Zusammenfassung
Die Entdeckung und Entwicklung neuartiger natürlicher Verbindungen mit therapeutischer Selektivität oder die Krebszellen ohne signifikante Toxizität für normale Zellen bevorzugt abtöten können, ist ein wichtiger Bereich in der Krebschemotherapie. Kushen, die getrockneten Wurzeln von Sophora flavescens Aiton, hat eine lange Geschichte der Verwendung in der traditionellen chinesischen Medizin zur Behandlung von entzündlichen Erkrankungen und Krebs. Kushen-Alkaloide (KS-As) und Kushen-Flavonoide (KS-Fs) sind gut charakterisierte Komponenten in Kushen. KS-As, das Oxymatrin, Matrin und Gesamtalkaloide enthält, wurde in China als Krebsmedikamente entwickelt. In vitro und in vivo wurden bei KS-Fs stärkere Antitumoraktivitäten als bei KS-As identifiziert. KS-Fs können als neuartige Antitumormittel entwickelt werden.
1. Einleitung
Die Entdeckung und Entwicklung neuer natürlicher Verbindungen mit therapeutischer Selektivität oder die bevorzugt Krebszellen ohne signifikante Toxizität für normale Zellen abtöten können, ist ein wichtiges Gebiet in der Krebschemotherapie. Aufgrund ihres breiten Spektrums an biologischen Aktivitäten und ihrer geringen Toxizität in Tiermodellen wurden einige Naturprodukte als alternative Behandlungen für Krebserkrankungen eingesetzt. Viele Krebsmedikamente werden aus natürlich vorkommenden Verbindungen gewonnen. Vincaalkaloide (z.B. Vinblastin, Vincristin) und Taxol sind Beispiele für solche Verbindungen.
Die traditionelle Chinesische medizin kushen ist die getrocknete wurzeln von Sophora flavescens Aiton (Leguminosae). Es wurde erstmals im chinesischen Buch Shen Nong Ben Cao Jing im Jahr 200 n. Chr. als Behandlung für solide Tumore, Entzündungen und andere Krankheiten beschrieben. Die traditionelle Verwendung von Kushen umfasst das Abkochen oder Pulver von getrockneten Pflanzenwurzeln. Es wird häufig zur Behandlung von Virushepatitis, Krebs, Enteritis, viraler Myokarditis, Arrhythmie und Hautkrankheiten (z. B. Kolpitis, Psoriasis, Ekzem) verwendet .
Die bekannten chemischen Bestandteile von Kushen umfassen Alkaloide (3,3%), Flavonoide (1,5%), Alkylxanthone, Chinone, Triterpenglykoside, Fettsäuren und ätherische Öle . Kushen-Alkaloide (KS-As) und Kushen-Flavonoide (KS-Fs) sind gut charakterisierte Komponenten in Kushen. KS-As wurden als Krebsmedikamente in China entwickelt. In KS-Fs wurden stärkere Antitumoraktivitäten identifiziert als in KS-As .
2. KS-As
KS-As wurden gut untersucht und gelten als die wichtigsten aktiven Komponenten von Kushen, wie in experimentellen Tiermodellen und klinischen Studien gezeigt . Die Bioaktivitäten von Kushen (einschließlich Antitumor-, antivirale und entzündungshemmende Aktivitäten) wurden in der KS-As-Fraktion gezeigt .
KS-As, das Oxymatrin, Matrin (Abbildung 1) und Gesamtalkaloide enthält, wurde 1992 von der chinesischen staatlichen Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde (SFDA) zur Behandlung von Krebspatienten zugelassen. Mehrere KS-As-Produkte wurden in China zur Behandlung von Krebs und Hepatitis eingesetzt. Die von der SFDA zugelassenen KS-Medikamente für die Onkologie werden alle als Einzelwirkstoffe oder in Kombination mit Chemo- oder Strahlentherapie eingesetzt. Vor 1992, als KS-As erstmals zugelassen wurde, konzentrierten sich nur wenige Studien auf die Wirksamkeit von KS-As in Tiermodellen und klinischen Studien.
Die molekulare Struktur von Antitumormitteln, die von Sophora flavescens abgeleitet sind.
Mehrere klinische Studien berichteten, dass KS-As bei der Behandlung verschiedener Arten von soliden Tumoren (einschließlich Lunge, Leber und Magen-Darm-Trakt) wirksam war. Das Ansprechen auf die Behandlung war vergleichbar oder besser als bei mit Chemotherapeutika behandelten Patienten (Tabelle 1) . KS-As zeigt ein gutes Sicherheitsprofil bei Krebspatienten, wie z. B. eine verringerte Toxizität im Knochenmark, wenn es in Kombination mit Chemotherapeutika angewendet wird . Langzeitüberlebensdaten für KS-As-behandelte Krebspatienten müssen noch mit gut kontrollierten klinischen Studien und großen Patientenkohorten nachgewiesen werden.
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AML: acute myeloid leukemia; CAF: cyclophosphamide, adriamycin, and fluorouracil; CAP: cyclophosphamide, doxorubicin, and cisplatin; CAVP: cyclophosphamide, doxorubicin, and etoposide; CBR: clinical benefit rate; CF: calcium 5-formyletrahydrofolate; CR: complete remission; DA: daunorubicin and cytarabine; DDP: cisplatin; FAM: fluorouracil, adriamycin, and mitomycin; FOLFOX: oxaliplatin, calcium folinate, and fluorouracil; FOLFOX4: oxaliplatin, calcium folinate and fluorouracil; fOLFRI: irinotecan, calcium folinate and fluorouracil; FOLFX: oxaliplatin, calcium folinate and fluorouracil; FOLRIRI: leucovorin, fluorouracil, and irinotecan; FP: fluorouracil and cisplatin; 5-FU: fluorouracil; GI: gastrointestinal; GP: gemcitabine and cisplatin; HCC: hepatocellular carcinoma; HCPT: hydroxycamptothecin; KPS: karnofsky performance scale; MA: mitoxantrone and cytarabine; MMC: mitomycin; MVP: mitomycin, vinblastine, and cisplatin; NP: vinorelbine and cisplatin; PDD: cisplatin; PR: partial remission; QoL: quality-of-life; TA: paclitaxel and epirubicin; TA(9): pirarubicin and cytarabine; TACE: fluorouracil, mitomycin, and epirubicin; TP: paclitaxel and cisplatin; TPF: paclitaxel, fluorouracil, and cisplatin; UFT: Tegafur-Uracil. |
3. Matrine and Oxymatrine
Matrine and oxymatrine (Figure 1) are the two major alkaloid components found in the roots of Sophora species. Sie werden hauptsächlich aus Sophora japonica (Kushen), Sophora subprostrata (shandougen) und aus dem oberirdischen Teil von Sophora alopecuroides gewonnen. Die Matrinen wurden erstmals 1958 isoliert und identifiziert; Sie sind einzigartige Tetracyclo-Chinolizindin-Alkaloide, die bisher nur in Sophora-Arten gefunden wurden .
In-vitro–Studien haben gezeigt, dass Matrin und Oxymatrin das Wachstum verschiedener humaner Tumorzelllinien mit einer halbmaximalen Hemmkonzentration (IC50) von 1,0-4,0 mg / ml schwach hemmen .
In-vivo-Studien haben gezeigt, dass KS-As, Oxymatrin und Matrin das Wachstum von murinen Tumoren hemmen, einschließlich H22-, Hepatom-, S180-, Sarkom- und MA737-Brustkrebszellen . In einem humanen Xenotransplantat-Tumormodell unter Verwendung der SGC-7901-Zelllinie verstärkte Matrine die Hemmung von 5-Fluorouracil im Tumor .
Matrine kann auch die Invasivität und Metastasierung der menschlichen malignen Melanomzelllinie A375 und der HELA-Zellen von Gebärmutterhalskrebs hemmen sowie die Differenzierung von Leukämie-K-562-Zellen induzieren . Zusätzlich wurde Matrine-induzierte Autophagie in Ratten-C6-Gliomzellen durch Elektronenmikroskopie beobachtet .
Die Antitumorreaktion von KS-As wurde in mehreren klinischen Studien bei verschiedenen Krebsarten, einschließlich Magen-, Speiseröhren-, Leber-, Dickdarm-, Lungen-, Gebärmutterhals-, Eierstock- und Brustkrebs, als Einzelwirkstoff oder in Kombination mit Chemotherapie oder Strahlentherapie nachgewiesen . Es wurde berichtet, dass Matrine seine Antitumorwirkung ausübt, indem es die Proliferation hemmt und die Apoptose von Magen- und Gebärmutterhalskrebszellen sowie Leukämie- und Gliomzellen induziert .
Mehrere In-vitro- und In-vivo-Studien haben versucht, den Wirkungsmechanismus von Matrine aufzuklären. Matrine fördert die Apoptose bei Leukämie , Brustkrebs , kleinzelligem Lungenkrebs , Hepatokarzinom und Magenkrebszellen durch einen mitochondrial vermittelten Weg . Beclin 1 ist an der Matrin-induzierten Autophagie beteiligt, und der pro-apoptotische Mechanismus von Matrin kann mit seiner Hochregulierung der Bax-Expression zusammenhängen . Neuere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Matrine auch nennenswerte Auswirkungen auf die Modulation der Immunantwort hat, indem es die Invasion und Metastasierung von HCC-Zellen reduziert .
Die Gewebehomöostase erfordert ein Gleichgewicht zwischen Teilung, Differenzierung und Tod von Zellen. Ein Tumor ist eine Art „Zellzyklusstörung“, die die abnormale Schnittstelle von Teilung, Differenzierung und Tod aufweist . Als „biologischer Modifikator“ von Zellen kann Matrine das abnormale biologische Verhalten von Tumorzellen umkehren und das Gleichgewicht zwischen Teilung, Differenzierung und Tod von Zellen wiederherstellen.
Matrine kann auch die Invasivität und Metastasierung der menschlichen malignen Melanomzelllinie A375 hemmen . Einige Studien berichteten, dass Matrine die Adhäsion und Migration von HeLa-Zellen reduzierte . Die Wirkungsmechanismen von Matrine gegen die Proliferation und Invasion von Krebszellen sind mit dem epidermalen Wachstumsfaktor verbundenvaskulärer endothelialer Wachstumsfaktorrezeptor 1 Akt–nuclear factor-kappa B (EGF / VEGF—VEGFR1—Akt—NF-kB) Signalisierung (Tabelle 2).
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Matrine zeigt synergistische Effekte mit den Antikrebsmitteln Celecoxib (Cyclooxygenase-2-Inhibitor), Trichostatin A (Histon-Deacetylase-Inhibitor) und Rosiglitazon gegen die Tumorproliferation und VEGF-Sekretion. Matrine kann breite therapeutische und / oder adjuvante therapeutische Anwendungen bei der Behandlung von menschlichem nicht-kleinzelligem Lungenkrebs, Brustkrebs und Hepatom haben (Tabelle 2).
Einige Studien haben auch über die Antikrebsaktivität von Oxymatrin in menschlichen Magenkrebszellen, Bauchspeicheldrüsenkrebs und menschlichen Brustkrebszellen berichtet . Oxymatrin kann den Apoptosetod von menschlichen Bauchspeicheldrüsenkrebszellen induzieren, was auf die Regulation von Bcl-2- und IAP-Familien, die Freisetzung von mitochondrialem Cytochrom C und die Aktivierung von Caspase-3 zurückzuführen sein könnte (Tabelle 2).
Compound Kushen Injection (CKI), allgemein bekannt als Yanshu Injection, wird aus zwei Kräutern extrahiert, Kushen (Radix Sophorae Flavescentis) und Baituling (Rhizoma Smilacis Glabrae), wobei die Hauptkomponenten Oxymatrin und Matrine sind . CKI wird in China seit vielen Jahren in großem Umfang allein oder in Kombination mit Chemotherapie oder Strahlentherapie eingesetzt. Klinische Studien haben gezeigt, dass CKI die Nebenwirkungen von Chemotherapie und Strahlentherapie abschwächt, indem es die Lebensqualität verbessert und die Immunfunktion von Krebspatienten reguliert sowie die therapeutischen Wirkungen von Chemotherapie und Strahlentherapie synergisiert (Tabelle 1) . Es wurde gezeigt, dass CK das Wachstum von Tumorzellen unterdrückt, indem es Apoptose induziert und die Migration, Invasion und Adhäsion solcher Zellen hemmt .
Krebsstammzellen (CSCs) spielen eine wichtige Rolle bei der Initiierung, dem Rückfall und der Metastasierung von Krebs. Es wurde nicht festgestellt, dass ein spezifisches Mittel gegen CSCs wirkt, da sie gegen die meisten herkömmlichen Therapien resistent sind und sich unbegrenzt vermehren. In einer Studie unterdrückte CKI die Größe der Nebenpopulation (SP; ~ 90%) und regulierte die Hauptgene des Wnt-Signalwegs in MCF-7-SP-Zellen herunter. CK unterdrückte das Tumorwachstum, indem es den Wnt / b-Catenin-Signalweg herunterregulierte, während Cisplatin den Wnt / b-Catenin-Signalweg aktivierte und SP-Zellen schonen konnte. Diese Daten deuten darauf hin, dass CKI als neuartiges Medikament gegen CSCs dienen kann, aber weitere Studien werden empfohlen .
4. KS-Fs
Die Antitumorwirkung einiger Flavonoidverbindungen (Abbildung 1) wurde in vitro und in vivo nachgewiesen . Überraschenderweise waren die Antitumoraktivitäten von KS-Fs wirksamer als die von KS-As, die als die wichtigsten aktiven Komponenten in der Pflanze angesehen wurden . KS-Fs wie Kurarinon, 2′-Methoxykurarinon und Sophoraflavanon G (Lavandulylflavanone isoliert aus S. flavescens) (Abbildung 1) kann die Zellproliferation in A549-, NCI-H460- (nicht kleinzellige Lunge), SK-OV-3- (Eierstock-), SK-MEL-2- (Haut-), XF498- (zentrales Nervensystem), HCT-15- (Dickdarm-) HL-60- (myeloische Leukämie) und SPC-A-1- (Lungen-)Zellen mit IC50-Werten zwischen 2 µg/ml und 36 µg/ml hemmen.
Die Antitumorwirksamkeit wurde in Mäusemodellen von H22-, S180- und Lewis-Lungentumoren sowie in Nacktmäusemodellen von humanen H460- und Eca-109-xenotransplantierten Tumoren bestätigt . Darüber hinaus verstärkten KS-Fs und Kurarinon die Antitumoraktivitäten von Taxol in vitro und in vivo . Die orale oder intravenöse maximal tolerierte Dosis von KS-Fs betrug > 2,8 g / kg bzw. 750 mg / kg, deutlich mehr als die orale mediane letale Dosis von KS-As (≤1,18 g / kg). Nebenwirkungen wurden nicht beobachtet. Darüber hinaus waren die peripheren Blutzellzahlen bei normalen Mäusen, die 2 Wochen lang mit KS-Fs bei 200 mg / kg / Tag behandelt wurden, nicht signifikant betroffen .
Kuraridin, Sophora Flavanon G, Kurarinon, Kushenol F und Norkurarinol haben eine extrem starke Tyrosinase-inhibitorische Aktivität . Kurarinol, Kuraridinol und Trifolirhizin hemmten die Melaninsynthese deutlich (> 50%) .
Der Wirkungsmechanismus von KS-Fs und Kurarinon beinhaltet die Hemmung der Tumornekrose alpha one (TNFal) -induzierte NF-kB-Aktivierung und Verbesserung der Apoptose . Die Apoptose-induzierende Wirkung wurde in Gegenwart von Taxol verstärkt. Bei H460-Xenotransplantat-Mäusen, die mit Kurarinon behandelt wurden, wurden eine Herunterregulation von Bcl-2 und eine Hochregulation von Caspase 8 und Caspase 3 in Tumoren beobachtet . KS-Fs und Kurarinon induzieren Apoptose in Tumoren, indem sie auf mehrere zelluläre Ziele einwirken, einschließlich Hemmung der NF-kB-Aktivierung und multipler Rezeptor-Tyrosinkinase-Aktivitäten . Kurarinon und Kuraridin dämpfen die NF-kB-Aktivierung durch Hemmung der IkBa-Proteolyse und der p65-Kerntranslokation sowie der Phosphorylierung der extrazellulären signalregulierten Kinase (ERK) 1/2, der c-Jun-N-Terminalkinase (JNK) und der mitogenaktivierten p38-Proteinkinasen . Konstitutive NF-kB- und RSK2-Aktivitäten sind wichtige Kennzeichen menschlicher Krebsarten (einschließlich hämatopoetischer Malignome und solider Tumoren), so dass prenylierte Flavanone eine attraktive Klasse natürlicher Inhibitoren des ERK / RSK2-Signalwegs für die Krebstherapie darstellen (Tabelle 2).
Sechsundfünfzig Flavonoide wurden aus KS-Fs identifiziert. Einundzwanzig der KS-Fs haben Antitumoraktivitäten. Studien haben gezeigt, dass stärkere Antitumoraktivitäten in KS-Fs anstelle von KS-As-Fraktionen beobachtet werden. KS-Fs waren im Zellproliferationstest mehr als 10-fach wirksamer als KS-As. Eine weitere Bewertung der Sicherheit und Wirksamkeit von KS-Fs in der klinischen Onkologie ist gerechtfertigt. KS-Fs könnte als botanische Medikamente für solide Tumoren entwickelt werden, und Kurarinon könnte als Markerverbindung verwendet werden. Zusätzliche strukturelle Modifikationen von KS-Fs-Verbindungen könnten auch potentere Wirkstoffkandidaten erzeugen.
5. Schlussfolgerungen und Zukunftsperspektiven
Dieser Artikel fasste die Antitumorwirksamkeit und den Wirkungsmechanismus von Kushen und seinen Bestandteilen in vitro und in vivo zusammen. Viele Patente von Kushen-Extrakten wurden in den USA, China und anderen Ländern angemeldet (Tabelle 3). Diese Ergebnisse stärken die Hypothese, dass Kushen (oder seine Komponenten) allein oder in Kombination mit Chemotherapeutika verschiedene molekulare Signalwege in Tumoren modulieren oder zur Behandlung von Krebs eingesetzt werden könnten. Studien, die hier und anderswo beschrieben werden, heben die Verwendung von Flavonoiden von Kushen als neuartige Chemopräventionsmittel für die Krebsintervention hervor. Es wird erwartet, dass zukünftige Studien mit Kushen dazu beitragen werden, verschiedene molekulare Mechanismen und Ziele für die Hemmung und Apoptose von Tumorzellen zu definieren. Die Anzahl der multizentrischen, randomisierten, doppelblinden, kontrollierten klinischen Chemopräventionsstudien mit großen Stichproben mit Kushen ist sehr begrenzt. Umfangreiche klinische Forschung ist gerechtfertigt, um die Sicherheit und Wirksamkeit der Chemoprävention von Kushen allein oder in Kombination mit Chemotherapeutika weiter zu bewerten.
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Danksagungen
Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation (Grant No. 30701070), wissenschaftliches und technologisches Projekt von Shanghai (11DZ1971702), Forschungsfonds für Leberfibrose Wang Bao-En (20100048), Shanghai Rising-Star-Programm (08QA1406200), Xinglin Scholars Program der Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, E-Institut der Shanghai Municipal Education Commission (Projekt E03008), innovatives Forschungsteam an Universitäten, Shanghai Municipal Education Commission, Shanghai Key Laboratory für traditionelle chinesische klinische Medizin und Schlüsseldisziplinen der und Gallenblasenkrankheiten der staatlichen Verwaltung der traditionellen chinesischen Medizin der Volksrepublik China.