中药分子抗肿瘤

中药分子药理学在抗肿瘤方面的研究年级：2012级药学院专业：药理学姓名：卜庆骅指导教师：季宇彬中药分子药理学在抗肿瘤方面的研究随着医学分子生物学的发展，肿瘤的产生机理、发展转移等规律已逐渐被人们认识。研究表明，产生肿瘤的直接原因是基因突变，因此，癌症和恶性肿瘤本质上是一种基因病。基因突变与生活环境、饮食习惯、过度吸烟和病毒感染等因素都有关，因此，有些职业或某些地方的肿瘤发病率相对较高。按照其对后代的影响，引发肿瘤的基因突变又分为可遗传型和不可遗传型。通常情况下，引发肿瘤的基因突变是不遗传的，即这种突变只发生在某一个体的体细胞，从而引起某一组织或器官突变，如过度的太阳光照射引发的皮肤癌和吸烟导致的肺癌等；然而，有些引发肿瘤的基因突变是可遗传的，这类突变产生的肿瘤基因可在家族中传播，在适当的条件下会使家族中的某一个体发病，如乳腺癌和子宫癌，大约5%〜10%的癌症患者与肿瘤基因的遗传有关。目前研究显示中药抗肿瘤机制主要包括如下几个方面：调节机体免疫功能；调节肿瘤细胞生命周期；逆转肿瘤多药耐药性；直接细胞毒作用曰抑制肿瘤血管的生成；抑制肿瘤细胞粘附与浸润转移；调节细胞信号传导；阻断致癌和抗突变作用等方面。研究表明，肿瘤的产生与两类基因有关：一是致癌基因(oncogenes),另一类是肿瘤抑制基因(tumorsupp-ressorgenes)。目前，已发现有100多种与肿瘤相关的基因。肿瘤分子机制的揭示为抗肿瘤药物的开发和肿瘤的治疗提供了科学的依据。长期的医疗实践表明，利用中药治疗恶性肿瘤，无论是在减轻临床症状、提高生存质量、防止复发转移、延长生存期，还是在与放化疗配合增效减毒等方面都有很好的效果⑴。与西药不同，由于中药中含有多种化合物，因此，大多数中药具有多项抗肿瘤功效。目前，有关中药抗肿瘤机制的研究，主要还集中在细胞水平上⑵，虽然对于更深一层的分子水平研究还处于起步阶段，但也取得了一定成绩。深入研究中药对肿瘤基因的调控机制，将会推动中药研究的进一步发展，同时有助于让世界认同中药，为弘扬中医药文化奠定基础。1中药对致癌基因表达的抑制作用致癌基因是人体正常基因突变形成的，在突变前被称作原癌基因(proto-oncogenes)。原癌基因是控制细胞正常生长和分化的基因。原癌基因向致癌基因的转变包括：反转录病毒整合、基因突变和染色体畸变等。致癌基因由于改变了细胞正常的生长和分化功能而引发癌症，其主要有以下五种类型：生长因子异常基因、生长因子受体异常基因、信号传导因子异常基因、转录因子异常基因和程序性细胞死亡调节因子异常基因。1.1生长因子异常基因生长因子的作用是促使细胞增殖。因生长因子基因变异可导致与其相关的蛋白过度表达，从而引起细胞过度生长而形成肿瘤。如人们熟知的sis、int-2和hst可引发胃癌、乳腺癌等多种癌症。DongXiao⑶等在研究Commiphoramuku时发现，从该植物中提取的z-Guggulsterone能够有效地抑制血管内皮生长因子(VEGF)的表达，进而引发肿瘤细胞凋亡。1.2生长因子受体异常基因生长因子受体的作用是控制生长因子的开启或关闭，如果生长因子受体基因异常，就会导致生长因子持续处于开启状态，从而使细胞过度增长而形成肿瘤。如可引发皮肤癌、乳腺癌、胰腺癌、神经瘤等的erbB、HER2/neu、fms和trk都属于生长因子受体基因。其中，trk表达的蛋白TRK具有激酶活性，该酶可通过催化自身和底物的酪氨酸磷酸化导致细胞凋亡途径的紊乱。降低细胞内某些TRK蛋白的活性，减少蛋白酪氨酸磷酸化以及下调酪氨酸蛋白激酶的表达，从而阻断抗凋亡信号的传导。杨江苏⑷等在对猪苓多糖和茯苓多糖等抗肿瘤作用的研究中发现，两种多糖对细胞的酪氨酸蛋白激酶活力均有不同程度的抑制作用，而对磷酸酪氨酸蛋白磷酸酶活力有激活作用，提示两种多糖抗肿瘤作用机制可能与TRK水平下降有关。1.3信号传导因子异常基因信号传导因子是联系生长因子受体和细胞核的调控因子。如果该类基因变异，就会导致信号传导异常、细胞过度增殖而形成肿瘤。如：属于此类基因的abl、ras和raf等可导致白血病等多种癌症的发生。Ras与raf-1常以复合物的形式存在，在ras/raf-1信号途径中，ras主要是催化胞浆中的raf-1使之固定于细胞膜内侧，raf-1—旦与胞膜的脂质层相互作用即可暴露出其激酶功能区，raf-1被激活后继续激活其下游的丝裂素活化蛋白激酶激酶(MEK)和丝裂素活化蛋白激酶(MAPK)，最终通过对转录调节因子表达的影响而将细胞增殖信号传递到细胞核内。Watabd5〕认为蟾毒配基Bufalin诱导细胞凋亡可能与ras和raf-1的信号传导途径有关。NF-kB是一个多效的核转录信号因子，与多种基因的转录有关，肿瘤细胞中多有NF-kB的超高表达。王继峰等［6］在研究大豆中的提取物金雀黄素的抗肿瘤作用时证明：金雀黄素的抗肿瘤作用机理与其抑制NF-kB功能有关。SrivastavaRK等［7-8］证明紫杉醇通过信号调节控制相关基因的表达而诱导细胞的凋亡。BhaumikS等吻发现姜黄素能促使大白鼠组织瘤细胞的细胞膜发生功能和结构变化而激活caspase途径引起凋亡。1.4转录因子异常基因转录因子是指基因表达调控的相关兀件和蛋白。如myc和白血病、淋巴癌、胃癌等多种癌症都有关系。c-myc属核蛋白基因，其蛋白在结构上可分为转录启动区、非特异DNA结合区等，具有与染色体DNA结合的能力，在调节细胞生长、分化及恶性转化中发挥作用。有研究表明：中药白龙［10］可以调控c-myc的表达，抑制胃癌细胞的生长。另外，Kakar等［11］发现姜黄素可抑制c-myc等原癌基因mRNA的表达，仅10nmol姜黄素对c-mycmRNA表达的抑制率即可达到60%。由此推测：姜黄素可能是通过对c-myc基因表达的调控来抑制肿瘤的发生和发展、诱导B淋巴瘤细胞(包括AK-5细胞，WEIH-23等)凋亡的。1.5程序性细胞死亡调节因子异常基因程序性细胞死亡调节因子的作用是促使细胞死亡，如果其功能失常将导致细胞不能正常死亡而无限增殖。这类基因是目前研究比较多的，其中bcl-2为细胞凋亡的抑制基因，bax为促细胞凋亡的基因。复方中药紫龙金［12］可以通过下调bcl-2基因表达，抑制前列腺癌细胞(LNCaP)增殖，使G0/G1期阻滞，诱导凋亡,来发挥抗肿瘤作用。在研究黄苓中的黄酮类成分对人胰腺癌细胞影响时发现，其能够降低bcl-2的表达、增加Bax的表达诱导肿瘤细胞凋亡；其中的黄苓素还可以通过同样的作用机制诱导人乳腺癌细胞凋亡［13］。马玲娣等［14］研究证实，苦参碱在体内、体外对小鼠H22肝癌细胞都表现出一定的诱导凋亡作用，增强肿瘤细胞内Bax蛋白的表达水平，抑制bcl-2蛋白的表达，证明苦参碱具有抗癌作用。2中药对肿瘤抑制基因的调控肿瘤抑制基因能减缓细胞的分裂，修复突变的DNA和促使细胞正常死亡。和原癌基因一样，肿瘤抑制基因突变也会引起癌症的产生。肿瘤抑制基因分为三类：控制细胞分裂的基因、修复DNA的基因和促细胞凋亡的基因。一些针对肿瘤基因的抗癌药物相继被研制出来，例如，利用单克隆抗体技术生产出的Her2ceptin已经获得FDA的认证，该药能够抑制HER2/neu的表达，目前已经用于乳腺癌和其他癌症等的临床治疗并取得了良好的疗效。2.1控制细胞分裂的基因一些肿瘤抑制基因能够协助控制细胞的生长和繁殖。Rb是最先被发现的抑癌基因，其编码的蛋白质为pRb，以其磷酸化和去磷酸化的形式决定转录因子E2F的活性，从而控制细胞的生长和分化，在细胞周期调控中处于中心环节。Rb基因的突变或缺失，可导致细胞过度增殖而形成肿瘤，如果该基因突变，可以引发幼儿眼癌等多种癌症。徐波等［⑸用RT-PCR的方法对Rb基因mRNA表达量的变化进行检测，结果显示，人肝癌细胞经癌痛克处理后，细胞内RbmRNA表达增加，且随着癌痛克作用时间的延长RbmRNA表达量呈逐渐增加趋势。Ahmadi］报道茶叶的主要有效成分茶多酚中，没食子儿茶精盐能明显促进pl6、p18相关蛋白的表达，导致细胞周期阻滞。刘军等［I7］研究发现，复方中药白龙片能显著增加人胃癌细胞p16、pRb的表达，使胃癌细胞周期发生阻滞，从而抑制癌细胞的增殖。2.2修复DNA的基因这类基因具有校读功能，能够校正DNA在复制中产生的错误。该基因能够在细胞DNA受到损伤时停止细胞的分裂，并对损伤的DNA进行修复。如果该类基因失常，会使产生致癌基因的频率增高。例如，与错配修复有关的基因MSH1、MLH2、MSH6等突变可引发结肠癌(HNPCC)。刘秀芳等［18］证明：中药单体成分中，冬凌草甲素、茶多酚、穿心莲内酯和黄苓苷对Lovo细胞(hMSH2缺失的错配修复缺陷型直肠癌细胞)有明显的抑制作用。2.3促细胞凋亡的基因如果细胞的DNA损伤程度较大，促细胞凋亡的基因就会表达，并促使损伤细胞死亡。肿瘤抑制基因p53、p38等就属于促细胞凋亡的基因。如果这类基因异常，会导致脑瘤、肺癌、乳腺癌等肿瘤的发生。通过小鼠肝癌的试验显示，丹参酮能够抑制小鼠肝癌生长、延长生存期，其治疗肝癌的机制与抑制TGFB1、上调p38的表达从而抑制肝癌细胞增殖、诱导细胞凋亡有关［19］。另外，魏小龙等［20］检测地黄多糖对p53基因表达的影响时发现，地黄多糖能使肺癌组织内p53基因表达明显增加。3中药对拓扑异构酶的作用拓扑异构酶在DNA复制、转录重组，以及形成正确的染色体结构、染色体分离、浓缩中都发挥着重要作用。真核细胞DNA的拓扑结构受两类关键酶一拓扑异构酶I和拓扑异构酶II的调节。干扰拓扑异构酶也是抗肿瘤药物发挥作用的重要途径之一。如传统中药喜树树皮中的生物碱及其衍生物能够特异性地抑制DNA拓扑异构酶I，使细胞周期停滞于G2期或生成S期的细胞凋亡；螺旋藻提取物的成份能完全抑制拓扑异构酶I介导的负超螺旋解旋反应；鬼臼毒素类药物能干扰拓扑异构酶II，抑制DNA重新组合且在DNA内引起蛋白断裂，使染色体畸变和细胞死亡；中药蟾酥成分中的蟾毒配基之一，Bufalin有显著抗癌效果，进一步研究表明，Bufalin为拓扑异构酶II的抑制剂，主要作用于细胞周期的S期。此外，灵芝、半边旗等均对DNA拓扑异构酶有抑制作用而在临床上表现出抗肿瘤效果［21］。4中药对端粒酶的作用端粒酶是修复染色体端粒的酶，该酶为逆转录酶，通过自带的RNA为模板来修补DNA复制的末端缺陷。当端粒酶过度表达时，会使细胞无限增殖而导致癌症。目前，对端粒酶的抑制作用也是研究中药抗肿瘤机制的热点之一。陈泽雄等［22］用莪术、半枝莲、柴胡、黄苓、党参、法半夏、大枣、甘草组成的复方中药对人的肠癌细胞进行处理，结果表明：细胞株被处理2天后，端粒酶的活性有明显的下降。5基因芯片在抗肿瘤中药筛选中的应用寻找有效的抗癌药物与治疗方法，彻底攻克癌症，一直是医学界努力的目标。高通量筛选、组合化学、基因工程等先进技术的发明和应用加速了抗肿瘤药物的开发进程，抗肿瘤药物正从传统的细胞毒性药物向多环节作用机制的新型药物发展。近年来，中草药无论是在抑制或杀伤肿瘤细胞方面，还是在肿瘤的病后调理、改善症状与体征、减轻放化疗不良反应方面均发挥了重要作用。利用现代科学技术揭示其作用机制是抗肿瘤中草药开发领域的重要研究热点。基因芯片(ge2nechip)是将大量靶基因(或基因片段)用点样仪有序地、高密度地点在玻璃、硅等载体上制作而成。将待测样品用荧光染料标记制成探针后与芯片杂交，杂交信号用激光扫描仪检测，计算机软件分析检测结果。基因芯片是一种潜在的研究药物机制的有力工具。托娅等［23］利用基因芯片对试验中草药进行检测结果显示:一检测组中158条基因在经中草药刺激后表达量明显上升，44条明显下降；另一检测组中有30条基因在经中草药刺激后表达量明显上升，7条基因表达量明显下降。表明可以利用基因芯片技术从基因水平对中药的作用机制进行阐释，为新药的开发提供理论依据。ThomasEfferth等［24］利用基因芯片方法筛选抗肿瘤的中药成分，通过对9706个候补基因的检测，证明在使君子和鼠尾草属中含有抗肿瘤的化学成分。总之，对中药抗肿瘤分子机制的研究，将有助于中药的开发和推广，特别是基因芯片等技术的应用能够加快中药研究的现代化，为中药走向世界提供可靠的理论依据。参考文献［1］ 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