青蒿素及其衍生物抗肿瘤机制

文章编号：1009-5519（2007）15-2281-02 中图分类号：R28 文献标识码：A

青蒿素(artemisinin) 是目前最常用的抗疟特效药，尤其是对脑型疟疾和抗氯喹疟疾，其治疗作用显著并确切。近年来发现青蒿素及其衍生物具有较强的抗肿瘤作用，关于青蒿素抗肿瘤作用机制，以及能否将其开发为抗肿瘤新药的研究已成为青蒿素研究领域的热点。

1 青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用

青蒿素及其诸多衍生物在体外对多种肿瘤细胞，如小鼠艾氏腹水瘤细胞、人鼻咽癌细胞、人宫颈癌细胞、白血病细胞等具有抑制作用。Efferth[1]等选择55种癌细胞株研究青蒿素青衍生物蒿琥酯(ART)体外抗癌活性时，发现ART对其中结肠癌、白血病细胞株IC50值分别为（2.13±0.74）μmol/l，（1.11±0.56）μmol/l，显示出最强的抗癌活性，亦测得黑色素瘤乳腺癌细胞等约10种IC50值表明抗瘤谱广泛。有研究认为增加细胞内Fe2+水平可显著提高ART对肿瘤细胞的敏感性，同时对其它药物耐药的肿瘤细胞并未对ART显示出交叉耐药性[1，2]。另外，青蒿素类药物还可抑制裸鼠人卵巢癌移植性瘤、转基因鼠前列腺腺癌等瘤体的生长。鉴于青蒿素及其衍生物的抗癌作用，美国国家癌症研究所已将其纳入抗癌药物筛选与抗癌活性研究计划之中。

2 目前发现的青蒿素抗肿瘤作用机制

2．1 与Fe2+产生自由基致细胞毒作用和氧化应激有关：青蒿素类药物分子内多含有过氧化桥结构，这种结构与亚铁原子起反应后断裂可产生以碳为核心的自由基或亲电子中间产物,此产物攻击细胞膜及细胞内其它膜性结构，或直接氧化应激造成蛋白质分子的损伤，导致细胞死亡[3]。铁的存在是其发挥细胞毒作用的必要条件，此为抗肿瘤的主要机制。研究发现与正常细胞相比,癌细胞的核酸代谢旺盛，需要大量铁质，大多数肿瘤细胞表面有高密度的转铁蛋白受体，正常细胞转铁蛋白受体较少。如恶性乳腺肿瘤细胞所摄取的铁量比正常乳腺细胞多，其表面的铁转运蛋白受体数量是正常乳腺细胞的5～15倍，并且铁转运蛋白受体只存在于恶性乳腺肿瘤细胞的表面，在良性乳腺肿瘤细胞表面并不存在。这样恶性肿瘤细胞通过转铁蛋白受体吸收大量铁质后与青蒿素类药物发生反应产生自由基，起到选择性杀伤作用[4]。Singh[5]研究证实二氢青蒿素对正常人乳腺细胞(HTB125)没有明显的细胞毒作用，但对人乳腺癌细胞(HTB 27)却表现出了很强的杀伤能力，添加转铁蛋白能提高其杀伤力。近来Lai等[6]的研究表明已经成功地用与转铁蛋白结合的青蒿素混和物处理人白血病Molt4细胞，发现它可以非常有效和有选择性地杀灭肿瘤细胞，且对正常细胞几乎无毒性。Thomas Efferth[3]用微点阵分析的方法研究，发现青蒿素在一定的浓度下氧化应激反应与蒽环类药物相似，但不良反应弱。

2.2 调控细胞周期，诱导细胞凋亡

2.2.1 调控细胞周期：青蒿素对抗肿瘤作用可能是由于其与细胞周期中某一特殊靶蛋白结合，调控细胞周期的结果。Li等[7]发现体外实验中，含氰基和芳香基的青蒿素衍生物对白血病细胞株P388和A549能有力地发挥抗增殖效应，使P388细胞积聚在G1期，并诱导其凋亡。稍后Wu等[8]在研究其他青蒿素衍生物的细胞毒活性时亦得到了同样的结果，L1210及P388细胞阻滞于细胞周期中的G1期并导致细胞凋亡。林芳[9]在研究二氢青蒿素对肿瘤细胞增殖的影响和机制时，发现二氢青蒿素能显著抑制MCF27细胞的增殖，半抑制浓度(IC50)为0.26 μmol/L；二氢青蒿素作用后细胞周期发生明显变化，细胞被阻滞在G0+G1期，S期细胞显著减少。为进一步明确青蒿素衍生物的抗癌分子机制,其具体作用靶点和机制还有待进一步研究。

2.2.2 细胞凋亡目前研究主要有三个方式

2.2.2.1 线粒体膜电位下降诱导细胞凋亡：线粒体是细胞内重要的细胞器之一，在许多生理或病理情况下，线粒体可作为凋亡的感受器和放大器，对细胞的存活起重要的调控作用。线粒体跨膜电位对维持线粒体功能是必不可少的。董海鹰[10]在对青蒿素诱导K562细胞凋亡研究中发现，青蒿素可以使线粒体跨膜电位下降，诱导K562细胞凋亡。试验结果显示，不同浓度的青蒿素作用于K562细胞后，对其生长有不同程度的抑制，且有明显的浓度依赖性，电镜观察显示细胞有典型的凋亡形态特征，用Rhodamine(Rh123)染色法测细胞线粒体膜电位变化，发现随浓度的增加，作用时间的延长，细胞线粒体跨膜电位下降越明显。

2.2.2.2 调节肿瘤相关基因的表达诱导凋亡：Efferth[11]研究了人体肿瘤细胞中的464个基因在3种青蒿素衍生物(青蒿琥酯、蒿乙醚、蒿甲醚)作用后的mRNA 表达概况。其中208个基因的mRNA表达至少与其中一种青蒿素衍生物的作用显著相关，把这些基因初步分为两类。一类与3种青蒿素衍生物的作用均相关。提示这是这类药物抗肿瘤作用的共同分子机制，其中影响细胞增殖的基因可能起着十分重要的作用；另一类基因与某种特殊类型的青蒿素衍生物的作用机制有关。王勤[12]证明，青蒿琥酯能明显抑制接种肝癌H22细胞小鼠的肿瘤生长，其作用机制可能与下调增殖细胞核抗原(proliferating cell nu2clear antigen，PCNA)和bcl22的表达以及上调Bax表达有关。PCNA是DNA多聚酶8辅助蛋白，DNA合成必需因子，其水平和表达反映了细胞的增殖活性，其降低可减少肿瘤细胞的DNA合成。而bcl22能抑制细胞凋亡，从而使癌细胞长期存活。Bax的表达可抑制bcl22的作用，进而启动癌细胞的凋亡，提示青蒿素诱导肿瘤细胞凋亡与调节肿瘤相关基因的表达相关。

2.2.2.3 肿瘤细胞内钙升高，导致细胞凋亡和胀亡发生：周晋[13]在研究青蒿素对人白血病细胞株和原代细胞的影响中通过激光共聚焦显微镜发现：青蒿素作用于白血病细胞膜可使其通透性改变，细胞内钙升高，导致一方面促凋亡物质释放、caspase激活，细胞凋亡，另一方面激活钙蛋白酶(calpain)，导致胀亡发生。

3 抗肿瘤血管生成

肿瘤的生长和转移，必须建立丰富的血液循环来供应其旺盛的生化代谢。最近研究表明，青蒿素类药物具有抗肿瘤血管生成作用。DELL等[14]在研究青蒿琥酯对卡波济氏肉瘤血管生成体内抑制试验中，把含有促进血管的血管内皮生长因子(VEGF）和TNFǎ的基质胶皮下注射入裸鼠体内，4天后采用基质胶塞测定的方法发现大量新生血管的生成，而在4天内同时服用青蒿素的小鼠体内血管化作用显著减少，由此可知青蒿素类药物具有抗肿瘤血管生成作用。陈欢欢[15]在研究青蒿琥酯对人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的生长、迁移及小管形成实验中发现，青蒿琥酯在体外有抗血管生成作用。在人卵巢癌裸鼠移植瘤模型中，通过免疫组化染色观察微血管CD31，VEGF及其受体KDR/flk-1的表达，发现青蒿琥酯浓度超过2.5 μmol/l时，对HUVEC的增殖、迁移和小管形成均有显著的抑制作用。在体内实验中青蒿琥酯50 mg/（kg•d）就可明显减少肿瘤血管生成，抑制肿瘤生长；免疫组化结果显示在一定浓度范围内，青蒿琥酯能显著下调肿瘤细胞VEGF的表达及肿瘤细胞和血管内皮细胞KDR/flk-1受体的表达。研究结果表明抑制内皮细胞kDR／flt-l受体和抑制肿瘤细胞VEGF蛋白表达，是青蒿琥酯抗肿瘤血管生成的作用机理之一。

4 结论

青蒿素及其衍生物以其独特的抗肿瘤机制，可以选择性地杀伤肿瘤细胞而对正常细胞作用轻微，与传统化疗药物不存在交叉耐药，而且能通过抑制谷胱甘肽转移酶的活性而逆转肿瘤细胞的多药耐药与传统化疗药物同时应用可起到协同、增效的作用。在抗肿瘤机制主要有与亚铁原子发生反应后的细胞毒作用、延迟细胞周期，诱导细胞凋亡，抗肿瘤增埴、抗肿瘤血管生成这几方面的作用。这三者之间有无相互作用，具体有无作用靶点，以及产生细胞不良反应是否必需用亚铁原子和抗肿瘤的最适剂量，均有待我们进一步去探讨。

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收稿日期：2006-10-12 修稿日期：2007-02-08