蟾酥为蟾蜍科动物中华大蟾蜍或黑眶蟾蜍的干燥分泌物,其主要成分包括蟾蜍内酯类、蟾蜍色胺类、甾醇类等。研究已证实,蟾酥主要通过抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡、阻滞肿瘤细胞周期、抑制肿瘤细胞侵袭与转移、抑制肿瘤血管形成、增强免疫、调节免疫微环境、逆转耐药性等机制发挥抗肿瘤作用。本文就蟾酥的化学成分及结构、制剂发展、抗肿瘤作用及机制、临床试验进行综述,以期为蟾酥的药物研发及临床应用提供参考。
蟾酥为蟾蜍科动物中华大蟾蜍(Bufo bufo gargarizans Cantor)或黑眶蟾蜍(Bufo melanostictus Schneider)的干燥分泌物,性温,有毒,味辛。蟾酥的功能主要为解毒、强心、止痛、消肿,还可治疔疮、痈疽、瘰疬、心衰、咽喉肿痛、小儿疳积、慢性骨髓炎、牙痛等。蟾酥成分复杂,药理活性多样,相关研究已证实蟾酥的抗肿瘤作用,目前临床上蟾酥已经广泛应用于肺癌、肝癌、胰腺癌等中晚期恶性肿瘤的治疗。本文综述了蟾酥的化学成分、制剂发展、蟾酥相关成分的抗肿瘤作用和机制以及临床试验疗效,以期为蟾酥的药物研发及临床应用提供基础。
一、蟾酥的化学成分
根据相关研究报道总结,蟾酥的化学成分主要包括:①蟾蜍内酯类:日蟾蜍它灵、华蟾酥毒基、异沙蟾毒精-3-辛二酸单酯、沙蟾毒精、沙蟾毒精-3-辛二酸单酯、异沙蟾毒精、蟾毒它灵、嚏根草醇、蟾毒灵、12β-羟基蟾毒灵、华蟾毒它灵、脂蟾毒配基、去乙酰华蟾毒它灵等。②蟾蜍色胺类:蟾毒色胺、五羟色胺、蟾蜍噻咛、N-甲基五羟色胺、蟾蜍特尼定、去氢蟾毒色胺等。③甾醇类:3-氧-伪沙蟾蜍精、3,23-二羟基-γ-内酯-24-去甲-14,20(22)-二烯-21-胆酸、3-表-去乙酰华蟾蜍精、3-氧-蟾蜍它灵、3-氧-毛地黄毒苷配基、3-表-蟾蜍灵、3-表-酯蟾毒配基、3-氧-去乙酰华蟾蜍精等。④其他类化合物:肾上腺素、多肽、多糖、氨基酸、有机酸、吗啡等(见图1)。其中,蟾蜍内酯类化合物和蟾毒色胺类化合物是蟾酥中发挥抗肿瘤作用的重要活性成分,也是目前研究较多的热点。
图1 蟾酥主要化学成分二、蟾酥制剂的发展
蟾酥具有丰富的药理活性,明确的抗肿瘤作用,悠久的研发历史,因此蟾酥制剂类型多样,应用广泛。随着蟾酥药物结构成分及作用机制的不断明晰,蟾酥制剂不断改良出新,发展如下(见图2):①口服制剂:以蟾酥为主要成分的口服制剂极多,如六神丸、麝香保心丸、华蟾素胶囊等常用方剂,应用范围广泛,作用安全可靠。②注射制剂:蟾酥注射液广泛应用于临床,常用于抑制肿瘤生长以及促进机体免疫增强,且其不良反应发生概率低。除蟾酥注射液外,临床方面也在应用得力生注射液、华蟾素注射液等多种注射制剂。③外用制剂:蟾酥外用制剂作用以治疗癌性疼痛为主,如蟾酥镇痛凝胶膏、复方蟾酥膏等,作用时间长,毒副作用小,可显著减轻患者疼痛,改善患者生活质量。④新型制剂:人们要求中药应用有更高的安全性、有效性,因此蟾酥作为治疗肿瘤的潜力药物,新型制剂应运而生。学者深入研究出改善蟾酥水溶性差的蟾素类脂质体制剂,靶向递送的纳米颗粒药物递送系统等多种新型制剂,改善蟾酥的化学性质,增加利用度,也可以减轻蟾酥带来的毒副作用,提高安全性。随着提取与合成成分技术的逐步成熟,蟾酥的主要作用成分得到了更好的应用,发挥更好的抗肿瘤作用,且不良反应更少。不断改善的制剂,也为患者提供更丰富的治疗方案。
图2 蟾蜍制剂的发展三、蟾酥的抗肿瘤机制
相关研究发现,蟾酥可以通过抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡、阻滞细胞周期、抑制肿瘤细胞侵袭与转移、抑制肿瘤血管形成、增强免疫力、调节免疫微环境、耐药性逆转等机制发挥抗肿瘤作用(见表1),在肺癌、肝癌、胃癌、胰腺癌、结肠癌等多种恶性肿瘤的发展中起到显著的抑制作用。目前蟾酥及其制剂已成为抗肿瘤药物研发的热点。
表1 蟾酥相关成分抗肿瘤作用及机制
3.1 抑制肿瘤细胞增殖 在相关致癌因素影响下,局部组织某一细胞的基因发生改变,使其失去正常的生长调控,发生异常克隆性增生,增生形成的新生物称为肿瘤。作为永生性细胞,肿瘤细胞可无限增殖,因此抑制肿瘤增殖是抑制肿瘤发生发展的重要途径。蛋白AKT调节许多代谢过程,而在癌症细胞中,AKT加强细胞代谢,以实现癌症细胞快速增殖。当细胞受到某些刺激时,介导细胞内信号传递最重要的核转录因子——NF-κB被激活,进一步激活相关癌基因,促使细胞发生恶性转化与异常增殖。王志美等发现,蟾酥活性成分蟾毒灵和华蟾酥毒基能与索拉非尼协同,共同实现AKT/NF-κB信号通路的下调,从而抑制了肝癌HepG2细胞的增殖。华蟾毒它灵可通过损伤DNA从而抑制肝内胆管癌细胞增殖。通过MTT与EdU等相关方法测定,蟾酥的不同活性成分对各类肿瘤细胞均存在抑制作用。蟾毒灵可以通过降低表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)的磷酸化水平来抑制AKT和ERK的磷酸化,从而抑制卵巢癌细胞的增殖;华蟾酥毒基对人前列腺癌PC3细胞克隆形成有较明确的抑制作用];蟾酥注射液可体外抑制淋巴瘤U937细胞增殖,且该抑制作用呈时间和剂量依赖性。
3.2 诱导肿瘤细胞凋亡 为维持机体内环境稳定,细胞在相关基因调控下,发生自主有序的死亡的过程称为细胞凋亡。肿瘤细胞凋亡主要有2条基本途径,包括外源性死亡受体途径和内源性线粒体凋亡途径。有学者发现蟾毒灵可以通过抑制Na+/K+-ATP酶-α3(NKA-α3)从而促进肿瘤细胞凋亡。Dai等发现华蟾酥毒基处理可提高细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS) 的水平,降低线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential,MMP),增加促凋亡蛋白Bax的表达,降低抗凋亡蛋白Bcl-2的表达,表明华蟾酥毒基可通过内在的线粒体依赖性凋亡途径触发骨肉瘤细胞的凋亡。Kang等研究发现蟾毒灵可通过激活糖原合酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β),加速抗凋亡蛋白Mcl-1的降解,从而促进非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)细胞的凋亡。含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,caspase)3、8、9在细胞凋亡通路中非常重要,也是标志性凋亡因子,其中caspase-8为外源通路中的凋亡因子,caspase-3、9为内源性凋亡因子。冯静等研究发现蟾酥处理后肝癌HepG2细胞中线粒体膜电位下降以及caspase-3、9活化,证实蟾酥可通过线粒体内源性途径实现细胞凋亡。同样有研究发现,华蟾酥毒基的处理上调了肺癌细胞中caspase-3、8、9活性,从而有效地诱导肿瘤细胞凋亡。沙蟾毒精处理后,人食管鳞状细胞癌Eca-109细胞显著促进了caspase-3、8、9的活化。Zhang等发现,蟾毒它灵能与特异性AKT抑制剂或靶向AKT的siRNA协同增强诱导细胞凋亡的能力,提高了蟾毒它灵对肿瘤细胞的抑制作用。Pan等发现蟾毒它灵通过抑制人黑色素瘤皮肤癌A375细胞中AKT磷酸化,增加通路下游蛋白caspase-3、9的水平,促进细胞凋亡。
3.3 阻滞肿瘤细胞周期 细胞增殖和生长都依赖于细胞周期有序规律地进行,细胞周期是细胞正常生命活动不可缺少的。因此将肿瘤细胞阻滞于周期内某一特定阶段,阻止细胞周期的有序进行,能够实现抑制肿瘤细胞生长的作用。李换男研究发现,蟾酥内酯作用于宫颈癌HeLa和SiHa细胞48 h后,细胞周期蛋白p-cd2表达下降,细胞周期阻滞于G2/M期,其机制或与抑制促细胞增殖因子AKT通路相关。贾彩云等通过琼脂糖电泳发现,蟾毒灵可明显阻滞白血病K562细胞于G2/M期,且该效应呈明显的时间依赖关系。王佳宝等研究发现华蟾酥毒基和蟾毒灵能有效促使极光激酶A(aurora kinase A,AURKA)和极光激酶B(aurora kinase B,AURKB)表达下调,调控有丝分裂相关分子,引起HepG2细胞周期均阻滞于G2/M期。蟾毒它灵同样也能通过显著上调ATM丝氨酸/苏氨酸激酶和Chk2的蛋白水平,下调CDC25C蛋白表达,随后抑制CDK1表达,导致人黑色素瘤皮肤癌A375 细胞的G2/M期细胞周期停滞。据研究,蟾毒灵在低浓度与高浓度时对癌症也存在不同机制。蟾毒灵在低浓度时诱导乳腺癌MCF-7细胞周期阻滞于G2/M期,高浓度时上调凋亡相关蛋白p21、pRb、caspase-9的表达,下调Bcl-2的表达,从而诱导MCF-7细胞凋亡。
3.4 抑制肿瘤细胞的侵袭与转移 恶性肿瘤难以根治,大大缩短患者寿命的重要原因之一是恶性肿瘤易于转移,形成多病灶,因此抑制肿瘤细胞侵袭与转移也是抗癌至关重要的目标之一。王颖等通过划痕和细胞侵袭实验发现华蟾酥毒基可降低人骨肉瘤细胞的迁移和侵袭能力,且华蟾酥毒基处理后下调了人骨肉瘤细胞中赖氨酸羟化酶2(procollagen-lysine,2-oxoglutarate 5-dioxygenase 2,PLOD2)及FAK-JAK/STAT3通路相关蛋白的表达,从而猜测华蟾酥毒基抑制骨肉瘤迁移与侵袭的机制可能与下调PLOD2,进而阻断FAK-JAK/STAT3信号通路有关。盛杰霞等[]的研究表明,华蟾酥毒基可通过诱导肿瘤抑制因子PTEN表达,下调FAK/PI3K/AKT信号通路,抑制Kyse-520细胞的迁移和侵袭。Wang等通过体内外实验,发现蟾酥通过抑制Wnt/β-catenin信号通路,抑制结直肠癌的上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),证实了蟾酥对结直肠癌的侵袭和转移的抑制作用。据研究报道,蟾酥及其活性成分有通过下调β-catenin的表达抑制相关癌症细胞发生EMT,蟾毒灵可抑制结直肠癌细胞的转移和侵袭,华蟾毒它灵可抑制肝癌细胞的转移和侵袭,沙蟾毒精可抑制前列腺癌细胞的转移和侵袭。
3.5 抑制肿瘤血管的形成 过度增生的血管为肿瘤细胞提供生长所需要的氧气和营养物质,维持肿瘤的高增殖率,抗肿瘤血管形成药物可以阻断肿瘤细胞与氧气及其他营养物质的联系,从而减缓或阻止肿瘤发展,增加患者生存概率。同时,癌细胞转移也与肿瘤血管生成息息相关,因此抑制肿瘤血管形成也可以对肿瘤细胞的生长与转移产生抑制作用。蟾毒灵可抑制STAT3信号通路,下调促血管形成基因,进一步抑制肿瘤微环境介导的血管生成。汤宁研究发现日蟾蜍它灵可以结合到血管内皮生长因子受体-2(vascular endothelial growth factor receptor-2,VEGFR-2)的ATP结合位点上,阻断ATP与VEGFR-2的结合而不影响VEGF与VEGFR-2的结合。日蟾蜍它灵的结合降低了VEGFR-2的磷酸化水平,抑制其生理活性,从而抑制VEGFR-2所介导的下游信号通路,产生抑制血管生成的作用。张慧通过人食管癌裸鼠移植瘤实验发现六神丸可下调肿瘤组织血管内皮生长因子表达活性、降低微血管密度等途径,证明血管生成抑制作用效应是其主要抑瘤机制之一。李祎同样也是通过小鼠体内实验证明了六神丸可以通过抗血管生成机理实现抗癌抗肿瘤作用,且六神丸还可协同化疗药物发挥优异的抗肿瘤作用。
3.6 免疫增强作用 机体免疫功能水平对杀伤和清除肿瘤细胞的能力具有直接且显著的影响,越强大的免疫功能,越不利于肿瘤细胞生长繁殖。因此改善机体的免疫功能也是抑制肿瘤细胞生长的重要环节。Shih等通过小鼠体内实验发现,蟾毒灵不仅可以通过增加单核细胞数量和增殖T细胞和B细胞来调节免疫反应,还可以通过增加体内白血病小鼠的巨噬细胞吞噬作用来调节免疫反应。同样的,于洋等选择不同浓度的蟾酥注射液作为试验组,分别与小鼠脾淋巴细胞、腹腔巨噬细胞、自然杀伤细胞等共培养,结果是蟾酥注射液使主要免疫细胞的增殖显著促进和功能显著提高,说明蟾酥注射液具有明显的非特异性免疫增强作用。
3.7 耐药性逆转 目前临床上以放、化疗为主要手段治疗恶性肿瘤,机体接受长时间的药物刺激后,肿瘤细胞会出现耐药。一旦肿瘤细胞产生对治疗药物的耐药性,药物的治疗效果就会明显下降,导致放化疗无效。在ATP供能下,广泛表达的P糖蛋白(P-gp)能将进入细胞内的底物主动泵出细胞外,因此在许多药物的吸收、分布和排泄中发挥关键的作用。在朱大诚等的研究中,蟾酥处理组可将长春新碱(VCR)对白血病多药耐药(MDR)细胞CEM/VCR细胞作用24、48、72 h的IC50值由27.14、16.34、10.01 μg·mL-1分别降至16.89、6.357、2.224 μg·mL-1,其逆转倍数分别为1.61、2.57、4.50倍,通过免疫印迹结果猜测可能是其通过下调P-gp的表达,增强CEM/VCR细胞对VCR的敏感性,从而重新达到较好的抑制性。由于核转录因子红细胞系相关因子-2(nuclear factor-erythroid 2 related factor 2,Nrf2)可以有效调控P-gp的合成,Nrf2激活,P-gp合成增多,细胞中有效药物浓度降低,药效不能正常发挥进而影响肿瘤细胞的MDR,蟾毒灵通过抑制Nrf2来发挥逆转白血病K562/A02细胞耐药的作用。此外,蟾毒灵也可通过抑制基因ABCB1表达及其下游转运蛋白P-gp的外排功能,降低相关的ATP酶活性,与底物竞争结合转运蛋白等多种途径,使细胞中药物浓度累积并减少药物外排,达到药物有效浓度,从而有效地逆转ABCB1介导的MDR,例如逆转结肠癌对阿霉素的耐药,也可逆转乳腺癌对多烯紫杉醇的耐药。Gu等研究发现蟾毒灵也可显著减弱骨肉瘤BEL-7402/5-FU细胞的药物外排泵活性,从而有效逆转骨肉瘤细胞的耐药性。
3.8 诱导自噬 细胞自噬作为一种生理过程,指挥自噬小泡包裹某些损坏的蛋白或细胞器,后送入溶酶体或液泡中进行降解,是处理细胞内物质的重要途径,也是细胞维持自稳态的重要机制之一。因此抑制细胞自噬,破坏肿瘤细胞稳态成为抗肿瘤治疗的新靶点。通过抑制AKT信号通路,蟾酥内酯化合物能降低黑色素瘤的细胞活力并促使黑色素瘤细胞发生凋亡和自噬,从而显著抑制人黑色素瘤细胞的生长。同样的,蟾蜍噻咛处理后的人肝癌SMMC7721细胞,被抑制了肿瘤组织中p-STAT3tyr705、p-STAT3ser727和JAK2的表达,提示蟾蜍噻咛可能是通过抑制JAK2/STAT3通路诱导肝癌细胞自噬。然而有研究报道,自噬在肿瘤生长中发挥着“双刃剑”的作用:一方面,自噬限制了肿瘤相关致癌信号的传导,抑制肿瘤的发展;另一方面,自噬却提高了肿瘤细胞耐受应激的能力,允许细胞在营养匮乏或感染等不利环境中回收和利用能量,维持肿瘤的生长,因此要适时抑制肿瘤细胞的自噬。韩梦飞研究发现,蟾毒灵处理人肝癌SMMC-7721细胞24 h后能降低细胞内自噬水平,且呈药物剂量依赖性;当联合自噬抑制剂时可增强蟾毒灵对人肝癌SMMC-7721细胞凋亡的诱导作用,进一步提示此为保护性自噬。
3.9 其他途径 除了通过以上几种途径,蟾酥在调节菌群、改善肿瘤微环境等方面也发挥着作用。菌群状态与肿瘤发展密切相关,尤其是肠道菌群和肠道肿瘤,菌群失调往往影响内环境的稳定。肠道微生物组学通过研究蟾毒灵与华蟾酥毒基对荷瘤小鼠肠道微生物多样性的影响,发现蟾毒灵与华蟾酥毒基联用会显著增加小鼠肠道微生物的多样性,并且发现二者联用可导致酸杆菌门丰度及厚壁菌门与拟杆菌门丰度的比值提高,这些改变代表机体健康状态的提升。致癌因素通过激活功能蛋白,形成免疫抑制环境,利于肿瘤的生长。T细胞受体相关信号通路在肿瘤免疫治疗中扮演着重要的角色。而蟾酥除了干预肿瘤和病毒相关的信号通路外,对T细胞受体信号通路具有一定的调控作用。因此中药蟾酥具有调控肿瘤免疫微环境的功效,而是否具有协同或增敏免疫治疗抗肿瘤的作用,需要进一步研究。
随着学者对细胞内成分进一步的解构与分析,越来越多的作用靶点为大家所熟知,也为大家猜测与验证新的作用机制打下基础。蟾酥成分多样,作用靶点更是丰富(见图3),如何使各作用成分相结合,通过不同或相同的靶点,发挥出优异的抗肿瘤作用,也是学者需进一步研究的。
图3 蟾酥抗肿瘤作用机制四、临床试验
随着蟾酥抗癌机制的逐渐明晰,临床试验样本和数据逐渐增加,蟾酥潜在的抗癌作用得到了进一步的验证。在抑制肿瘤术后转移和提高患者生存率方面,六神丸联合化疗的结果显著优于单纯化疗,证实六神丸具有抗肿瘤转移和提高患者生存率的作用。尹立华将60例晚期NSCLC患者随机分为治疗组(蟾酥注射液联合化疗)和对照组(单纯化疗),均进行3个治疗周期,结果发现蟾酥注射液不仅不影响晚期NSCLC患者化疗疗效,而且能减轻化疗不良反应、增强机体免疫力、改善患者的生活质量,在一定程度上提高机体对化疗的耐受性。曹杰等将60例晚期恶性肿瘤患者随机分组,同期对比蟾酥注射液联合化疗治疗效果,发现蟾酥注射液显著性减轻了白细胞Ⅱ度以上毒性发生率,从而改善了患者的免疫功能,提高了患者的生活质量,证明蟾酥注射液具有明显的增强机体免疫力和减轻化疗毒副反应的作用。胆囊癌易局部和远处复发,因此晚期常以化疗为主要治疗手段。经试验证实,吉西他滨-奥沙利铂联合华蟾酥毒基注射液提高了晚期患者的生活质量,且疗效较为安全,没有发生与治疗相关的死亡。作用机制的发现是为了进一步的应用于患者,而患者健康状况各异,蟾酥能否达到研究者所认为的效果,需进行大量有效的临床试验。明确的抗肿瘤的临床效果是新型制剂成功研发的标准之一。五、展望和挑战
蟾酥作为天然产物,具有丰富未知的药理活性,是一种潜力巨大的抗肿瘤中药。蟾酥的活性成分复杂多样,在抗肿瘤方面呈现出不同作用机制多靶点共同作用的特点,且不同浓度所产生的机制也各不相同。蟾酥及其有效成分对各类癌症,如食管癌、胃癌、肝癌、肺癌、胰腺癌等均可发挥明确的抑制作用。蟾酥可以通过抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞侵袭与转移、抑制肿瘤血管形成等机制抑制肿瘤的生长,但机制众多,靶位与通路复杂,某个活性成分通过其特定通路发挥主要作用,得到的结论多为猜测,仅为临床应用提供可能性,准确具体的实验机制仍需进行更深入的研究。且天然产物蟾酥抗肿瘤效果需体内体外实验共同进行论证得出结论,而相关临床试验也较少,实验次数和标本数量均达不到标准,因此仍需要展开大量临床试验进行验证。值得注意的是,蟾酥具有毒性,且治疗剂量与毒性剂量较为相近,临床上使用存在风险,如蟾酥注射液在临床上易导致房室传导阻滞,有房室传导阻滞以及炎症反应的患者应该谨慎使用蟾酥注射液等。因此如何抑制蟾酥的毒性且不影响蟾酥抗肿瘤效果,使蟾酥的作用安全且最大化,也是未来的实验与临床应当探索的。关于这项思考,杨乐和等人设计出乙酰蟾毒灵,开发出了效率更高、毒性更小的蟾毒灵类似物[61];与此相关的,还有乙酰华蟾酥毒基[62],具有比华蟾酥毒基更有效的抗癌活性。水溶性差的蟾酥在生物利用时也存在挑战,一种是改变蟾酥的化学结构,例如蟾毒灵的衍生物BF211,显著提升了溶解度,然而改变化学结构可能导致化学活性的变化,因此仍需进行深入的实验研究活性;另一种是开发新型药物制剂,如蟾素类脂质体制剂,拥有更长的血液循环时间和靶向精准的药物递送,也存在纳米颗粒药物递送系统,改善药代动力学并减少副作用,细胞膜伪装纳米颗粒进一步促进药物在肿瘤的积累等。新型药物制剂逐渐成为新研究重点,然而取代传统药剂需进一步的实验。然而,蟾蜍野生资源日益减少,获取蟾酥愈加困难,明确的抗肿瘤作用却使蟾酥需求量上涨,因此如何合理拓宽思路与开发蟾酥替代品的实验,更好的为健康服务,也应成为值得深入研究的问题。