達瑪烷皂苷和苷元的基礎與臨床研究(轉載)
皂苷和去醣皂苷(苷元)
皂苷是一類較複雜的苷類化合物,在植物界分佈很廣,如人參、三七、知母、遠志、甘草、桔梗、柴胡等都含有皂苷。皂苷大多數為白色無定形粉末或無色結晶,味微甘苦,具有吸濕性, 多含有一定的結晶水並有一定的熔點。一般對酸不穩定(皂苷Ro 除外),弱酸下即可水解,但水解後得不到真正的原形皂苷元。皂苷易溶于水、甲醇、乙醇,可溶於正丁醇、醋酸、乙酸乙酯,不溶於乙醚、苯,具有光學活性,多呈右光性,水溶液振搖產生強烈泡沫。從化學結構上看,皂苷是由苷元(Aglycone)骨架與醣基(Glycosyl)通過醣苷鍵(glycosidic linkage)相連構成的醣苷類化合物。依其皂苷元的結構不同,皂苷類化合物可分為三大類(圖1):1達瑪烷型(Dammarane),2奧克梯婁型(Ocotillol),3齊墩果酸型(Oleanane)。天然植物中的皂苷主要為達瑪烷類型,而克梯婁型和齊墩果酸型含量較少。達瑪烷型屬四環三萜結構,可分為二醇組(母環結構為Protopanaxatriol)和三醇組(母環結構為Protopanaxatriol)兩個亞型。苷元是不含醣基的皂苷母環結構,它的理化性質和皂苷有所不同。苷元屬於親脂性化合物,在水中溶解度較低,當易溶於有機溶劑。同時,苷元和皂苷在藥理作用上也有區別,例如,達瑪烷苷元的抗腫瘤作用比絕大多數的皂苷要強。達瑪烷型(Dammarane) 奧克梯婁型(Ocotillol) 齊墩果酸型(Oleanane)
經過20世紀70到90年代中外國學者的廣泛研究,皂苷成分進行代謝化學、半合成、或水解的分離鑒定,到目前為止,發現了不下40餘種的皂苷成分(表1)。常見的皂苷有Ro、Ra1、Ra2、Ra3、Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd、Re、Rf、Rg1、Rg2、Rg3、F4、Rk及Rs等,單體皂苷的命名,是根據其在薄層色層分離譜的Rf值的大小順序而定。另外,有10余種稀有成分(如20(R)-Rh2、Rh3、-La、-F4、25-hydroxy-Rg2、25-hydroxy-Rh1、-Ia,-Ib、R1和-R2)為中國學者首次發現。
達瑪烷皂苷在腸道的代謝
達瑪烷型皂苷(原人參二醇和原人參三醇類型皂苷)是植物皂苷的主要成分。自從20 世紀末以來,越來越多的科學研究表明:皂苷在人體中的藥物活性不是通過其原形吸收而起作用,皂苷只是藥物的前體,只有經過胃腸道菌的去醣代謝活化后,才產生了具有藥物療效的活性成分,從同類皂苷去醣後取得的某些次苷或苷元不僅改變了其母體皂苷的療效,而且還因除去醣原而增強了藥用活性,例如其抗癌活性增加了十倍以上,皂苷的細胞毒也隨其化學結構中醣原個數減少而增強。因此,口服皂苷後,真正在人體內起療效作用的是皂苷的代謝次生產物次苷、和苷元(protopanaxadiol/aPPD和protopanaxatriol/aPPT)。原人參二醇和原人參三醇類型皂苷在胃和腸道中代謝方式不相同。三醇類型皂苷在胃和腸道中代謝反應規律為:1)在胃液(酸性條件)作用下,發生C-20 絕對構型轉變(由不穩定 的20(S)型轉變為20(R)型)及雙鍵(24(25))的水合反應.2)在腸液(鹼性條件)中化合物在酶或菌的作用下醣19苷鍵逐步斷裂,先失去醣鏈上的外側醣,再失去內側醣。如三醇類型皂苷Re 經過一系列代謝后生成苷元/aPPT,它的代謝途徑為:ReRg1Rh1(F1)20(S)-aPPT(圖 2)。二醇類型皂苷的代謝主要發生在大腸中,如皂苷-Rb1 在腸中菌和酶作用下,生成主要產物有類似在胃中產生的過氧化物以及皂苷Rd、F2 等成分。通過對皂苷在人腸道中的代謝進行體外模擬實驗,研究表明皂苷Re 和Rg1 代謝較慢,需2 天時間;皂苷Rb1 和Rb2 在8 小時內代謝。Rb1 的代謝途徑為:Rb1RdF2Compound K20(S)-aPPD。
達瑪烷型皂苷在經腸道或體外的方式水解后,產生的終結代謝物稱為為達瑪烷苷元,即aPPD和aPPT。在細胞和動物水平上,發現這些達瑪烷苷元的作用比未經水解的皂苷藥理作用更強,這個特點也被臨床試驗所證實。
達瑪烷皂苷和苷元的藥理作用
各國科學家進行大量的研究工作,以探明皂苷潛在的療效成分以及它們的活性機理。某些皂苷化合物的生物活性已經被確認,包括對心肌細胞和神經細胞的離子通道活性,對DNA、蛋白和脂肪合成的激勵,對基因表達以及mRNA轉錄穩定性調整等,均有影響。對皂苷潛在治療作用的早期研究,大多集中於二醇組達瑪烷皂苷(特別是Rb族)對由缺血造成的心血管和中樞神經系統組織損傷的防護修復作用,其主要原因是這類化合物較容易大量提取。隨著技術進步,科學家分辨出更多的20皂苷,並對它們的生物活性進行研究。通過對三醇組達瑪烷皂苷(如Rg1族)的研究,發現在很多方面,三醇組達瑪烷皂苷與二醇組達瑪烷皂苷在藥理作用上有很多區別。二醇組達瑪烷皂苷有安神、鎮定作用,而三醇組達瑪烷皂苷則有提神、激奮功效,兩者的許多作用幾乎都是相反的。正是由於達瑪烷皂苷之間的相互作用,才能發揮對機體功能和代謝的雙向調節作用,而這種雙向調節主要是向著有利於機體功能恢復和加強的方向進行,即主要是改善內部(衰老等)和外部(應激、外界藥物刺激等)因素引起的機體功能低下,而對於正常機體影響很小。
1. 對心血管系統的作用:
a. 增加心肌供血量,減少心肌梗死面積
達瑪烷皂苷和苷元可明顯增強麻醉犬心肌血流量,降低冠狀動脈阻力,減少心肌耗氧量及降低心肌耗氧指數;同時能明顯降低麻醉犬動脈血壓、左心室壓力及其最大上升速率。達瑪烷皂苷及其代謝產物同時也能夠降低左心室舒張末壓力的增加,改善心臟射血分數和舒張功能。可見,達瑪烷皂苷和苷元抗心肌缺血和缺氧作用是通過多種途徑實現的。通過顯著改善心肌的供血能力和提高心肌的耐缺氧能力,達瑪烷皂苷和苷元能減小心肌梗死的面積。在動物實驗中,通過結紮冠狀動脈前降支造成缺血後,心臟表面心電描記顯示,事先服用達瑪烷皂苷的實驗狗的缺血面積和程度都比沒有服用達瑪烷皂苷的對照組要有明顯減少;同時硝基四氯唑藍染色表明,心肌梗死的面積也顯著減少;在超聲多普勒指標上,達瑪烷皂苷降低了冠狀動脈阻力,明顯地增加了心肌的血液供應。達瑪烷皂苷和苷元還能明顯減少異丙腎上腺素心肌損傷大鼠心肌壞死程度,反映心肌梗死的酶學指標(例如CK 和LDH)也得到了明顯的降低。達瑪烷皂苷還具有抗心肌缺氧的作用,如Rg2 靜脈注射明確地改善了心肌缺血引起的心電圖表現,縮小了心肌梗死的面積,也同時降低了心肌酶的血液水準。
b. 減少心肌缺血後再灌注的損傷
心肌梗死後血管再通並不一定伴隨心肌功能的恢復,反而會造成缺血再灌注損傷,進一步加重心肌的損傷程度,造成心肌頓抑。在臨床上,很多藥物,例如鈣離子拮抗劑、血管緊張素轉換酶抑制劑或血管緊張素受體拮抗劑、自由基清除劑等,都被用來對抗心肌缺血再灌注損傷,但效果都差強人意。達瑪烷皂苷和苷元的抗心肌缺血再灌注損傷作用優異,在接受心臟手術的病人中,達瑪烷皂苷能夠明顯改善心臟的收縮功能,減輕心肌細胞的損傷,有望成為新一代抗再灌注損傷的藥物。達瑪烷皂苷和苷元的抗心肌缺血再灌注損傷作用是通過以下作用來達到的:1)保護線粒體;2)降低鈣超載;3)抗氧化,清除自由基;4)抑制心肌細胞凋亡。
c. 抗心律失常的作用
對多種達瑪烷皂苷和苷元抗大鼠心律失常活性研究表明:當苷元不同、連接醣數目相同時,其活性強度順序為:原人參三醇型>齊墩果酸型>原人參二醇型;當苷元相同時,人參三醣苷>人參二醣型>人參單醣苷。基礎的研究已經證實,達瑪烷皂苷和苷元能通過穩定心肌細胞膜的電位來有效地減少心律失常的發生。在心肌缺血再灌注的模型中,沒有經達瑪烷皂苷處理的實驗組中,有44%的大鼠死於心室顫動,但是,經達瑪烷皂苷預處理的大鼠,無一例發生心室顫動和死亡,其他的再灌注心律失常也明顯減少。在黃嘌呤氧化酶損傷的大鼠心肌細胞中,人參三醇和二醇達瑪烷苷元能夠恢復細胞的動作電位。另外,達瑪烷皂苷能保護竇房結的功能。當給予兔子短期或長期的總皂苷注射(50mg/kg.d)後,竇房結的自發週期長度,最大竇房結恢復時間,糾正後竇房結恢復時間(spontaneous cycle length (SCL), maximal sinus node recovery time (SNRTmax), corrected sinus noderecovery time (CSNRT)較對照組都明顯縮短。達瑪烷皂苷還能縮短心肌細胞動作電位的時程和自發收縮,減少異位搏動的產生。進一步的電生理研究顯示,皂苷的這種作用可能與拮抗鈣離子通道和增強緩慢啟動延遲整流鉀電流(delayed rectifier K+ current)有關。
d. 改善血管內皮功能,調節血壓
內皮在機體的凝血,抗血小板,和血壓調控中發揮了重要的作用,內皮的功能失常與動脈硬化和心血管疾病有密切的聯繫。最新的研究表明,達瑪烷皂苷和苷元能有效的保護內皮功能,對動脈硬化及其後續的併發症起到預防作用。冠心病的危險因子同型半胱氨酸能夠損傷內皮,造成內皮的舒張功能紊亂。經過達瑪烷皂苷處理的冠狀動脈血管環能夠有效地對抗同型半胱氨酸的作用,血管舒張和內皮細胞功能恢復到正常水準。這種內皮保護的作用同樣出現在兔子的模型中,達瑪烷皂苷能夠恢復高膽固醇血症引起的內皮功能紊亂。達瑪烷皂苷的這種作用被認為是通過增加一氧化氮合酶表達,進而增加血管局部一氧化氮產生來發揮的。在自發性高血壓大鼠中,達瑪烷苷元能夠有效地抑制收縮壓的升高。
e. 調節血脂,對抗動脈粥樣硬化
在動物試驗中,達瑪烷皂苷有效地抑制了膽固醇合成的限速酶HMG-CoA 還原酶的活性,同時膽固醇7α 羥化酶也受到了抑制;從而降低血液中的總膽固醇(17%33%)、低密度脂蛋白水準(19%47%);同時甘油三酯的水準也減低。達瑪烷皂苷配合有氧鍛煉能進一步降低血液中膽固醇和甘油三酯的水準。達瑪烷皂苷也能影響高密度脂蛋白的表達,增加脂蛋白AI(高密度脂蛋白的主要成分)生成,進而升高血液中的高密度脂蛋白的水平。
2. 抗腫瘤作用:
自Rh族達瑪烷苷元在1980年代中期被分離出來之後,科學家對達瑪烷皂苷和苷元的抗癌作用進行了詳盡研究。早期研究就表明,Rh1和Rh2能誘導B16黑色素瘤以及F9畸胎瘤杆細胞向正常方向分化。達瑪烷皂苷Rg3與Rh2在化學結構上十分相近(僅在C-3位上比Rh2多一個醣原),具有阻止腫瘤細胞轉移的功能。Rg3能抑制離體大鼠腹水肝癌、小鼠黑色素瘤、人小細胞肺癌、人胰腺癌等細胞的侵害。在體內的研究進一步表明,Rg3能抑制高度轉移性黑色素瘤和結腸癌在小鼠體內的肺轉移,能明顯降低小腸腺癌在大鼠體內的腹膜轉移,並與Rh2及最近發現的Rg5一樣,能降低小鼠體內尿烷誘發的肺癌和黃曲毒素誘發的肺癌發病率。一個主要成分為20(S,R)-Rg3的產品在中國大陸被批准為抗癌藥。
此後,深入的研究更發現達瑪烷苷元的腫瘤抑制作用比其皂苷母體更優越。天馬藥業科學家的深入研究發現,達瑪烷苷元尤其是aPPD在離體條件下能顯著抑制鼠類黑色素瘤細胞、人乳腺癌細胞MCF-7、人卵巢癌細胞、人肝癌細胞SK-HEP-1、人白血病細胞THP-1的增殖,并且,瑪烷苷元能激起腫瘤細胞的凋亡。另外,達瑪烷苷元aPPD還能逆轉多種耐藥腫瘤細胞的耐藥性,如aPPD能有效逆轉和殺傷多藥性白血病細胞株P388/ACM。此外,動物試驗顯示,口服達瑪烷苷元可以抑制人類卵巢癌細胞在裸鼠體內生長,小鼠服用達瑪烷苷元後有減少肺癌和肝癌發病率的趨勢。
皂苷的抗腫瘤活性構效關係規律如下:(1)抗腫瘤活性受母核影響,其強弱規律是:原人參二醇型> 原人參三醇型;(2)抗腫瘤活性受醣影響的強弱規律是:苷元>單醣苷>二醣苷>三醣苷>四醣苷;(3)抗腫瘤活性受C20 構型影響的強弱規律是:20(S)- 達瑪烷苷元>20(R)- 達瑪烷苷元.現將幾種抗癌達瑪烷苷元根據其抑制50%腫瘤細胞的濃度(IC50,一個確定細胞毒強弱的指標,通常化合物的IC50 濃度越低,這個化合物的細胞毒越強),20(S) 達瑪烷苷元比20(R) 達瑪烷苷元具有更強的細胞毒,并且aPPD 對癌細胞的細胞毒作用優于aPPT。
3. 免疫增強和調節作用:
達瑪烷皂苷和苷元不僅是免疫增強劑,而且也是免疫調節劑,對T、B 淋巴細胞分裂原刺激的增殖反應有不同程度的促進作用。在動物體內,達瑪烷皂苷和苷元能促進CD4+T 細胞向Th1 表型分化,增加CD4+T 淋巴細胞的水平,抑制白色念珠菌在體內的擴散,同時,也能促進B 淋巴細胞增生和血液中的抗體滴度。達瑪烷皂苷和苷元可提高正常和免疫受抑制的淋巴細胞、單核細胞的反應性。在伽瑪射線照射的小鼠體內,達瑪烷皂苷的處理能夠明顯增加樹突狀細胞的水平,對小鼠巨噬細胞吞噬功能低下也有一定的治療作用。經過三醇組達瑪烷苷元處理的樹突狀細胞(DCs)還有增強T 細胞增殖作用,並能促進T 細胞向輔助T 細胞I 型轉化。在荷瘤Lewis肺癌小鼠中,達瑪烷苷元靜脈製劑在高劑量
時明顯地促進小鼠脾淋巴細胞的增殖及NK 細胞的活性,並且這種效應呈現明顯的量傚關係。放化療後造成的免疫抑制,在經過達瑪烷苷元治療後,有明顯的改善,甚至恢復到正常水準。此外,達瑪烷皂苷和苷元能促進白介素(Interleukin)和幹擾素(Interferon)的產生。重要的免疫調節影子IL-2,IL-12 水平,在應用達瑪烷皂苷和苷元后大大增加,這些細胞因子能夠有效的調節T 和B 淋巴細胞的增殖和分化,并對其他的淋巴細胞如自然殺傷細胞(Natural Killer Cells)、單核-巨噬細胞(Monocyte-Macrophage)、樹突狀細胞(Dendritic Cells)也有調節作用。達瑪烷皂苷和苷元還具有抗炎及抗過敏的活性。試驗結果顯示,不論在體外還是動物實驗中,達瑪烷皂苷Rh1 和苷元均能穩定細胞膜,有效地抑制IgE 介導的被動皮膚過敏反應中組胺的釋放,這種抑制作用甚至強於同一劑量的色甘酸二鈉(治療支氣管哮喘藥物)。達瑪烷皂苷和苷元還通過抑制COX-2酶表達而具有抗炎活性,如達瑪烷皂苷Rb1 也能夠抑制炎性介質一氧化氮和前列腺素E2從巨噬細胞中合成和釋放。在小鼠體內,達瑪烷皂苷和苷元能夠抑制乙酸引起的血管通透性升高,
減輕化合物48/80 和角叉菜膠(carrageenin)引起的腳爪水腫。
4. 骨髓和臟器保護作用:
基礎實驗已經表明,達瑪烷皂苷和苷元能夠促進CD34+的造血幹細胞增殖,同時它的促進粒細胞系、紅細胞系、和巨核細胞系的祖/幹細胞增殖的作用也比較明顯。來自于再生障礙性貧血病人的骨髓細胞在體外培養中,達瑪烷皂苷和苷元的處理能夠顯著增強紅細胞系、粒-巨噬細胞系、巨核細胞系的增殖能力,顯示它能夠促進骨髓細胞的增殖。另外,達瑪烷皂苷和苷元製劑能有效升高血小板的水準。在臨床試驗中,有73%的患血小板減少症受試者血液中的血小板水準得到明顯升高。達瑪烷皂苷和苷元能夠保護骨髓免受放化療的損傷。例如,在動物實驗中,達瑪烷皂苷和苷元能抑制環磷醯胺引起的血液中紅細胞微核的形成和白細胞DNA 的斷裂,和順鉑引起的大鼠腎臟細胞DNA 斷裂。同時,DMBA 誘導的骨髓細胞DNA 異常現象也明顯減輕。另外,伽瑪射線造成的骨髓抑制也能被達瑪烷皂苷和苷元所抑制,與對照組比較,經達瑪烷皂苷和苷元治療的骨髓細胞活力
顯著增強。
5. 耐缺氧、抗疲勞作用:
缺氧是許多疾病所共有的一個基本病理過程。例如休克、呼吸功能不全、心功能不全、貧血等,都可以引起缺氧。缺氧一般表現為:頭暈、頭痛、耳鳴、眼花、四肢軟弱無力,相繼有噁心、嘔吐、氣短、呼吸急促、淺快而弱,心跳快速無力。機體缺氧是不可忽視的狀態,並能導致機體嚴重損傷。達瑪烷皂苷和苷元表現極強的抗缺氧作用。動物試驗證實,達瑪烷皂苷和苷元可明顯延長動物在缺氧條件下的存活時間及腦存活時間。利用游泳法觀察其抗疲勞作用,能觀察到小鼠游泳時間明顯延長。臨床試驗證明,達瑪烷皂苷和苷元能有效提高血液中紅細胞和血紅蛋白含量,提高心、腦、肝組織中超氧化物歧化酶活性,降低過氧化脂質的水準,從而增強機體耐疲勞和抗缺氧的能力。達瑪烷皂苷和苷元能夠通過增加血液中主要能源供應物遊離脂肪酸的濃度,促進β 氧化,從而顯著延長大鼠的有氧訓練的耐力。動物實驗還表明,達瑪烷皂苷和苷元有保護細胞線粒體的功能,這種作用也表現在多巴胺能神經元細胞,黑質神經元細胞。經中國疾病預防控制中心營養與食品安全所的實驗報告提示,天馬公司的達瑪烷苷元制劑能顯著提高小鼠對急性腦缺血性缺氧的耐受能力。
6. 抗氧化、延緩衰老、增強記憶作用
組織細胞被氧化是機體老化、死亡的重要過程。氧化與衰老之間有著密不可分的關係。細胞氧化損傷的一個重要結果是導致細胞功能下降,甚至造成細胞凋亡。達瑪烷皂苷和苷元能明顯降低阿黴素誘導的大鼠全血和心肌組織中丙二醛含量,保護超氧化物歧化酶及谷胱甘肽過氧化物酶的活性,降低脂質過氧化物的含量,產生抗氧化作用。除抗氧化作用外,達瑪烷皂苷和苷元的延緩衰老作用還通過提高機體免疫力、清除自由基、降低代謝率等作用來實現的。另外,達瑪烷皂苷和苷元可改善和增強記憶功能。動物實驗表明,達瑪烷皂苷對M-膽鹼阻滯劑造成的記憶獲得不良有明顯的拮抗作用,說明其有擬膽鹼樣作用;同時,它對環已醯亞胺(Lgc)所致長期記憶缺損有明顯的改善作用。達瑪烷皂苷Rb1 可改善腦的氧供應和腦組織能量代謝,增進體內三磷酸腺苷能量,使大腦合理利用葡萄糖氧化產生能量,合成更多三磷酸腺苷以供學習記憶等活動使用。達瑪烷苷元還能增加大腦海馬區乙醯膽鹼的釋放,增強動物神經生長因數功能,促進軸突生長和延長神經細胞存活期,從而達到改善記憶和學習能力的效果。
7. 其他:
達瑪烷皂苷和苷元還有一定的抗應激作用,對神經內分泌系統有一定的調節作用。動物實驗證實,達瑪烷皂苷和苷元能促進腎上腺皮質激素的分泌,對各種有害刺激(包括缺氧、疲勞、高溫、低溫等)產生抵抗能力,以使機體通過自我調節對有害刺激產生應答反應。
達瑪烷苷元的常見藥理作用總結療效 達瑪烷苷元名稱
1.抗血小板凝集作用 Ro, Rg1, Rg2
2.血纖維蛋白溶解作用 Ro, Rb1, Rb3, Rc, Re, Rg1, Rg2
3.吞噬細胞激發作用 Ro, Rb1, Rb2, Rc, Rg3, Rh2, Re, Rg2, Rh1
4.血管擴張作用 Rb1, Rd, Rg1
5.降低膽固醇和中性脂質、增加HDL膽固醇作用 Rb1, Rb2, Rc
6.刺激腎上腺皮質激素皮質酮的分泌 Rb1, Rb2, Rc, Re
7.激發RNA聚合酶蛋白合成 Rb1, Rc, Rg1
8.防護由緊張引起的潰瘍 Rb1, Majonoside R2
9.康復由緊張引起的失眠 Majonoside R2
四、 達瑪烷苷元的抗腫瘤機制研究
如上所述,達瑪烷皂苷和苷元具有抗腫瘤的作用,並且這種作用以達瑪烷苷元aPPD 為最強。以aPPD 為主的抗腫瘤制劑具有毒副作用較低的優點,是理想的預防腫瘤和治療腫瘤的化合物。現把已經明確的達瑪烷苷元aPPD 抗癌機制總結詳述如下:
1. 抑制腫瘤細胞生長,並促使腫瘤細胞向正常分化
達瑪烷苷元能夠作用於細胞週期的G1 期,阻礙腫瘤細胞進入S 期,進而使得腫瘤細胞生長停滯。如圖所示,腫瘤細胞的整個分裂過程分為4 個主要階段:從G1 期到S 期,然後到G2 期,最後進入有絲分裂期即M 期。實驗結果顯示達瑪烷苷元及其相關的化合物可引起腫瘤細胞生長停頓於G1 期,從而使腫瘤細胞停止增殖。達瑪烷苷元製劑能夠誘導腫瘤細胞分化向正常方向發展。如圖5 所示,當惡性黑色素瘤細胞(圖5a)經過達瑪烷苷元製劑處理48 小時後,便出現形態上的改變(圖5b)。從圖5a 可以明顯看出未經處理的惡性黑色素瘤細胞排列擁擠、細胞形狀不規則、多以球狀為主的型態出現。但在經過處理後,細胞多呈現梭形,排列比較稀疏,大小取向一致,細胞核質比例變小,如圖5b。另外,達瑪烷苷元還能與雌激素競爭雌激素受體,從而阻斷雌激素敏感型乳腺癌的生長。在Dr. William Jia 的UBC(不列顛哥倫比亞大學)實驗室研究發現,達瑪烷苷元對於雌激素受體有一定的親和力,(圖6),但是其雌激素樣作用又極其微弱,從而可與雌激素競爭受體,從而抑制體內雌激素的作用,達到抑制乳腺癌細胞的增生。圖6.達瑪烷苷元與雌激素競爭受體總之,達瑪烷苷元在低劑量下可阻止腫瘤細胞的分裂,並誘導腫瘤細胞分化趨向成熟,因此可將其用於預防腫瘤的發生或腫瘤的復發與轉移。2. 直接有效殺傷具有不同基因缺失背景的腫瘤細胞達瑪烷苷元可廣泛作用於多種腫瘤細胞。Dr. William Jia 所在UBC 大學實驗室,觀察了所測試的腫瘤細胞,發現達瑪烷苷元對多種腫瘤細胞均有殺傷作用。圖5. 達瑪烷苷元促進腫瘤細胞向正常分化圖4. 達瑪烷苷元抑制腫瘤細胞增殖
達瑪烷苷元可誘發不同基因缺乏背景的腫瘤細胞進入凋亡。圖7b 為一典型例子:圖中顯示達烷苷元殺傷兩種具有不同基因缺乏的人腦膠質瘤細胞的情況。SF188 和U87 腦瘤細胞在基因上分別缺乏P53 和PTEN 基因。P53 是一種參與基因表達的蛋白。正常的P53 表達可產生以下兩種結果:使細胞週期停頓或使細胞凋亡。但P53 基因在腫瘤細胞內經常發生突變,P53 基因一旦突變,不單會導致正常細胞癌變,更會使該腫瘤細胞對化療藥物產生抗藥性。3. 通過多重機制誘導腫瘤細胞凋亡,凋亡是一種特殊的細胞死亡方式,又稱為細胞程式性死亡。凋亡細胞呈現典型的細胞形態,如細胞膜皺縮並出現空泡(blebbing),細胞核固縮,出現凋亡小體等。達瑪烷苷元能通過多種機制來誘發腫瘤細胞發生凋亡。如圖8 中箭頭所指的成群小空泡,就是腫瘤細胞經達瑪烷苷元處理後所產生的凋亡小體。
圖8. 達瑪烷苷元促進腫瘤細胞凋亡 圖9. 皂苷和苷元誘導凋亡的機制
如圖9 所示:達瑪烷苷元作用於腫瘤細胞後,可同時啟動以下3 種機制來殺傷腫瘤細胞:
a. 啟動多個Caspase 通道
作用于細胞的死亡信號,經由細胞內各種信號傳導途徑,可以啟動腫瘤細胞的Caspase 酶,從而啟動凋亡機制。在這個特殊傳導途徑中,Caspases 扮演了至關緊要的角色。
Caspases 是一組酶,負責啟動和執行身體內防護機制 — 細胞凋亡的程式。通過Caspases 的作用傳導一連串的信號,使體內的腫瘤細胞進入一種細胞自然死亡程式狀態即凋亡。
Caspases 按其功能又分為啟動者及執行者。如圖10 所示,Caspase 8 在整個途徑的上游將死亡信號傳至Caspase 3、6 或7,使細胞進入凋亡。細胞色素C (Cytochrome C) 與Caspase 9和Caspase 8 的角色類似,扮演啟動者的角色,負責傳遞早期圖10. 皂苷和達瑪烷苷元激活Caspase的死亡信號。而腫瘤細胞的基因突變常會對上述的死亡信號傳導系統造成破壞或幹擾,使其無法正常運作。因而腫瘤細胞可以在極為惡劣的環境下(如暴露在不同的抗癌藥物或治療中)繼續生存。證據顯示,在眾多測試中,達瑪烷苷元可同時啟動所有的Caspases 通道,包括Caspase 8、9,即啟動者以及Caspase 3、6 和 7,即所謂的死亡執行者。因此,達瑪烷苷元不需依靠任何上游Caspases 8、9,而以“快捷方式”的方式,直接啟動Caspase 3、6 和 7,使腫瘤細胞凋亡。
b. 抑制Akt 酶磷酸化,使腫瘤細胞之生存通道關閉
人體內的腫瘤細胞也是經常處於被“攻擊“的狀態,包括腫瘤患者體內的免疫系統、各種抗腫瘤藥物及其他治療。腫瘤細胞之所以有能力在極為艱難的環境中生存,很大程度是依賴於細胞中一個稱為〝生存通道〞的機制。在正常細胞中,這個生存通道是處於關閉狀態的,當細胞處於惡劣的環境時才會被暫時性地開啟。但腫瘤細胞可通過改變或破壞某些控制機制等途徑使此通道始終保持在開啟的狀態,例如PTEN 基因。Akt 是一種抗凋亡激酶,可藉由多種途徑保持“生存通道”暢通,以至腫瘤細胞不容易被各種
抗癌藥物或治療殺死。PTEN 基因,在正常狀態下具有抑制Akt 酶活化、促進細胞凋亡的作用。當PTEN 基因出現突變或缺乏時,則無法抑制Akt
