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抗肿瘤活性的青蒿素及其衍生物：从一种广为人知的抗疟药到一种潜在的抗癌药物

Hindawi Publishing Corporation
Journal of Biomedicine and Biotechnology
2012年卷，文章ID 247597，18页
doi:10.1155/2012/247597

综述文章

抗肿瘤活性的青蒿素及其衍生物：从一种广为人知的抗疟药到一种潜在的抗癌药物

Maria P. Crespo-Ortiz1 和 Ming Q. Wei2

1 圣地亚哥德卡利大学基础与健康科学学院生物医学系，哥伦比亚卡利Pampalinda校区
2 格里菲斯大学健康研究所及医学院分子与基因治疗系，澳大利亚昆士兰州南港，黄金海岸校区

通讯地址：Maria P. Crespo-Ortiz，mdpcrespo@gmail.com

收到日期：2011年8月1日；接受日期：2011年8月29日

学术编辑：Masa-Aki Shibata

版权所有 © 2012 M. P. Crespo-Ortiz 和 M. Q. Wei。本文是开放获取文章，遵循《创作共用署名许可协议》发布，允许在任何媒体中无限制地使用、分发和复制，前提是引用原始作品。

摘要

通过开发能够选择性杀死恶性细胞的高效药物，可以极大地改善癌症患者的生活质量和生存率。青蒿素及其类似物是天然存在的抗疟药，已显示出强大的抗癌活性。在原发性癌症培养物和细胞系中，其抗肿瘤作用体现在抑制癌细胞增殖、转移和血管生成。在异种移植模型中，青蒿素类药物的暴露显著减少了肿瘤体积和进展。然而，青蒿素在抗癌治疗中的应用还需要通过深入理解其细胞毒性作用的潜在机制来加以论证。青蒿素的主要靶点及其对异质性肿瘤细胞的特异性作用的化学基础尚待阐明。本文旨在提供关于这类药物作为潜在抗癌剂的最新进展和新发展的概述。

1. 引言

癌症仍然是一种威胁生命的疾病，并且是导致死亡的主要原因之一，因为其控制难度较大。尽管现有一系列基于化疗、手术和放射疗法的常规治疗方法，但在许多情况下这些方法的疗效有限。此外，目前的抗癌方案通常伴随着显著的毒性和耐药性问题。减轻癌症负担的一个主要挑战是开发具有高效性且对癌症具有特异性的药物，并且对正常哺乳动物细胞几乎没有或没有副作用。

许多研究项目致力于开发新的化疗药物，无论是通过探索新化合物的抗癌能力，还是通过评估传统上用于其他临床疾病的药物。天然产物已被发现是具有新颖且强效的生物活性化合物的重要来源，并且在体内副作用较小。植物衍生物已被证明对一系列疾病有效，并具有广泛的抗微生物活性，其中一些还表现出显著的抗肿瘤活性。其中一种有前途的化合物是青蒿素，这是一种具有抗癌特性的天然抗疟药。青蒿素及其衍生物常用于疟疾治疗，也在纳米到微摩尔范围内显示出对敏感和耐药性癌细胞系的强大抗癌活性。重要的是，青蒿素是极少数已被广泛用于抗疟疾治疗但没有显著副作用的药物之一，尽管已报告了耐药性。最近，越来越多的研究集中在青蒿素类药物的作用机制及其反应机制上。

在这篇综述中，我们将重新探讨青蒿素及其类似物作为抗癌剂的发展中的一些关键问题，以更好地理解其抗肿瘤效果的机制。从新获得的知识中，我们可以通过权衡青蒿素类药物的优势、局限性以及当前和未来的发展，来确定这一有前途的癌症药物研发领域中出现的研究问题，并解决未来的研究需求。

2. 青蒿素及其衍生物

青蒿素是一种含有1,2,4-三氧杂环结构的倍半萜内酯（sesquiterpene lactone）。这种内过氧化物化合物是从中国草药青蒿（Artemisia annua，或称为年蒿）中提取的，该草药已有两千多年的发热治疗历史。尽管青蒿素具有疗效，但其作为原型药物具有药代动力学的局限性。天然青蒿素在水或油中的溶解度低，生物利用度差，且在体内的半衰期较短（约2.5小时）。为了克服这些问题，三代青蒿素类内过氧化物，包括半合成衍生物和完全合成化合物已经被开发出来。迄今为止，青蒿素的两代半合成衍生物如青蒿琥酯（artesunate）、青蒿乙醚（arteether）、青蒿甲醚（artemether）和青蒿酮（artemisone）已被有效用于疟疾治疗，具有良好的临床疗效和耐受性。

半合成青蒿素类化合物是通过二氢青蒿素（DHA）制备的，DHA是青蒿素的主要活性代谢物。第一代半合成青蒿素类化合物包括青蒿乙醚和青蒿甲醚，这些是亲脂性的青蒿素类化合物，而青蒿琥酯是水溶性衍生物。第二代青蒿素类化合物青蒿酮表现出改善的药代动力学特性，包括更长的半衰期和更低的毒性。目前，青蒿琥酯是抗疟疾联合疗法中常用的衍生物。

完全合成的青蒿素衍生物也已通过保留赋予药物活性的内过氧化物基团而被设计出来。这些化合物可以通过简单的起始材料轻松合成，因此目前正处于密集开发阶段。

3. 青蒿素的抗肿瘤作用机制

在疟疾寄生虫中，青蒿素的内过氧化物基团已被证明具有药理学重要性，并负责其抗疟疾活性。内过氧化物键被认为是通过还原血红素（FPFeII）或亚铁（FeII）激活的，导致产生高度活性的碳自由基，这些自由基是非常强效的烷基化剂。自由基可能靶向寄生虫的必需大分子，导致寄生虫的死亡。然而，青蒿素的确切作用机制和主要靶点仍在研究中。在疟原虫中，有人提出青蒿素可能靶向线粒体、内质网和消化液泡等细胞器。一些推测的分子靶点包括血红素烷基化、蛋白质烷基化、Ca2+ ATP酶（SERCA）抑制、膜损伤和线粒体电位的丧失。尽管关于青蒿素激活和特定靶点的争论不断，但支持的证据表明，血红素或亚铁是其强效活性的必要条件。这一观察结果在其他系统中也得到了证实。在血吸虫中，青蒿素对虫体表皮的作用非常显著，这一活性也因铁的存在而增强。

有趣的是，青蒿素的强大抗癌作用也可以归因于内过氧化物键（红色方框）并共享相同的寄生虫化学基础。缺乏内过氧化物基团并不完全阻断抗癌活性，但会显著降低其细胞毒性，仅为具有三氧杂环结构化合物的五十分之一。残余抗癌活性可能与一种非过氧化物依赖机制有关。普遍认为，铁和血红素或血红素结合蛋白参与了青蒿素的生物还原激活。在大多数系统中，癌细胞预加载铁或铁饱和的全转铁蛋白（双铁转铁蛋白）会触发青蒿素的细胞毒性，某些细胞系中的青蒿素活性可提高至100倍。此外，与单独使用青蒿素相比，与铁载体化合物结合的青蒿素表现出更强的活性。最近的一项研究表明，使用血红素合成抑制剂琥珀酰乙酰丙酮进行化学调控会减少DHA在HL-60（人急性早幼粒白血病细胞）中的细胞毒性。这与之前的研究一致，这些研究表明，诱导血红素氧化酶随后下调血红素合成基因也可以抑制新型青蒿素二聚体在相同癌细胞系中的细胞毒性。同样，使用铁螯合剂去铁胺（DFO）治疗会使化合物失活。铁和血红素代谢可能在青蒿素选择性抗肿瘤活性中发挥重要作用。恶性细胞的持续增殖和生长需要更高的铁代谢以完成细胞生存过程。因此，癌细胞表现出转铁蛋白受体（TfR）水平的增加，这些受体负责铁的摄取和细胞内浓度的调节。癌细胞中TfR的表达水平可能因细胞系而异。然而，它们与正常细胞有显著差异，从而导致青蒿素及其衍生物的高选择性指数。Efferth等人报告说，白血病（CCRF-CEM）和星形胶质瘤（U373）细胞在细胞群体中表达TfR的比例分别为95%和43%，而正常单核细胞仅占约1%。通过用特异性单克隆抗体预处理阻断TfR可以阻断青蒿素的活性。

有假设认为，铁激活的青蒿素通过释放高度烷基化的碳中心自由基和活性氧（ROS）来诱导损伤。自由基可能在青蒿素处理的癌细胞中引发的细胞变化中起到作用，如增强的凋亡、细胞生长抑制、血管生成抑制和DNA损伤。几项研究还将青蒿素毒性与细胞分裂受阻、氧化应激水平升高、肿瘤侵袭抑制、迁移抑制和转移抑制联系在一起。ROS生成可能有助于青蒿素对癌细胞的选择性作用。由于肿瘤细胞对ROS损伤的脆弱性增强，因此它们表达抗氧化酶的水平较低，如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶，这与正常细胞相比更为明显。因此，增加氧化应激是抗癌药物常见的抗肿瘤机制。此外，青蒿素的选择性可能通过优先靶向癌症生物标志物或在正常分化组织中未检测到的癌基因和蛋白质的过度表达来增强。

3.1. 作为细胞毒性的主要效应的ROS生成

与疟原虫一样，青蒿素在癌细胞中的分子靶点仍有争议。尽管青蒿素在某些肿瘤细胞中引起的变化是一致的，但尚不清楚这种毒性是否依赖于特定的分子靶点。要对癌细胞产生作用，所需的药物浓度通常高于对疟原虫产生毒性的浓度。青蒿素、DHA、青蒿琥酯和青蒿甲醚在疟原虫中的48小时IC50（即使50%的抑制浓度）可低至15纳摩尔，而它们的抗癌活性是细胞系依赖性的，IC50在0.5至200微摩尔或更高之间波动。疟原虫对青蒿素的敏感性表明其具有特定的寄生虫靶点。相比之下，在癌细胞中，青蒿素的作用似乎更多是通过ROS生成等一般机制介导的。然而，有人建议，ROS介导的损伤可能由青蒿素激活附近的初始事件引发。在青蒿素处理的细胞中，显微镜分析显示在亚细胞结构中早期出现了类似坏死的形态变化，这些变化可能与ROS生成有关。

微阵列分析发现，青蒿素的作用似乎受到氧化应激酶表达的调节，包括过氧化氢酶、硫氧还原酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽S-转移酶家族。青蒿素敏感的细胞下调了氧化酶，而这些分子的过表达则使癌细胞的敏感性降低。直接证据表明，在HL-60细胞系中，早期（1小时）和快速的ROS生成与凋亡的诱导和青蒿素引发的损伤相关。此外，IC50与ROS水平直接相关。相反，在某些实验系统中，青蒿素的作用在抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸和1,2-二羟基苯-3,5-二磺酸（TIRON，一种铁螯合剂）的存在下得以逆转，导致细胞死亡的延迟。最近的一项研究表明，在青蒿琥酯处理的HeLa细胞中，在检测到细胞毒性之前（48小时），在16小时内ROS的生成已开始，表明这可能是青蒿素引发损伤的初始事件。线粒体中的电子传递链（ETC）被认为在ROS生成中起作用，但即使在缺乏ETC的HeLa细胞中仍检测到显著的细胞毒性，这表明细胞中可能存在其他的ROS来源。确实，新兴证据表明，在乳腺癌细胞中，氧化应激最初是在溶酶体中产生的，这是铁激活的青蒿琥酯作用的结果，类似于疟原虫中的情况。因此，线粒体内源性凋亡途径的激活是导致细胞死亡的下游事件。在这一模型中，青蒿素类药物可能通过负调控血红素合成进一步增加细胞毒性。

尽管在许多细胞系统中有越来越多的证据表明ROS介导的损伤，细胞损伤也与非氧化应激相关，尤其是新型青蒿素二聚体似乎在没有或极少ROS生成的情况下表现出抗肿瘤作用，但其细胞毒性机制仍在研究中。此外，目前尚不清楚青蒿素引发的坏死是否可能是一种非ROS依赖的细胞死亡机制。

青蒿素的抗肿瘤毒性似乎还受到钙代谢、内质网（ER）应激和翻译控制肿瘤蛋白（TCTP，一种结合钙蛋白）的调节，这些蛋白也被认为是寄生虫的靶标。尽管最初将TCTP基因（tctp）的表达与癌细胞对青蒿素的反应相关联，但尚未发现TCTP在青蒿素作用中的功能角色。

与疟原虫类似，青蒿素在癌细胞中作为靶标的作用也得到了研究。先前的证据表明，使用10微摩尔的青蒿素治疗会因抑制钙ATP酶而导致钙浓度增加。然而，研究表明，两种青蒿素二聚体的作用机制显示出通过ROS介导的强烈ER应激，这与抑制钙ATP酶无关。有趣的是，高活性的青蒿素二聚体和众所周知的钙ATP酶抑制剂他普吉林（thapsigargin）之间的行为相似，但由不同的分子事件介导。事实上，他普吉林缺乏内过氧化物基团，仅产生微弱的ROS水平。然而，ER似乎是青蒿素作用的重要部位，因为在HepG2细胞中，显示出青蒿素荧光衍生物优先在该细胞区室中积累。

青蒿素类药物已显示出多效性效应，跨越不同的实验系统。也有可能在不同癌细胞系中，青蒿素细胞毒性的潜在机制会因其特定标志或细胞系特征的变化而有所不同。这只有在类似条件下对不同细胞系中抗肿瘤细胞增殖的分子事件进行研究时才能得出结论。

4. 青蒿素作为抗癌药物

4.1 青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用

青蒿素及其许可的半合成青蒿素衍生物的显著抗肿瘤活性已在体外和动物模型中得到证实。大量研究集中于最活跃的化合物，即DHA和青蒿琥酯。一项研究测试了美国国家癌症研究所（NCI）开发治疗学项目的55种细胞系，显示青蒿琥酯对白血病、结肠癌、黑色素瘤、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、中枢神经系统（CNS）和肾癌细胞具有抑制活性。二氢青蒿素对胰腺癌、白血病、骨肉瘤和肺癌细胞也具有显著的抗肿瘤活性。此外，青蒿酮显示出比青蒿素更好的活性，并与其他抗癌药物具有显著的协同作用。

已发现青蒿素可通过直接诱导DNA损伤（基因毒性）或间接干扰涉及多种恶性肿瘤特征的信号通路来发挥作用。然而，直接的DNA损伤仅在特定系统中被描述，而间接作用在文献中更为常见。在胰腺细胞（Panc-1）中，青蒿琥酯引起DNA片段化和膜损伤。有趣的是，低剂量的青蒿琥酯与类似坏死的细胞死亡有关，而较高浓度则诱导细胞凋亡。损伤的程度和类型似乎取决于细胞系的表型和起源，并且可能随时间和剂量而异。值得注意的是，与缓慢生长的癌细胞相比，快速生长的细胞系对青蒿琥酯的敏感性更高。

此外，DHA、青蒿琥酯和青蒿甲醚可能通过调控协调生长信号、凋亡、增殖能力、血管生成和组织侵袭及转移的基因和蛋白来发挥作用。这些内过氧化物药物通过不同途径之间的复杂相互作用可能增强其抗癌效果，从而控制癌症并导致细胞死亡。

4.1.1 青蒿素抑制癌细胞增殖能力

在正常细胞中，细胞周期依赖性激酶（CDK）是将信号传递到细胞周期中以推动细胞分裂的蛋白质。正常的生长依赖于有效地传递信号以进行复制和分裂。癌细胞中的不受控制的增殖是由引发生长信号放大的突变、检查点的失调和对生长抑制因子丧失敏感性所致。异常的细胞生长也因程序性细胞死亡或凋亡的失调而被触发。青蒿素及其半合成衍生物能够通过扰乱细胞周期动力学或干扰增殖相关的通路有效地诱导癌细胞的生长抑制。二氢青蒿素和青蒿琥酯是非常有效的生长抑制剂，多项研究指出DHA是最有效的抗癌青蒿素类化合物（DHA > 青蒿琥酯 > 青蒿乙醚 > 青蒿甲醚）。最近，青蒿酮在包括黑色素瘤和乳腺癌细胞在内的7种细胞系中显示出惊人的抗肿瘤效果。青蒿素化合物已被证明对癌细胞具有细胞静止和细胞毒性作用。青蒿素诱导的生长抑制已在细胞周期的所有阶段中被报道；然而，更常见的是G0/G1到S期转变的抑制。在同一时间的所有细胞周期阶段的抑制被解释为细胞静止效应。在DHA处理后的骨肉瘤、胰腺癌、白血病和卵巢癌细胞中观察到了G2/M期的细胞周期阻滞。同样，青蒿琥酯在骨肉瘤、卵巢癌和其他不同的癌症细胞系中也抑制了G2期。

青蒿素类药物诱导的生长抑制的潜在机制包括细胞周期调控酶的表达和活性改变，如CDK2-4和6以及D型环素（G1期到S期转变）或CDK1和A型环素（G2/M期）。青蒿素的抗增殖作用引起CDK转录的下调，CDK启动子的抑制或p21、p27和CDK抑制剂的增加。增殖的抑制也可能归因于针对多个通路的相互作用蛋白的下调。研究表明，在胰腺细胞（BxPC3，AsPC-1）中，DHA处理通过降低增殖细胞核抗原（PCNA）和D型环素的水平来抑制细胞活力，同时伴随着p21的增加。同一系统的另一项研究显示，DHA通过抑制NF-κB因子的活化来对抗其在增殖（c-myc，cyclin D）和凋亡途径（Bcl2，Bcl-xl）中的靶标。DHA在肺癌细胞（SPC-A1）中还下调了存活蛋白，这是一种调节凋亡和G2/M期细胞周期进展的蛋白质。类似的效应在青蒿素处理的骨肉瘤细胞中也被报道。在前列腺癌中，DHA通过破坏Sp1（特异性蛋白1）和CDK4启动子的相互作用来诱导细胞周期阻滞。Sp1-CDK4复合物的解离促进了caspase的活化和细胞死亡。此外，一项研究发现青蒿琥酯作为拓扑异构酶II的抑制剂，通过与多个途径的相互作用来抑制生长。总体来说，青蒿素类药物似乎通过干扰不同癌症实体共有的多个途径来发挥作用。

4.1.2 青蒿素的促凋亡作用

凋亡是抗肿瘤治疗中广泛研究的机制，因为操纵这一过程是控制癌症的有效策略。这个细胞过程由Bcl2家族基因（促凋亡的Bax和抗凋亡的Bcl2）和它们对线粒体的影响介导。Bax/Bcl2比例的增加会诱导细胞色素c的释放，随后引发caspase的顺序活化，最终导致细胞死亡。

在许多癌症和细胞系中，凋亡是青蒿素引发的常见且快速的效应。200微摩尔DHA处理白血病细胞在1小时内诱导凋亡。青蒿素的敏感性与癌细胞系中抗凋亡（Bcl2）和促凋亡基因（Bax）的表达水平相关。在一般情况下，青蒿素的促凋亡效应归因于内源性途径的激活。因此，线粒体膜损伤被认为是细胞死亡事件级联中的关键环节。许多研究表明，青蒿素类化合物通过调节Bax/Bcl2比例来诱导凋亡。与这些观察结果一致，DHA和青蒿琥酯在一组骨肉瘤细胞中引起了细胞色素c的释放、Bax过表达、Bax/Bcl2比例的增加以及caspase 3和9的活化。DHA还激活了caspase 8并降低了CDC25B、cyclin B1和NF-κB的水平。在同一系统中，青蒿琥酯暴露耗尽了存活蛋白，这在DHA处理的肺癌细胞中也被发现具有促凋亡作用。

在肝癌细胞系中，DHA特别是在这个系统中，DHA和原型药物青蒿素似乎具有相似的效力。微阵列分析将c-MYC的表达水平与增强的DHA诱导凋亡相关联。高表达c-MYC的白血病（HL-60）和结肠癌细胞（HCT116）对DHA的促凋亡作用显著更敏感。此外，在HCT116细胞中敲低c-myc基因显著减少了DHA相关的细胞死亡。c-myc的下调也可能与该细胞系中G1期阻滞的诱导有关。在转移性黑色素瘤（A375，G361细胞系）和Jurkat T淋巴瘤细胞中，DHA的高凋亡作用与NOXA（一种促凋亡蛋白）的上调、caspase 3的激活以及氧化应激有关。在肺细胞中，DHA的促凋亡效应伴随着钙浓度的增加和p38的激活。

在某些研究中，还描述了作用于外源性凋亡途径的分子变化。DHA似乎通过增加不同前列腺癌细胞系中DR5（细胞死亡受体5）启动子的转录来诱导DR5表达。事实上，与TRAIL（一种DR5配体）的联合治疗在该系统中显著增强了DHA的促凋亡作用。

青蒿素类药物通常在大多数系统中促进凋亡而不是坏死，然而在某些情况下，已报告了凋亡和坏死的同时发生。诱导凋亡是青蒿素抗肿瘤作用的一个主要优势，因为它防止了坏死引起的炎症和细胞损伤的连带效应。在某些细胞系中，青蒿素诱导的坏死与ATP水平低和缺陷的凋亡机制有关。

4.1.3 青蒿素抑制转移和侵袭

恶性细胞的侵袭能力与癌症患者的高死亡率和发病率有关。癌细胞向其他器官的扩散是一个复杂的过程，涉及恶性细胞通过细胞外基质的侵袭、进入血液循环、并最终在远端器官中定植。为了实现侵袭，癌细胞需要失去E-钙粘蛋白（一种参与细胞-细胞粘附的钙结合跨膜分子）的表达或功能。多种基因编码的细胞外基质处理蛋白酶、运动因子和粘附蛋白也在转移过程中发挥作用。最近，PAI-1和TIMP-1被认为是内源性蛋白酶抑制剂，也被发现与癌症转移有关。青蒿素的一个重要益处是其在高度侵袭性和侵略性癌症实体中表现出的显著抗迁移活性。青蒿素的抗转移活性与基质金属蛋白酶（MMP）家族基因的表达变化以及它们对αvβ3整合素的影响有关。在肝癌细胞（HepG2和SMMC 7721）中，12.5微摩尔青蒿素的处理抑制了迁移，这与MMP2的减少以及TIMP-2的相应增加有关。通过增强E-钙粘蛋白活性和Cdc42的激活，青蒿素增加了细胞-细胞粘附，从而抑制了转移。此外，有研究发现，一些癌细胞可能具有在不同通路上共同作用的特定蛋白质。例如，在非小细胞肺癌和纤维肉瘤中，DHA处理引起了低水平的MMP2、MMP7或MMP9，这由AP-1和NF-κB的转激活或失活所驱动。早期研究表明，MMP2受Sp-1转录因子活性的调节，此外DHA诱导的Sp-1分子相互作用的破坏被认为是DHA在不同途径中调控效应的关键事件。其他研究发现，在小鼠肺Lewis癌中，青蒿素通过抑制血管内皮生长因子C（VEGF-C）介导的淋巴结转移和淋巴管生成受到抑制。

4.1.4 青蒿素对血管生成的抑制

随着恶性组织的生长，转移和实体瘤需要额外的血液供应才能生存和繁殖。因此，癌细胞通过调控参与新血管生成和重塑的蛋白质和通路来诱导新生血管形成。血管生成过程导致内皮细胞的增殖增加，这通过诱导血管内皮生长因子（VEGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）、其受体和细胞因子而发生。这一事件通过多种机制发生，包括缺氧驱动的HIF-1α和芳香烃受体核转运蛋白（ARNT）表达的激活。血管生成的调控受到抑制血管生成的分子如血管抑素、内皮抑素、血小板反应蛋白、TIMP和PAI-1的介导。由于这些分子在肿瘤生存中的作用，促血管生成因子及其调控网络中的分子成为了重要的药物靶点。基于微阵列的研究显示，青蒿素、青蒿琥酯及其他衍生物通过调节血管生成因子的基因表达来抑制新生血管形成。青蒿素的作用似乎通过下调生长因子（VEGF、FGF）、HIF-1α、血管生成介导因子（ANG）、富含半胱氨酸的血管生成诱导物（CYR61）、一些金属蛋白酶（MMP9、MMP11和BMP1）以及胶原蛋白来介导。与此同时，青蒿素类药物引起了血管生成抑制剂的上调。这些发现得到了在不同系统中的实验研究支持，揭示了其他分子相互作用。50微摩尔DHA暴露在人的脐静脉内皮细胞中通过耗尽VEGF受体flt-1和KDR/flk-1的水平来抑制血管生成。类似的效果在淋巴内皮细胞和Lewis肺癌中得以再现。在胰腺细胞（BxPc-3）和BalB/c裸鼠中，DHA通过抑制NF-κB的DNA结合以及下调其与血管生成相关的靶标如VEGF、IL-8、COX2和MMP9，来抑制血管生成。先前已将NF-κB水平的降低与增殖和转移的抑制联系在一起，表明NF-κB调控可能在DHA在这一系统中的多模式作用中起到关键作用。NF-κB是调节多种过程的关键因子，并且在抗癌药物反应中发挥着重要作用。它被DNA损伤激活，并且在应对药物压力时是凋亡抵抗的介质。

青蒿素类药物还被赋予了其他抗癌特性。青蒿琥酯显示了逆转细胞转变、允许组织重新分化的能力，这通过负向调控Wnt信号通路来实现。值得注意的是，青蒿琥酯在分化程度较低的细胞系中更为有效。

4.2 青蒿素对耐药性癌细胞的抗肿瘤作用

成功抗癌治疗的一个主要障碍是随着时间的推移产生的耐药性。许多侵袭性肿瘤对抗癌治疗产生耐药性，而几乎没有化疗替代方案。耐药性的一个主要原因是由于膜蛋白泵的过表达而产生的药物外排，这导致无效的低药物浓度。青蒿素的抗癌活性在其他情况下耐药和多重耐药的癌细胞中表现出不受影响。一项使用55种NCI细胞系和微阵列分析的研究显示，与已确立的抗癌药物耐药相关的基因如MDR1（Pgp）、MRP1和BCRP对青蒿素的活性没有影响。当在多重耐药HL-60细胞系中过表达MRP-1和BCRP的细胞中观察到没有对青蒿琥酯的生长抑制曲线产生影响时，这一发现得到了进一步证实，这表明在存在其他药物耐药的情况下青蒿素的抗肿瘤活性得以保留。青蒿素对包括阿霉素、甲氨蝶呤和羟基脲耐药的细胞系在内的广泛耐药癌细胞系有效，并且没有交叉耐药性。进一步的研究表明，青蒿琥酯的促凋亡作用在阿霉素耐药的白血病细胞系中不受影响；相反，青蒿琥酯增强了阿霉素的促凋亡效应。在另一项研究中，青蒿琥酯的抗癌效力在化疗敏感和耐药的神经母细胞瘤细胞系和初级神经母细胞瘤培养物中得以保留。在这一系统中，青蒿琥酯对文斯汀、阿霉素、顺铂、托泊替康、麦法兰和足叶乙甙适应细胞的敏感性未受影响，IC50范围为1.4-2.7微摩尔，与亲本敏感细胞系相似。仅有一个细胞系对青蒿琥酯表现出低敏感性，这与ROS形成低和谷胱甘肽半胱氨酸合酶（GCL）表达增加有关。通过GCL抑制剂介导的谷胱甘肽耗尽改善了该细胞系对青蒿琥酯的敏感性。P-糖蛋白（Pgp）或p53的衰减没有影响青蒿琥酯的敏感性。DHA在某些细胞系如胆管癌（CL-6）和肝癌（Hep G2）中显示了最低的IC50值，与其他抗癌药物相比，这表明，MDR1、MRP1-2或MRP3的上调对药效没有影响。抗癌药物与青蒿素类药物之间缺乏交叉耐药性可能基于不同的药物作用机制和/或耐药机制。大多数传统抗癌药物是核苷类似物，而青蒿素的作用被认为是通过ROS依赖机制介导的。此外，在红髓性白血病和人类小细胞肺癌中，青蒿素对Pgp或MRP1没有显著的抑制作用，因此原则上膜蛋白泵的过表达可能不会影响青蒿素的药效。然而，在另一个系统中，青蒿素（原型药物）通过上调mdrp通过一种机制增加了对阿霉素的耐药性，这将在后面讨论。

4.3 青蒿素类药物与标准抗癌化疗的相互作用：用于癌症的青蒿素联合疗法（ACT）？

现有的抗癌疗法主要针对癌细胞的增殖，通常采用化疗药物、离子辐射或直接对生长因子信号通路的毒性作用。在癌症的联合治疗中，青蒿素类药物的抗肿瘤作用可以提供独立的抗癌活性，并且不会增加额外的副作用。关于将青蒿素类药物与其他抗癌药物结合使用的益处进行了研究，显示青蒿素通过不同通路的多因素作用可能增强总体活性（协同作用）。

已有报道指出，耐药癌细胞系通过添加青蒿素到常规治疗中变得对治疗敏感（化疗增敏作用）。有趣的是，DHA和青蒿琥酯表现出最强的化疗增敏/协同效应，而原型药物青蒿素则仅表现出加成和拮抗作用。DHA显著增强了用于胰腺癌的抗癌药物吉西他滨的抗癌效果，这种药物随着时间的推移会产生耐药性。在胰腺细胞中的体内和体外分析显示，与单独使用吉西他滨相比，DHA引起的生长抑制和凋亡增加了4倍和2倍。DHA在增强吉西他滨活性的双重作用以及可能抵抗耐药性的效果归因于DHA对吉西他滨诱导的NF-κB激活的抑制及其对其靶标的作用。同样的效应在肝癌细胞系中得到了证实，无论它们的p53状态如何。DHA与吉西他滨联合使用时，肿瘤生长抑制作用增强了45%，而原型药物青蒿素仅诱导了加成效应。

与此一致的是，在Lewis肺癌细胞系中，DHA与环磷酰胺联合使用显示出更强的抗肿瘤活性，或者与顺铂联合使用在小鼠非小细胞肺癌A549细胞系中也表现出更强的抗肿瘤活性。在大鼠C6胶质瘤细胞中，添加1微摩尔DHA使得替莫唑胺（一种用于治疗脑癌的DNA烷化剂）的细胞毒性增加了177%。进一步的研究发现，DHA通过ROS生成促进了替莫唑胺的促凋亡和促坏死作用。最近，青蒿琥酯的抗癌活性在不同的联合治疗方案中得到了增强。与免疫调节药物来那度胺联合使用时，青蒿琥酯表现出显著的协同作用。

然而，青蒿素联合疗法的益处需要谨慎评估。治疗效果受到药物作用机制和特定系统和方案中多重相互作用的影响。最近的研究表明，在结肠癌和乳腺癌细胞中，吉西他滨与青蒿酮联合使用仅表现出加成效应。在结肠癌细胞（HT-29）中，有人提出青蒿素可能通过对抗阿霉素对NF-κB抑制的作用而削弱阿霉素的活性。同一研究的作者报告了在相同系统中，青蒿素通过不同机制诱导了阿霉素耐药性。因此，有人提出青蒿素暴露通过抑制SERCA引起钙的积累，导致Pgp上调，并导致阿霉素耐药细胞的产生。相反，使用钙螯合剂预处理可以使细胞恢复对阿霉素的敏感性。然而，尚未在这一系统中评价DHA和青蒿琥酯；尚不清楚这些最有效的化疗增敏剂在该细胞系中是否具有相似的效应。到目前为止，青蒿琥酯或DHA与阿霉素和比拉鲁宾联合使用显示出在白血病和人类小细胞肺癌耐药细胞系中的化疗增敏作用，但在敏感的亲本细胞系中没有进一步增加敏感性。化疗增敏作用与Pgp抑制无关。总体而言，这些证据表明DHA和青蒿琥酯具有显著增强抗肿瘤药物的能力并抵抗肿瘤耐药性。

青蒿素类药物还可以增强基于离子辐射的疗法。在U373MG胶质瘤细胞中，DHA处理抑制了辐射引起的GST表达并伴随ROS生成。与单独使用辐射或DHA相比，青蒿素联合治疗显示出更高的效果。青蒿素在其他癌症治疗中包括高压氧疗法中的辅助作用也有报道。

4.4 青蒿素耐药性

青蒿素的一个突出特点是，尽管青蒿素作为抗疟药物已使用了30年，但在体外或临床上尚未确认其耐药性。在临床上，曾有患者的治疗失败中报道了耐药性。然而，在体外，耐药菌株通常不稳定，通常在连续多年药物暴露后才会产生。青蒿素在不同癌症途径上的多模式作用也可能预示着在恶性细胞中延迟诱发耐药性。确实，只有少数细胞系表现出对青蒿素或其衍生物的低敏感性或无反应。例如，青蒿素（原型药物）在乳腺癌细胞（MCF-7）和胃癌细胞（MKN）中似乎活性较低。有些研究在乳腺癌细胞中建议青蒿素的反应可能由雌激素受体（ERα和ERβ）介导，这些受体参与细胞增殖。值得注意的是，有报道指出在乳腺癌细胞中，破坏铁代谢可能增强阿霉素和顺铂的效力。青蒿素反应较低还与高度转移性鼻咽癌细胞系（CNE-1，CNE-2）中过表达的BMI-1有关。最近的一项研究发现，在一个独特的顺铂化疗耐药细胞系中存在对青蒿琥酯和DHA的一定程度的交叉耐药性。这种效应可以通过L-丁氧基-S,R-磺氨酸（一种抗氧化剂GCL的抑制剂）部分逆转。

然而，在实验条件下，已在体外产生了耐药性。使用敲除和转染细胞进行的微阵列和实验研究表明，肿瘤抑制因子p16INK4A和抗氧化蛋白过氧化氢酶的上调可能赋予了青蒿琥酯独立于p53状态的耐药性。最近，有研究表明，在高转移性乳腺癌细胞中，用20微摩尔青蒿琥酯预孵育24小时会诱发耐药性。预处理的MDA-MB-231转移性细胞对进一步的青蒿琥酯治疗完全无反应，而在非转移性细胞系MDA-MB-468中，导致了敏感性较低的细胞。进一步研究表明，青蒿琥酯诱导耐药性和敏感性丧失与NF-κB、AP-1和NMP-1的上调转录有关，这些分子克服了青蒿琥酯的促凋亡和抗转移作用，并允许肿瘤进展。然而，目前尚不清楚青蒿琥酯诱导的耐药性和敏感性丧失是否在长期细胞亚培养后得以保留。还需要阐明其他半合成内过氧化物是否可能在这一细胞系中产生类似效应，或者联合治疗是否可能延迟或逆转这种效应。

5. 未来的研究方向：青蒿素作为抗癌药物的挑战和前景

青蒿素及其衍生物被认为是治疗癌症的新型药物候选者。然而，在其作为抗癌药物的发展和应用过程中，仍然存在一些挑战和未来研究方向。

5.1 青蒿素的靶向性和选择性

青蒿素的一个显著优势是其对癌细胞的选择性毒性。然而，为了进一步开发青蒿素类药物，了解其对不同癌症类型的特异性和靶向性是至关重要的。未来的研究需要深入探讨青蒿素在不同癌症细胞系中的作用机制，并鉴定其潜在的分子靶点。通过基因组和蛋白质组学分析，确定青蒿素在不同癌症中的特异性靶标，将有助于设计更有效的治疗策略。

5.2 青蒿素的药物耐受性和安全性

尽管青蒿素类药物在抗疟疾治疗中表现出良好的耐受性和安全性，但其在抗癌治疗中的长期使用是否会引发毒性或耐药性仍需进一步研究。此外，青蒿素类药物的药代动力学特性也需要进一步优化，以提高其在癌症治疗中的疗效和安全性。未来的研究应致力于开发具有更好药物代谢特性的新型青蒿素衍生物，并评估其在临床应用中的长期安全性。

5.3 青蒿素的联合治疗

青蒿素类药物与其他抗癌药物联合使用的潜力已在一些研究中得到初步证实。然而，联合治疗的具体机制和最佳组合方案尚未完全明确。未来的研究应进一步探讨青蒿素与其他抗癌药物之间的协同作用，尤其是在克服耐药性癌症中的应用。此外，还需要研究青蒿素与放射治疗或免疫治疗的联合效果，以探索其在多模式治疗中的潜力。

5.4 青蒿素的临床转化

尽管青蒿素类药物在实验室研究中显示出显著的抗癌活性，但其临床应用仍处于早期阶段。未来的研究应集中于青蒿素类药物的临床试验，以验证其在癌症患者中的疗效和安全性。此外，还需探索青蒿素在不同癌症阶段和类型中的应用，包括早期预防、中期治疗和晚期癌症的治疗。

6. 结论

青蒿素及其衍生物作为一种具有潜力的抗癌药物，展示了显著的抗肿瘤活性，尤其在某些耐药性癌症中表现出卓越的效果。然而，青蒿素类药物在抗癌治疗中的应用仍面临挑战，未来需要通过深入研究和临床验证，进一步了解其作用机制和优化其治疗效果。随着科学研究的不断推进，青蒿素有望成为一种有效的抗癌药物，为癌症患者提供新的治疗选择。

BioMed Research International - 2011 - Crespo-Ortiz - Antitumor Activity of Artemisinin and Its Derivatives From a.pdf 抗肿瘤活性的青蒿素及其衍生物：从一种广为人知的抗疟药到一种潜在的抗癌药物.pdf 抗肿瘤活性的青蒿素及其衍生物：从一种广为人知的抗疟药到一种潜在的抗癌药物.docx