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1、生物技术专业实践,主讲教师：李玉新,-中药抗肿瘤机制的全方位思考,癌症是对人类健康威胁最为严重的疾病，已有的各种癌症化疗药物由于耐药性及毒副作用等问题的存在，对癌症的治疗效果并不理想。因此寻找高效、低毒的中药抗肿瘤药物一直是人们关注的焦点，这也为中药在抗肿瘤药物研发领域中的发展创造了良好机遇。,中药抗肿瘤药研发背景,抗肿瘤中药研究现状,近年来随着我国对中药抗肿瘤的重视和深入，如何利用现代医学研究手段探讨并寻找中药抗肿瘤活性成分和明确其肿瘤作用机制成为研究的重点和热点领域。,1、传统中医理论对肿瘤的认识 传统医学对肿瘤的认识历史悠久，经典著作黄帝内经中对肿瘤有“除积之药，知在攻补之益”的论述，特
2、别是对“毒、瘀、虚”理论在肿瘤方面的内在病理有广泛的应用，可见，中医理论对肿瘤治疗强调“扶正祛邪”、“解毒祛瘀”、“阴阳平衡”的辨证施治。从现代医学观点来看，扶正祛邪的根本目的在于改善和恢复机体神经体液调节，增强免疫调节，从而杀死体内的恶性肿瘤细胞，手术、放疗、化疗虽然都是祛邪抗癌的有效手段，但着眼于消灭癌性病灶，势必会造成机体气血耗伤，脏腑功能紊乱失调，相反，中医着眼于整体，在祛邪抗癌同时给予扶正培本以达到攻补兼施。,2、抗癌中草药作用类型 （1）扶正固本药 调节机体免疫功能状态，使机体的抗肿瘤免疫功能得以加强是中药抗肿瘤机制之一。 祖国医学认为“正气不足，而邪气踞之，积之成也”。对肿瘤的治
3、疗也须祛邪与扶正并举，才能发挥更好的疗效，肿瘤患者机体免疫功能常常处于低下状态，而提高免疫功能能够提高机体识别异己能力，达到杀灭肿瘤的目的。 本类药物多具补益功能，毒性低，患者易耐受，对体质虚弱的中晚期癌症患者具有良好的临床效果。主要有人参、黄芪等。,（2）活血祛瘀药 大量研究表明，大多数癌症患者血液均处于高凝状态，而且此种状态与肿瘤的复发转移有密切关系，活血化瘀药物是近几年被逐渐认同的肿瘤辅助用药，可以改善癌症患者的高凝状态。 目前研究较多的是川芎、丹参、莪术、牛膝、姜黄、乳香、王不留行等。,（3）清热解毒药 诱导细胞凋亡是目前研究最为热点的中药抗肿瘤机制，越来越多的证据表明中药抗肿瘤的疗效
4、与中药诱导肿瘤细胞凋亡有关。清热解毒类药物一方面可以具有抗癌特性，另一方面可以缓解患者肿瘤热症状、治疗并发的感染、提高免疫功能。 这类药物有苦参、白花蛇舌草、山豆根、斑蟊、长春花、冬凌草、穿心莲、黄芩、天花粉、夏枯草等。,（4）泻下药 研究较多的中药有巴豆、大戟、芦荟、商陆等，这类中药是一组毒性较大的中药，而且在临床中也有一定的争议，如巴豆中提取的TPA是一种强促癌剂，但它对HL-60细胞却有显著的诱导分化作用，巴豆的另一抗癌有效成分为一糖蛋白moguin，分子量为9000，其中单链蛋白质专属抗癌活性，对正常细胞无效。另外，商陆多糖、芦荟甘露聚糖等均有研究证明具有明显的抗癌作用。,（5）其它
5、在中药中还有很多的中药如：山楂、真菌类多糖、紫菀、鲨鱼软骨素及其一些复方等均有研究证明具有抗癌活性成分。还有一些可以明显减轻放化疗的副作用及增敏作用。这些研究表明，以中医药理论为基础的中药抗癌研究是可行的，而且各类中药的抗癌活性成分与各类中药的药理药性密切相关。,中药目前在国际上还没有获得普遍的认同，更无法与西药相抗衡。究其原因，主要有以下两点。 1、中药化学成分复杂，有效成分不清且定性、定量困难，个体差异大，缺乏现代科学理论的支持； 2、中药的作用机制方面仅有传统的中医药理论基础，无法用现代生物医学知识作为理论基础，缺乏一个可以量化的现代生物医学指标，如蛋白质水平和基因表达水平方面的量化指标
6、等。,我国中药研发面临的关键问题,3、我国中药研究长期处于低水平重复，无法与现代科学、信息学和理性思维接轨，存在明显的经验主义偏向和盲目性。,国际中药市场总量,国际中药市场占有量,欧洲 32%,其他 18%,日本现有汉方药厂约200 家左右。中药材70 %从中国进口。每年日本从中国进口的单项超百吨的中药材34 种。,日本只用了伤寒论、金匮要略的210个汉方，在15 年内取得了骄人的成绩。（日本在中国“六神丸”基础上研制的“救心丸”年销售额就达上亿美元）,日本,日本开发中药新产品的基本思路是:中药传统古方与现代制剂工艺的完美结合。,国外天然药物研究现状,韩国为亚洲四大传统医药市场之一，年销售额1
7、0 亿美元以上。 韩国保健卫生部1969 年规定11 种古典医学文献上的处方可由药厂生产而无需做临床等各种试验，其中有医学入门、景岳全书、寿世保元、本草纲目等4 种是我国古典文献。 68 个单方制剂作为药品进入健康保险，这也刺激了韩国中药制剂的发展。 韩国出口的拳头产品高丽参，高出我国东北园参价格十几倍。,韩国,1992年NIH设立了替代医学研究办公室、对包括1992年NIH设立了替代医学研究办公室、对包括中药在内的传统药物进行评估。美国一些著名大学和研究机构如NIH 、斯坦福大学、哈佛大学和加州大学等开展了中西医结合研究。美国NIH和艾滋病防治中心分别对300余种中草药进行筛选和有效成分的研
8、究。斯坦福大学设立了“美国中药科学研究中心”。一些制药公司也向我国购买药材和提取物的粗制剂进行分离、提纯、有效成分的结构测定和药理作用筛选。,美国,德国、法国、北欧诸国、捷克等,对植物药的基础性研究已经展开、许多国家正在探求与我国合作的可能性。欧洲市场：德国50%，法国、英国、丹麦随其后。,1、临床循证医学研究 传统中医药有几千年的临床运用历史，它是人们在生活、疾病中不断总结、筛选而得，对其作用规律有一定的了解，是经过实践证明的，因此，对临床的研究目前主张多样本、多中心、大样本的循证医学，源于临床，应用于临床，找出中医药的突破口，有针对性的进行深入研究。,抗癌中草药研究途径,目前中医药抗癌研究
9、的途径主要有3种。,2、大规模的药物筛选 这种方法在国外比较重视，特别是21世纪出现的基因芯片使之研究更为广泛，如美国、日本等国家对大多数中药均有过大规模的药物筛选，这种方法对中医药抗肿瘤研究具有一定的研究价值。,3、药物追踪法 这种方法是在中医药理论支持下，有选择性的对临床抗癌显效的药物进行有的放矢的研究，甚至分离纯化出抗癌有效成分;另有人采用化学追踪法进行研究，如对生物碱、黄酮、萜类、多糖、多肽等选择性进行研究，这类研究在目前较多，优点在于研究较快，但准确性难以估计。,1、诱导细胞凋亡,中药抗肿瘤作用分子机制的研究方向,（1）线粒体途径 已逐渐认识到线粒体是细胞凋亡的“中心执行者”，某些与
10、凋亡相关的基因产物(蛋白质和酶) 均可定位于线粒体。在细胞凋亡的诱导期，线粒体的结构和功能就开始发生一些特征性的变化。很多中药成分是通过线粒体途径诱导细胞凋亡。,（2）p53途径,p53基因是抑癌基因，分为野生型与突变型两种。 野生型p53(wtp53)监视着G1期DNA状态，当DNA受到损伤时，可抑制细胞增殖，直至DNA修复。如果DNA损伤过于严重，不能修复，wtp53可诱导细胞凋亡，从而阻止具有癌变倾向的基因突变细胞的增殖。 突变型p53基因则不能监视损伤的DNA进入S期，细胞因遗传的不稳定性而产生突变和染色体畸形；而且，不能诱导突变的细胞凋亡使异常增殖的细胞停止增殖，最终引起细胞癌变。,
11、（3）Bcl-2家族,Bcl-2基因表达产物分布于核膜、线粒体内膜、内质网膜，在多种肿瘤细胞中都有异常高表达，具有抑制细胞凋亡的作用。其可能通过阻断凋亡的公共信号传递通路(如抑制线粒体释放细胞色素C或抑制由Fas和Fas-L介导的caspase-8激活Bid)达到抑制或阻断多种细胞及细胞系的细胞凋亡过程。,Caspase介导的细胞凋亡信号转导机制,（4）c-myc基因 c-myc基因是细胞增殖调控的早期反应基因，其表达产物具有双向性，既可诱导细胞凋亡，也可刺激细胞增生，这主要取决于其接受的信号。c-myc蛋白与max蛋白形成二聚体，作为转录调节因子，激活介导细胞增殖的基因和诱导细胞凋亡的基因。
12、c-myc可能直接参与启动凋亡，细胞并不需要进入增殖周期状态。c-myc基因所引起的细胞凋亡可被bcl-2的过表达所抑制。,2、直接抑制肿瘤细胞生长与增殖,（1）抑制DNA、蛋白质合成 许多抗肿瘤和扶正中药是通过改变癌细胞DNA 和蛋白质代谢来发挥作用的。 冬凌草甲素可抑制肿瘤细胞的DNA、RNA及蛋白质的合成，其机制可能是抑制了DNA聚合酶的活性。Lin等报道紫云英根水提液能抑制胃癌AGS及KATO 细胞生长，并可观测到AGS细胞的DNA合成受到抑制，而未出现凋亡。,（2）拓扑异构酶抑制剂 真核细胞DNA的拓扑结构由两种关键拓扑异构酶调节，它们在DNA复制、转录、重组，以及在形成正确的染色体
13、结构、染色体分离、浓缩中发挥重要作用，如喜树碱化合物即为拓扑异构酶抑制剂，鬼臼毒素类药物为拓扑异构酶抑制剂。研究证实绿茶中提取的表没食子儿茶精232没食子酸可抑制拓扑异构酶、的活性。,（3）抑制有丝分裂及微管蛋白聚合 有些中药成分阻断肿瘤细胞有丝分裂过程，或是通过抑制微管蛋白聚合使细胞分裂停滞于有丝分裂中期。 紫杉醇即为此类药物。Chang等用丹参中分离的salvianl处理多种人类肿瘤细胞株后，可观察到细胞周期受阻于有丝分裂期，免疫化学研究显示细胞内微管网络发生改变，实验表明它能够抑制微管聚合。Kobayakawa等报道紫花牡荆素能使KB细胞停滞于G2期，可观测到纺锤体断裂，提示此药具有抗有
14、丝分裂活性的作用。,3、调节细胞信号转导,（1）G蛋白偶联受体信号转导途径 G蛋白接受信号，通过胞内第二信使激活蛋白激酶引起一系列生理效应。蛋白激酶包括cAMP依赖性的蛋白激酶A(PKA)、cGMP依赖的蛋白激酶G等。G蛋白与鸟苷三磷酸(GTP)结合后还可激活磷脂酶C，水解磷酸肌醇为三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DG)，作用于Ca2+和蛋白激酶C(PKC)。一般认为cAMP-PKA与DG-PKC途径为一种动态的调控关系，前者对细胞增殖起负调节作用，促进其分化，而后者相反。,（2）酶偶联受体信号转导途径 酶偶联受体信号通路主要通过蛋白质特定氨基酸残基的磷酸化级联反应来传递信息，一些受体具有酪
15、氨酸激酶活性，而且有些原癌基因成员本身就是蛋白激酶。 在大多数肿瘤中，酪氨酸激酶活性升高，许多研究发现黄酮类化合物能抑制此类激酶活性。 丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK)磷酸化级联反应是一条重要的信号转导通路，与细胞的增殖、分化密切相关。,MAPK参与的细胞信号转导途径,STAT参与的细胞信号转导途径,NF-kB参与的细胞信号转导途径,4、诱导细胞分化 恶性肿瘤细胞在形态、功能等方面都类似于未分化的胚胎细胞，分化诱导剂可使肿瘤细胞向正常成熟方向逆转，一般不直接杀伤肿瘤细胞。已发现有多种中药成分可诱导肿瘤细胞分化。 人参成分可促使肝癌SMMC27721细胞分化，使其细胞形态和超微结构趋于正常，AF
16、P分泌减少，2谷氨酰转肽酶(2GT)及耐热性碱性磷酸酶(HRALP)活性降低，白蛋白分泌增加且碱性磷酸酶(ALP)活性升高，并使P21WAF1和P16INK4a表达升高。,5、抑制端粒酶活性 端粒酶具有逆转录酶活性，能以自身RNA亚单位为模板合成端粒DNA，维持细胞染色体端粒长度，从而稳定染色体。端粒酶在分化的体细胞中检测不到，但是在绝大多数肿瘤细胞中端粒酶则重新被激活，使细胞永生化。一些中药可作用于端粒酶，如复方健脾理气方、扶正抑癌汤等，淫羊藿苷也可抑制端粒酶活性，同时上调p21、下调c-myc的表达水平。,6、调节机体免疫功能 许多中药通过诱导分化作用及集落刺激因子样作用来调节机体免疫功能，达到抑制肿瘤、扶正祛邪的目的。中药免疫调节对肿瘤的治疗作用与现代肿瘤的生物治疗极为吻合。 其免疫调节作用主要通过以下几个途径来实现。,（1）调节细胞免疫功能 机体的细胞免疫防御系统是肿瘤免疫中的主力军。研究表明黄芪中含量最多、免疫活性较强的黄芪多糖能增强人淋巴细胞、小鼠腹腔巨噬细胞和中性粒细胞的活化，反转免疫抑制剂CY对免疫器官和免疫
