摘要：

从植物中分离出的天然产物在癌症化疗领域占据了很重要的地位。比如长春新碱，长春花，紫杉醇，喜树碱衍生物，表鬼臼毒素等分子，这些天然药物对现代药物作了很大的贡献。然而，去寻找新的治疗癌症的化合物是一项长期的投入，要坚持不懈的从不同植物物种中寻找未来具有抗癌活性的药物。在这方面，众所周知作为中国、印度传统医药体系一种植物药穿心莲，近期吸引了许多学者的注意。穿心莲内酯是穿心莲最主要的生物活性成分，在全球的研究表明穿心莲是一种可靠的具有潜在的抗癌活性。在体外的研究表明，不同浓度的穿心莲内酯具有诱导多种癌细胞周期阻滞和凋亡的能力。穿心莲内酯表现了强大的免疫调节和抗肿瘤组织血管生成的活动。合成的穿心莲内酯类似物经过研究分析也具有相同的生物活性。尽管，预测未来癌症化疗药物有点早，但是在未来的癌症化疗的序幕下，强烈建议进一步研究这种分子，以评价其潜在的抗癌活性。

关键词：穿心莲；细胞凋亡；细胞毒；二萜内酯；免疫调节

引言：

抗肿瘤植物药效化疗的新纪元，开始于20世纪40年代，氮芥和叶酸药物【1】的第一次使用。此后，癌症药物的发现和开发，一直是全球主要的努力研究的方向。在多样性的自然界，尤其是从植物中寻找新的化疗药物已成为科研人员主要的兴趣。从植物资源中寻找抗癌药物真正开始于20世纪50年代，发现、开发了长春花生物碱，长春花碱和长春新碱以及分离出了细胞毒素鬼臼毒素【2】。长春花生物碱（是一种来自装配癌细胞微管蛋白生物碱和歪曲微管的抗有丝分裂物质），通常用在联合治疗的合成药物（3-5）。最近，这类半合成类似物比如长春瑞滨和长春地辛。其他类型的植物性抗癌药物包括拓扑异构酶Ⅱ抑制剂。依托泊苷和替尼泊苷都是半合成衍生物鬼臼毒素（异构体鬼臼毒素）从盾叶鬼臼（足叶草林奈和鬼臼瓦里茨）的根茎中分离得到。

最近又新增一种从植物中分离出的衍生抗癌药物紫杉烷类和喜树碱。紫杉醇和其半合成的紫杉萜，目前正在用于对大多数的癌症治疗中（6）。虽然在药物发现过程中发现的很早（7），但是其发展为根据临床需要的的活性物质，只是近20-30年研究的结果。其他在临床使用的植物药物还有尖杉酯碱，是一种从中国三尖杉中分离得到的；夹竹桃碱一种玫瑰树碱衍生物，是从夹竹桃属植物中分离出的，其中还包括Bleekeria vitensis A.C. Sm。, a Fijian medicinal plant with reputed anti-cancer properties (2).

     除了在临床使用这些植物药，有一些具有较强抗癌潜力的、有前途的化合物，目前正在进行临床试验。其中包括黄酮类抗肿瘤药物、combretastatins、4-甘薯苦醇、秋水仙素，染料木素，拉帕醇，姜黄素等运黄酮类抗肿瘤药物是一种在合成黄酮结构的基础上找到Amoora rohituka and Dysoxylum binectariferum(Maliaceae).这是一种非常有前景的植物基础化合物，因为它是第一个作为细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）抑制剂进入临床的植物药物（4）。Combretastatins [南非灌木柳风车caffrum[（Eckl.＆Zeyh）Kuntze（使君子科）]是一种二苯乙烯类，作为抗血管生成剂，导致肿瘤血管关闭以致肿瘤坏死（2）这些化合物年销售额反映，现在对抗癌化合物的需求不断增加。喜树碱衍生物每年的销售额高达10亿美元，紫杉醇及其衍生物销售额20亿美元并且每年都在增加（8,9）。

有趣的是可以注意到，几乎所有上述药物都具有很强的民族植物学背景，这突出了一个事实，即在探索民俗知识时，一些新的化合物有可能被发现。传统医药一直为药物的发展提供有价值的实体化合物（10-12）最新的研究，发现新型的抗癌药物细胞素-531的天然产物库源自于传统中医药（13）。然而，正是这种现象，植物生物多样性对于我们来说是癌症研究的重点领域。虽然许多植物性分子表现出奇迹般的化疗效果，但是有许多化合物还需要作为潜在的抗癌药物进行大量的研究。本文的重点是具有抗癌潜力的穿心莲内酯，它是穿心莲的主要生物活性物质，一种在印度草药和中药中众所周知的植物生物活性成分。

穿心莲

Andrographis paniculata (Burm. F.) Nees，爵床科。生长在亚洲许多国家如中国，印度，泰国和斯里兰卡（14）。在中医和印度有较长的治疗使用和悠久历史（15、16）。穿心莲是印度官方药典（17）至少有26个草药配方中作为主要组成部分，用于治疗肝损伤。是一种草药，曾用于治疗肺肿瘤记载于印度古代医学文献中（18）。据有关报道，穿心莲在中医中用于清热解毒。这是一种味极苦的植物，传统用于治疗感冒，痢疾，发烧，扁桃体炎，腹泻，肝病，炎症，疱疹等（19-21）。在近期广泛的调查发现，传统的使用和穿心莲药理学方面的证据比较充分（22）。一些研究表明穿心莲，主要包括二萜内酯，黄酮类化合物和多酚成分（23,24）。不过，治疗功效主要归功于主要成分穿心莲内酯。二萜内酯穿心莲内酯（C20H30O5）是穿心莲中的化合物，主要集中在叶，并可以很容易从天然植物提取物中分离出结晶固体（25,26）。该化合物的结构已经澄清，通过X射线晶体分析分子立体，键长，键角等，都已确定（27）。化学命名为(3-[2-[decahydro-6-hydroxy-5-(hydroxy-methyl)-5,   8-adimethyl-2-methylene-1-napthalenyl]ethylidene] dihydro-4-hydroxy-2(3H)-furanone) 穿心莲内酯（图1）。

显示出了一系列很强大的生物活性(28-33)。近期，研究发现该化合物具有抗艾滋病和保护心脏的功效（15,34-39）。然而，它具有微弱的抗细菌和病毒的生物活性。

穿心莲内酯的抗癌潜力

现代医学中多数抗癌药物的目的通过诱导细胞凋亡，坏死，细胞周期阻滞或细胞的分化，有的可能涉及免疫活动，通过触发人体自身的免疫系统抵抗癌细胞来抑制癌症扩散。这些化合物在抑制多种癌细胞的过程中取 强大潜在的抗肿瘤活性，作为双重抗肿瘤活性呈现出来对癌细胞具有直接和间接的作用（42）。将详细讨论这篇文章。

细胞毒活性对肿瘤细胞

   穿心莲的甲醇提取物，表现出了很强的毒性的对KB（人表皮细胞白血病）和P388白血病（淋巴细胞性白血病）细胞系(43)。在生物活性的指导下用色谱分离出了纯的穿心莲内酯，它也对上述细胞系有很高的毒性。这是穿心莲内酯第一次细胞毒性潜力的的表现。Potent cytotoxicity in a dose dependent manner towards various kinds of cancer cell lines including drug resistant cancer cells has also been reported in another excellent work (37). 细胞毒归功于穿心莲内酯的抑制增殖能力和诱导癌细胞凋亡。

诱导细胞周期阻滞

不同的研究已经表明穿心莲内酯有效的诱导癌细胞细胞周期G0/G1期阻断（44）。人类急性髓细胞性白血病HL-60细胞研究表明，穿心莲内酯治疗（12mg/ml）36小时后，G0/G1期细胞增加了27%，S期和G2/M期细胞显著减少。穿心莲内酯通过调制细胞周期相关蛋白的表达抑制细胞周期进程。诱导细胞周期在G0/G1期阻断主要由于诱导细胞周期抑制蛋白p16, p21, p27，与减少细胞周期蛋白A，细胞周期蛋白D，CDK4及CDK2表达相关，这些蛋白是细胞周期由G1期向S期过渡所需的(37,46)。Shi et al.(46)已经证明了用穿心莲内酯治疗（10-30mM）几乎完全抑制了人类的结肠癌细胞。这里穿心莲内酯治疗（3.75倍）后p21增加的程度很特别，因为在很多癌症中p21表达的减少与侵略性表型相关。穿心莲内酯阻断G1期的分子目标仍待确定。

诱导细胞凋亡

   穿心莲内酯激活外在死亡受体通路（包括的半胱天冬酶- 3和半胱天冬酶 - 8）和诱导人类某些类型的癌症细胞凋亡（47）。一些细胞类型（1型），对激活半胱天冬酶 -8足以激活效应半胱氨酸蛋白酶（半胱天冬酶3 / 7），而在多数细胞类型（类型2），这种效应激活半胱天冬酶需要通过线粒体放大信号，这是由周等人通过对三种不同的人细胞株的研究（包括子宫颈癌，乳腺癌和肝癌细胞系）阐明的（48），其中经过穿心莲内酯(50 mM /6 h)治疗后观察发现半胱天冬酶3 / 7的活性约8倍的增长。亲细胞凋亡Bcl - 2家族成员（bid and bax）在细胞死亡信号传达是关键的中间物，穿心莲内酯从半胱天冬酶到线粒体然后到下游凋亡效应-3，最终导致细胞色素C的释放和细胞凋亡（48、49）。最近的研究表明，肿瘤坏死因子（TNF - a）相关的凋亡诱导配体（TRAIL - 1外在凋亡的重要成员，凋亡通路）在通过穿心莲内酯的治疗之后在多种人类癌症细胞株中明显增强（50）。TRAIL是一个重要的抗癌药物，因为它可以优先杀死肿瘤细胞之间正常细胞，因此在抗肿瘤药物研究中是一个非常重要的分子（51）。一些癌细胞对TRAIL产生了抗药性，这就是TRAIL介导细胞凋亡的主要制约因素。因此，通过化合物增强TRAIL表达或能够重新认识耐药性癌细胞对TRAIL诱导细胞凋亡是极为宝贵的（52,53）。在这方面，穿心莲内酯是一种有潜力的分子，因为它可以提高通过了TRAIL表达来调节死亡受体（DR - 4）并能重新认识耐药性癌细胞对TRAIL诱导细胞凋亡（50）。在这种研究趋势帮助下，将穿心莲内酯发展成为一种诱导凋亡多种多样的肿瘤细胞药物。研究表明，穿心莲内酯在综合治疗中也是很有效果的。当于其他的抗肿瘤药物比如5-氟尿嘧啶,阿霉素和顺铂，穿心莲内酯增强了多药耐药癌症细胞的细胞凋亡率(54). 穿心莲内酯单独或者与5-氟尿嘧啶在评价治疗人类肝癌细胞，它可以增强细胞凋亡（55）除了诱导肿瘤细胞凋亡，该化合物也能诱导正在扩散癌细胞的分化。特别关注是在穿心莲内酯的治疗之后，小鼠髓细胞白血病（M1）定向分化成巨噬细胞。这种特殊的活性，在植物性抗癌药物研究中很少发现（56）。

免疫调节属性

众所周知，穿心莲发挥了有力的免疫调节效应。已经注意到其醇提物及分离的穿心莲内酯都能够对小鼠引起显著的刺激，即特异性抗原及非特异性抗原两种型态的免疫应答，显示了反抗感染性及致癌性物质的效果（57，58）。TNF-a，IL-2，IFN-g及NK在反抗致瘤因素中扮演着重要角色。穿心莲内酯在调节这些因子的产生中发挥作用，从而间接的影响着癌细胞。穿心莲内酯可导致生成的TNF-a及CD标记的增加，甚至增强淋巴球抗癌细胞的细胞毒活性（37）。观察到穿心莲内酯治疗（48小时1mM）后人类外周血液淋巴细胞增殖，这是因为加强了IL-2的生成及最终抗癌细胞的免疫应答（59）。体内试验表明用正常与恶性上皮肿瘤的穿心莲内酯治疗，依赖性抗体细胞毒性、分裂素诱导骨髓细胞的增殖及IL-2，IFN-g的生成得到提高（60）。穿心莲内酯刺激细胞毒性T淋巴细胞的生成，从而抑制动物肿瘤生长（61）。当与其他neutraceuticals联合应用时，穿心莲内酯可导致NK 及TNF-a功能的增强，从而改善对不同类型的晚期癌症的临床结果（62）。因此，药物除了对癌细胞有直接毒性，还可以调节宿主免疫系统攻击癌细胞。

抗炎和抗血管生成活性

穿心莲提取物和穿心莲内酯都是已知的有抗炎潜力的（63，64）在肿瘤的发病进程中炎症被认为是一个重要的组成部分，是因为炎症策划了肿瘤细胞的微环境。在一些研究中已经被阐明（65） ，这也强调了抗炎症对癌症的治疗。沈等人，研究表明抑制活性氧（ROS）的生产，可能作为穿心莲内酯作为抗炎作用的机制。穿心莲内酯的治疗作用是抑制内核因子kappa-B（NF-KB）于DNA结合和减少前炎症蛋白表达如环氧合酶-2（COX- 2）和一氧化氮合酶（NOS）（66-69）。一个重要的里程碑破译穿心莲内酯的作用机制，发现穿心莲内酯降低半胱氨酸62,P50（一大亚基的NF - kB的转录因子），从而阻止他们与靶基因的结合（39,68）。化疗的一个主要制约因素是不同的化疗药物通过激活NF - kB促进细胞存活使癌细胞获得抗药性（70）。因此，穿心莲内酯作为一核因子抑制剂NF- kB，也可能用来提高癌细胞去克服这种阻力。穿心莲也抑制调控激酶½和Akt信号，从而抑制化疗策略对炎症的位点巨噬细胞迁移（71-73）。对ERK信号抑制也导致V - Src的蛋白介导的转化的抑制，这与癌症的开始与发展密切相关。

众所周知癌细胞诱导血管的生成是为增殖细胞持续提供养分的。由于血管生成触发引起了慢性炎症，在炎症、癌变与血管生成有直接的关系。因此，穿心莲内酯进行了抗血管生成的潜力研究发现其具有良好的抗癌效果。作为一种具有良好前景的抗血管生成药物，穿心莲内酯能够成功的抑制肿瘤特异性毛细血管的萌发不破坏原先存在的血管。穿心莲内酯降低了血管生成的各种因子，如血管内皮生长因子（VEGF），一氧化氮（NO）和前炎性细胞因子以及提高抑制血管生成水平的因子如IL - 2和金属蛋白酶抑制剂（TIMP - 1）以及在生物体内体外（74）。穿心莲内酯在血管内皮生长因子水平的抑制能力已经被证实，血管内皮生长因子，大体上是被癌细胞使用（34）。图表2显示了穿心莲内酯潜在的多靶向。

化学保护潜能

如先前在这篇文章里描述的，穿心莲内酯表现出选择性的细胞毒性攻击不同的癌细胞。然而，在一些研究中，这种药物也已经显示出对正常细胞的化学保护潜能。抗化学毒性及致癌性的植物提取物的化学保护潜能很早就有描述（75）。剂量依赖性的穿心莲内酯通过刀豆球蛋白A诱导，抑制鼠科动物胸腺细胞IFN-g 及IL-2的生成。还可以通过像氢化可的松的药物诱导，阻止细胞凋亡（76）。穿心莲内酯的保护效应抵抗环磷酰胺诱导的urothelial毒性（77）及六氯环己烷诱导的氧化损伤（78）已有报道。穿心莲内酯可以有效的抵抗很多肝毒素，大量的肝毒素可能是因为其在严重肝损伤中激活抗氧化酶的催化反应。通过体内外测试，发现保肝药的效果的可比得上水飞蓟索（79，80）。这些研究都支持穿心莲以Ayurvedic剂型治疗肝疾病。因此，除了直接或间接的对癌细胞诱导细胞毒性，穿心莲内酯还可以通过不同基团的诱导，为正常细胞阻止细胞毒性。Chen et al. (81) 已经描述了穿心莲内酯对人类脐带血管内皮细胞的保护作用，防止通过增强PI3K（磷酸肌醇3激酶）-Akt活性，GF丧失诱导细胞凋亡。这里，穿心莲内酯通过抑制细胞色素C释放细胞溶质，抑制线粒体调解细胞凋亡。在另一项发现中,人类的血管内皮细胞受到保护，防止因穿心莲内酯阻止E-选择蛋白表达而导致胃癌细胞的粘附（82）。E-选择蛋白是由NF-kB（核因子）调节，从而显示了穿心莲内酯的治疗效果。然而，穿心莲内酯的治疗也可以诱导细胞色素P450家族酶的亚科CYP1A的表达，它涉及到外源性物质过剩的新陈代谢，因此这种相互作用可能对临床有重大意义（83）。因此，进一步研究确定药物对细胞色素P450酶的作用势在必行。

穿心莲内酯类似物

除了自然发现穿心莲内酯，研究人员已经成功地合成穿心莲内酯衍生物，同样显示了抗肿瘤活性（84）。通过平行液相合成，Mang等人，从穿心莲内酯开始已经形成了有360个分子组成的天然产物库。穿心莲内酯自然的产生[Fig.1]，包括：(i) ana-alkylidene-c-butyrolactone moiety, (ii) two double bonds d8(17) and d12(13) and (iii) three hydroxyls at C-3,C-19 and C-14. Of the three hydroxyls, the one at C-14 is allylic, while others at C-3 and C-19 are secondary and primary, respectively (86).). 在完整的丁内酯环之间，C双键c- 12和C - 13，C - 8和C - 17以及C - 14的羟基，主要是负责细胞毒活性的化合物。修饰穿心莲内酯的主要骨架，可以提高其抗肿瘤活性（36,87）。Jada等人合成了三类类似物(3,19-isopropylideneandrographolide; 14-acetyl-3, 19-isopropylideneandrographolide and 14-acetylandrographolide)（36）。以穿心莲内酯作为原材料，合成的14-14-acetylandrographolide相比其他的母体化合物对很对癌细胞株系有显著的活性。然而，与穿心莲内酯诱导细胞周期的机制是不同的。该研究小组已成功开发出新穿心莲内酯亚苄基衍生物[3,19 - （2 - bromobenzylidene）穿心莲内酯和3,19-(3-chloro-4-fluorobenzylidene)穿心莲内酯],其多细胞毒性和药效比穿心莲内酯强（88）另一，半合成穿心莲内酯类似物，舒张因子3188被发现有更好的抗癌活性对MCF - 7乳腺癌细胞周期其作用机制类似于穿心莲内酯（87）。在体外和体内其疗效两种化合物几乎差不多。穿心莲内酯作为母核合成了具有特殊疗效的一族a-葡萄糖苷酶抑制剂新型化合物（86）。这些化合物有可能成为抗肿瘤药物发展。这一结果已被不同的发现证实，认为穿心莲内酯显著的抑制了前提加工酶，从而显现出抗病毒，抗HIV - 1和HIV – 2的活性（89）。这些结果强调，一些穿心莲内酯衍生物有可能有更好的药效是其母体化合物本身，证实他们潜在的生物活性需要有专门的科学研究。

现状与展望

  目前在世界范围内，对穿心莲内酯在抗肿瘤活性机制的破译研究报道不断增加。但是，大多数的数据是基于对体外细胞毒性检验。根据资料显示，小鼠癌症模型缺乏并且缺乏临床证据。虽然穿心莲内酯一直用于临床试验，防治艾滋病毒和治疗急性上呼吸道感染（38,90）就其临床资料防癌活性仍没有并利用。还需要更多的综合药代动力学研究的工作。药物疗效反映其穿心莲内酯生物利用度和水中溶解度差对其生物利用度的影响。最近，一种新的技术已经改善修改穿心莲内酯的物理和化学性能，以提高其生物利用度和防止其在胃肠道的中性和碱性环境中水解(91)。但是，当采取的摘录（张侃）的形式，穿心莲内酯很容易在血液中吸收（口服1.5-2小时后达到最大血药浓度）（92）。研究表明，p-糖蛋白参与了穿心莲内酯在肠道

内的吸收（93）。现有关于穿心莲内酯的代谢资料显示，口服穿心莲内酯后可能涉及到人类代谢反应的磺酸反应(94)。口服穿心莲内酯后显示，其Structural illucidation代谢产物的结果是硫酸盐化合物和磺酸加合物（95）。现有的资料大多是零零碎碎的，这需要经行收集和整理，为未来更合理的研究穿心莲内酯的抗肿瘤活性做准备。穿心莲内酯具有广泛的抗增殖活性在各种肿瘤细胞株中，其中包括乳腺癌，结肠癌，肝癌，宫颈癌，白血病，前列腺癌症等。研究发现最对结肠癌细胞株（36,37,44,46,59）有效，其次是前列腺癌和乳腺癌。在各种乳腺癌细胞株中，发现对MCF - 7细胞系最敏感。大肠癌和大肠癌细胞对穿心莲内酯的治疗也很敏感，这将是穿心莲内酯作为未来治疗结肠癌值得进行更多的研究。根据我们目前的科学技术，解密穿心莲内酯的作用机制成为了可能。

结论

   寻找新的潜在在治疗癌症的药物在癌症研究领域是长期持久的过程，穿心莲，其抗肿瘤活性在南亚传统医药的研究中近期备受关注。穿心莲内酯是穿心莲的有效成分，最近的研究表明它具有抗肿瘤和免疫调节的活性。众所周知这样一个事实，癌症的治疗需要综合疗法，通过一种或多种化合物影响多重与癌症发生有关化疗起作用的通路。在印度医学中，把药物协同调节，滋养身体作为一个整体，从而使几个器官组织受到影响。穿心莲是被应用于印度医药的一种抗肿瘤植物药。很容易就能判定穿心莲内酯也具有相同的生物活性。这种化合物能够诱导在各种癌细胞，细胞周期的G0/G1期阻滞，激活死亡受体途径，诱导TRAIL导致细胞凋亡，通过激活p53增强磷酸化和NF- kB转录因子的抑制以及各种血管生成因子。它还产生强烈的免疫调节作用对癌细胞除了其细胞毒作用，这一属性是其他抗癌药物包括阿霉素，丝裂霉素，顺铂等相同。除了作用于各种信号道路消灭癌细胞的方法，它也产生了保护和拯救正常细胞的毒性，相比，对癌细胞有相反的效果。这些特性使穿心莲内酯成为有前景的分子作进一步的研究。除了自然发现穿心莲内酯，半合成类似物的化合物已经合成，其中一些还显示出强大的抗癌特性。

    然而，在确立它作为一种未来化疗药之前需要做很多调查。例如，穿心莲内酯确切的作用机制有待确定，药物对于高等动物及人类的毒性需要确立。我们必须记住，一些天然药物已经进入临床试验，但由于缺乏功效，主要是又不能接受的毒性而被终止。传统上,化合物筛选是通过已经选择的、有前途的，向临床前试验及临床试验进行的化合物对一些肿瘤细胞系进行体外生物测定。在此基础上，穿心莲内酯及其半合成衍生物是有趣的前景，为新型抗癌药物的合成起带头作用。