植物生物活性化合物的抗癌活性

在地球上，到2018年，约有18100万人被诊断患有癌症，死亡率为9600万桶。虽然已经取得了进展，但尚未取得成功的癌症治疗。此外，癌症的标准治疗(化疗、放疗、免疫治疗)成本很高，治疗往往会给患者带来痛苦和各种副作用[2]。因此，有必要寻找一种毒性小、效率高、成本低的新方法。植物活性化合物能够对抗细菌和病毒，抑制癌细胞信号通路。从几千年前开始，植物就被用来预防和治疗癌症和各种疾病。红帝，或者神农氏中国古代的皇帝，编纂了第一部草药文献，《Pentsao在公元前2800年的美国，50% -60%的癌症患者接受标准癌症治疗和额外的草药治疗的结合。这些额外的治疗产物(EGCG, idroxycerol，白藜芦醇，萝卜硫素等)是结肠癌，乳腺癌，肺癌，肝癌，NF-κB, Hedgehog, Wnt通路和血管生成的靶向治疗[3,4]。由于抗癌植物活性化合物对癌症干细胞有较高的影响概率，可能有机会使新的癌症治疗方法停止或消除癌症，这就是植物活性化合物与化疗的结合。本文就植物生物活性化合物在抗癌服务中的作用进行了综述。

我们使用关键词“肺癌，癌症干细胞，信号通路”来进行搜索www.Pubmed.gov以及其他医学期刊通过翻译关键词搜索得到的资料，运用分解分析、总结结论等方法进行研究(表1)。

表格1：中药抗癌生物活性成分。

细胞死亡

细胞凋亡是一种程序性细胞死亡。在这个高度调节的过程中，不必要的细胞死亡。许多条件激活凋亡途径，包括DNA损伤和非调节细胞分裂。凋亡过程是由细胞内(内)和细胞外(外)信号通路激活的。这也被称为线粒体途径和死亡受体途径。内源性途径调控包括DNA损伤、生长因子缺失、细胞因子耗竭，外源性途径调控包括免疫系统反应诱导的细胞死亡刺激信号引起的细胞毒性T细胞损伤。为了通过数百种蛋白质进行凋亡，内源性和外源性信号通路使用被称为caspase的蛋白质。所有这些途径结合在半胱天冬酶蛋白[46]中。

癌症细胞死亡

癌细胞通过非调控的细胞分裂和刺激血管生成来避免凋亡。细胞凋亡是防止癌症发生的过程，成为肿瘤靶向治疗的重要目标。凋亡控制的丧失使癌细胞的存活和突变过程得以进行。此外，还能增加癌细胞的侵袭性，刺激血管生成，调节细胞的营养状况。癌细胞有许多方法来逃避凋亡。包括抑制caspase功能和失活凋亡刺激因子[46]。

细胞死亡是癌症治疗的必要条件。目前在临床使用的标准癌症治疗方法(化疗、放疗、靶向治疗和免疫治疗)都是为了杀死癌细胞[3,46]。此外，植物活性物质具有抗炎症作用;病毒和癌症诱发细胞死亡。与化疗相比，天然植物化合物能够以细胞信号通路为靶点诱导细胞死亡因子，如转录因子、生长因子、癌细胞生存因子、炎症细胞因子、蛋白激酶和血管生成。由于同时存在靶点信号通路，[47]具有选择性杀伤癌细胞的能力。

• •在细胞死亡周期:<起泡>，细胞收缩和核碎裂发生[3]。细胞死亡分为内调节和外调节。
• •内部调节:当DNA受损时，P53蛋白激活，消除BAX蛋白，线粒体在细胞膜上穿孔，消除细胞色素C蛋白，激活凋亡蛋白酶激活因子-1 (Apaf-1)和ATP，导致caspase 3在caspase 9的作用下被激活，破坏DNA，最终发生细胞死亡[46,3]。
• •外部调控:CTL细胞的Fas配体(TNF跨膜蛋白)与靶细胞的Fas分子(Apo-1或CD95)相互作用，激活caspase 8。结果，caspase 8激活caspase 3，细胞死亡发生[46,3]。

细胞信号通路

有12种主要通路，在某些类型的癌症中，这些通路具有异常的[4]功能。Hedgehog信号通路导致细胞分化、生长并决定胚胎正常功能[48]。另一方面，由于Hedgehog (Hh)通路的异常激活，导致脑癌、肺癌、前列腺癌、白血病、胃癌和皮肤癌的发生[3,49]。此外，将成体干细胞转化为癌症干细胞，可产生癌症[3]和耐药性。Hedgehog信号通路由三个配体(Sonic Hedgehog - shh, Indian Hedgehog - ihh,Desert Hedgehog - dhh)，两个受体(PTCH1, PTCH2)，关键信号转导平滑(SMO)和三个转录因子(Gli1, Gli2, Gli3)[49]组成。音hedgehog基因(SHH)包含~20 kDa的n端信号域(sh - n)和~25 kDa的c端信号域(其作用未知)。当SHH连接到patches -1 (PTCH1)受体上时，Smoothened(被PTCH1抑制)被激活，GLI转录因子被激活。激活的GLI在细胞核和hedgehog靶基因转录中积累，导致hedgehog信号通路激活，Fas和凋亡基因减少，血管生成增加[3]。

Wnt信号通路不参与成人和动物的正常生理功能，只参与胚胎发生和癌症发展[3,50]。Wnt信号通路调节胚胎细胞迁移、细胞极化、神经元分化和器官发生，影响干细胞的更新。由于正常Wnt信号通路调控的缺失，导致胚胎发生中断，进而发展为乳腺癌、结肠癌、胃癌、白血病、黑色素瘤、真皮癌和骨损伤[50,51]。Wnt信号通路分为β-catenin(典型)和非β-catenin(非典型)[50]

• •β-catenin (canonical): Wnt蛋白连接细胞表面的Frizzle受体Dishevelled (DSH)复合物激活时，GSK被抑制，β-catenin自由进入细胞核，激活TCF，从而提高基因表达[50,51]。
• •非β-连环蛋白(Non - β-catenin，非典型):由于Wnt蛋白的缺乏，DSH复合物未被激活，因此次级蛋白复合物GSK、axin和APC被激活，打破β-连环蛋白[3,50,51]。

NF-κB信号通路NF-κB(活化B细胞的核因子kappa-光链增强子)控制细胞炎症、变化、增殖、血管生成、转移、化疗和放疗的耐药性。NF-κB在大多数癌细胞中都有活性，细胞激活可诱导癌细胞生长，抑制细胞凋亡并诱导血管生成[52,53]。TNFα诱导细胞死亡和炎症机制。虽然炎症的过程是先天免疫保护机制，但如果持续(慢性)很长一段时间，它会导致组织损伤、自身免疫紊乱、细胞负荷过度、收集炎症因子是使DNA损伤，结果各种类型的癌症发展和支持癌症的生长通过改变遗传序列，损伤组织表观遗传，其微环境[53]。TNF - α与细胞表面受体TNFR-1连接，导致TRADD (TNF受体1型相关死亡结构域蛋白)、RAF-2 (TNF受体相关因子2)、IAP(凋亡蛋白抑制因子)、RIP/RIP K(受体相互作用蛋白激酶)蛋白被激活，从而激活IKK(核因子kpa - b激酶亚基α的抑制因子)复合物，并导致IkBa (kpa - b抑制因子)缺失。由于IkBa的缺乏，NF-κB进入细胞核，释放炎症前基因、抗凋亡基因和细胞因子。

血管生成是一种新的血管形成的生理过程，是指示肿瘤预后、浸润、转移、生长、营养状况和供氧的肿瘤细胞预后的一般标志。因此，抑制血管生成具有重要意义。血管生成抑制剂分为直接抑制剂和间接抑制剂[54,3]。

血管生成的直接抑制剂

血管生成直接内源性抑制剂包括血管抑制素、血管抑制素、抑制素、康他汀和肿瘤抑制素等。这些部分是来自细胞外基质蛋白的蛋白水解过程。内源性抑制剂可阻止内皮细胞分裂。对血管生成的直接抑制过程使用某些细胞内信号通路，使用内皮表面整合素蛋白。其中包括PI3K, Akt，雷帕霉素的哺乳动物靶点(mTOR)等。[54]。

血管生成的间接抑制剂

血管生成间接抑制剂用于常见的化疗药物、癌基因靶向治疗、肿瘤微环境及其他靶向治疗途径。这些抑制剂可阻止血管新生的形成和表达，并抑制促血管新生蛋白功能[54]。血管内皮生长因子(VEGF)可诱导肿瘤血管生成。由于VEGF与VEGF受体连接，mapk信号通路被激活，释放MMP、uPA、uPAR、纤溶酶原激活蛋白。通过VEGF的影响，上皮细胞发生信号级联。VEGFR-2 (VEGF受体-2)激活酪氨酸激酶信号级联，有机会形成成熟发育的血管，维持转录、生长和存活[3]。血管生成抑制剂与化疗和靶向抗癌治疗一起使用显示出很大的前景。根据癌症类型、抗血管生成药物和化疗，血管生成抑制剂可在化疗前或化疗后使用。这些联合治疗在许多临床前和临床研究中都取得了一定的效果。

免疫治疗的主要目标是消除癌症和减少肿瘤质量[2]。目前，免疫治疗的目的是抑制癌细胞表面标记物，诱导非特异性免疫细胞如树突状细胞，?细胞，NK细胞，CTL, NKT细胞和细胞因子IFNα， IL12, IFNγ， IL2, IL7的功能。因此，免疫反应率增加。虽然标准的癌症治疗方法能够摧毁癌细胞，但是癌症的主要细胞并没有被摧毁。因此，出现治疗后耐药、复发和转移。癌症干细胞是全部癌细胞中的一小部分，在基因群的积累中具有自我更新和无限生长的潜力。此外，它们缺乏营养物质和氧含量，并从邻近细胞吸收营养，具有很高的灵活性，具有应对应变的潜力[54-56]。细胞表面标记是癌细胞保护和存活的方法之一(表2)。目前，对癌细胞表面标记及其活性还没有全面的研究。

表2:人类癌症中的癌症干细胞表面标记物。

从上面的表面标记来看，大脑中最上面的是CD133和CD44。CD133 /突起蛋白1/属于突起蛋白群，有5个跨膜蛋白和2个外环境糖基化囊。肿瘤细胞表面CD133蛋白的过度生长导致耐药和癌症发展能力[62]。该蛋白在多种癌症中均有检测，但目前对其研究还不全面，存在争议[62,60]。CD133常在神经元、前列腺、脑、结肠、肺、肝和卵巢癌的干细胞表面检测到[60]。CD44属于非激酶类，是细胞表面跨膜糖蛋白。健康个体中含有少量或不含有。CD44的过量检测可诱导肿瘤干细胞生长，并对患者的预后产生负面影响[63]。如果CD44一般在癌症干细胞表面检测到，会减少谷胱甘肽的合成，增加活性氧能力，从而发生各种类型的耐药。CD44的主要作用是将胱氨酸泵入机会干细胞。因此，由于抑制谷氨酸转运，CD44依赖性肿瘤生长降低，治疗敏感性增加[59]。 CD44 has an essential role to start MAPK, Hippo, β-catenin, AKT, TGF-β, Emmprin, MMPs and STAT3 signaling pathways [63].

多项研究证明植物活性化合物具有低毒性、高抗癌效果的特点。例如，在MDA-MB-231异种移植实验模型中，从太平洋紫杉的树皮中提取紫杉醇[64]，它抑制CD133，有抑制癌症生长的效果。但在停止治疗后，癌症发展得更快。在APCMin+/−小鼠模型中，达沙替尼和姜黄素降低了癌症干细胞表面标记物(LDH, CD44, CD133, CD166) 80- 90%[65]。虽然临床试验证实了?urcumin具有杀伤肿瘤干细胞的作用[66]，但其生物利用度较低。因此，难以用于治疗[67,68]。

很久以前，人们都知道癌细胞会不断增殖和转移，但最近研究人员证实癌细胞有负责耐药性和转移的干细胞群。在世界范围内，目前我们正在使用基因疗法，抗血管生成疗法治疗癌症患者。这有多种效果，如在癌症标准化治疗后保持缓解而不复发，减小肿瘤大小等。然而，化疗费用高(不能在贫穷国家使用)，毒性高(损害其他健康器官)，而且对癌症干细胞没有作用。植物基生物活性化合物可降低癌症发展风险，并通过协同作用提高药物疗效，抑制癌症进展，可单独或与其他药物合用，因此可能是低成本的变异。要彻底根除癌症，就必须根除癌症干细胞，而通过根除癌症干细胞，就有可能停止癌症的进展，并保持缓解而不复发。近年来，关于癌症干细胞的研究得到了深入的开展，截至2015年，已有5000篇相关研究发表。从治疗癌症干细胞的几种途径来看，最有效的途径是信号通路和表面标记物的抑制。

通过大量研究，CD44作为癌症干细胞表面标记物已被证明是可能的靶向治疗。目前的治疗策略是减少CD44检测。因此，目前的治疗策略是降低CD44检测负荷。此外，癌症干细胞的信号转导通路对癌细胞和肿瘤的微观环境起着重要作用，因此这一课题的研究已经持续了近10年。通过许多流行病学和体外研究，证明绿茶对癌细胞有作用，支持肿瘤放疗。目前国际研究中心都在检测以植物为基础的生物活性化合物对肿瘤的作用能力，常用于体外、体内癌症的预防、治疗研究。有些临床试验是连续进行的。基于植物的生物活性化合物的研究非常有趣，因此我们应该了解它们的潜力、药代动力学指标、药代动力学相互作用、代谢、毒性、药物相互作用和多态性。因此，要研究植物基生物活性化合物的重要性，我们面临着几个问题。其中包括:建立肿瘤干细胞和细胞模型，试验植物活性化合物的作用机制和剂量。 Through these, we can clarify important mechanism of treatment, and has responsibility to develop better treatment methods. Signal transduction pathways of cancer cells play important role of biologic activity, thus to develop treatment we should thoroughly assess. Recently, clinical trials of the signal transduction pathway during pancreas, colon, and ovary cancer have been unsuccessful. Furthermore, information of detailed biochemical understanding of signal transduction is insufficient. Inhibition of signal transduction pathways has poor results if used solely, and interaction suitfulness of chemotherapy drug or other treatment targets should be determined. In recent years, possible plant based bioactive compound that can suppress self-renewal, survival of cancer stem cells are being performed. Starting from now, we face need for new studies on complex effect of CSC and performing testing of bioactive compounds for treating for metastatic cancer. We assume that in future through clinical trial studies, an additional treatment strategy of using signal transduction inhibitors will be developed.

信号转导通路与多种类型的癌症相关，因此信号转导具有很高的重要性。尽管信号转导的研究取得了进展，但我们仍应深入研究信号通路的机制。从以上信息可以得出结论，在癌症治疗中使用植物生物利用度可以有效地用于癌症晚期无法应对化疗的患者，目前缺乏临床试验。因此，有必要在这一领域进行进一步的研究。

没有利益冲突。