苦参碱抗肿瘤作用机制研究进展
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[摘要] 苦参碱是中药苦参、山豆根、苦豆子的主要活性成分之一。近年来，苦参碱的抗肿瘤活性受到广泛关注。研究表明苦参碱通过诱导细胞凋亡、细胞周期阻滞、诱导细胞自噬、抑制肿瘤细胞转移和侵袭、抑制血管生成、抑制NF-κB表达等多途径发挥抗肿瘤作用，并能与化疗药物协同作用。随着苦参碱抗肿瘤作用机制的进一步阐明，其在肿瘤临床治疗中将具有广阔的开发应用前景。
[关键词] 苦参碱；抗肿瘤；作用机制
苦参碱 （matrine）是一个四环的喹嗪啶类生物碱，并广泛存在于豆科植物苦参[1]、山豆根[2]和苦豆子[3]中。苦参碱具有广泛的药理作用，如抗炎[4]、抗肝纤维化[5]、镇痛[6]和抗心律失常[7]等，苦参碱制剂毒副作用较低，因此有着广泛的应用。目前临床上使用的苦参碱制剂主要有用于静脉滴注的苦参碱滴注液、治疗慢性乙型肝炎的苦参碱胶囊和苦参碱片、止泻药鞣酸苦参碱胶囊、肿瘤辅助治疗的苦参碱注射液斯巴德康等。近年来苦参碱的抗肿瘤活性引起了学者的极大关注，本文就苦参碱抗肿瘤作用及其分子机制的研究进展进行综述。
1 诱导肿瘤细胞凋亡
细胞凋亡 （programmed cell death，PCD） 与肿瘤的发生、发展、转移过程密切相关。细胞凋亡是一个涉及多基因参与的过程，细胞凋亡的启动有2种途径，死亡受体途径和线粒体途径。死亡受体途径涉及诱导死亡受体激活的配体，包括FAS/FASL和TNF/TNFR，诱导caspase-8激活，随后激活caspase-3，激活的caspase-3引起DNA的裂解导致细胞凋亡。苦参碱能上调TNF/TNFR基因家族中14个成员和绝大多数caspase基因家族的成员的表达，表明苦参碱诱导神经胶质瘤C6细胞凋亡可能涉及死亡受体途径。Dai等[8]研究发现，苦参碱抑制胃癌SGC-7901细胞增殖，FAS/FASL的表达与细胞凋亡率成正相关，并且caspase-3活性与细胞凋亡率也成正相关。这些证据显示，苦参碱可能通过调节FAS/FASL的表达和caspase-3活性来促进胃癌细胞凋亡。
线粒体凋亡途径是通过线粒体被诱导释放细胞色素C，细胞色素C是APAF-1和caspase-9的结合体，激活的caspase-9可以进一步激活caspase-3，随后促进细胞凋亡。在线粒体凋亡途径中，蛋白Bcl-2和Bax的功能是调控细胞增殖、分化和程序性死亡。抗凋亡蛋白Bcl-2可保护线粒体外膜的完整性，防止细胞色素C释放。与之相对应的，促凋亡蛋白Bax则促进细胞色素C的释放。苦参碱能下调Bcl-2表达和上调Bax表达，改变Bcl-2/Bax的比值而诱导细胞凋亡[9]。Han等报道[10]，苦参碱可以抑制人类骨髓瘤细胞的增殖，其作用机制是苦参碱通过调节Bcl-2/Bax比值下降，诱导线粒体释放细胞色素C，激活caspase-3的线粒体凋亡途径来诱导骨髓瘤细胞凋亡。
2 干扰细胞周期
细胞周期受到细胞周期素cyclin、细胞周期素依赖性激酶CDK、细胞周期素依赖性激酶抑制剂CDKI等的严密调控。以CDK为中心，cyclin对其进行正调控，CDKI对其进行负调控。苦参碱可以作用于多种肿瘤细胞的G1/S期与G0/G1期的2个控制点，干扰细胞周期进程，从而抑制细胞增殖。苦参碱作用于人肝癌HepG2细胞[11]，能显著增加G0/G1期细胞的数量，降低S期细胞的数量，并具有剂量依赖性。Zhang等[12]实验结果表明，苦参碱能下调cyclin E的表达，而cyclin E是细胞周期G1/S必需的蛋白，苦参碱通过干扰cyclin E的表达使胃癌细胞发生细胞周期G1期阻滞。
P21蛋白是已知具有最广泛激酶抑制活性的细胞周期负性调节因子，苦参碱可以上调P21蛋白，导致细胞阻滞在G0/G1期，相应的S期的细胞数量比例下降[13]。 Zhu等报道[14]，苦参碱通过上调P53和P21蛋白表达，下调cyclin D1/CDK4，cyclin E/CDK和磷酸化Rb的表达，诱导细胞G1期阻滞。
3 诱导细胞自噬
已有的研究报告表明，除了依赖caspase的细胞凋亡（I型PCD），细胞自噬也可以导致细胞死亡，这种不依赖caspase的细胞程序性死亡称为II PCD。自噬是指从粗面内质网的无核糖体附着区脱落的双层膜包裹部分胞质和细胞内需降解的细胞器、蛋白质等成分形成自噬体，降解其所包裹的内容物，以实现细胞本身代谢需要和更新某些细胞器的一个分解代谢过程。然而，大量或者不恰当的自噬则会导致细胞死亡[15]。有研究通过电子显微镜发现[16]，苦参碱处理的神经胶质瘤C6细胞中有自噬体吞没了线粒体。于是用AO/EB染色法测定死亡率，同时用Annexin V/PI染色法测定同一批次细胞的凋亡率，发现死亡率19.8%明显高于凋亡率13.8%，表明约有6%的死亡率可能是通过自噬造成的。
Beclin 1基因是第一个被确认的哺乳动物自噬基因，也是第一个确认在自噬的溶酶体降解途径中发挥抑制肿瘤作用的基因。苦参碱作用的HepG2细胞的细胞质中存在丰富的空泡，当加入特定的自噬抑制剂3-MA，细胞质的空泡数量大大减少，推断在处理细胞中可能发生了自噬[11]。MDC染色的结果也支持这样的推断，苦参碱促发了细胞自噬。于是对HepG2细胞中Beclin 1的表达水平进行测定。结果发现，苦参碱确实促进了Beclin 1的表达，并具有剂量和时间依赖性，这些都证明了苦参碱在抑制HepG2细胞增殖的过程中诱发了细胞自噬过程。Li等[17]研究了苦参碱诱导细胞自噬在抑制胃癌细胞增殖的重要作用。碘化丙啶染色表明，苦参碱诱导的细胞死亡具有剂量依赖性，自噬抑制剂3-MA或巴弗洛霉素A1会显著降低苦参碱对胃癌细胞的抑制率。
4 抑制肿瘤侵袭转移
肿瘤的转移和侵袭是恶性肿瘤的基本特征之一，也是癌症患者死亡的重要原因，抑制肿瘤细胞侵袭和转移可以有效降低肿瘤的死亡率。苦参碱可以抑制肺癌A549细胞的转移[18]。实验中发现，苦参碱作用A549细胞6 h后，能显著降低细胞转移率达30%～48%，与此同时并未降低A549细胞的活性。这表明，苦参碱抑制A549细胞转移作用不是通过降低细胞活性实现的。Liu等[19]报道，苦参碱对人类恶性黑色素瘤细胞株A375的增殖有显著的抑制作用，并且能明显降低细胞的黏附和转移能力。这些实验结果表明，苦参碱可以抑制肿瘤细胞的转移和侵袭。
肿瘤细胞的侵袭能力与其诱导产生可以降解细胞外基质和基底膜的蛋白酶的能力密切相关。基质金属蛋白酶MMPs是一类金属离子依赖性的内源性蛋白水解酶，是人体内降解细胞外基质蛋白的主要酶类，对于肿瘤细胞的转移和侵袭发挥着主要作用。Yu等[20]研究发现，苦参碱能抑制具有高转移性的人胸腺癌细胞株MDA-MB-231的侵袭。明胶酶谱法检测显示，25～10 mg·L-1的苦参碱显著抑制了MMP-2和MMP-9的活性。RT-PCR检测进一步发现，50～100 mg·L-1苦参碱显著下调了MMP-2和MMP-9的mRNA的转录水平。这些实验结果表明，苦参碱抑制肿瘤细胞的侵袭可能与MMP-2，MMP-9的活性以及MMP-2，MMP-9的mRNA的转录水平有很大关系。苦参碱还可以抑制cAMP依赖的蛋白激酶的活性，从而抑制Hela细胞的转移[21]。
5 抑制肿瘤血管生成
血管生成是恶性肿瘤生长和转移中的重要病理过程，肿瘤的生长和转移很大程度上依赖肿瘤血管的生成。血管生成抑制因子可以以多种因子为靶标抑制血管的形成，这些因子包括：MMP、各种生长因子或者生长因子受体、内皮细胞等[22]。抗血管生成药物的副作用与化疗药物相比要少得多。此外，血管生成抑制因子的治疗通常不会产生药物抗性。因此，抑制血管生成是目前治疗癌症的非常重要的方法。
研究报告显示，苦参碱抑制血管内皮生长因子（VEGF）的表达可以抑制人类肺癌细胞株A549的生长[23]。苦参碱可以降低Bcl-2/Bax，下调VEGF和VEGFR-2的表达，并激活caspase-3和caspase-9，从而可以通过抑制增殖和抗血管生成来治疗转移性乳腺癌[24]。Luo等[25]研究表明，苦参碱可以降低VEGF和VEGFR1的mRNA的转录水平，并且能抑制MMP-2，MMP-9的活性，从而抑制乳腺癌细胞株MDA-MA-231增殖。
6 抑制核因子-κB表达
核因子-κB （nuclear factor-κB， NF-κB） 是调节免疫、炎症反应、细胞应激、肿瘤形成以及细胞存活与凋亡的重要转录因子。NF-κB系统由NF-κB家族及其抑制物核因子-κB抑制子 （nuclear factor-κB inhibitor， IκB） 家族共同组成[26]。NF-κB的抗凋亡机制可诱发前列腺癌、胃癌、大肠癌、胰腺癌和乳腺癌的发生。通过抑制IκB的降解来抑制NF-κB的激活可以导致肿瘤细胞的大量凋亡。因此通过基因治疗来抑制NF-κB的活性，再辅以常规的化疗将有望成为一种有效的肿瘤治疗方法[27]。
在抗肿瘤机制的研究中发现，苦参碱具有调节NF-κB活性的作用。Luo等[26]在研究苦参碱抑制胃癌细胞株MKN 45的抗肿瘤机制的过程中，发现苦参碱作用组的IκB蛋白表达水平显著高于空白组。同时检测了NF-κB蛋白表达水平，结果没有检测到NF-κB蛋白的表达。Yu等[20]发现NF-κB可以抑制MMP-9表达明显降低。于是推测，苦参碱可能是通过调节NF-κB抑制MMP-9的表达以及抑制SMMC-7721细胞的侵袭。
7 联合用药
将苦参碱和其他抗癌药物联合使用，表现出了很好的协同作用。苦参碱与化疗药物组蛋白去乙酰基抑制剂曲古柳菌霉素A联用可以明显下调肺癌A549细胞中抗凋亡蛋白Bcl-2的表达，上调促凋亡蛋白Bax的表达，从而诱导细胞凋亡[18]。Hu等[28]发现在胃胰腺癌SGC 7901细胞移植的裸鼠体内，苦参碱和5-氟尿嘧啶联用具有明显的协同作用，两者虽抑制了裸鼠骨髓增殖期的造血细胞，但不损伤静止期骨髓干细胞。Yu等[29]研究发现苦参碱可以抑制乳腺细胞中的Akt信号和其上游靶点（如EGF，VEGF和VEGFR1）及其下游靶点（如NF-κB，P65，MMP-9和MMP-2）的表达。于是将苦参碱和现有的抗癌药物卡莫氟、诺维本一起使用，显示了良好的协同作用，对乳腺癌细胞株MDA-MB-231的增殖抑制率提高2倍以上。
8 展望
苦参碱资源广泛，在动物体内吸收快、药效长，生物利用度高，具有很大的临床应用价值。苦参碱对肿瘤有广泛而确切的作用，可以影响肿瘤发生的多个环节与步骤。目前的研究发现，细胞毒性作用不是苦参碱抗肿瘤的主要机制。虽然苦参碱抗肿瘤作用较弱，往往需要较高的浓度以及很长的作用时间，但是其可以作用于肿瘤发生的多个关键的环节。最重要的是苦参碱的安全范围很广，毒副作用较少，已经广泛应用于临床。未来的研究可以从苦参碱的诱导细胞自噬、抑制血管生成、抑制肿瘤细胞侵袭和转移、抑制核因子-κB表达等多个方面进行更多的尝试和研究。随着人们对苦参碱抗肿瘤作用的分子机制的研究不断深入，苦参碱在抗肿瘤方面的独特作用和广泛应用前景将进一步引起重视，其有望成为抗癌药物开发的先导化合物。
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Advance in studies on anti-tumor mechanism of matrine
GUO Lin-feng， TONG Shan-shan， YU Jiang-nan， XU Xi-ming*
（School of Pharmacy， Jiangsu University， Zhenjiang 212013， China）
[Abstract] Matrine is one of the main active components extracted from Sophora flavescens， S. subprostrata and S. alopecuroides. In recent years， its anti-tumor activity has attracted wide attention. According to studies， matrine shows the anti-tumor effect through multiple channels such as inducing apoptosis and autophagy of cancer cells， arresting cell cycle， inhibiting tumor cell migration， angiogenesis and NF-κB， as well as the synergistic effect with chemotherapeutics. Along with the further studies on matrine′s anti-tumor mechanism， it has a broad prospect for development and application in tumor clinical treatment.
[Key words] matrine； anti-tumor； mechanism
doi：10.4268/cjcmm20132001