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(南華大學附屬第二醫(yī)院泌尿外科，湖南 衡陽 421001)

·文獻綜述·

鹽霉素抗腫瘤機制的相關研究進展

黃龍，王毅*，汪翼

(南華大學附屬第二醫(yī)院泌尿外科，湖南 衡陽 421001)

腫瘤干細胞(CSCs)是一群存在于腫瘤細胞中的亞群,具有自我更新和產生新的不同分化程度的腫瘤細胞。干細胞亞群的存在使得腫瘤可以逃避化療藥物、靶向治療藥物以及放射治療等治療手段的殺傷作用,也是腫瘤復發(fā)和轉移的重要原因之一。鹽霉素是由白色鏈霉菌發(fā)酵產生的屬于聚醚類的一元羧酸，近年來研究發(fā)現鹽霉素能高效殺死多種腫瘤干細胞,并對多種腫瘤有明顯的抑制作用，是一種很有開發(fā)潛力的抗腫瘤藥物。其作用機制可能與誘導腫瘤干細胞凋亡與抑制有關。

鹽霉素； 細胞凋亡； 抗腫瘤； 藥物

鹽霉素(Salinomycin)屬于聚醚類一元羧酸，由白色鏈霉菌(Streptomyces albus)發(fā)酵產生，具有特殊的環(huán)狀結構，類似苯環(huán)樣，鹽霉素假環(huán)狀結構中的聚醚部分能夠與金屬陽離子結合形成復合物,其分子表面的親脂層又可以轉運這些離子復合物穿過生物細胞膜,使得鹽酶素具有殺死革蘭陽性菌和抗禽類球蟲病的作用，更是賦予了其穩(wěn)定的生化特性，是一種典型的離子載體抗生素，上世紀70年代起，鹽霉素主要用于抗雞球蟲病和促進畜禽生長[1]。2009年,Gupta等[2]在藥物篩選實驗時發(fā)現，鹽霉素能選擇性殺傷乳腺癌的腫瘤干細胞，提示鹽霉素有望成為新型抗腫瘤藥物。國內外近年來的研究亦發(fā)現鹽霉素能顯著抑制腫瘤細胞的生長、誘導腫瘤細胞凋亡；對多種腫瘤均有明顯的抑制作用，鹽霉素作為腫瘤干細胞的“殺手”，已經在多種細胞模型上得到了驗證。Dong等[3]研究發(fā)現，在結直腸癌的腫瘤干細胞中檢測其對鹽霉素的敏感，結果顯示,運用鹽霉素后，癌癥細胞伴有上皮細胞等標志物的表達上調和抑制波形蛋白(間充質細胞標志)的形成，從而進一步促進抑制細胞增殖、集落形成、細胞遷移、侵襲作用。

1 鹽霉素誘導腫瘤細胞自噬的發(fā)生

細胞自噬(autophagy)是真核生物中進化保守的對細胞內物質進行周轉的重要過程。該過程中一些損壞的蛋白或細胞器被雙層膜結構的自噬小泡包裹后，送入溶酶體(動物)或液泡(酵母和植物)中進行降解并得以循環(huán)利用[4]。細胞自噬可分為如下三種形式，微自噬(microautophagy)、巨自噬(macroautophagy)和分子伴侶介導的自噬 (Chaperone-mediated autophagy，CMA)。隨著科技的進步，對細胞自噬的了解也不斷加深，細胞的自噬還參與著細胞程序性死亡，這種與自噬有關的程序性死亡被命名為自噬性細胞死亡。細胞自噬與細胞凋亡、細胞衰老一樣，是十分重要的生物學行為，參與生物的發(fā)育、生長等多種過程。

Kim等[5]研究發(fā)現，鹽霉素可以通過升高細胞內活性氧和使線粒體膜的去極化誘導前列腺癌細胞的凋亡。在腫瘤細胞中,Akt/NF-Kb通路的激活是很常見的一種現象。實驗發(fā)現鹽霉素能夠阻斷Akt蛋白的表達并抑制NF-kb的入核,通過有效抑制Akt/NF-Kb通路誘導卵巢癌細胞的凋亡。另有研究發(fā)現[6],鹽霉素可以促進細胞進入自睡反應,引發(fā)線粒體膨脹、線粒體自唆、破壞線粒體結構以及細胞內ATP大量喪失,過度的自唾反應導致腫瘤細胞“自殺”。Verdoodt等[7]研究發(fā)現，在結腸癌和乳腺癌中，應用鹽霉素可誘導細胞自噬的發(fā)生，從而導致腫瘤細胞凋亡。通過觀察到細胞死亡的伴隨特征，形成多空泡的增加和自噬標記的攝取，而證實了鹽霉素可誘導細胞自噬。此外，研究還觀察到鹽霉素可以誘導和激活與自噬性細胞死亡有關的ROS及JNK信號通路，促使細胞凋亡。Kuo等[8]研究發(fā)現，在頭頸部的鱗狀細胞癌(鱗癌)干細胞中，鹽霉素可以激活EMT并誘導Akt的磷酸化，促使癌細胞凋亡。

2 鹽霉素與Wnt通路促使腫瘤細胞凋亡

Wnt基因為小鼠乳腺腫瘤病毒優(yōu)先整合的位點，是一種癌基因，在細胞增殖和分化中起重要的作用。隨后研究發(fā)現它與果蠅的無翅基因(wingless)屬直相同源基因(orthologous gene)，從而將二者結合命名為Wnt基因。Wnt基因屬于原癌基因，隨著研究的不斷深入，發(fā)現Wnt基因家族十分龐大，為多基因家族，其基因結構從低等的無脊椎動物到脊椎動物乃至人類具有高度保守性，其同源序列達27%～83%，對動物的生長發(fā)育起著至關重要的作用[9]。Wnt基因編碼的Wnt蛋白，可啟動細胞內信號傳導途徑，傳導生長刺激信號，參與不同的發(fā)育機制，如細胞分化，遷移，以及決定細胞命運的增殖等。因其啟動蛋白為Wnt蛋白，因此命名為Wnt信號途徑。

研究發(fā)現Wnt信號通路在哺乳動物的發(fā)育，干細胞的更新，和癌癥的進展中均起著極其關鍵的作用。2011年,Lu等[10]研究發(fā)現鹽霉素通過抑制Wnt通路導致慢性淋巴細胞性白血病細胞的調亡,進一步研究表明，鹽霉素影響Wnt通路是通過阻礙Wnt受體，誘導降解脂蛋白受體相關的磷酸化信號蛋白6，進而導致腫瘤細胞的凋亡。另有研究報道[11]，在胰腺癌細胞中，鹽霉素可抑制Wnt/β-catenin信號相關的β蛋白，如β-catenin和p-gsk-3β,而導致胰腺癌細胞的生長抑制、凋亡。Quann等[12]利用熒光素酶研究發(fā)現在前列腺癌細胞中，鹽霉素導致前列腺癌細胞的凋亡，可能與MAPK信號通路的激活相關，這一發(fā)現對研究癌癥的發(fā)展十分關鍵。

然而，其確切的機制如何，鹽霉素對復雜的癌癥和腫瘤干細胞的信號通路的影響仍是未知，需要進一步研究和闡明。Haque等[13]研究發(fā)現，鹽霉素導致肺癌細胞的凋亡是通過激活了p53通路，促使凋亡蛋白Caspase家族的表達，從而導致了肺癌癥細胞的凋亡。另有研究發(fā)現，在前列腺癌細胞中，鹽霉素是通過激活Caspase-3和PARP-1通路導致前列腺癌干細胞的凋亡。Ketola等[14]研究發(fā)現，在前列腺癌細胞中，鹽霉素通過增加氧化應激水平，累積活性氧和線粒體膜去極化，而抑制前列腺癌細胞的生長，導致前列腺癌細胞的凋亡。

3 鹽霉素與DNA的損傷(P21蛋白)

DNA存儲著生物體賴以生存及繁衍的遺傳信息，因此維持DNA分子的完整性對細胞至關緊要。許多因素都會導致DNA分子的損傷或改變，DNA損傷是DNA復制過程中DNA核苷酸序列永久性改變，并導致遺傳特征改變的生物學現象。1947年，A.凱爾納等研究發(fā)現，鏈絲菌等微生物經過紫外線(Ultraviolet rays，UV)照射后，暴露在正常光下可以減少死亡，證明這是許多微生物固有的DNA損傷修復功能，并把這一修復功能稱為光復活。1968年Cleaver等[15]研究發(fā)現人常染色體隱性遺傳的光化癌變疾病——著色性干皮病(Xeroderma Pigmentosum，XP)，是由基因突變造成的DNA損傷切除修復功能的缺陷引起。為惡性腫瘤的發(fā)生機理提供了一個重要的分子生物學證據,使DNA損傷修復的研究進入了醫(yī)學領域。Kim等[5,16]研究表明，鹽霉素與DNA損傷劑可導致DNA的損傷，使大量癌細胞的凋亡，通過增加p53和H2AX的表達，減少抗凋亡蛋白p21的表達，從而致DNA的損傷。另有研究發(fā)現，運用鹽霉素可誘導阻滯G2期，使癌細胞對放射治療更加敏感，抑制p21蛋白表達水平，促進H2AX和p53的激活與表達。Diehn等[17]研究發(fā)現在MDA-MB-231乳腺癌細胞中，鹽霉素增加組蛋白H3和H4的高度乙酰化致癌癥細胞凋亡抑制細胞生長。

4 鹽霉素與離子通道

1952年，Hodgkin等[18]研究發(fā)現Na+和K+的電流和電導是膜電位和時間的函數，提出了離子通道的概念。離子通道的活性，就是細胞通過離子通道的開放和關閉來調節(jié)相應物質進出細胞速度的能力，對實現細胞的各種功能及特性均具有十分重要的意義。相關研究發(fā)現，離子通道的轉運與腫瘤細胞的增殖、凋亡、浸潤和遷移相關聯，這一發(fā)現成為癌癥治療的新靶點。相關研究發(fā)現屬于離子載體抗生素的鹽霉素可促進離子通過膜的脂質屏障，中斷原核和真核細胞中的天然離子轉運系統(tǒng)，為高度選擇性的鉀離子載體抗生素，影響鉀通道，促進鉀離子從線粒體和細胞質中流出,從而影響線粒體PT孔的開放、引起線粒體跨膜電位下降以及細胞色素c釋放，進而促進癌癥細胞凋亡。

5 鹽霉素抗癌作用的局限性

Lu等[10]研究表明，在外周血單核細胞(Peripheral blood mononuclear cells，PBMC)中，鹽霉素需要100倍抗腫瘤細胞的濃度才能對正常的細胞產生毒副作用；同時，Scherzed等[19]研究發(fā)現，在人骨髓間充質干細胞(Human bone marrow mesenchymal stem cells，hBMSC)中，只有當鹽霉素在劑量>30 μmol/L時，才會對正常細胞活力、遷移能力等造成影響。然而，在其他的“正?！奔毎麑嶒灂r，特別是其他骨髓細胞的做實驗研究時，并沒有得出可靠的實驗數據支持。Boehmerie等[7,20]對鹽霉素的毒性研究評價顯示，在鹽霉素處理人神經纖維細胞時，神經細胞內的Na+濃度增加，胞漿內的Ca2+濃度蛋白酶活性升高，線粒體膜去極化，進而通過誘導Caspase家族蛋白導致正常細胞凋亡。研究發(fā)現，一些動物，如貓，狗，豬，馬，甚至還有人，在過量或誤食鹽霉素后，可以出現嚴重的毒副作用。正如前面所述，鹽霉素可影響K+離子通道而抗腫瘤，而K+通道不僅在腫瘤細胞或是腫瘤干細胞中存在，正常的組織細胞中也存在，所以，鹽霉素除了可以影響腫瘤細胞和腫瘤干細胞，它也可以對正常神經細胞和造血干細胞產生毒性。因此，臨床上，在一些特定的組織、器官腫瘤使用鹽霉素進行治療時，需要制定一個較嚴謹的有效策略，防止出現鹽霉素在抗癌的同時，因使用不當對正常細胞產生毒副作用。為此，Huczynski等[21]研究表明，根據鹽霉素的分子結構，合成了一套酰胺和酯衍生物和苯并三氮唑霉素，且進一步研究表明其與鹽霉素的抗菌和抗癌活性的作用相差無幾，為人類抗腫瘤事業(yè)提出新的思路。

6 結 論

綜上所述，鹽霉素抗成體腫瘤細胞機制進行了初步探討，主要集中在以下幾個方面：(1)通過誘導氧化應激類固醇代謝產物的升高及抗氧化的類固醇代謝產物的降低抑制腫瘤細胞的生長及轉移；(2)通過抑制wnt/-β連環(huán)蛋白途徑或者降低細胞線粒體膜的膜電位，將細胞色素C釋放到細胞質中，促進細胞的凋亡；(3)通過損害DNA降低抗凋亡蛋白P21的表達水平，促進細胞凋亡；(4) 鹽霉素對正常細胞的副作用雖然相對較少，但是在過量或誤食鹽霉素后，仍然可出現嚴重的毒副作用。所以需在相對狹窄的治療指數下使用鹽霉素?？紤]鹽霉素潛在的不利毒副作用，未來的研究將主要集中鹽霉素的構效關系(structure-activity relationship，SAR)，即研究出細胞毒副作用較小、可用于臨床的、選擇性強的抗腫瘤藥物，讓鹽霉素早日成為新型的抗腫瘤藥物而造福于醫(yī)療事業(yè)。

[1] Wang Y.Effects of salinomycin on cancer stem cell in human lung adenocarcinoma A549 cells[J].Med Chem,2011,7(2):106-111.

[2] Gupta PB,Onder TT,Jiang G,et al.Identification of selective inhibitors of cancer stem cells by high-throughput screening[J].Cell,2009,138(4):645-659.

[3] Dong TT,Zhou HM,Wang LL,et al.Salinomycin selectively targets ‘CD133+’ cell subpopulations and decreases malignant traits in colorectal cancer lines[J].Ann Surg Oncol,2011,18(6):1797-1804.

[4] Bernard A,Jin M,Xu Z,et al.A large-scale analysis of autophagy-related gene expression identifies new regulators of autophagy[J].Autophagy,2015,11(11):2114-2122.

[5] Kim KY,Yu SN,Lee SY,et al.Salinomycin-induced apoptosis of human prostate cancer cells due to accumulated reactive oxygen species and mitochondrial membrane depolarization[J].Biochem Biophys Res Commun,2011,413(1):80-86.

[6] Schenk M,Aykut B,Teske C,et al.Salinomycin inhibits growth of pancreatic cancer and cancer cell migration by disruption of actin stress fiber integrity[J].Cancer Lett,2015,358(2):161-169.

[7] Verdoodt B,Vogt M,Schmitz I,et al.Salinomycin induces autophagy in colon and breast cancer cells with concomitant generation of reactive oxygen species[J].PLoS One,2012,7(9):e44132.

[8] Kuo SZ,Blair KJ,Rahimy E,et al.Salinomycin induces cell death and differentiation in head and neck squamous cell carcinoma stem cells despite activation of epithelial-mesenchymal transition and Akt[J].BMC Cancer,2012,12:556.

[9] Moon RT,Kohn AD,De Ferrari GV,et al.WNT and beta-catenin signalling:diseases and therapies[J].Nat Rev Genet,2004,5(9):691-701.

[10] Lu D,Choi MY,Yu J,et al.Salinomycin inhibits Wnt signaling and selectively induces apoptosis in chronic lymphocytic leukemia cells[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2011,108(32):13253-13257.

[11] Lu W,Li Y.Salinomycin suppresses LRP6 expression and inhibits both Wnt/beta-catenin and mTORC1 signaling in breast and prostate cancer cells[J].J Cell Biochem,2014,115(10):1799-1807.

[12] Quann EJ,Khwaja F,Djakiew D.The p38 MAPK pathway mediates aryl propionic acid induced messenger rna stability of p75 NTR in prostate cancer cells[J].Cancer Res,2007,67(23):11402-11410.

[13] Haque A,Rahman MA,Fuchs JR,et al.FLLL12 induces apoptosis in lung cancer cells through a p53/p73-independent but death receptor 5-dependent pathway[J].Cancer Lett,2015,363(2):166-175.

[14] Ketola K,Hilvo M,Hyotylainen T,et al.Salinomycin inhibits prostate cancer growth and migration via induction of oxidative stress[J].Br J Cancer,2012,106(1):99-106.

[15] Cleaver JE.Defective repair replication of DNA in xeroderma pigmentosum.1968[J].DNA Repair (Amst),2004,3(2):183-187.

[16] Kim JH,Chae M,Kim WK,et al.Salinomycin sensitizes cancer cells to the effects of doxorubicin and etoposide treatment by increasing DNA damage and reducing p21 protein[J].Br J Pharmacol,2011,162(3):773-784.

[17] Diehn M,Cho RW,Lobo NA,et al.Association of reactive oxygen species levels and radioresistance in cancer stem cells[J].Nature,2009,458(7239):780-783.

[18] Hodgkin AL,Huxley AF.Propagation of electrical signals along giant nerve fibers[J].Proc R Soc Lond B Biol Sci,1952,140(899):177-183.

[19] Scherzed A,Hackenberg S,Froelich K,et al.Effects of salinomycin on human bone marrow-derived mesenchymal stem cells in vitro[J].Toxicol Lett,2013,218(3):207-214.

[20] Boehmerle W,Endres M.Salinomycin induces calpain and cytochrome c-mediated neuronal cell death[J].Cell Death Dis,2011,2(6):e168.

[21] Huczynski A,Janczak J,Antoszczak M,et al.Antiproliferative activity of salinomycin and its derivatives[J].Bioorg Med Chem Lett,2012,22(23):7146-7150.

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10.15972/j.cnki.43-1509/r.2016.01.031

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*通訊作者，E-mail：wayne0108@126.com.

蔣湘蓮)