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中草药诱导分化肿瘤细胞的研究现状与进展

来源:中华医药杂志 作者:姜永健 2006-8-19
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摘要: 在过去的40年中,传统的恶性肿瘤治疗方法,除了外科手术和放射治疗外,化学药物的治疗与生物治疗已成为重要的治疗方法,并取得了突破性的进展。但化学药物治疗存在着不少弊端:化学药物不仅杀伤肿瘤细胞,而且无选择地损伤正常细胞,尤其是造血组织和细胞,常导致严重并发症,如粒细胞缺乏所引起的致死性感染、血小板减少......


    在过去的40年中,传统的恶性肿瘤治疗方法,除了外科手术和放射治疗外,化学药物的治疗与生物治疗已成为重要的治疗方法,并取得了突破性的进展。但化学药物治疗存在着不少弊端:化学药物不仅杀伤肿瘤细胞,而且无选择地损伤正常细胞,尤其是造血组织和细胞,常导致严重并发症,如粒细胞缺乏所引起的致死性感染、血小板减少所致的严重出血;尚有一部分癌肿对化疗无反应,治疗困难,常见的肿瘤如食管癌、胃癌、肺腺癌、肝癌以及脑瘤等。尤其是一些最常见的实体瘤的5年生存率提高不明显;缓解后,不少患者不久仍复发转移。

  白血病(M3)的治疗成功给肿瘤治疗带来了新的启示,肿瘤细胞诱导分化治疗成为肿瘤治疗研究的新途径。近年来发现某些恶性肿瘤如畸胎瘤、鳞状细胞癌、神经母细胞瘤、白血病及黑色素瘤等可在体外被某些化学物质诱导分化为正常的细胞或近似正常的细胞,这为抗肿瘤药物研究开辟了一条新的道路。近年来,以诱导肿瘤细胞分化研究手段,借助分子生物学技术,探讨中药治疗肿瘤的作用机制,已成为国内外医药界的研究热点之一。有关这类研究报道很多,从而显示出中药开发抗癌新药的巨大潜力。本文就这一方面的研究及进展论述如下。

  1  细胞分化障碍与肿瘤的发生

  从发育生物学观点分析肿瘤,认为细胞分化障碍是肿瘤细胞的一个重要生物学特征,甚至可以认为肿瘤本身是一种细胞分化异常疾病,是由于正常基因功能受控于错误的表达程序所致[1]。复杂的多细胞生物包括人类,需要胚胎细胞分化为各种具有特殊功能的细胞,并进一步组成各种组织和器官。分化是一个定向的严密调节的程序控制过程,其关键在于基因按一定时空秩序有选择地被激活或抑制,多数情况下终未分化细胞的性状,并对正常的分化调节机制缺乏反应。可以这样认为,恶性肿瘤是细胞分化和胚胎发育过程中的一种异常表现。肿瘤干细胞在肿瘤发生、发展中起关键作用。大量实验表明:肿瘤起源于一些于分化或微分化的干细胞,是由于组织更新时所产生的分化的异常。组织更新不仅存在于高等生物的发育过程中,还存在于其成年期。在成年生物组织中如骨髓等。存在着未分化干细胞,干细胞的增生和分化使衰老或受损的组织、细胞更新或恢复,这些干细胞常是恶性变的靶细胞。肿瘤组织中,尽管肿瘤干细胞占优势,但也按比例存在着部分分化,甚至完全分化的子代细胞。这说明肿瘤细胞并非一成不变,在一定条件下可能分化成正常细胞或接近正常细胞,这为肿瘤的诱导分化治疗提供了可靠的理论依据。中药对实体瘤细胞的诱导分化的研究如火如荼的开展起来。

  2  双灵固本散等中药对实体瘤细胞的诱导分化的研究

  2.1  胃癌  大蒜油是大蒜的主要有效成分。李氏等利用50mg/L大蒜油处理胃癌BCG23细胞后24h后,发现其能显著抑制BCG23细胞的生长。在光学显微镜下观察可见细胞变得较平坦,呈多角形,核浆比例降低,近似正常细胞。将此细胞进行裸鼠致瘤性分析,结果显示该细胞的致瘤性全部消失,经基因检测技术分析提示:大蒜油系通过促进抗癌基因P53和P21的表达,抑制细胞恶性增殖,诱导凋亡,促进分化[2]。

  2.2  肺癌  β-榄香烯系中药郁金一种有效成分的乳化剂。钱氏等以其30μg/ml作用于体外培养的人肺癌细胞后,发现肺癌细胞生长受到抑制,H-TdRHuR掺入率明显下降。流式细胞仪分析发现该药作用72h后肺癌G0/G1期细胞比例上升,S期比例下降。光镜及电镜观察可见药物作用后癌细胞增殖减慢,缩小变圆,微绒毛减少,核浆比例下降,异染色质增多,提示该药可在细胞生物学及形态学水平逆转人肺癌细胞表型,诱导这些细胞趋于分化[3]。桂皮酸类中药含桂皮酸及其衍生物,黄氏等选用桂皮酸处理克隆化高转移人肺巨细胞癌细胞,发现肿瘤细胞在形态、增殖速度、分裂指数、软琼脂集落形成能力和凝集反应等方面均出现向正常细胞表型转变,同时还使肿瘤细胞的侵袭转移能力明显减弱[4]。

  2.3  肝癌  DNA含量水平的高低是反应其分化程度常用的指标。肿瘤化疗中,G1/G0期细胞的大量存在是肿瘤复发和转移的主要原因之一。丁健等在实验中发现,双灵固本散在20μg/ml时,可轻度增加肝癌细胞系SMMC-7721 G1/G0期和G2期细胞DNA含量,三萜酸在30μg/ml时作用与之相反,当长时间应用时,能更显著地降低G1/G0期和G2/M细胞含量,而三者对S期细胞DNA含量无显著影响。说明二种药物成分对该细胞的促分化作用更为显著。这种药品不仅降低S期前后细胞DNA含量,也不阻断细胞周期的固有循环,不表现为杀伤作用,而诱导其向正常肝细胞方向转化[5]。

  3  双灵固本散等中药对诱导分化白血病细胞的研究

  用于研究诱导分化白血病细胞的细胞株主要有HL-60细胞、K562细胞、U-937细胞。多糖作为双灵固本散一种活性成分,具有明显的免疫调节作用。近年发现其对人HL-60细胞有生长抑制分化诱导作用。焦氏等在实验中发现其可使HL-60细胞沿粒细胞系统定向分化,其对HL-60细胞周期移行的影响是使细胞G1期则不断增加,分化细胞百分比亦相应增加,被阻滞于G1期的细胞可能是分化或将分化的细胞群体[5]。三七皂甙R1是中药三七的有效成分。徐氏等实验发现,三七皂甙具有较强的诱导HL-60细胞向粒细胞分化的能力,对HL-60细胞的增殖具有明显的抑制作用。同位素实验同位素标记前体物质的掺入减少,为三七皂甙R1抑制细胞的DNA及RNA合成所致,且抑制可能导致细胞增殖减慢并干扰了细胞基因表达,促进HL-60细胞的分化[1]。淫羊藿甙是淫羊藿中提取的单体成分,赵氏等在实验中发现,淫羊藿甙有促进HL-60细胞向粒细胞系分化作用,硝基蓝四氮唑(NBT)还原能力上升约70%。其机制可能是提高HL-60细胞内cAMP及cAMP/cGMP值有关,而后者可促进细胞分化。以上变化随HL-60细胞膜表面发生明显变化:出现较多的褶皱和球状突起,胞浆中出现较多的特殊颗粒和嗜天青颗粒,即类似成熟粒细胞表现[2]。徐氏等报告了苦参及巴豆煎液可明显诱导HL-60向单核-巨嗜细胞方向分化,当巴豆浓度在4mg/ml时,NBT阳性细胞达75%以上。苦参浓度在8mg/ml,NBT阳性细胞达80%以上,并随HL-60细胞形态学及功能明显改变,包括脑体变大及胞核/胞浆比值变小,吞噬功能增强,这种作用于用药后第2天开始出现,第3天后逐渐显著[12,13]。乳香酸是乳香树中一种有效成分,韩氏等发现乳香可促进HL-60细胞分化,BCG达10μg/ml时,80%的HL-60细胞NBT还原试验阳性,90%的细胞具备吞噬功能,酸性磷酸酶活力增强2~3倍。形态上核浆比例缩小,核仁明显减少。用扩散盒技术进行研究,植入小鼠腹腔内HL-60细胞明显受抑制[1]。此外,有实验证明,茯苓多糖、猪胆酸钠、熊胆、丹参酮等有诱导HL-60细胞分化的作用[4~6]。秦氏等以分化较差且具有分化潜能的人类红白血病细胞株K562细胞为实验模型,在体外观察了双灵固本散促进K562细胞的诱导作用。结果表明20mg/ml浓度的双灵固本散提取液可使K562细胞产生明显的形态学上的分化,且细胞的增殖能力下降[5]。司氏等进一步利用细胞化学染色证实双灵固本散有诱导K562细胞多向性的能力。该课题组又选择了苦参生物碱中的主要成分苦参碱和氧化苦参碱作用后的K562,对其诱导K562细胞分化进行研究。发现用苦参碱和氧化苦参碱作用后的K562细胞形态学上趋于向红系分化。且血红蛋白表达显著增加(联苯胺染色阳性率,实验组为15%,对照组为2%)。细胞化学染色(POX、PAS、NAE)结果也支持这一结论。经双灵固本散提取物三萜酸作用2天后的K562细胞端粒酶活性下降,5天后其端粒酶活性的改变与细胞的分化程度密切相关[2]。陈氏等采用形态学改变、细胞化学染色、联苯胺染色和细胞膜抗原(SmCD)等指标观察了双灵固本散、人参总皂甙及三七皂甙以K562诱导分化作用。结果表现,从形态上看三者均能诱导K562向红系、粒系、巨核系样细胞分化;三七总皂甙可促进K562细胞向粒系分化,还可诱导POX酶的合成,人参总皂甙及双灵固本散可使K562表达HIR2的细胞数增加,可诱导K562细胞向红系分化,促进Hb的合成。此外三者均可使K562细胞CDw41阳性细胞数增加,但未见典型的血小板生成型巨核细胞,提示这三者仅有诱导K562细胞向巨核细胞分化的趋势[2]。易氏等发现,双灵固本散内的多糖对单核样白血病细胞系U-937进行了诱导分化作用的研究,结果表明对诱导后的U-937细胞,在形态及功能上均表现出单核-巨嗜细胞方向分化。同时还伴有对细胞DNA合成抑制而导致的细胞增殖的明显抑制作用。其机制使诱导后细胞内cAMP增加及蛋白激酶A的进一步效应,以及诱生干扰素等因素综合作用的结果[2]。黑菇多糖是平菇属的黑菇子实体分离得出的多糖成分。其对诱导U-937细胞体外增殖有明显抑制作用,并视为以上改变与该细胞系细胞膜上特殊受体活性改变有关[2]。

  4  问题与展望

  双灵固本散等中药诱导分化肿瘤细胞的实验研究为寻找、研究高效低毒的肿瘤诱导分化剂提供了思路和途径,也为中医药治疗肿瘤开辟了新的研究领域。目前中药诱导分化肿瘤细胞实验研究主要是采用肿瘤细胞株体外实验。肿瘤细胞株是由细胞克隆组成,利用这些细胞株所做的诱导分化实验重复性好,能为中药研究肿瘤细胞的体内诱导分化作用提供重要的条件。但是由于体外实验条件的局限性,以及肿瘤细胞株的生物学特性与体内肿瘤存在差异,仅凭体外实验尚不能反映出体内肿瘤生物行为的真正面目。对体外肿瘤细胞株具有诱导分化作用的中药及有效成分,在体内对肿瘤不一定都能产生相应的分化效应。虽然体外诱导分化模型已基本建立,但是体内分化诱导实验还没有理想的模型。目前对中药诱导分化肿瘤细胞的研究缺乏对机制深入探讨。但是,目前双灵固本散作为肿瘤诱导分化剂的临床研究工作已经展开。从目前显示的研究结果来看,已经证实该药完全可以作为肿瘤诱导分化剂使其肿瘤细胞分化诱导,使其萎缩凋亡。当然今后要走的路还长,还需要在上述方面进行不懈的研究和探讨。

  【参考文献】

  1  王振义,陈竺. 肿瘤的诱导分化和凋亡疗法. 上海:上海科学技术出版社,2000,3-7.

  2  李晓光,谢锦玉,李文梅,等. 大蒜油诱导人胃癌细胞分化和凋亡的机制研究. 中华肿瘤杂志,2004,20(5):325-327.

  3  钱军,秦叔逵,杨爱珍,等. 榄香烯乳逆转人肺癌细胞的实验研究. 肿瘤防治研究,2005,23(5):299-301.

  4  黄炜,黄济群. 桂皮酸诱导高转移人肺癌细胞恶性表型逆转和抑制侵袭作用的研究. 中国肿瘤临床,1999,24(6):456-460.

  5  景永奎,韩锐. 大豆甙元对小鼠B-16黑色素瘤细胞的分化诱导作用. 中国药理与毒理学杂志,2005,6(4):273.

  6  韩锐.抗癌药物研究与实践技术. 北京:北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社,1997,14-15.

  7  陈金生.  双灵固本散基础与临床研究. 中华医药杂志,2003,8(3):689.

  (编辑:余  强)

  作者单位: 153083  黑龙江哈尔滨,哈尔滨医科大学附属第二临床医学院肿瘤内科


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