說起青蒿素 ,國人如雷貫耳。青蒿素的出現(xiàn) ,使瘧疾的治療產生了革命性的進步。青蒿素是中國人的驕傲。然而 ,可能人們意料不到 ,青蒿素也能殺癌 ,且效果亦不同凡響 ,美國專家甚至預言 ,青蒿素可能使一些癌癥的治療方法產生徹底的改變 ,令人嘆為觀止。
從植物苦艾中提取的化學物質可望用于癌癥治療 ,且有可能使一些癌癥的治療方法產生革命性的變化。美國西雅圖的科學家依據前人的研究稍加推論 ,然后應用現(xiàn)代實驗室技術證明 ,從植物苦艾 (worm-woodplant)中提取的一種化合物 ,以乳腺癌細胞為搜索和攻擊目標 ,但卻不傷害健康細胞。
華盛頓大學生物工程研究人員亨利.賴 (Henry Lai)報道 ,在多項實驗室試驗中 ,該化合物能在 16個小時之內 ,將試管中與其接觸的乳腺癌細胞實際上全部殺滅。同樣重要的還有 ,他說 ,幾乎所有與其接觸的健康細胞仍然存活。
此外 ,一只患有嚴重的──如此嚴重 ,以致于行走橫穿房間都無法完成──骨肉瘤的小狗 ,接受這種治療短短 5天內 ,就已完全康復。賴說 , X光顯示 ,狗的腫瘤“已基本上消失”。賴相信距今兩年后 ,這只狗仍還活著。
賴說 :“不僅有效 ,而且該化合物非常有選擇性。它對癌細胞有高度的毒性 ,但對正常細胞則幾乎無影響。”
這種“新”的抗癌化合物究竟是什么東西呢 ?不是別的 ,而是一種在中國廣為所知的抗虐藥──青蒿素 (artemisinin),只不過是舊藥新用。據賴介紹 ,數(shù)千年以前 ,中國的民間醫(yī)生從植物黃花蒿 (Artemesiaan-nual.)中提取該藥用于治療瘧疾 , 70年代一份“祖?zhèn)髅胤?rdquo;在漢代古墓中發(fā)現(xiàn) ,使青蒿素再次成為這種蚊子傳播疾病的治療藥。事實上 ,這種化合物的純化形式仍是目前優(yōu)良的抗瘧藥。
作用機理
探討青蒿素何能有抗瘧作用的實驗研究 ,導致將其作為抗癌藥的試驗。這當中的謎底是瘧原蟲與癌分裂細胞擁有的一個共同特點 :高鐵濃度。
當青蒿素或其衍生物與鐵離子接觸時 ,一種化學反應隨就發(fā)生 ,導致自由基的產生。在瘧疾中 ,這種自由基攻擊并與細胞膜結合 ,使其分裂 ,從而殺死這種單細胞瘧原蟲。
賴說 ,當癌細胞分裂時 ,同樣需要鐵離子進行DNA復制。因為癌癥是以細胞的失控分裂為特征 ,其細胞含有的鐵濃度較正常細胞為高。在癌細胞表面上 ,轉鐵蛋白 (transferrin)受體──鐵進入的細胞通路──也比健康細胞多。對于乳腺癌 ,腫瘤細胞表面擁有的轉鐵受體 ,比正常乳腺細胞多 5至 15倍。
因此 ,可以邏輯推論 ,這種抗瘧藥可能也以癌細胞作為其攻擊靶的。實際上 ,大約 7年前賴就提出了類似這樣的問題。賴與其助手NarendraSingh教授合作 ,設計了一種策略 ,并獲得了舊金山乳癌基金會的基金資助。賴等人的研究發(fā)表于 11月號的《生命科學》 (Life Sciences)雜志。
抗癌策略
據賴介紹 ,這種策略的最突出之處是 ,它首先提升使癌細胞含有更多的鐵離子 ,然后引入青蒿素選擇性地將其殺滅。
在實驗中 ,賴使乳腺癌細胞和正常乳腺細胞的多組混合物 ,要么接受一種被為全轉鐵蛋白 (holotransferrin)的化合物──其能與轉鐵蛋白受體桔合 ,從而轉運更多的鐵離子進入細胞增加胞鐵濃度 ;要么接受一種水溶形式的青蒿素 ,或要么接受這兩種化合物的組合。賴報道 ,只接受其中一種化合物的細胞沒有顯著的效應 ,但首先接受全轉鐵蛋白打擊 ,后接受青蒿素的癌細胞反應非常劇烈── 8個小時后 ,四分之三的癌細胞已被清除 ;16個小時后 ,幾乎所有的癌細胞已死亡。
他說 ,同樣重要的是 ,大量的正常乳腺細胞沒有死亡 ,顯示這種治療方法的高度安全性。賴認為 ,這項成功實驗尤其值得注意之處是 ,實驗中還應用了對放射療法有抵抗的乳腺癌細胞 ,“因此意味著這種方法可能有效于對常規(guī)療法抵抗的癌癥”。
賴說 ,如可以想象的一樣 ,侵襲性更強的癌癥如胰癌和急性白血病──這些癌以更加快速的細胞分裂為特征 ,因而鐵濃度較高──療效將更好。他說 ,在另一項獨立的研究中 ,這種療法 8小時之內可將試管中的白血病細胞全部清除。
下一步 ,據賴介紹 ,將是進一步的動物試驗 ,跟著人體試驗。他說 ,首先病人被給予鐵補充劑 ,以提高其癌細胞內的鐵濃度 ,然后以片劑的形式給予該種化合物。
如這種治療能如其早期的預兆的那樣成功 ,它將使一些癌癥──尤其是侵襲性、快速增殖腫瘤的治療方法 ,產生革命性的改變。
賴說 :“迷人的地方還有 ,這種物質是數(shù)千年前中國人使用的東西。我們只不過是發(fā)現(xiàn)了另一種不同的用途。”
這種應用肯定不無道理 ,有大量研究證明鐵與癌相關。例如 ,據為癌癥患者書寫《醫(yī)治選擇》的作者 RalphMoss報道 ,在一項研究中 ,從惡性乳腺組織中可提取出 3倍于從良性組織中提取的鐵。在該被研究的乳腺癌病人中 , 88%的人鐵貯量增高。
但假定瘧疾與癌細胞有此共同特點 ,為何經過這么長時間科學家才意識到這些 ?賴說 ,這是一個謎──“或許人們不太在意簡單的概念”。
青蒿素是青蒿葉中分離的抗瘧有效成份，具有過氧基團的倍半萜內酯，是我國首先發(fā)現(xiàn)的新構型的抗瘧藥，體內代謝活性產物為雙氫青蒿素，抗瘧活性高，毒性小。目前青蒿素類衍生物有：雙氫青蒿素、蒿甲醚、蒿乙醚及青蒿琥酯。藥動學研究證實青蒿素類藥物在體內吸收快，分布廣，排泄快。毒理學證實其毒副作用輕微，毒性主要靶器官為骨髓，可致造血抑制；其次是內臟，可致胃腸、肝、腎廣泛淤血，嚴重中毒可出現(xiàn)胃腸粘膜、肝腎實質損傷。急性毒性作用最敏感的變化指標是外周血網織紅細胞減少和血清堿性磷酸酶(A L P)升高，并有明顯的量效關系。長期大量用藥主要可致中樞神經系統(tǒng)毒性及心肌受損。有研究證實青蒿素類藥物無明顯的致突變作用。藥理學研究證實青蒿素具有抗瘧、抗血吸蟲、抗孕及抗腫瘤等多方面的作用，目前臨床上主要用于抗瘧治療。青蒿素類藥物抗瘧作用機制的早期研究觀察到藥物作用于原蟲的膜系結構，如食物泡、表膜和線粒體、核膜和內網質等，阻斷瘧原蟲攝取營養(yǎng)而導致氨基酸饑餓，同時迅速形成自噬泡并不斷排出體外，致使瘧原蟲損失大量胞漿而死。后又發(fā)現(xiàn)血色素中含有二價鐵能催化分解藥物的過氧基，生成羧化自由基，從而引起生化反應而導致瘧原蟲死亡。近年青蒿素類藥物具有選擇性烷化蛋白質的作用已被大量實驗所證實，被認為是導致蟲體死亡的重要原因。青蒿素類藥物除用于抗瘧外，還可以調節(jié)機體免疫功能。在對小鼠免疫功能的影響中觀察發(fā)現(xiàn)：青蒿琥酯對體液免疫有抑制作用，明顯抑制Ⅱ一Ⅳ型過敏反應，但對細胞免疫有促進作用，可促進巨噬細胞的吞噬作用，殺傷腫瘤細胞，促進分泌白介素2(IL一2)等。近年來發(fā)現(xiàn)青蒿素及其衍生物具有明顯的抗腫瘤活性，有望成為抗腫瘤治療的新成員，現(xiàn)將其抗腫瘤作用及其機理研究綜述如下。
1.抗腫瘤作用
1991 年我國學者報道了青蒿素衍生物對白血病P388細胞、肝癌細胞SMMC一7721及人胃癌細胞SGC一7901有選擇性殺傷活性。此后國內外的研究證實了青蒿素類藥物對白血病、結腸癌、黑色素瘤、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌等均有殺傷作用l8,9J。美國華盛頓大學的Lai研究員及Singh副研究員發(fā)現(xiàn)，青蒿素對乳腺癌細胞有明顯殺傷作用。在生命科學雜志(LS)刊出的一項研究報告描述青蒿素在16 h內幾乎將所有與之接觸的人乳腺癌細胞殺死。楊小平等 ul2_采用體外實驗證實青蒿琥酯鈉對人宮頸癌(HeLa)細胞、人低分化鱗狀上皮鼻咽癌(CNE2及SUNE-1)細胞3種人腫瘤細胞體外有殺傷作用，半數(shù)抑制濃度(IC5o)分別為42．7μg／mL、101．6 μg／mL、1．29 μg／mL；對雜種小鼠的3種移植性腫瘤有體內抑瘤作用，在每天 50 mg·kg 和100 mg·kg- 的劑量下靜脈給藥對S-180、肝癌及LII抑瘤率分別為： ％ 一53％、21％-49％及42％ 58％ ，在每天150 mg·kg-1 及300 mg·kg 劑量下灌胃給藥對uI和裸鼠移植人鼻咽癌(CNE2及SUNE一1)亦有肯定抑瘤作用，抑瘤率分別為42．4％～71．4％、25％～42％及30％～50％林芳等研究青蒿素及其衍生物青蒿琥酯對人乳腺癌MCF一7細胞增殖的影響并探討其作用機制。
結果顯示10μmol／L青蒿素和1 μmol／L青蒿琥酯能明顯改變MCF一7細胞的細胞周期，使s期細胞顯著減少，G0+Gl期細胞明顯增加。青蒿素對MCF一7細胞增殖僅有微弱抑制作用，但其衍生物青蒿琥酯卻表現(xiàn)出顯著的抑制作用，IC50為0．31μmol／L。 1 μmol／L青蒿琥酯引起MCF一7細胞的凋亡和直接的細胞毒作用明顯強于10 μmol／L青蒿素的作用。說明對腫瘤細胞增殖的抑制青蒿琥酯比青蒿素作用強。此外，青蒿琥酯具有放療和化療增敏作用。青蒿琥酯可抑制人宮頸癌HeLa細胞生長，ICso為37 t,#mL，在乏氧條件下，ICso為 30~g／mL，青蒿琥酯在10 tc／mL輻射增敏比(SER)為1．32，在30 t,#mL的SER為2．00，而對照組以第一代放療增敏感劑咪嗦 噠唑(MISO)治療，其SER為1．39，在乏氧條件下，1 mmol／L MISO對HeLa增殖抑制率與30 t,#mL的青蒿琥酯作用相似，而在 富氧條件下，1 mmol／L MISO對HeLa增殖抑制率低于30 g／mL青蒿琥酯的殺傷作用，說明青蒿琥酯具有一定的放療增敏作用。同時，青蒿素與傳統(tǒng)化療藥如阿霉素等作用機制不同，無交叉耐藥，且通過抑制谷胱苷肽-S-轉移酶的活性，可逆轉腫瘤細胞對化療藥的多藥抗性，在理論上應與傳統(tǒng)化療有協(xié)同增效作用。
2.抗腫瘤機理研究
目前大多數(shù)研究認為青蒿素及其衍生物的抗腫瘤作用主要是通過誘導凋亡，但其促凋亡機制尚未完全明了。雙氫青蒿素對人乳腺癌MCF7細胞有很強的抑制作用，ICso為0．26 panol／L。流式細胞儀測定細胞周期發(fā)現(xiàn)，1 panol／L雙氫 青蒿素作用24 h后，MCF7細胞被阻滯在G0+Gl期，s期細胞顯著減少。說明雙氫青蒿素抑制MCF7細胞增殖的機制之一是將細胞滯留在G0+Gl期 _l 。但亦有其他研究顯示了不同結果。周晉等研究了青蒿素對人白血病細胞株NB4、K562和原代APL細胞的影響及可能機制，結果顯示青蒿素對 NB4、K562和APL細胞的增殖明顯抑制，其抗腫瘤機制有凋亡和脹亡兩種，且細胞凋亡率隨藥物濃度增高而增加，隨藥物作用時間的延長而增加。流式細胞儀測定結果顯示青蒿素將細胞阻滯在G2+M期。作者認為白血病細胞膜是青蒿素作用的靶點之一，青蒿素可使白血病細胞內鈣升高，致白血病細胞凋亡。青蒿素同時通過開放某些細胞膜上的離子通道，使細胞內鈣濃度增加，激活caspase非依賴性細胞死亡形式，在沒有三磷酸腺苷(ATP)缺乏時發(fā)生脹亡。董海鷹等_研究青蒿素對體外培養(yǎng)的白血病K562細胞的凋亡誘導作用及機制，認為青蒿素對K562細胞明顯的促凋亡機制可能與抑制內向整流鉀電流有關，使線粒體跨膜電位下降，導致促凋亡物質的釋放激活，使細胞凋亡。分析以上研究可知，無論青蒿素類藥物是使腫瘤細胞滯留在G0+G。期還是在G2+M期，亦無論其促凋亡機制如何，誘導調亡是其發(fā)揮抗腫瘤作用的關鍵。
近年來，對青蒿素所致凋亡的分子機制也進行了探討。王勤等在研究青蒿琥酯對肝癌細胞的誘導凋亡機制時，發(fā)現(xiàn)青蒿琥酯下調增殖細胞核抗原(PCNA)和BCL一2基因的表達，上調BAX基因表達，而BCL一2和BAX基因參與調控誘導癌細胞凋亡的P53非依賴性途徑，故認為其凋亡的分子機制是P53非依賴性的。楊小平等的研究也證實了上述結論：肝癌細胞(BEL一7402)經青蒿琥酯處理后可誘導人肝癌細胞(BEL一7402)凋亡，肝癌細胞中P53、P21蛋白表達水平無明顯變化，而bc1—2蛋白表達水平降低．即與P53、P21無關，而與凋亡調節(jié)基因bcl-2下調有關。
也有研究認為其抗腫瘤作用可能與抗瘧機制相似，需Fe2 的參與。青蒿素類藥物中的過氧基團可通過與亞鐵原子反應產生自由基或親電子中間產物，而殺傷腫瘤細胞。美國華盛頓大學曾提出如下假設：因為癌細胞需要鐵才能在分裂時復制DNA，因此，癌細胞含鐵量比普通細胞高很多。如能大大提高癌細胞的含鐵量，則癌細胞可被青蒿素選擇性殺死。進一步研究發(fā)現(xiàn)添加轉鐵蛋白能提高雙氫青蒿素對人乳腺癌細胞 ttTB27的殺傷能力，而對正常人乳腺細胞TB125沒有明顯的細胞毒作用。國內研究也發(fā)現(xiàn)外源添加FeC1 350～150μmol·L 可使雙氫青蒿素對人乳腺癌MCF7細胞的生長抑制率提高約30％～50％。這種殺傷作用是否與鐵離子參與青蒿素類藥物的自由基產生過程，從而導致細胞壞死增多有關，值得進一步研究。同時青蒿素具有選擇性烷化蛋白質的作用，這可能與青蒿素結合了癌細胞內特殊的靶蛋白受體，從而導致腫瘤細胞死亡有關。這也可能是其抗癌的重要機制之一。
綜上所述，青蒿素類藥物用于治療瘧疾已有上千年歷史，在化學結構上有一定的新穎性，具有低毒、價廉等優(yōu)點，尤其是其毒副作用明顯低于傳統(tǒng)化療藥物，而近年來的體內外實驗證實了青蒿素類藥物顯著的抗瘤活性。青蒿素類藥物有可能成為具有臨床應用價值的抗癌新藥，但對其作用機制和抗腫瘤活性作用仍需進行深入的研究。
1995年，美國華盛頓大學的研究人員首次發(fā)現(xiàn)青蒿素對乳腺癌、胰腺癌和白血病細胞具有很強的殺傷作用，而對正常組織細胞無毒性作用。由此，在世界范圍內，掀起了研究青蒿素治療腫瘤的熱潮。隨后國內外的研究人員相繼發(fā)現(xiàn)，青蒿素或其衍生物對黑色素瘤細胞、腎癌細胞、中樞神經系統(tǒng)腫瘤細胞、肺癌細胞也具有殺傷作用，其中包括許多耐藥腫瘤細胞。實驗表明，青蒿素類化合物能有效抑制小鼠和大鼠異種移植瘤的生長。
從兩個途徑殺滅腫瘤
青蒿素如何殺死腫瘤細胞呢？研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞膜是青蒿素攻擊的主要靶點。青蒿素既可以通過誘導腫瘤細胞發(fā)生“凋亡”，也可以使細胞“脹亡”。腫瘤細胞膜遭到破壞后，其通透性就隨之發(fā)生改變，一方面細胞外大量的鈣離子會進入細胞內，誘導細胞程序化死亡，即“凋亡”。另一方面細胞膜通透性的增加導致細胞內的滲透壓發(fā)生變化，細胞吸收大量水分發(fā)生膨脹直至死亡，即“脹亡”。有研究表明，青蒿素能促進Bcl-2(一種抑制凋亡的基因)表達下調和Bax(一種促進凋亡的基因)表達上調，從而誘導凋亡。
另外，青蒿素的抗腫瘤作用可能與細胞內的鐵有關，這一機制與青蒿素的抗瘧作用機制極其相似。鐵是與細胞增殖相關的重要金屬離子之一，在瘧原蟲、腫瘤細胞中的含量較正常細胞高，且腫瘤細胞鐵離子的吸收與腫瘤細胞增殖呈正相關。實驗研究發(fā)現(xiàn)，青蒿素可以與鐵反應產生大量的自由基，而自由基可以破壞腫瘤細胞膜即導致細胞內物質外漏，從而殺死腫瘤細胞。因此外源性的鐵也可以通過“凋亡”和“脹亡”兩種途徑增加青蒿素對腫瘤細胞的殺傷作用，例如鐵傳遞蛋白與青蒿素能協(xié)同抑制腫瘤細胞的增殖。
獨特的優(yōu)勢
青蒿素能與其他藥物協(xié)同治療腫瘤。由于常規(guī)化療藥物對正常細胞也具有毒性，病人常常耐受差。化療失敗是導致腫瘤轉移和復發(fā)的重要因素。青蒿素聯(lián)合其他化療藥物治療腫瘤可以達到更佳效果。研究人員已經發(fā)現(xiàn)青蒿素與5-氟尿嘧啶、吡柔比星、阿霉素等化療藥物具有協(xié)同抗腫瘤作用。
青蒿素殺死腫瘤細胞同時還可以抑制血管生成因子的表達；抑制血管內皮細胞的增殖、遷移和管狀形成并誘導血管內皮細胞凋亡。通過抑制腫瘤內血管生成，從而大大控制腫瘤的復發(fā)和轉移。
青蒿素衍生物聯(lián)合放射治療對腫瘤細胞具有更大的殺傷力。最近，韓國的研究人員將神經膠質瘤細胞用雙氫青蒿素預處理后，再給予放療，發(fā)現(xiàn)這種抗瘧藥可增加放射敏感性，腫瘤細胞數(shù)可減少80%，但對乳腺癌細胞、宮頸癌細胞和肝癌細胞的作用較弱。青蒿素對放療的增敏作用可以減少放療劑量和放療副反應。
青蒿素是天然的植物提取物，雖然在動物實驗中觀察到其對中樞神經系統(tǒng)有輕微影響，但畢竟不像細胞毒性藥物那樣有很強的副作用。同時，中國是青蒿素的最大生產地。青蒿素價格適中，可以使大多數(shù)患者受益。
