β-榄香烯抗肿瘤机制研究进展

[摘要]　恶性肿瘤已经成为危害人民群众健康及生命的常见疾病，祖国中医药学为寻找新的抗肿瘤药物提供了丰富的宝库，本文深入探讨了我国二类非细胞毒性药物β-榄香烯的各种抗肿瘤机制，提示该药有较为广泛的临床应用前景。

[关键词]β-榄香烯；恶性肿瘤；抗肿瘤机制；细胞凋亡

[中图分类号]R979.1

[文献标识码]A

[文章编号]1672-4208(2010)07-0040-04

榄香烯(elemene)是我国首先从姜科植物温郁金(温莪术)Curcuma zedoaria(Berg)Rose的根茎中提取的抗癌有效-成分，是国家二类非细胞毒性抗肿瘤药物。目前的制剂以B一榄香烯(化学名：1-甲基-1-乙烯基-2，4-二异丙基环已烷，分子式为C₁₅，H₂₄，分子量为204)为主要成分，同时含有少量α和γ一榄香烯及其它萜类化合物，三者均为抗癌活性物质，统称为榄香烯。研究证实β-榄香烯对体内外多种肿瘤细胞具有较强的抑制和杀伤效应，而且该作用具有一定的特异性，如在体外对肿瘤细胞的IC50>250 υg／ml。其抗癌谱广、高效、安全、无毒；对肝肾功能无损害，无骨髓抑制，不同于一般细胞毒性化疗药物。大量研究表明该药的抗肿瘤作用与传统的化疗药物有所不同，受到科研工作者的高度关注。目前对β一榄香烯的抗肿瘤机制研究取得了很大进展，但对其主要机制尚未揭示，需进一步深入研究。现就有关β-榄香烯的抗肿瘤机制综述如下。

1　直接抗肿瘤作用

大量实验研究表明，榄香烯对肿瘤具有抑制和杀伤作用。杨骅等应用MTY法研究表明β-榄香烯能明显抑制白血病HL-60和K562细胞的生长，对HL-60的IC50为27.5 mg／ml，对K562的IC50为81 mg／ml，不同肿瘤对B一榄香烯的敏感性不一致。范钰等在研究榄香烯对胃癌SGC-7091细胞株的作用中发现，药物浓度在0.01-0.05mg／ml时，随药物浓度的增加细胞凋亡数增多；而当浓度≥0.1 mg／ml时细胞则以坏死为主要表现。β一榄香烯在体外对肿瘤细胞的IC50多在20-50 μg／ml，而对人外周血白细胞的IC50>250 μg／ml，说明其抗肿瘤作用有一定的特异性。

2　抑制肿瘤细胞的DNA和RNA合成

傅乃武和秦叔逵等通过实验检测核酸合成情况发现β一榄香烯对肿瘤细胞的DNA，RNA合成均有抑制作用，尤以RNA减少更为显著，且此抑制效应随药物浓度的增加而增强。

3　β-榄香烯阻滞肿瘤细胞的细胞周期

β-榄香烯影响肿瘤的细胞的周期而抑制肿瘤细胞生长，可使肿瘤细胞的生长阻滞在某一时期，β-榄香烯明显干扰细胞的代谢途径，阻碍肿瘤细胞从s期进入G2／M期，使肿瘤细胞的生长下降，抑制肿瘤细胞的增殖并迅速导致其凋亡。Zheng s等从细胞增殖动力学角度的研究说明B一榄香烯能阻滞人白血病HL-60细胞从s期进入G2／M期，降低肿瘤细胞有丝分裂能力并诱导其凋亡。同时在研究中还发现榄香烯对细胞周期的影响有不同的实验结果：阻滞细胞从S期进人G2／M期，阻滞G0／G1期细胞进入S期和将其阻滞于G2／M期。出现这些差异可能是由于β-榄香烯对不同肿瘤的敏感性不同，而且细胞凋亡可以通过不同的途径激活，对细胞周期存在不同的阻滞位点。

4　β-榄香烯抑制肿瘤细胞端粒酶活性

无限制分裂是肿瘤细胞的一个标志，端粒酶是一种核糖核酸蛋白酶，含有模板功能的RNA组分和催化活性蛋白组分。端粒酶作为一种专一核糖核酸酶，以自身RNA为模板，合成端粒，补偿细胞分裂时端粒的缩短，维持染色体的动态平衡，使细胞具有无限分裂增殖能力，在肿瘤发生发展中起重要作用。端粒酶激活是恶性肿瘤发生学上的一种共同标志，在前列腺癌、结肠癌、乳腺癌、肝癌及常见肿瘤中其阳性率达85％～95％，而在正常组织中端粒酶活性低，检出率仅4％左右。分化不良的肿瘤细胞其端粒酶的活性高，而终末分化正常的人体细胞无端粒酶活性，检测端粒酶与细胞分化间存在某种关联性。人类端粒酶催化亚单位hTERT是端粒酶活性的重要部分，应用lit-PCR技术研究发现，β-榄香烯诱导宫颈癌Hela细胞凋亡过程中hTERT转录表达受到明显抑制，提示β-榄香烯可以作为一种端粒酶抑制剂诱导凋亡。

5　β-榄香烯诱导肿瘤细胞凋亡

5.1　细胞凋亡与肿瘤的发生发展　细胞的死亡一般有两种方式，即细胞坏死和细胞凋亡，后一种概念是1972年由Kerr和Wyllie等提出的。细胞凋亡，又叫程序化细胞死亡(programmel cell death，PCD)，是由于细胞内外环境变化或死亡信号触发以及在基因调控下所引起的细胞主动死亡的过程。凋亡是基因控制的细胞死亡过程，对于发育和维持机体稳定性非常重要。许多疾病(如肿瘤)的发生与细胞凋亡紊乱密切相关。细胞凋亡最突出的特点是细胞的凋亡起始于细胞核的改变，表现为核染色质的浓缩致密，DNA分子被特异性ca^2＋／Mg^2＋依赖的DNA内切酶在核小体之间切断，随后细胞膜表面突起与细胞主体分离，形成多个大小不等的有膜包裹的凋亡小体，内含形态保存完好的细胞器和(或)浓缩的细胞核碎片；凋亡晚期，凋亡细胞和凋亡小体迅速被巨噬细胞或邻近其他细胞吞噬消化。肿瘤的发生、发展是一多基因、多步骤、多阶段的复杂过程。细胞凋亡异常与肿瘤发生、发展、转移密切相关，细胞凋亡在肿瘤发生发展过程中主要起负调控作用，可以阻遏肿瘤细胞迅速生长。

5.2　细胞凋亡的信号传导通路　近年来的研究显示，细胞凋亡主要有两条信号传导通路：线粒体依赖性途径和死亡受体途径。近年来实验研究显示，线粒体在细胞凋亡中发挥着关键作用。某些与凋亡相关基因产物(蛋白质和酶)，均可定位于细胞线粒体，线粒体释放的蛋白中，包括细胞色索C(cyt-c)，其进入细胞浆可在ATP或dATP协同作用下，与凋亡蛋白酶活化因子-l(Apaf一1)结合以使其分子变构，激活Caspase-9，进而激活Caspace-l等酶系以导致细胞凋亡。另外，研究发现，某些凋亡因子也可通过破坏线粒体外膜直接进入细胞浆导致细胞凋亡。死亡受体属于肿瘤坏死因子受体基因超家族成员，可传导由特定的死亡配体引起的凋亡信号。至少有5种死亡受体在细胞凋亡信号传导中发挥作用，其中最典型的死亡受体有Fas(又称Apo-1或CD95)。它是一种膜受体形式，广泛分布于多种类型细胞表面(尤其是淋巴系统来源的肿瘤细胞表面)。Fas可被抗Fas活化型抗体或Fas配体(Fasl)活化，通过一系列信号蛋白中介，启动Caspase蛋白级联切割程序，导致细胞凋亡发生。Fasl激活Fas的机制尚不清楚，可能通

过细胞内ca“信号系统传递死亡信息，或激活Caspase 3或激活相应的蛋白激酶有关。

5.3　凋亡相关基因及其作用机制　肿瘤是一类涉及多种基因改变而导致细胞持续增殖的疾病。目前将与细胞凋亡相关的基因大致分为促凋亡基因与抗凋亡基因两大类，促凋亡基因有P53、Bid、Noxa、PUMA、Bax、肿瘤坏死因子(TNF)、肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)、Fas／Fasl、PITSLRE、干扰素和c—kit受体／干细胞因子等；抗凋亡基因有：Bcl-2、Bcl-xl、Mcl-l、核因子-KB、Survivin和Livin等。有些分子则兼有促凋亡和抗凋亡的双重作用，例如：肿瘤坏死因子受体相关因子2、c-myc、内皮素和整合素。现有的研究表明，肿瘤细胞凋亡也是通过一系列凋亡相关基因调控，并通过凋亡相关的信号传导系统来实现。随着分子生物学的发生、发展，人们试图从基因水平来阐明凋亡发生的原因及本质。目前已研究和发现了许多凋亡相关基因，限于各种条件，人们对它们的研究多数集中于其突变、缺失、转录、翻译、表达水平等与肿瘤发生、发展和预后的关系，因而对于这些基因对凋亡的促进或抑制的机制尚缺乏足够的认识。

5.4　β-榄香烯诱导细胞凋亡　大量的研究表明β-榄香烯抗肿瘤作用机制与传统的化疗药有所不同，目前的研究结果支持β-榄香烯抗肿瘤作用以诱导凋亡为主。如袁静等用流式细胞仪检测到渐强的凋亡峰，电泳发现明显的阶梯带；电镜观察到染色体聚集、凋亡小体形成；揭示诱导细胞凋亡是β-榄香烯抗肿瘤的一个重要机制之一。郝立宏等发现β-榄香烯明显干扰细胞的代谢途径，阻碍肿瘤细胞从S期进入G2／M期，使肿瘤细胞的生长下降，抑制肿瘤细胞的增殖并迅速导致其凋亡。袁静等用流式细胞术分析技术检测β-榄香烯对白血病K562癌基因Bcl-2蛋白的表达的影响，结果显示，β-榄香烯在诱导细胞凋亡的同时，下调致癌基因Bcl-2蛋白的表达，揭示β-榄香烯抑制K562细胞凋亡作用可能通过降低Bcl-2的表达而诱导细胞凋亡。范钰等发现，采用β-榄香烯处理胃癌SGC-7901细胞后，Bcl-2基因表达被抑制和端粒酶活性受抑制，且后者可能与Bcl-2基因表达下调有关。范钰等还发现β-榄香烯可抑制胃癌细胞端粒酶活性，可能也与下调c-myc基因表达有关。朱清静等发现β-榄香烯诱导肝星状细胞凋亡主要可引起Bcl-2表达下降，Bax表达上升，导致BcI-2／Bax比率显著下降，数据分析显示，Bcl-2表达水平与凋亡呈负相关，Bax则与凋亡呈正相关，提示β-榄香烯可能是通过促进Bax的表达，激活CED一3／Caspase，从而诱导HSC-T6凋亡。以上结果提示虽然对β-榄香烯的抗肿瘤机制研究取得了不少进展，但对其主要机制尚未揭示，亟待解决的问题是进一步阐明其作用机制，作用靶点。β-榄香烯除对多种肿瘤有抑制作用外，对膀胱癌有明显的抑制作用。如刘宇男等发现：榄香烯乳能明显抑制膀胱癌T24细胞的增殖，适当用药可以达到与丝裂霉素C(MMC)相同的效果。近年来B一榄香烯抗膀胱癌机制方面也已取得一些进展。如李传刚等发现β一榄香烯对人膀胱癌BIU-87细胞内钙稳定存在明显影响，它主要是通过促进肿瘤细胞内贮存钙的释放，未增加细胞内游离钙离子的浓度，进而诱导细胞凋亡。李传刚等进一步实验揭示肌醇磷脂代谢可能是β-榄香烯诱导人膀胱癌BIU-87细胞凋亡的重要信息传导通路。但β-榄香烯对人膀胱癌抗癌作用机制尚未完全阐明，有待深入研究。

6　β-榄香烯诱导分化(肿瘤逆转)

诱导分化是指恶性肿瘤在体内外分化诱导剂的作用下，再分化向正常方向逆转的现象。钱军等观察到经B一榄香烯处理后的肺癌细胞增殖减慢，G0／G1期细胞比例增多，细胞增殖指数下降，光镜及超微结构观察细胞形态均趋于成熟的现象，类似的研究中不仅发现β-榄香烯可以诱导黑色素瘤B16细胞在形态上分化趋于成熟，而且出现黑色素生成能力和酪氨酸酶活力显著提高的功能分化成熟的表现。提示β-榄香烯可逆转肿瘤细胞的表型，具有一定程度的分化诱导作用。但其细胞动力学的改变与ZhengS等对HL-60细胞的观察结果有所差异，还有待进一步证实。β-榄香烯是属非细胞毒性抗肿瘤药物，诱导细胞分化是其抗肿瘤作用之一，但目前的研究还比较少。

7　抗肿瘤免疫机制

β-榄香烯可通过多种途径改善和提高机体免疫功能，对免疫系统具有保护和促进作用。这使得该药有可能成为一种独特的新型抗肿瘤药物。

7.1　增强肿瘤细胞免疫原性　热休克蛋白HSP可携带多种抗原多肽，可以起到抗原递呈分子的作用，HSP的表达可以增强肿瘤的免疫原性。研究发现使用β-榄香烯复合处理瘤苗后，肝癌H122细胞膜HSP70蛋白的表达率、表达强度均较同等实验条件的单因素处理组明显升高，并能激发机体产生特异性抗肿瘤免疫，从而取得优于一般疫苗的疗效，用莪术油或β-榄香烯处理制备的瘤苗进行主动免疫能诱发明显的免疫保护效应，具有肿瘤特异性，并能通过免疫脾细胞继承性转递。金梅等试验结果表明，β-榄香烯复合瘤苗对L615白血病有明显的主动免疫保护作用效应。

7.2　促进红细胞免疫功能　红细胞免疫在肿瘤的发生、侵袭和转移过程中起着重要的阻遏作用。红细胞具有通过细胞膜C3b受体识别、粘附肿瘤细胞，阻止肿瘤细胞血行转移，参与NK、LAK细胞对肿瘤杀伤的免疫调控等重要功能。β-榄香烯可以使胃癌患者红细胞C3b受体花环率明显提高，红细胞免疫复合物花环率和循环免疫复合物明显降低，提示β-榄香烯对红细胞免疫功能有促进作用。

7.3　提高荷瘤机体细胞免疫功能　β-榄香烯有提高荷瘤机体细胞免疫功能的作用。β-榄香烯能显著提高T淋巴细胞亚群、增强其功能，对辅助性T细胞和杀伤／抑制性T细胞均有促进作用。研究发现β-榄香烯可以促进荷瘤小鼠巨噬细胞吞噬功能，增强脾细胞对刀豆素A的增殖反应和NK细胞的活性。可以提高T淋巴细胞r—DNA转录活性，进而增强T细胞活性，提高机体免疫功能。

7.4　调节细胞因子平衡　细胞因子在机体抗肿瘤免疫应答过程中起重要作用。可溶性白介素-2-受体(SIL-2R)可与膜性白介素-2-受体(MIL-2R)竞争IL-2，降低后者活性，引起免疫反应降低，而且可以降低SIL-2R的水平，提高肿瘤患者的免疫力。β-榄香烯还可以降低荷瘤小鼠血清TNF的含量，从而减少组织损伤，增强机体的免疫机能。

8　抗氧化作用

超氧化离子与肿瘤发生有密切的关系，正常生理状态下，机体具有完备的氧自由基清除系统，其中超氧化物歧化酶(sOD)是重要的组成部分，肿瘤患者多有SOD活性的降低。临床资料显示，用黄嘌呤氧化酶法测定血清中的SOD活性，β-榄香烯可显著提高肿瘤患者血清的SOD活性。SOD可消除超氧离子而保护细胞膜，β-榄香烯也可通过SOD防御系统抑制肿瘤生长，消除自由基对机体的损伤也可能为其抗肿瘤作用机制之一。

9　抗肿瘤转移

β-榄香烯可通过提高宿主免疫功能、影响肿瘤细胞的运动能力及直接抑制等多个环节发挥抗肿瘤转移效应。研究表明β-榄香烯可降低荷瘤小鼠血清中层粘连蛋白(LN)含量，减弱单细胞层划痕愈合实验中黑色素瘤B16细胞的运动能力，也可以明显抑制肿瘤细胞对纤维结合蛋白和LN的粘附，进而抑制肿瘤转移。

10　抗血管生成

肿瘤的生长、侵袭和转移都需要新生血管的支持。李悦等研究证明β-榄香烯在体外可明显抑制血管内皮细胞增殖，使细胞周期阻滞于G1期，并抑制内皮细胞的成血管能力，从而通过抑制肿瘤的血管生成，抑制肿瘤的生长和转移。郭建忠等研究也证明在抑制肿瘤的有效剂量下，β-榄香烯即可对血管内皮细胞也可产生明显的诱导早期凋亡作用。

11　抗耐药

多药耐药(MDR)是肿瘤细胞免疫化疗药物攻击的最重要的细胞防御机制，其发生与肿瘤细胞膜P-糖蛋白(P-gp)密切相关；编码P-gP的基因为MDR基因。王宝成等的研究发现，β-榄香烯对于多药耐药基因(MDR-1)高度表达的肝癌细胞株BEL-7402／DOX有很强的抑制作用，即使长时间使用也不引起MDR-l mRNA的高度表达及其产物P-gp的大量产生，表明β-榄香烯具有良好的抗耐药特性。

综上所述，β-榄香烯属非细胞毒性抗肿瘤药，它能有效抑制多种肿瘤细胞的生长增殖，抑制肿瘤细胞核酸合成，或诱导肿瘤细胞凋亡、分化等是其作用机制的一个重要特点，β-榄香烯能增强肿瘤细胞的免疫原性，改善和提高荷瘤机体的细胞免疫功能。此外，β-榄香烯具有抗肿瘤转移、高效、安全、副作用小和不易耐药优点，有着广阔的临床应用前景。虽然β-榄香烯的抗肿瘤作用机制已作了多方面探讨，并取得了不小的进展，但对β-榄香烯的作用靶部位、作用通路以及β-榄香烯对癌基因、抑癌基因、凋亡相关基因的影响等还有待深入研究，随着β-榄香烯在临床的逐步推广应用，其抗肿瘤机制仍亟待进一步阐明。