本文關(guān)鍵詞：紫草素及其衍生物抗腫瘤作用研究進(jìn)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

紫草素及其衍生物抗腫瘤作用研究進(jìn)展

 

 

摘要:  紫草的主要有效成分紫草素及其衍生物已被證實(shí)具有良好的抗腫瘤作用,  其抗腫瘤作用機(jī)制涉及多個靶點(diǎn)。本文在文獻(xiàn)報(bào)道的基礎(chǔ)上,  對紫草素及其衍生物的抗腫瘤作用及其機(jī)制進(jìn)行綜述。重點(diǎn)闡述紫草素及其衍生物在誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)細(xì)胞壞死、以基質(zhì)金屬蛋白酶為作用靶點(diǎn)、作用于蛋白酪氨酸激酶、抗腫瘤血管再生等方面的抗腫瘤作用及其機(jī)制。最后對紫草素類衍生物抗腫瘤活性的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述,  并對以紫草素為先導(dǎo)的抗腫瘤藥物研究加以展望。 

關(guān)鍵詞:  紫草素;  抗腫瘤作用;  細(xì)胞凋亡;  細(xì)胞壞死;  基質(zhì)金屬蛋白酶;  蛋白酪氨酸激酶;  抗腫瘤血管再生

 

Antitumor effect research progress of shikonin and its derivatives 

 

ZHU Meng-yuan, WANG Ru-bing, ZHOU Wen, LI Shao-shun*

 ( School of Pharmacy, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)  

 

Abstract : Shikonin, the main active ingredient of Lithospermum, and its derivatives have been proved to have antitumor effects, and the anti-tumor mechanisms involve multiple targets.    Based on recent literatures,   this review focuses on the antitumor effects and its mechanisms.    More emphases are given on the aspects of     induction of apoptosis, induction of necrosis, acting on matrix metalloproteinase, acting on the protein tyrosine kinase and antiangiogenesis.    The current status and problems of shikonin derivatives in antitumor effects are simply summarized and lookout for the development of antitumor drugs with shikonin as leading compounds. 

Key words : shikonin; anti-tumor effect; apoptosis; necrosis; matrix metalloproteinase; protein tyrosine kinase; antiangiogenesis 

                                                                                                          

 

    紫草為紫草科 (Boraginaceae)  多年生草本植 物,  在我國及亞歐等國分布廣泛,  產(chǎn)于我國東北及內(nèi)蒙等地的紫草為硬紫草 ( Lithospermum erythrorhizon  Sieb. et Zucc),  其主要有效成分為紫草素 (shikonin, 1 ),  產(chǎn)于我國新疆等地的紫草為軟紫草 ( Arnebia euchroma Johnst),  其主要有效成分為阿卡寧 (alkannin, 2),  為紫草素的對映異構(gòu)體[1]。中醫(yī)中藥認(rèn)為紫草味苦、性寒,  有涼血、活血、解毒和透疹等功能,  長期用于瘡瘍、淋濁、熱癥等,  為《中華人民共和國藥典》 收載的臨床常用中藥[2]。紫草素及其衍生物作為紫草的主要有效成分,  已經(jīng)被證實(shí)具有抗炎、促進(jìn)傷口愈合、抗菌、抗病毒、抗血栓、抗甲狀腺功能亢進(jìn)、抗免疫功能低下、降血糖、保肝護(hù)肝等多種生物活性[3, 4], 特別是其抗腫瘤作用,  已被大量研究所證實(shí)[3, 5−11], 引起研究人員的廣泛關(guān)注。 

    紫草素類化合物的抗腫瘤機(jī)制涉及多個靶點(diǎn), 文獻(xiàn)報(bào)道的紫草素類化合物的抗腫瘤作用機(jī)制包括誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)細(xì)胞壞死、抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶、抑制蛋白酪氨酸激酶、抗腫瘤血管生成、影響腫瘤細(xì)胞信號傳遞等一系列的化學(xué)預(yù)防和治療途徑。本文將在文獻(xiàn)報(bào)道的基礎(chǔ)上,  重點(diǎn)闡述紫草素及其衍生物的抗腫瘤作用及其機(jī)制。 

 

 1   誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡 

細(xì)胞凋亡是指細(xì)胞在發(fā)育的一定階段出現(xiàn)的程序性死亡,  是多細(xì)胞生物的一種基本生命活動[12, 13], 腫瘤細(xì)胞能被化學(xué)藥物誘導(dǎo)變異和凋亡[14]。許多研究表明,  紫草素類化合物可以通過此種機(jī)制來抑制腫瘤細(xì)胞生長。 

目前國內(nèi)外對紫草素誘導(dǎo)凋亡的研究以及凋亡發(fā)生時與之相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的研究非常關(guān)注,  已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多基因、蛋白酶和蛋白激酶包括caspase、p53及MAPK 家族等在這一過程中起著重要的作用[6, 8, 15]。 

1.1  Bax 和Bcl-XL 介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路  Bax 和Bcl-XL 是Bcl-2家族的主要成員,  前者為促凋亡因子, 后者為抗凋亡因子,  在細(xì)胞凋亡過程中起著重要調(diào)控作用[16]。Bax 能從細(xì)胞的其他部分移向線粒體,  改變線粒體膜的通透性,  促使細(xì)胞色素c 的釋放,  進(jìn)而激活caspase[17]。腫瘤抑制基因p53 是細(xì)胞凋亡的一個調(diào)控中心,  可調(diào)控多種癌基因的表達(dá)[18]。除促進(jìn)細(xì)胞凋亡外, p53 蛋白也是細(xì)胞周期進(jìn)程的調(diào)控者[3, 19, 20]。 

    吳振等[14]發(fā)現(xiàn)人黑色素瘤細(xì)胞 (A375-S2) 對紫草素非常敏感,  在較低的濃度和較短的作用時間內(nèi)具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒活性。紫草素對A375-S2 細(xì)胞生長有明顯抑制作用,  形態(tài)學(xué)上斷定為凋亡,  進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)紫草素誘導(dǎo)了caspase 激活,  進(jìn)而推測凋亡的可能機(jī)制是紫草素首先激活了上游的 caspase 9,  接著觸發(fā)了caspase的級聯(lián)反應(yīng),  激活了下游的caspase 3, 導(dǎo)致了細(xì)胞凋亡。而深入研究發(fā)現(xiàn),  紫草素作用于細(xì)胞9 h, p53 蛋白表達(dá)增加,  之后略有下降,  作用3～24 h, Bax 蛋白的表達(dá)上調(diào),  同時下調(diào)了Bcl-XL 蛋白的表達(dá), 12 h 后可發(fā)現(xiàn)細(xì)胞色素c 的釋放。這證實(shí)了凋亡機(jī)制為通過p53 激活促凋亡蛋白Bax, Bax導(dǎo)  致細(xì)胞色素c 的釋放和caspase 的激活,  致使細(xì)胞  凋亡。另有研究者[21]進(jìn)一步證實(shí)了紫草素通過活化p53 降低cdk4 的表達(dá)來抑制A375-S2 細(xì)胞生長,  滯留細(xì)胞周期。紫草素誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡由 p53 介導(dǎo),  通過上調(diào)Bax 下調(diào)Bcl-2釋放細(xì)胞色素c,  導(dǎo)致caspase 8 、caspase 9 及下游的caspase 3 的活化。 

1.2  MAPK 家族參與的胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路   絲裂 原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinases, MAPKs)  是細(xì)胞內(nèi)的一類絲氨酸/ 蘇氨酸蛋白激酶。MAPKs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在細(xì)胞增殖、分化、凋亡等過程中具有至關(guān)重要的作用[22]。MAPKs信號通路包括細(xì)胞外信號激酶 (extracelluar signal-regulated kinase, ERK)  通路、c-jun氨基端激酶  (c-jun N-terminal kinase, JNK)  通路和細(xì)胞表皮生長因子受體 (epidermal growth factor receptor, EGFR)  通路等。

     ERK通路是最經(jīng)典的,  也是介導(dǎo)細(xì)胞增殖和腫瘤形成的一條重要通路, pERK (phosphorylation-ERK)是ERK 的活化形式[23]。EGFR 是表皮生長因子受體家族成員之一, EGFR 信號通路在生理過程中發(fā)揮重要作用。JNK 是一種能夠特異性磷酸化c-jun的蛋白激酶,  是MAPK 家族的主要成員之一。 

有研究[24]表明, JNK 通路的激活與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。Kim 等[23]研究發(fā)現(xiàn)紫草素衍生物明顯抑制pERK 活化c-JNK, 通過調(diào)節(jié)pERK、JNK 、PKC-α的活性起到抑制腫瘤生長作用。 

Singh等[25]發(fā)現(xiàn)紫草素以時間和劑量依賴性的方式抑制人表皮細(xì)胞增殖,  降低EGFR、ERK1/2及酪氨酸激酶的磷酸化水平,  進(jìn)而影響細(xì)胞質(zhì)的MAPK 信號通路, JNK 的磷酸化水平增加。同時有研究者[6]發(fā)現(xiàn)紫草素以劑量和時間依賴性方式抑制人骨肉瘤細(xì)胞系 (143B)  生存,  誘導(dǎo)ROS 的產(chǎn)生,  增加ERK蛋白的磷酸化,  降低Bcl-2的表達(dá),  引起細(xì)胞凋亡。 

    總之,  紫草素能夠增加胞內(nèi)與凋亡有關(guān)的蛋白的磷酸化水平,  降低與增殖有關(guān)的蛋白的磷酸化水平,  參與調(diào)控細(xì)胞凋亡。 

1.3  HIF-1 介導(dǎo)   缺氧誘導(dǎo)因子-1 (HIF-1)  是一種組織在缺氧環(huán)境中產(chǎn)生的具有轉(zhuǎn)錄活性的核蛋白[26], HIF-1的表達(dá)程度與腫瘤的惡性程度、新生血管的表達(dá)程度以及預(yù)后不良呈正相關(guān)[14]。 

    劉昕等[27]體外細(xì)胞篩選實(shí)驗(yàn)證實(shí),  β -羥基異戊酰紫草素 ( β -HIVS)  對前列腺癌細(xì)胞 (PC-3)  有明顯的選擇性抑制作用。使用熒光素酶報(bào)告基因檢測發(fā)現(xiàn), 細(xì)胞中的核轉(zhuǎn)錄因子- κ B (NF-κ B) 轉(zhuǎn)錄活性無明顯變化,  而HIF-1轉(zhuǎn)錄活性受抑制,  且呈劑量依賴效應(yīng), 其下游基因VEGF (HIF-1 下游靶基因血管內(nèi)皮生長因子)  表達(dá)下調(diào),  且細(xì)胞中HIF-1α 蛋白累積減少,  由此推斷其機(jī)制可能是β -HIVS 減少低氧條件下PC-3中HIF-1α 蛋白水平,  抑制其轉(zhuǎn)錄活性,  使下游促細(xì)胞生長靶基因VEGF 表達(dá)下調(diào)。中國科學(xué)院上海藥物研究所丁健等[9]設(shè)計(jì)合成了一系列側(cè)鏈具有芳基磺酰胺結(jié)構(gòu)的新型紫草素衍生物,  體外活性實(shí)驗(yàn)顯

示,  此類紫草素衍生物大多數(shù)對HeLa及HL60的活性優(yōu)于紫草素,  進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí),  其能夠有效降低乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞中HIF-1α 的表達(dá)。 

    針對HIF-1,  作者課題組[28]設(shè)計(jì)并合成了一系列結(jié)構(gòu)新穎的β -HIVS 類似物,  抗腫瘤活性測試結(jié)果顯示,  大多數(shù)化合物活性遠(yuǎn)優(yōu)于陽性對照5- 氟尿嘧啶, 與β -HIVS 活性接近或更好,  其中最為突出的β - HIVS的醚類化合物,  不僅對前列腺癌細(xì)胞 (DU-145)  的抗腫瘤作用增大,  并且對腫瘤細(xì)胞的選擇性也有所提高。 

1.4  TRAP1 參與調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡   腫瘤壞死因子相關(guān)受體蛋白1 (TRAP1) 存在于線粒體基質(zhì)中,  是熱休克蛋白90的四大亞型之一。 

    Masuda等[22]發(fā)現(xiàn)β -HIVS 抑制TRAP1基因表達(dá)。當(dāng)用β -HIVS 處理人白血病細(xì)胞 (HL60) 、人類小細(xì)胞肺癌細(xì)胞 (DMS114),  發(fā)現(xiàn)在凋亡過程中線粒體中的TRAP1以時間和劑量依賴的方式減少。用TRAP1特異性的siRNA 處理后的DMS114 細(xì)胞對β -HIVS 誘導(dǎo)的凋亡很敏感,  并且細(xì)胞線粒體中細(xì)胞色素c 的釋放增加。而β -HIVS 對TRAP1的抑制可以被N -乙酰半胱氨酸 ( 抗氧化劑)  阻斷,  這些結(jié)果表明線粒體中TRAP1的表達(dá)抑制在紫草素衍生物誘導(dǎo)凋亡中起到重要作用。 

1.5  Nur77/Bcl-2 凋亡通路   作者課題組與廈門大學(xué)曾錦章課題組合作研究[29]證實(shí)乙酰紫草素SK03通過調(diào)控Nur77/Bcl-2凋亡通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,  即孤兒受體Nur77 出核后定位于線粒體,  并與Bcl-2相互作用誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。在SK03 的基礎(chǔ)上,  作者合成了兩個新的乙酰紫草素衍生物—5, 8-二乙酰氧基-2-(1-乙酰氧基-4-甲基-3-戊烯基)-1,  4- 萘醌  (SK06)   和5,  8-二乙酰氧基-6-(1- 乙酰氧基-4-甲基-3-戊烯基)-1, 4- 萘醌 (SK07),  深入研究發(fā)現(xiàn), SK07 對于誘導(dǎo)凋亡有更強(qiáng)的作用 ( 通過提高Nur77 的蛋白水平及其在線粒體的定位),  但是Nur77 蛋白的mRNA 表達(dá)水平不發(fā)生誘導(dǎo)作用,  是轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié)。用普霉素A (LMB) 

和SK07共同處理細(xì)胞,  可以抑制SK07介導(dǎo)的Nur77的出核轉(zhuǎn)運(yùn)及凋亡。由此推測紫草素衍生物參與了Nur77/Bcl-2介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。 

1.6  ROS 的參與   一些生物抗氧化劑在過渡金屬 如銅離子存在時可以形成活性氧 (reactive oxygen species, ROS)[30]。銅離子自然存在于核染色質(zhì)中,  可以調(diào)動金屬螯合劑。在不同組織中銅離子濃度從13 μ mol·L−1到56 μ mol·L−1不等,  在腫瘤組織中銅離子濃度顯著提高[31]。 

    文獻(xiàn)[32, 33]報(bào)道ROS 參與了由紫草素誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過程。Cheng 等[34]證實(shí)在銅離子存在下紫草素誘導(dǎo)ROS 介導(dǎo)DNA斷裂,  導(dǎo)致人宮頸癌細(xì)胞 (HeLa) 凋亡。Singh等[25]

用紫草素處理人白血病細(xì)胞  (K562), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡并伴隨著大量ROS 的產(chǎn)生,  同時

伴隨著JNK 、p38 蛋白的激活,  線粒體細(xì)胞色素c、Smac/DIABLO 的釋放, caspase 9 、caspase 3 的激活, PA RP 的斷裂。而當(dāng)清除了 ROS 后以上所有過程  (JNK、p38 磷酸化,  細(xì)胞色素c 、Smac/DIABLO 釋放, PARP裂解以及誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡)  均消失。 

1.7  NF- κB 途徑   Ruan等[35]對紫草素誘導(dǎo)人舌鱗癌細(xì)胞 (Tca-8113) 凋亡的NF-κ B 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑進(jìn)行了研究,  發(fā)現(xiàn)紫草素處理后磷酸酶-lKAPPAba 蛋白的表達(dá)、核內(nèi)NF-κ B 與DNA的結(jié)合活性明顯下降, 同時Bcl-2 的表達(dá)也明顯降低。進(jìn)而證明紫草素在Tca-8113 細(xì)胞的抗腫瘤作用是通過抑制NF-κ B 途徑, 進(jìn)而激活caspase蛋白家族起作用。 

2   誘導(dǎo)細(xì)胞壞死 

細(xì)胞壞死不同于細(xì)胞凋亡,  是以細(xì)胞形態(tài)學(xué)壞死和自我吞噬的激活為特征。其形態(tài)學(xué)特征為胞質(zhì)細(xì)胞器水皰形成、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膨脹、細(xì)胞骨架降解、質(zhì)膜破裂、線粒體嚴(yán)重被破壞、基質(zhì)密度增加、突起膨脹、被粗內(nèi)質(zhì)網(wǎng)纏繞,  而細(xì)胞核很少受到影響。 

胡汛等[36, 37]研究發(fā)現(xiàn)紫草素可以以非細(xì)胞凋亡的方式誘導(dǎo)人乳腺癌細(xì)胞 (MCF-7)  和人胚腎293 細(xì)胞 (HEK293) 死亡,  其誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡不同于凋亡, 以質(zhì)膜完整性被破壞為特征,  在形態(tài)學(xué)上是細(xì)胞壞死 (necroptosis),  并且也發(fā)現(xiàn)紫草素對藥物敏感細(xì)胞MCF-7 和HEK293 有類似的作用。同時證實(shí)紫草素誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡不受P- 糖蛋白介導(dǎo)的抗藥性影響,  既繞開了腫瘤的凋亡耐受,  又避開了 P-gp 等藥泵造成的多藥耐藥性,  對耐藥性腫瘤細(xì)胞有效。 

3   以MMP-9為靶點(diǎn) 

    基質(zhì)金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinase, MMP) 是一種與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的蛋白酶,  與血管形成過程中基質(zhì)膜的降解密切相關(guān),  也是促進(jìn)血管形成的重要因子之一。 Min 等[38]對紫草素是否抑制腫瘤細(xì)胞浸潤進(jìn)行了研究,  發(fā)現(xiàn)紫草素在2.5～10 μ mol·L−1

下作用24 h不會對人高轉(zhuǎn)移性腺囊癌細(xì)胞 (ACC-M)  產(chǎn)生毒性, 但能使ACC-M細(xì)胞浸潤降低,  并且這種作用有濃度依賴性。進(jìn)一步的研究證實(shí)紫草素主要降低了 ACC-M細(xì)胞中MMP-9的活性,  而MMP-9在腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移中有重要作用,  初步推測MMP-9是紫草素作用的靶點(diǎn)之一。  

4   作用于蛋白酪氨酸激酶 

    蛋白酪氨酸激酶  (protein tyrosine kinase,   PTKs)   是一種選擇性使不同底物的酪氨酸殘基磷酸化的酶[39]。眾多研究發(fā)現(xiàn)酪氨酸磷酸化在細(xì)胞調(diào)節(jié)的許多過程中起重要作用,  比如細(xì)胞增殖、分化、代謝、信號傳遞基因表達(dá)等過程[40, 41]。PTKs與腫瘤形成、生長過

程有密切關(guān)系,  已成為抗腫瘤研究的重要新靶點(diǎn)。

    Takai 等[42]在研究中發(fā)現(xiàn)β -HIVS 是蛋白酪氨酸激酶的AT P 非競爭性抑制劑,  與正常細(xì)胞相比,  可以對癌細(xì)胞有更高的敏感性抑制,  β -HIVS 處理后的細(xì)胞更多的停留在G0 /G1 相。同時, Masuda 等[24]發(fā)現(xiàn)紫草素及β -HIVS 可以非競爭性地抑制EGFR、PTKs

的活性,  特別是β -HIVS,  對PTKs表現(xiàn)出極好的活性 (IC50為2.5  μ mol·L−1),  進(jìn)而深入研究了β -HIVS 的抗腫瘤機(jī)制,  發(fā)現(xiàn)該紫草素衍生物通過抑制PTKs 的活性,  進(jìn)而抑制polo-like 激酶 (PLK1)  的活性,  最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡。 

5   抗腫瘤血管再生 

許多血管生長因子參與血管再生過程,  比如血管內(nèi)皮生長因子 (vascular endothelial growth factor, VEGF) 、轉(zhuǎn)移生長因子 (transformation growth factor, TGF)。針對抗腫瘤血管再生的抗腫瘤藥物研究已成為研究重點(diǎn)。 

Lee 等[43]研究證實(shí)紫草素在5  μ mol·L−1

濃度下對VEGF 誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞 (HUVECs)  增殖抑制率達(dá)40%,  乙酰紫草素在10、20 μ mol·L− 1也有明顯的抑制作用。紫草素、乙酰紫草素和β - 羥基異戊  酰紫草素分別在5 、10、10 μ mol·L−1對VEGF 誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞的遷移有非常明顯的抑制,  抑制率分別為75% 、50%   和60%,  同時抑制了新血管的生成。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)紫草素、異丁酰紫草素和β - 羥基異戊酰 紫草素明顯抑制了腫瘤組織的生長,  同時也發(fā)現(xiàn)這3個化合物明顯抑制了VEGF 介導(dǎo)的腫瘤血管的再生、轉(zhuǎn)移及新血管的形成。 

6   其他 

    拓?fù)洚悩?gòu)酶 (TOP)  通過斷裂連接DNA鏈決定DNA的拓?fù)洚悩?gòu)狀態(tài)[44]。拓?fù)洚悩?gòu)酶已被作為化學(xué)預(yù)防研究中的重要靶點(diǎn),  因?yàn)橥負(fù)洚悩?gòu)酶參與很多重要的過程,  比如DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄重組。一系列紫草素酯類衍生物已被用以研究它們對TOP-Ⅰ的抑制作用[7, 45]。在體外實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)證實(shí)紫草素及其衍生物 可以與DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶相互作用[7, 45, 46]。另有研究者[46]報(bào)道紫草素通過形成一個可斷裂的復(fù)合物可以誘導(dǎo)TOP-Ⅱ介導(dǎo)的DNA斷裂。 

端粒酶是由核酸蛋白質(zhì)構(gòu)成的DNA聚合酶,  具有延長端粒的作用,  以彌補(bǔ)細(xì)胞分裂時染色體末端的縮短,  解決末端復(fù)制問題。端粒酶的激活、端粒長度的調(diào)節(jié)與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。目前端粒酶已被作為最為廣譜的腫瘤標(biāo)志物之一,  抑制端粒酶的活性已經(jīng)成為一種治療腫瘤的特異靶點(diǎn)[47]。 

盡管眾多研究結(jié)果表明紫草素及其衍生物具有極好的抗腫瘤作用。但到目前為止,  還沒有一個紫草素或其萘醌類似物成為臨床應(yīng)用的抗腫瘤藥物。存在的主要問題是該類化合物的廣泛細(xì)胞毒性,  缺乏抗腫瘤作用的特異選擇性。紫草素的可修飾結(jié)構(gòu)位點(diǎn)并不多,  主要包括母核萘茜、含有 6 個碳原子的側(cè)鏈及側(cè)鏈上羥基。雖然過去的十多年,  已有數(shù)十個國內(nèi)外課題組展開了紫草素及其衍生物的合成,  但進(jìn)展緩慢,  主要側(cè)重于對其側(cè)鏈長度及側(cè)鏈羥基的改造。眾多結(jié)果顯示,  紫草素保持側(cè)鏈6 個碳原子結(jié)構(gòu),  側(cè)鏈羥基成酯活性較好 ( 如β -HIVS 、β ,  β - 二甲基丙烯酰紫草素),  但不能改變其廣泛的細(xì)胞毒性、缺乏選擇

性等缺點(diǎn)。 

    作者課題組近年來對紫草素衍生物的合成及抗腫瘤活性進(jìn)行了較深入研究,  旨在降低紫草素的非特異性細(xì)胞毒性,  提高其作用選擇性和靶向性。作 者在保持側(cè)鏈基本結(jié)構(gòu)的同時,  在側(cè)鏈羥基引入各種不同的取代基,  并在此基礎(chǔ)上,  成功實(shí)現(xiàn)對紫草素萘茜母核氧烷基化,  共合成了300 多個紫草素萘茜 母核氧烷基化衍生物,  測試了其體外和體內(nèi)抗腫瘤活性。結(jié)果顯示,  這些化合物的體外細(xì)胞毒性大大降低,  降低程度與烷基化程度成正比,  紫草素萘茜母核氧二甲基化衍生物的細(xì)胞毒作用與紫草素比較降低了一個數(shù)量級,  但動物體內(nèi)對移植瘤的抑制作用卻明顯增強(qiáng)。初步作用機(jī)制研究顯示,  該類紫草素衍生物表現(xiàn)出很強(qiáng)的對凋亡抵抗蛋白Bcl-XL 的抑制作用, 活性達(dá)到nmol·L− 1級。部分化合物表現(xiàn)出對凋亡活 化蛋白Bax 的激活作用,  活性在nmol·L−1～μ mol·L−1級之間。 

    總之,  雖然作者課題組對紫草素及其衍生物抗腫瘤作用的研究取得了一定進(jìn)展,  發(fā)現(xiàn)了一些活性較好、具有較大研究價值的化合物,  但其具體的分子作用機(jī)制因給藥方式和細(xì)胞種類有所不同,  其抗腫瘤作用機(jī)制涉及多個靶點(diǎn),  如誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)細(xì)胞壞死、以基質(zhì)金屬蛋白酶為作用靶點(diǎn)、作用于蛋白酪氨酸激酶、抗腫瘤血管再生、拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制以及端粒酶抑制作用等,  其明確的作用靶點(diǎn)和作用機(jī)制還有待進(jìn)一步證實(shí)。相信隨著更多紫草素類化合物的合成、抗腫瘤活性及其作用機(jī)制研究的不斷深入,  將有效促進(jìn)紫草素衍生物作為抗腫瘤藥的研究開發(fā)。 

References 

[1]  Zhou W, Jiang Had G, Peng Y, et al.    Comparative study on 

enantiomeric excess of main akannin/shikonin derivatives  

isolated from the roots of three endemic Boraginaceae plants in 

China [J].    Biomed Chromatogr, 2011, 25: 1076− 1075. 

[2]  Chinese Pharmacopoeia Committee.  Pharmacopoeia of  

People’s Republic of China ( 中華人民共和國藥典, 2010 年 

版) [S].   Part 1.    Beijing: China Medical Science Press, 2010: 

Appendix 320. 

[3]  Ciciarello M, Mangiacasale R, Casenghi M, et al.  p53  

displacement from centrosomes and p53-mediated G1 arrest 

following transient inhibition of the mitotic spindle [J].  J 

Biol Chem, 2001, 276: 19205− 19213. 

[4]  Allen JD, Schinkel AH.  Multidrug resistance and pharma-cological protection mediated by the breast cancer resistance 

protein (BCRP/ABCG2) [J].  Mol Cancer Ther, 2002, 1: 

427 − 434. 

[5]  Juranka P, Zastawny R, Ling V.   P-glycoprotein: multidrug- 

resistance and a superfamily of membrane-associated transport 

proteins [J].    FASEB J, 1989, 3: 2583− 2592. 

[6]  Hickman ES, Moroni MC, Helin K.    The role of p53 and pRB 

in apoptosis and cancer [J].    Curr Opin Genet Dev, 2002, 12: 

60− 66. 

[7]  Papageorgiou VP, Assimopoulou AN, Couladouros EA, et al.   

The chemistry and biology of alkannin, shikonin, and related 

naphthazarin natural products [J].    Angew Chem Int Ed, 1999, 

38: 270− 300. 

[8]  Yang HJ, Zhou P, Huang HB, et al.    Shikonin exerts antitumor 

activity  via proteasome inhibition and cell death induction   

in vitro and in vivo  [J].  Int J Cancer, 2009, 124: 2450 −   

2459. 

[9]  Wang WJ, Dai M, Zhu CH, et al.   Synthesis and biological 

activity of novel shikonin analogues [J].    Bioorg Med Chem 

Lett, 2009, 19: 735 − 737. 

[10]   Zhou W, Peng Y, Li SS.    Semi-synthesis and antitumor activity 

of 5, 8-O -dimethyl acylshikonin derivatives [J].    Eur J Med 

Chem, 2010, 45: 6005− 6011. 

[11]   Zhou W, Zhang X, Xiao L, et al.    Semi-synthesis and antitumor 

activity of 6-isomers of 5, 8- O -dimethyl acylshikonin derivatives 

[J].    Eur J Med Chem, 2011, 46: 3420− 3427. 

[12]   Wang RB, Zhou SS, Li SS, et al.  Development of small 

molecule inhibitors on Bcl-2/Bcl-Xl [J].    Chin J Med Chem 

( 中國藥物化學(xué)雜志), 2011, 21: 155 − 164. 

[13]   Kang MH, Reynolds CP.  Bcl-2 inhibitors: targeting    

mitochondrial apoptotic pathways in cancer therapy [J].    Clin 

Cancer Res, 2009, 15: 1126− 1132. 

[14]   Wu Z, Wu LJ, Tian DZY, et al.    The molecular mechanism of 

apoptosis induced by shikonnin in A375-S

2

 cells [J].  Chin 

Pharmacol Bull (中國藥理學(xué)通報(bào)), 2005, 21: 202 − 205. 

[15]   Cohen GM.  Caspases: the executioners of apoptosis [J].  

Biochem J, 1997, 326: 1− 16. 

[16]   Doshi JM, Tian D, Xing C.  Structure-activity relationship 

studies of ethyl 2-amino-6-bromo-4-(1-cyano-2-ethoxy-2- 

oxoethyl)-4 H -chromene-3-carboxylate (HA 14-1), an antagonist 

for antiapoptotic Bcl-2 proteins to overcome drug resistance in 

cancer [J].    J Med Chem, 2006, 49: 7731 − 7739. 

[17]   Scorrano L, Oakes SA, Opferman JT, et al.    BAX and BAK 

regulation of endoplasmic reticulum Ca

2+

: a control point for 

apoptosis [J].  Science, 2003, 300: 135 − 139. 

[18]   Chipuk JE, Kuwana T, Bouchier-Hayes L, et al.  Direct  

activation of Bax by p53 mediates mitochondrial membrane 

permeabilization and apoptosis [J].  Science, 2004, 303: 

1010− 1014. 

[19]   Datar SA, Jacobs HW, de la Cruz AFA, et al.    The drosophila 

cyclin D-Cdk4 complex promotes cellular growth [J].    EMBO 

J, 2000, 19: 4543− 4554. 

[20]   Modiano JF, Mayor J, Ball C, et al.   CDK4 expression and 

activity are required for cytokine responsiveness in T cells [J].   

J Immunol, 2000, 165: 6693 − 6702. 

[21]   Wu Z, Wu L, Li L, et al.    p53-mediated cell cycle arrest and 

apoptosis induced by shikonin  via a caspase-9-dependent 

mechanism in human malignant melanoma A375-S2 cells [J].   

J Pharmacol Sci, 2004, 94: 166 − 176. 

[22]   Masuda Y, Shima G, Aiuchi T, et al.    Involvement of tumor 

necrosis factor receptor-associated protein 1 (TRAP1) in 

apoptosis induced by β -hydroxyisovalerylshikonin [J].    J Biol 

Chem, 2004, 279: 42503− 42515. 

[23]   Kim SH, Kang IC, Yoon TJ, et al.   Antitumor activities of    

a newly synthesized shikonin derivative, 2-hyim-DMNQ-S-33 

[J].    Cancer Lett, 2001, 172: 171− 175. 

[24]   Masuda Y, Nishida A, Hori K, et al.  β -Hydroxyisovaleryl-shikonin induces apoptosis in human leukemia cells by     

inhibiting the activity of a polo-like kinase 1 (PLK1) [J].  

Oncogene, 2003, 22: 1012 − 1023. 

[25]   Singh F, Gao D, Lebwohl MG, et al.    Shikonin modulates cell 

proliferation by inhibiting epidermal growth factor receptor 

signaling in human epidermoid carcinoma cells [J].   Cancer 

Lett, 2003, 200: 115− 121. 

[26]   Wang RB, Zhou SS, Li SS.  Cancer therapeutic agents    

targeting hypoxia-inducible factor-1 [J].  Curr Med Chem, 

  朱夢媛等:  紫草素及其衍生物抗腫瘤作用研究進(jìn)展  ·  593   · 

 

2011, 18: 3168− 3189. 

[27]   Liu X, Niu X, Zhou W, et al.    The inhibition and mechanism 

of β -hydroxy acid isoamyl shikonin on the growth of prostate 

cancer cell lines [J].    J Shanghai Jiaotong Univ (Med Sci) (上

海交通大學(xué)學(xué)報(bào)  醫(yī)學(xué)版), 2010, 30: 527 − 530. 

[28]   Rao Z, Liu X, Zhou W, et al.  Synthesis and antitumor    

activity of  β -hydroxyisovaleryl analogues [J].  Eur J Med 

Chem, 2011, 46: 3934− 3941.  

[29]   Liu J, Zhou W, Li SS, et al.    Modulation of orphan nuclear 

receptor Nur77-mediated apoptotic pathway by acetylshikonin 

and analogues [J].    Cancer Res, 2008, 68: 8871− 8880. 

[30]   Hanif S, Shamim U, Ullah MF, et al.  The anthocyanidin 

delphinidin mobilizes endogenous copper ions from human 

lymphocytes leading to oxidative degradation of cellular DNA 

[J].    Toxicology, 2008, 249: 19− 25. 

[31]   Lech T, Sadlik J.    Copper concentration in body tissues and 

fluids in normal subjects of southern Poland [J].    Biol Trace 

Elem Res, 2007, 118: 10− 15. 

[32]   Mao X, Yu CR, Li WH, et al.  Induction of apoptosis by 

shikonin through a ROS/JNK-mediated process in Bcr/Abl- 

positive chronic myelogenous leukemia (CML) cells [J].    Cell 

Res, 2008, 18: 879 − 888. 

[33]   Hsu PC, Huang YT, Tsai ML, et al.    Induction of apoptosis   

by shikonin through coordinative modulation of the Bcl-2  

family, p27, and p53, release of cytochrome c, and sequential 

activation of caspases in human colorectal carcinoma cells [J].   

J Agric Food Chem, 2004, 52: 6330 − 6337. 

[34]   Cheng HM, Qiu YK, Wu Z, et al.    DNA damage induced by 

shikonin in the presence of Cu (II) ions: potential mechanism 

of its activity to apoptotic cell death [J].    J Asian Nat Prod 

Res, 2011, 13: 12− 19. 

[35]   Ruan M, Yan M, Yang WJ, et al.  Role of NF-kappaB   

pathway in shikonin induced apoptosis in oral squamous cell 

carcinoma Tca-8113 cells [J].    Shanghai J Stomatol (上�？�

腔醫(yī)學(xué)), 2010, 19: 66− 71. 

[36]   Han W, Li L, Qiu S, et al.    Shikonin circumvents cancer drug 

resistance by induction of a necroptotic death [J].  Mol   

Cancer Ther, 2007, 6: 1641− 1649. 

[37]   Xuan YY, Hu X.    Naturally-occurring shikonin analogues-A 

class of necroptotic inducers that circumvent cancer drug   

resistance [J].    Cancer Lett, 2009, 274: 233 − 242. 

[38]   Min R, Zun Z, Min Y, et al.    Shikonin inhibits tumor invasion 

via down-regulation of NF-κ B-mediated MMP-9 expression in 

human ACC-M cells [J].    Oral Dis, 2011, 17: 362− 369. 

[39]   Mao YJ, Li HH, Li JF.  Signal transduction by protein   

tyrosine kinases and antitumor agents [J].  Acta Pharm Sin 

( 藥學(xué)學(xué)報(bào)), 2008, 43: 323 − 334. 

[40]   Wang XH, Fu LW.  Advances in studies on inhibitor of   

apoptosis proteins and cancer therapy [J].  Acta Pharm Sin 

( 藥學(xué)學(xué)報(bào)), 2006, 41: 103 − 107. 

[41]   Zhu XF, Liu ZC, Zeng YX.    Signal transduction by tyrosine 

kinase receptors and oncotherapy [J].    Acta Pharm Sin (藥學(xué)

學(xué)報(bào)), 2002, 37: 229 − 234. 

[42]   Takai N, Ueda T, Nishida M, et al.  β -Hydroxyisovaleryl-shikonin has a profound anti-growth activity in human     

endometrial and ovarian cancer cells [J].  Gynecol Oncol, 

2008, 109: 107− 114. 

[43]   Lee HJ, Magesh V, Nam D, et al.    Shikonin, acetylshikonin, 

and isobutyroylshikonin inhibit VEGF-induced angiogenesis 

and suppress tumor growth in lewis lung carcinoma-bearing 

mice [J].    J Pharm Soc Jpn, 2008, 128: 1681 − 1688. 

[44]   Froelich-Ammon SJ, Osheroff N.  Topoisomerase poisons: 

harnessing the dark side of enzyme mechanism [J].  J Biol 

Chem, 1995, 270: 21429− 21432. 

[45]   Ahn BZ, Baik KU, Kweon GR, et al.    Acylshikonin analogs: 

synthesis and inhibition of DNA topoisomerase-I [J].    J Med 

Chem, 1995, 38: 1044− 1047. 

[46]   Fujii N, Yamashita Y, Arima Y, et al.    Induction of topoisom-erase II-mediated DNA cleavage by the plant naphthoquinones 

plumbagin and shikonin [J].    Antimicrob Agents Chemother, 

1992, 36: 2589− 2594. 

[47]   Zhang YJ, Li JG, Liu F, et al.    The inhibition of telomerase 

activity in the inhibition of human renal cancer cell growth [J].   

Cancer Control, 2003, 10: 935− 937. 

 

上一篇：鹽酸博安霉素注射用原位凝膠的體內(nèi)分布研究
下一篇：消栓通絡(luò)方有效成分組對大鼠急性血瘀模型的影響

  本文關(guān)鍵詞：紫草素及其衍生物抗腫瘤作用研究進(jìn)展，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：161190