产生氨基酸等生物分子，最终被细胞再利用过程[35]。研究发现,自噬既能抑制肿瘤的发生,减少DNA损伤和氧化应激，从而维持基因组稳定，也能保护肿瘤细胞在营养能量匮乏的环境下生存，并且也是产生肿瘤耐药的重要途径之一[36]。研究发现黄芩中总黄酮苷元提取物可通过PI3K/Akt/mTOR信号通路诱导胰腺癌细胞自噬[29]。黄芩素可通过降低Bcl-2/Bax的比例和增加Caspase-3和Caspase-8的表达，诱导未分化甲状腺癌细胞FRO细胞自噬[23]；同时黄芩素可显著增加自噬相关蛋白Beclin-1、Atg5、p62和Atg12的表达，降低p-ERK/ERK和p-Akt/Akt的比例，表明黄芩素可通过抑制PI3K/Akt和ERK信号通路从而诱导细胞自噬。

4 黄芩及其有效成分抑制肿瘤新生血管生成和转移

研究发现，抑制肿瘤生长和转移的最新研究热点是以肿瘤血管内皮细胞为研究靶点,抑制肿瘤血管生成从而阻断肿瘤细胞新陈代谢所必须的氧气和营养的供应，因此通过调控血管生成相关的蛋白或基因，如血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和基质金属蛋白酶(matrix metalloprotinase,MMP)[37]，抑制为肿瘤血管供养的途径，从而导致肿瘤不能生长转移甚至死亡。研究表明，黄芩苷和汉黄芩素可降低VEGF的表达和活性，抑制血管生成，并在体内外对癌细胞活力和增殖产生影响[38]。而黄芩素可通过降低Caspase-3活化导致B16F10和LLC细胞增殖和迁移并诱导肿瘤细胞死亡；还可使脐静脉内皮细胞HUVECs中的血小板—内皮细胞黏附分子(platelet endothelial cell adhesion molecule-1,PECAM-1/CD31)和α-平滑肌肌动蛋白(α-Smooth muscle actin，α-SMA)的表达降低，表明黄芩素可通过破坏肿瘤血管发育从而抑制肿瘤新生血管生成和细胞迁移[17]。因此，黄芩及其有效成分是潜在的抑制肿瘤新生血管生成和转移的治疗药物。

5 黄芩及其有效成分调节肿瘤微环境

5.1 通过免疫逃逸调节肿瘤微环境

调控肿瘤生长转移和免疫治疗反应的关键因素是肿瘤细胞和肿瘤微环境的代谢重编程。快速增殖的肿瘤细胞、肿瘤浸润淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocytes,TIL)和血管内皮细胞三者共同竞争氧气和营养物质，并产生免疫抑制代谢物，导致肿瘤细胞免疫逃逸。研究发现肿瘤细胞代谢可影响肿瘤微环境[39-40]，肿瘤浸润淋巴细胞与肿瘤细胞之间存在营养物质的代谢竞争，糖酵解过程抑制TIL中T细胞的葡萄糖消耗，导致T细胞衰竭和免疫逃逸[41]。除竞争营养物质外，肿瘤细胞代谢产物还可对微环境中的免疫细胞产生影响，如乳酸是肿瘤细胞中有氧糖酵解增加产生的副产物，其可通过自噬因子FIP200的表达降低，并诱导天然T细胞的凋亡，同时也抑制NK细胞和T细胞转录因子活化T细胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NFAT)的活性，从而导致γ-干扰素(interferon,IFN-γ)分泌减少，诱导肿瘤发生[42]。此外，乳酸可以通过稳定缺氧诱导因子1α多肽(hypoxia-inducible factor 1-alpha,HIF-1α)促进巨噬细胞向M2型极化[43]。

5.2 通过肿瘤相关巨噬细胞调节肿瘤微环境

肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages,TAMs)在肿瘤进展中发挥重要作用,包括形成免疫抑制微环境，促进肿瘤发生和转移，促进肿瘤新生血管生成等[44]。研究发现，在具有免疫功能的肿瘤微环境中，肿瘤发生涉及的TAMs参与肿瘤微环境浸润过程，TAMs由M2型向M1表型的转表征有助于肿瘤消退，且此表型的逆转是诱导抗肿瘤免疫应答的直接有效方法。体内外研究发现黄芩苷通过诱导TAMs由M2型向M1型极化，进而抑制肝癌的生长。同时，黄芩苷启动TAMs中肿瘤坏死因子受体相关因子2(TNF receptor-associated factor 2,TRAF2)的自噬降解并激活RelB/p52途径，从而诱导向M1型极化。因此，黄芩苷可能抑制HCC的发生[8]。研发还发现含有黄芩苷的仿生纳米颗粒，其包含抗原肽(Hgp 10025-33)和toll样受体9种激动剂(CpG)，其通过诱导的CD4+T和CD8+T细胞向肿瘤部位的浸润增加，表现出免疫激活作用和增强T细胞的免疫应答作用，有效抑制了体内黑素瘤肿瘤的生长[45]。因此，黄芩苷仿生纳米颗粒有效地将TAM表型从M2型逆转为M1型，从而改善了肿瘤免疫微环境，并促进了肿瘤免疫治疗。

6 含黄芩复方的抗肿瘤作用机制研究探索

黄芩是中药经典复方的重要组成成分之一，如：黄芩汤、小柴胡汤和黄连解毒汤等。上述经典复方通常用于治疗肿瘤相关症状，并受到世界广泛关注。黄芩汤出自《伤寒论》[46]，是有望第一个获得美国食品药品监督管理局(food and Drug Administration,FDA)批准的传统复方中药制剂，目前已进入肠癌、肝癌、胰腺癌等Ⅱ期临床研究中，且临床前研究效果显著。Liu等[47]通过分子建模技术研究黄芩汤(YIV-906)抑制双特异性蛋白磷酸酶(dual specificity protein phosphatase, DUSP)的机制，模拟结果发现YIV-906中的有利配体硫酸盐和羧基部分可以占据酶的催化位点，抑制ERK1/2与DUSPs的结合，减少ERK1/2的去磷酸化，停滞肿瘤细胞周期，最终诱导肿瘤细胞凋亡。GAO等[37]在研究小柴胡汤在体内外诱导人肝癌HUH7细胞凋亡机制中发现，其减少肿瘤的大小和质量，并通过改变Bax、Bcl-2、CDK4和cyclin-D1的表达，促进细胞凋亡。除了经典复方，现代中药复方制剂同样显示出潜在的抗肿瘤活性。如中药复方PC-SPESⅡ，其以灵芝为君药，配以黄芩、冬凌草、大青叶等为臣药，前期体内药效学表明通过雄激素受体信号转导通路来抑制前列腺癌细胞LNCaP的增殖，并阻滞细胞于G2/M期，诱导细胞凋亡[25]。目前发现关于含黄芩复方的研究相对较少，推测可能与复方有效成分的鉴定复杂、作用机制交叉相关，因此明确复方、单味药有效成分，以及在此基础上的有效成分之间的配伍组合，甚至和疗效明确的肿瘤分子靶向药物的组合运用，可能是今后重要研究方向。

7 思考与展望

综上所述，黄芩中有效成分黄酮类化合物通过相关分子机制如促进肿瘤细胞凋亡、诱导肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞自噬、新生血管生成和调节肿瘤微环境等实现抗不同类型肿瘤的作用，其作用机制呈现出多靶点、多途径的特点，使其具有良好的研究及应用前景。然而，其存在选择性较低、细胞毒性较大、抗肿瘤机制研究不够深入等问题。因此，对黄芩及其有效成分做进一步的改良及官能团修饰，筛选出活性更高、选择性更强、细胞毒性更低的衍生物，进行药理活性评价及其机制研究，将成为未来的研究重点及热点。