天然抗肿瘤药物筛选方法的研究进展

2021年2月17日发(作者：湿气重怎么办)
天然抗肿瘤药物筛选方法的研究进展

前言

肿瘤是严重威胁人类生 命的常见病、多发病，其死亡率仅次于心血管疾病而
列居第二，并且其发病率还在持续上升
[1 ]
。目前，临床上常用的化疗药物有

40
余种，
在肿瘤治疗中发挥 着重要作用，
但也面临着严峻挑战，
如许多实体瘤尚无
有效的药物，
肿瘤的抗 药性及抗癌药物严重的毒副反应等问题。
因此，
寻找和开
发新的高效、低毒的抗肿瘤药 物是医学界重要的研究课题
[2]
。大量的研究工作表
明，
天然产物来源的抗 肿瘤药物毒副作用小，
并且从天然产物中筛选抗肿瘤药物
的概率比合成药高得多
, < br>由于天然药物具有这些化学合成药无法比拟的优越性，
因此越来越受到人们的青睐
[1]
。
但是如何从数目庞大的天然产物中高效地筛选出
具有抗肿瘤活性的分子
,
是目前药物研发亟待解决的问题之一
[3]
。
随着分子生物
学和分子 肿瘤学的发展，
抗肿瘤药物筛选方法经过了多次修改。
笔者对近年来几
种常见的抗肿瘤 天然药物的筛选方法综述如下。

1.
细胞水平筛选抗肿瘤药物

采 用针对疾病的筛选方法，选取代表各种常见实体瘤的人类肿瘤细胞株，以
培养细胞为实验模型，
检测天然药物及其提取物或单体的体外抗肿瘤作用。
体外
实验作为初筛，
关键在于测定 肿瘤细胞的活力，
最常用也是比较快的两种方法是：
第一种代谢测定法，
细胞还原MTT
或
XTT
产生一种衍生物，
其颜色强度与活细
胞数成正比 ，且可用自动分光光度计连续记数；第二种方法是应用蛋白染料
sulforhodamine B，
颜色强度也与活细胞数成正比
[4]
。
细胞水平的药物筛选模型具有材料用量少、耗时短、成本低和大规模筛选等优点，但容易出现假阳性结果，
并且不能判断药物的 组织特异性
[5]
。

2.
基于肿瘤的产生机理筛选抗肿瘤药物

肿瘤
(
癌症)
并不是一种疾病，而是临床病理表现不同、预后各不相同的多种
疾病的组合，
其 病因及发病机制极为复杂，
肿瘤的发生是一个多因素、
多基因突
变、多步骤、长时间逐 渐演化的过程
[6]
。现代肿瘤分子生物学的发展使肿瘤发病
机理正在逐步阐明，针对 机理的抗肿瘤活性成分筛选趋势已形成。

2.1
诱导细胞凋亡

细 胞凋亡是细胞在一定生理和病理条件下，由基因调控的主动有序的自我消
亡过程。肿瘤与细胞凋亡具有非 常密切的关系。细胞在各种因素作用下，以“凋
亡”
的形式清除老化的或已受损的细胞时，由于某种因素抑制或破坏了细胞凋亡
机制，
致使细胞凋亡发生障碍，
继而导致细胞 继续生存和不断生长，
最终演变为
肿瘤。
许多天然产物就是通过一种或者几种不同机制 来干扰肿瘤细胞生长、
代谢、
增殖等过程，最终触发肿瘤细胞发生凋亡，从而达到治疗肿瘤的目 的
[7]
。

2.1.1
阻滞肿瘤细胞增殖周期诱导凋亡

细胞周期分为
G1
期

(DNA
合成前期
)
、
S
期

(DNA
合成期
)
、
G2
期

(DNA
合成后期
)
和
M
期

(
有丝分裂期
)
。此外细胞在完 成分裂后有一个
G0
期

(
相对静止期
)
，此期决定细胞是再进入

G1
期 继续分裂还是不再分裂而保持静息
或进行分化
[8]
。细胞周期调控的异常是肿瘤产生 的一种内因。细胞周期的进展需
要大量的胞内外信号的配合，
如果缺少适当的信号，
细 胞将不能从一个阶段转向
下一个阶段，
这个点称为检定点，
这种现象称为周期阻滞，< br>其可诱导细胞发生凋
亡
[9]
。

传统中药苦参的主要成分苦 参碱
（
1
）
具有抗炎、抗病毒、抗纤维化等多种药
理作用，近年研究 发现苦参碱还具有抗肿瘤作用，其对人肝癌细胞
BEL-7402
，
IC50
为
1g/L
。金艳书
[10]
等发现，苦参碱可将人肝癌细胞周期阻滞在G
0
/G
1

期，
诱导人肝癌细胞发生凋亡，
从而发挥其抗肝癌作用。
从金丝马尾连提取的生物碱
碱甲
hemanzine
（
2
）
在体外对各种癌细胞有明显的抑制作用，
其
IC50
在
0.5-1
μ
g/L
之间，
可阻断
G1
期细胞 向

S
期过渡
,
其杀细胞作用有细胞周期特异性。
槲皮 素
（
3
）
近年来也被发现具有细胞周期抑制作用。刘丽娟
[11]< br>等发现槲皮素能抑制白
血病肿瘤细胞
HL-60
的生长，
IC50为
10 mmol/L
。它能将细胞周期阻断在
G2/M
期，并且这种 阻断作用可以随着从培养基中移去槲皮素而发生逆转。崔燎
[12]
等
人从凤尾蕨科植 物半边旗
(
Pterissemipinnata
)
中得到新化合物

F-A
（
4
）
，用其对

HL-60
和
K562
细胞作用
24 h
后，
对两细胞株的
IC50
值分别为
7. 6 mg/L
和
9. 1 mg
/L
，进一步研究发现该化合物有

G2/ M
期阻滞作用。




（
1
）


（
2
）



（
3
）

（
4
）


2.1.2
抑制拓扑异构酶的活性

DNA
拓扑异构酶是一种调节

DNA
空间构型的重要核酶，与
DNA
的复制、
转录、重组等密切相关，根据其断裂

DNA
单、双链的不同，又分为
TOPO
Ⅰ和
Ⅱ。由于

DNA
的超螺旋程度影响着机体的活动，而拓扑异构酶的作用正是调
控

DNA
的空间构型，于是

DNA
拓扑异构酶顺理成章的成为抗肿瘤药物作用的重要靶点
[13]
。研究表明，许多天然产物正是以拓扑异构酶为作用靶点，通过
影响拓扑酶的活性，干扰

DNA
复制及基因的表达进而发挥抗肿瘤作用。

Itoh
[14]
等对从印度萝芙木

(
Rauwolfia
serpentina
Benth
)
中分离得到的

27
个化
合物进行了
Topo
Ⅰ和Ⅱ抑制活性研究，测试结果显示，化合物
（
5
）
具有明显的

Topo
Ⅰ和Ⅱ抑制活性，并且对人白血病细胞株

HL-60
也具有较强的抑制作用，
IC
50
为
67μmol/L
。
Clericuzio
[15]
等对

Leucopaxillus gentianeus
的提取物进行

Top o
Ⅰ抑制活性测试，
研究发现
7
个类似葫芦素的化合物均有活性，
这 些葫芦素类似
物具有很强的活性，其中化合物
（
6
）
对

NCI-H460
肿瘤细胞的活性更是达到了
0.011mg/L
与拓扑替康

(
topotecan)
相当。从

Amphimedon

海绵中分离得到的
pyridoacridine< br>类化合物
（
7
）
具有抑制

Topo
Ⅰ和Ⅱ 的活性，并可以选择性稳定
DNA-
拓扑异构酶Ⅰ可裂解复合物。在体外该化合物对多种肿瘤细 胞株生长有明
显抑制作用，其中对黑色素瘤细胞株

SK- mel-5
的活性最强，

IC
50
为
130
nmol
/L
[16]
。有文献报道，从云南省真菌
-
地花菌

(
Albatrellus confluens
)
中提取分离到
的
Albaconol
（
8
）
对多种肿瘤细胞生长的平均

IC50
值在

1.04~2.42
μ
g/ ml
之间，
且能明显抑制小鼠肝癌
H22
和小鼠肉瘤

S180
的生长。刘明华
[13]
等后来研究发
现

Albaconol
的细胞毒活性与其抑制

TOPO
Ⅱ

的活性有关。


（
5
）

（
6
）




（
7
）

（
8
）

2.1.3
抑制端粒酶活性

端粒酶是位于细胞核内的一种逆转录酶，由
hTR (
端粒酶

RNA)
、
hTP1 (
端粒
酶相关蛋白
1)
和
hTERT
(
端粒酶逆 转录酶
)
三部分构成
[17]
。端粒酶在肿瘤发生、
发展过程中起重 要作用，
因为它能阻止端粒随细胞分裂而缩短，
使细胞绕过衰老
而成为永生化细胞，< br>导致人类肿瘤的发生。
由此端粒酶成为开发新的抗肿瘤药的
一个具有吸引力的靶点。
从土壤放线菌中分离出来的雷帕霉素
（
9
）
具有很强的免疫抑 制作用，
细胞毒
试验结果显示雷帕霉素抗宫颈癌细胞的
IC50<50nM
。
Victoria
L
[18]
等研究发现雷
帕霉素能通过抑制hTERT
的
mRNA
转录和阻滞
G1
细胞循环这两种途径来抑 制
肿瘤的生长。一直以来作为拓扑异构酶Ⅰ抑制剂的化疗药喜树碱
（
10
）< br>，被发现
对

HaCaT
细胞端粒酶活性的抑制作用先于细胞凋亡的 发生，
由此表明，
喜树碱
抗肿瘤作用机制还与抑制端粒酶活性有关
[19]< br>。谢冰芬
[20]
等对来自天然产物的茶
多酚进行了较为深入地研究，
结果显示茶多酚对体外培养的人肺腺癌
A549
，
IC50
为
35. 76
μ
g/ml
。其重要成分
EGC
（
11
）的抗肿瘤作用就是以端粒酶为靶点，抑制
hTERT
的
mRNA
表达。我 国中草药冬虫夏草

(
cordyceps sinensis
)
的有效成分虫
草素
（
12
）
，有直接抗肿瘤功能，对

Hep-G2
等多种癌细胞有明显的抑制作用，
一直以来作为

DNA
延长链的终止剂。随着研究的深入，后有文献报道虫草素
也可导致肝癌细胞端 粒酶活性下降，抑制抗凋亡基因的激活，促进细胞凋亡
[21]
。


（
9
）

（
10
）



（
11
）

（
12
）


2.1.4
抑制微管蛋白活性

几乎所有真核细胞的胞质中都有微管存在，它 的组合和解体对于细胞的正常
生理活动尤其是细胞分裂相当重要，
对于这些过程的些许影响都将 直接导致细胞
分裂失常甚至是细胞凋亡。
由于肿瘤细胞比正常细胞分裂更快更频繁，
因 此其对
药物作用于微管所带来的影响尤为敏感，
这使得微管成为抗肿瘤药物作用的有效
靶点之一
[22]
。天然产物作用于微管有两种方式：促进微管聚合，抑制微管解聚，
从而抑制细胞分裂；
或是抑制微管聚合，
使纺锤体不能形成，
从而使细胞分裂停
止在有丝分裂中期
[23]
。

自上个世纪
90
年代以来 ，
来自天然产物的微管蛋白抑制剂引起了研究者的广
泛兴趣，其中具有里程碑意义的是紫杉醇< br>(
Paclitaxel, Taxol
)
的发现。紫杉醇
（
13
）
是从短叶紫杉中被发现并分离的，
属于二萜类化合物，
具有很强的抑制 肿瘤细胞
活性，
IC50
小于
10
nmol/L(
耐药细 胞株系除外
)
，研究表明紫杉醇可体外诱导微
管蛋白在低温、不含

GTP
或

MAPs
条件下形成超稳定的微管结构，对
Ca2+
和
低温的解聚作用有一定的抗性，
因而有抗肿瘤增殖作用，
目前已经 作为抗肿瘤药
应用于临床
[24]
。从纤维堆囊粘菌
Sorangiumce llulosum

中分离出的大环内酯类化
合物

epothilones
A
和
B
（
14
）有和紫杉醇类似的活性，能促进微管蛋白聚合并
稳
定
微
管
，以
非
常
低
的
浓
度
抑
制
肿瘤
细
胞
的
生
长
，
对
MDR
细
胞
株
CCRF-CEM/VBL100
的
IC50
分别为
0.02
和
0.002
mmol/L
。从箭根薯

Taccap
lantaginea
Andr1
中发现的甾体类化合物
taccalonolide
A
（
15
）
，能抑制人卵巢癌
细胞株
SK- OV-3
扩散，
IC50
为
2.59
μ
mol/L
，是能使微管增厚并形成异常的有丝
分裂纺锤体的微管稳定剂
[25]
。从南非海域 海绵

Hemias-terella minor

中分离得到
的
hemiasterlinA.B
（
16
）
是细胞生长强效抑制剂， 其人工合成类似物
HYI2286
对
18
种肿瘤细胞的平均
IC50
为
0.1~2.1nmol/L
，具有较好的抗肿瘤活性。
hemiaste rlin
的抗肿瘤机理与其诱导环状微管聚集物的形成、去极化以及微管不
稳定有关
[ 26]
。



（
13
）

（
14
）



（
15
）

（
16
）


2.1.5
抑制癌细胞
DNA
与
RNA
合成
DNA
和
RNA
是细胞繁殖和遗传的物质基础，起着遗传信息贮存、自我复制和控制蛋白质合成的重要作用
[27]
。由于
DNA
和
RNA< br>是肿瘤细胞增殖的物质基
础，
所以它们可以作为抗肿瘤药物对肿瘤细胞的一个重要作用靶 点，
在常用的抗
癌药中，有许多是通过嵌入
DNA
改变
DNA
的性质或者直接抑制
DNA
与
RNA
合成，抑制肿瘤生长。
从药用植物重楼中分离提取到的重楼皂苷，在体外实验中，对艾氏腹水癌
(EAC)
、宫颈 癌
U14
、
RS615
、肝癌腹水型
Hep
、小鼠肉瘤S180
、小鼠肝癌
H22
等细胞株有明显抑制作用，其主要的药理作用为抑制< br>DNA
合成而发挥抗肿瘤作
用
[28]
。紫草具有抗肿瘤作用，艾郁葱
[29]
等发现其醇提物（
LE
）也有此作用，其
对人肝癌细胞株< br>SMMC-7721
的
IC50
为
1~2.5
μ
g/ ml
。
LE
通过抑制
DNA
合成诱
导肝癌细胞凋亡，并且< br>LE
的增殖抑制作用具有肿瘤细胞的选择性。来自加勒比
被囊动物
Ectein ascidia turbinata
中的四氢异喹啉生物碱
ecteinascidins7 43
(17)
，
在
体外和动物体内实验均显示出强的细胞毒和抗肿瘤活性，其 中对

L1210
细胞的

IC50
为

0.5 ng/ml
，其抗肿瘤作用机理同样也是抑制
DNA
合成
[ 30]
。

2.1.6
作用信号传导通路

细胞的生长主 要依赖于自分泌、旁分泌和内分泌的各种生长因子，当生长因
子与相应的受体结合以后，
信号将 以级联放大的方式转导至胞内，
从而调节细胞
生长和分化，因此，生长因子的合成、受体的表达 与降解、分泌及数量、以及二
者的结合能力都将对细胞的生长产生影响。
在细胞内调节细胞增殖 和分化的信号
系统中，重要的有有丝分裂原活化蛋白激酶
(
MAPKs)
系 统、磷脂酰肌醇
3
激酶
/
蛋白激酶
B(PI3K/Akt)
信号通路及蛋白激酶
C (PKC)
等
[31]
。
若信号传导通路中某