白术内酯抗恶性肿瘤研究进展

王 倩

南京中医药大学科技实验中心，江苏省南京市 210046

众所周知，癌症已是全球主要死亡原因之一。当前治疗癌症的主要手段仍然是手术、放疗和化疗药物干预。癌症因其具有显著的复发和转移特性，因此相较于其他类疾病，癌症在治疗上又增加了难度。因此，找到能够消灭癌细胞的方法仍然是目前需要研究人员攻克的一道难题。白术是一种广泛应用于胃肠道疾病、癌症、骨质疏松症、阿尔茨海默病等疾病的中药，白术内酯是从白术中分离出来具有显著药理活性的天然化合物，包括白术内酯Ⅰ、白术内酯Ⅱ和白术内酯Ⅲ[1]。回顾近20年来对白术内酯的药理研究报道，发现白术内酯Ⅰ和白术内酯Ⅱ具有明显抗肿瘤作用。白术内酯Ⅲ的抗肿瘤活性研究报道较少，这些差异可能归因于白术内酯类成分结构的差异。然而，从目前研究结果可以看出，很多研究都仅处于细胞实验阶段。因此，继续开展动物实验甚至临床试验研究来进一步阐明白术内酯的抗癌效果非常有必要。

1 白术内酯Ⅰ抗恶性肿瘤作用

1.1 诱导肿瘤细胞凋亡 半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)家族成员在细胞凋亡的启动和执行中发挥重要作用。研究发现白术内酯Ⅰ通过切割Caspase-3和Caspase-9前体从而促进Caspase-3和Caspase-9的激活，诱导癌细胞凋亡从而抑制白血病细胞的增殖和生长[2]。白血病是恶性程度较高的肿瘤，临床治疗难度较大且有效治疗药物种类较为局限，因此白术内酯Ⅰ的抗白血病作用值得进一步研究。除此之外，近年来研究发现，白术内酯Ⅰ通过抑制动力学相关蛋白1(Drp1)介导的线粒体裂变，显著降低人结肠癌细胞系HCT116和SW480细胞活力并诱导其凋亡[3]。

非受体型酪氨酸蛋白激酶2(JAK2)/信号转导和转录激活因子3(STAT3)通路的激活在一些实体肿瘤的致癌过程中发挥了关键作用，包括促进癌细胞增殖、分化和血管生成。Fu等人[4]研究发现，白术内酯Ⅰ通过抑制JAK2和STAT3的蛋白表达水平进而下调STAT3靶向基因B细胞淋巴瘤的表达，最终诱导人黑色素瘤细胞A375、Hs294T和SK-MEL-5细胞凋亡。除此之外，白术内酯Ⅰ通过增加Caspase-3、Caspase-9的蛋白水平抑制裸鼠A549肺癌异种移植细胞的生长。白术内酯Ⅰ对A549肺癌细胞具有显著的抗肿瘤活性，其作用机制可能是白术内酯Ⅰ通过线粒体介导的途径来诱导癌细胞凋亡[5]。因此，白术内酯Ⅰ可能是一种潜在的细胞凋亡诱导因子，可视为未来治疗肺癌的候选药物之一。但其安全性评价和完整机制的阐明还需要更多的实验研究来进一步确证。

1.2 抑制肿瘤细胞增殖 Notch是一类由四个高度保守的跨膜受体组成的基因家族。Notch1是与多种癌症有关的Notch家族一员。白术内酯Ⅰ通过灭活Notch1来减弱胃癌干细胞的特性导致其下游靶点转录因子的体外表达减少，从而抑制胃癌细胞增殖。Liu等人[6]通过测定胃癌患者血清中细胞因子和蛋白水解诱导因子(PIF)水平来评估白术内酯Ⅰ治疗胃癌恶病质的疗效。治疗3周后，白术内酯Ⅰ能显著降低胃癌患者血清细胞因子水平并使其趋于正常。治疗7周后，白术内酯Ⅰ明显降低胃癌患者PIF的阳性率。由此可见，白术内酯Ⅰ在改善食欲和降低PIF阳性率方面优势明显。初步结果提示白术内酯Ⅰ可能有助于缓解症状、调节细胞因子和抑制胃癌恶病质PIF蛋白水解。

正常情况下，磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路参与正常细胞代谢的重要信号通路之一。然而在许多人类癌症中，其异常激活可导致癌细胞产生化疗耐药性和促进癌细胞转移。白术内酯Ⅰ通过下调AKT/mTOR通路相关蛋白的磷酸化水平，进而有效抑制AKT/mTOR信号通路活化，最终抑制结直肠癌细胞的增殖[7]。Zhang等人[8]将小鼠C26结肠腺癌细胞接种于雄性BALB/c小鼠从而诱导癌症恶病质体征，包括显著的体重减轻、肿瘤生长、肌肉萎缩、脂肪脂解、脾脏和胸腺萎缩。白术内酯Ⅰ通过减轻肌肉、脂肪、脾脏和胸腺的萎缩，改善了结肠癌小鼠的恶病质和脾虚症状。实验研究证实，白术内酯Ⅰ在体内和体外均具有抗膀胱癌作用。白术内酯Ⅰ通过诱导膀胱癌细胞线粒体凋亡从而降低膀胱癌细胞增殖速率，另外白术内酯Ⅰ显著抑制膀胱癌小鼠肿瘤生长并对正常小鼠无明显的毒性[9]。

细胞外调节蛋白激酶(ERK)/糖原合酶激酶3β(GSK3β)信号通路在肿瘤疾病的发生发展中起到关键作用，与肿瘤的化疗耐药性相关的重要信号通路之一，目前被视为肿瘤治疗过程中的一个重要环节。Ye等[10]研究发现，白术内酯Ⅰ通过抑制ERK/GSK3β信号通路，进而诱导黑色素瘤细胞的细胞周期阻滞，最终发挥抗肿瘤的作用。主要表现在白术内酯Ⅰ处理黑色素瘤细胞48h，导致细胞周期从G1期到S期的剂量依赖性延迟。白术内酯Ⅰ不仅通过抑制3-磷酸肌醇依赖性激酶-1(PDK1)，还通过抑制同源盒转录反义RNA(HOTAIR)来抑制肺癌细胞的生长从而导致下游效应子组蛋白甲基化转移酶(EZH2)的表达减少。重要的是，白术内酯Ⅰ和厄洛替尼联合显示出协同作用。因此，白术内酯Ⅰ和厄洛替尼结合靶向PDK1和HOTAIR介导的下游分子EZH2可能有助于开发一种治疗肺癌的新策略。

1.3 抑制肿瘤细胞侵袭和迁移 白术内酯Ⅰ抑制黑色素瘤迁移。其作用机制可能是白术内酯Ⅰ抑制JAK2和STAT3磷酸化水平，从而下调了STAT3的靶向基因基质金属蛋白酶2(MMP-2)和基质金属蛋白酶9(MMP-9)的mRNA表达水平[11]。这些结果表明，白术内酯I抗黑色素瘤作用是通过抑制JAK2/STAT3信号通路来实现的。Long等人[12]研究表明，白术内酯Ⅰ通过下调Toll样受体4(TLR4)介导的核转录因子-κB(NF-κB)信号通路，降低NF-κB调控的乳腺癌细胞因子水平，从而抑制乳腺癌细胞的迁移和侵袭。

Tang等人[13]研究发现，结直肠肿瘤细胞外囊泡携带致癌基因，并作为信使，使转移特性水平转移到结直肠癌干细胞，从而激活PI3K/Akt/mTOR信号通路增强其细胞活性，并维持侵袭能力。白术内酯Ⅰ通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路，阻碍细胞外囊泡摄取，有效损害结直肠癌干细胞的功能，阻断细胞间通讯和转移特性交换。此研究证实白术内酯Ⅰ具有抑制结直肠癌细胞的转移和侵袭能力的特性。

2 白术内酯Ⅱ抗肿瘤活性

2.1 诱导肿瘤细胞凋亡 白术内酯Ⅱ在前列腺癌细胞中诱导的细胞凋亡过程均与其抑制雄激素受体的能力有关，并且通过抑制JAK2/STAT3信号通路来实现[14]。此研究表明，白术内酯Ⅱ作为一种治疗前列腺癌的有效药物具有良好的抗肿瘤作用和潜在的药理应用价值。体外研究结果发现，白术内酯Ⅱ可通过线粒体介导的途径显著诱导大肠癌Lovo细胞凋亡，包括促进大肠癌细胞聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶-1(PARP1)的裂解，激活Caspase-3的表达，诱导大肠癌细胞凋亡的产生[15]。

2.2 抑制肿瘤细胞增殖 白术内酯Ⅱ不仅能抑制结直肠癌细胞增殖和活力，而且还能显著增强结直肠癌细胞的化疗敏感性，提高结直肠癌的化疗疗效[16]。因此临床可以考虑将白术内酯Ⅱ与其他化疗药物联用，从而增强其化疗效果。Fu等[17]研究发现，白术内酯Ⅱ剂量依赖性和时间依赖性抑制小鼠B16和人A375黑色素瘤细胞增殖。显著抑制小鼠皮下B16异种移植瘤的生长，也能有效地抑制黑色素瘤细胞中STAT3激活，从而抑制肿瘤细胞增殖。

2.3 抑制肿瘤细胞侵袭和迁移 白术内酯Ⅱ通过抑制JAK2/STAT3信号通路，抑制参与多种癌症侵袭和转移的基质金属肽酶MMP-2和MMP-9的迁移，抑制小鼠B16和人A375黑色素瘤细胞的迁移[17]。除此之外，白术内酯Ⅱ还可以通过其他机制发挥抗肿瘤作用。白术内酯Ⅱ在体内和体外两种情况下对乳腺肿瘤的发生有一定的保护作用[18]。白术内酯Ⅱ显著提高了乳腺癌上皮细胞MCF 10A细胞核因子E2相关因子(Nrf2)的表达、核易位及其下游解毒酶的表达，从而降低17β-雌二醇诱导的乳腺癌上皮细胞MCF 10A的恶性转化。更重要的是，白术内酯Ⅱ显著降低了N-亚硝基-N-甲基脲诱导的大鼠乳腺组织的肿瘤发生率、多样性和体积。因此，白术内酯Ⅱ可考虑作为一种新型乳腺癌化学预防药物。

3 白术内酯Ⅲ的抗肿瘤活性

相对于白术内酯I和白术内酯Ⅱ，只有少数研究表明白术内酯Ⅲ具有抗癌作用。Zhang等[19]研究发现，白术内酯Ⅲ通过上调体内结肠癌肿瘤组织中Caspase-3的表达，下调B淋巴细胞瘤基因-2(Bcl-2)的表达，诱导细胞凋亡，显著抑制人结肠癌裸鼠移植瘤生长。除此之外，体外研究发现白术内酯Ⅲ以剂量依赖的方式抑制人肝癌细胞的生长、迁移和侵袭并且诱导人肝癌细胞凋亡[20]。

4 讨论

通过以上分析，白术内酯通过调控JAK2/STAT3、PI3K/AKT/mTOR、TLR4/NF-κB和Nrf2-ARE等信号通路及其相关蛋白的表达，诱导恶性肿瘤细胞凋亡，抑制增殖、迁移以及侵袭。白术内酯Ⅰ和白术内酯Ⅱ在抗肿瘤作用上有许多相似之处，涉及线粒体介导的凋亡以及对PI3K/AKT和JAK2/STAT3信号通路的抑制。然而，这两种化合物的抗癌活性是不同，白术内酯Ⅰ诱导癌细胞分化，阻断免疫抑制。而白术内酯Ⅱ降低了癌细胞对化疗药物的耐药性。因此白术内酯Ⅰ和白术内酯Ⅱ在治疗癌症方面都有优势。在三种白术内酯中，只有白术内酯Ⅰ能诱导白血病细胞凋亡，说明白术内酯Ⅰ和白术内酯Ⅱ在治疗癌症方面各有优势。虽然过去很少有研究表明白术内酯Ⅲ是一种具有开发价值的抗癌药物，但是近两年相继也有报道白术内酯Ⅲ具有抗肝癌以及结直肠癌的药理作用。因此，对于白术内酯Ⅲ的抗癌活性研究还需进一步探讨。白术内酯Ⅰ与白术内酯Ⅱ联合使用可能比单独使用其中任何一种药物获得更好的抗癌效果。然而，目前对这些药物的抗癌效果的研究还存在不足，这项研究大多是在细胞水平上进行。因此，白术内酯Ⅰ和白术内酯Ⅱ的抗癌价值以及两者的协同抗癌作用还需要进一步的体内实验。

除此之外，白术内酯的安全性也很重要。虽然少数细胞实验表明白术内酯类成分具有细胞毒性，但目前尚无临床使用的副作用报道。虽然白术内酯Ⅰ对原代培养的大鼠胃黏膜细胞有较强的毒性，而白术内酯Ⅱ和Ⅲ则无明显毒性。但是，目前尚不清楚细胞实验中确定毒性剂量是否表明白术内酯对人体也有副作用。更值得注意的是，白术内酯对代谢酶的影响是其最大的安全隐患。体外研究发现，白术内酯对药物代谢酶UDP-葡萄糖醛基转移酶2B7(UGT2B7)具有明显的抑制作用，而且白术内酯Ⅰ和白术内酯Ⅲ表现出特异性抑制作用[21]。由于许多药物是经UGT2B7代谢的，因此应避免白术内酯和这些药物同时使用。如果白术内酯与其他药物联合使用，进一步的药理学和药代动力学研究是非常有必要的。简而言之，通过回顾过去20年来研究发现的白术内酯的抗恶性肿瘤作用，认为白术内酯具有显著的抗癌活性和巨大的开发潜力。今后，可以对白术内酯的抗癌作用机制进行广泛且深入的研究，并进行后续临床试验，进一步探索其治疗效果。