说起青蒿素 ,国人如雷贯耳。青蒿素的出现 ,使疟疾的治疗产生了革命性的进步。青蒿素是中国人的骄傲。然而 ,可能人们意料不到 ,青蒿素也能杀癌 ,且效果亦不同凡响 ,美国专家甚至预言 ,青蒿素可能使一些癌症的治疗方法产生彻底的改变 ,令人叹为观止。
从植物苦艾中提取的化学物质可望用于癌症治疗 ,且有可能使一些癌症的治疗方法产生革命性的变化。美国西雅图的科学家依据前人的研究稍加推论 ,然后应用现代实验室技术证明 ,从植物苦艾 (worm-woodplant)中提取的一种化合物 ,以乳腺癌细胞为搜索和攻击目标 ,但却不伤害健康细胞。
华盛顿大学生物工程研究人员亨利.赖 (Henry Lai)报道 ,在多项实验室试验中 ,该化合物能在 16个小时之内 ,将试管中与其接触的乳腺癌细胞实际上全部杀灭。同样重要的还有 ,他说 ,几乎所有与其接触的健康细胞仍然存活。
此外 ,一只患有严重的──如此严重 ,以致于行走横穿房间都无法完成──骨肉瘤的小狗 ,接受这种治疗短短 5天内 ,就已完全康复。赖说 , X光显示 ,狗的肿瘤“已基本上消失”。赖相信距今两年后 ,这只狗仍还活着。
赖说 :“不仅有效 ,而且该化合物非常有选择性。它对癌细胞有高度的毒性 ,但对正常细胞则几乎无影响。”
这种“新”的抗癌化合物究竟是什么东西呢 ?不是别的 ,而是一种在中国广为所知的抗虐药──青蒿素 (artemisinin),只不过是旧药新用。据赖介绍 ,数千年以前 ,中国的民间医生从植物黄花蒿 (Artemesiaan-nual.)中提取该药用于治疗疟疾 , 70年代一份“祖传秘方”在汉代古墓中发现 ,使青蒿素再次成为这种蚊子传播疾病的治疗药。事实上 ,这种化合物的纯化形式仍是目前优良的抗疟药。
作用机理
探讨青蒿素何能有抗疟作用的实验研究 ,导致将其作为抗癌药的试验。这当中的谜底是疟原虫与癌分裂细胞拥有的一个共同特点 :高铁浓度。
当青蒿素或其衍生物与铁离子接触时 ,一种化学反应随就发生 ,导致自由基的产生。在疟疾中 ,这种自由基攻击并与细胞膜结合 ,使其分裂 ,从而杀死这种单细胞疟原虫。
赖说 ,当癌细胞分裂时 ,同样需要铁离子进行DNA复制。因为癌症是以细胞的失控分裂为特征 ,其细胞含有的铁浓度较正常细胞为高。在癌细胞表面上 ,转铁蛋白 (transferrin)受体──铁进入的细胞通路──也比健康细胞多。对于乳腺癌 ,肿瘤细胞表面拥有的转铁受体 ,比正常乳腺细胞多 5至 15倍。
因此 ,可以逻辑推论 ,这种抗疟药可能也以癌细胞作为其攻击靶的。实际上 ,大约 7年前赖就提出了类似这样的问题。赖与其助手NarendraSingh教授合作 ,设计了一种策略 ,并获得了旧金山乳癌基金会的基金资助。赖等人的研究发表于 11月号的《生命科学》 (Life Sciences)杂志。
抗癌策略
据赖介绍 ,这种策略的最突出之处是 ,它首先提升使癌细胞含有更多的铁离子 ,然后引入青蒿素选择性地将其杀灭。
在实验中 ,赖使乳腺癌细胞和正常乳腺细胞的多组混合物 ,要么接受一种被为全转铁蛋白 (holotransferrin)的化合物──其能与转铁蛋白受体桔合 ,从而转运更多的铁离子进入细胞增加胞铁浓度 ;要么接受一种水溶形式的青蒿素 ,或要么接受这两种化合物的组合。赖报道 ,只接受其中一种化合物的细胞没有显著的效应 ,但首先接受全转铁蛋白打击 ,后接受青蒿素的癌细胞反应非常剧烈── 8个小时后 ,四分之三的癌细胞已被清除 ;16个小时后 ,几乎所有的癌细胞已死亡。
他说 ,同样重要的是 ,大量的正常乳腺细胞没有死亡 ,显示这种治疗方法的高度安全性。赖认为 ,这项成功实验尤其值得注意之处是 ,实验中还应用了对放射疗法有抵抗的乳腺癌细胞 ,“因此意味着这种方法可能有效于对常规疗法抵抗的癌症”。
赖说 ,如可以想象的一样 ,侵袭性更强的癌症如胰癌和急性白血病──这些癌以更加快速的细胞分裂为特征 ,因而铁浓度较高──疗效将更好。他说 ,在另一项独立的研究中 ,这种疗法 8小时之内可将试管中的白血病细胞全部清除。
下一步 ,据赖介绍 ,将是进一步的动物试验 ,跟着人体试验。他说 ,首先病人被给予铁补充剂 ,以提高其癌细胞内的铁浓度 ,然后以片剂的形式给予该种化合物。
如这种治疗能如其早期的预兆的那样成功 ,它将使一些癌症──尤其是侵袭性、快速增殖肿瘤的治疗方法 ,产生革命性的改变。
赖说 :“迷人的地方还有 ,这种物质是数千年前中国人使用的东西。我们只不过是发现了另一种不同的用途。”
这种应用肯定不无道理 ,有大量研究证明铁与癌相关。例如 ,据为癌症患者书写《医治选择》的作者 RalphMoss报道 ,在一项研究中 ,从恶性乳腺组织中可提取出 3倍于从良性组织中提取的铁。在该被研究的乳腺癌病人中 , 88%的人铁贮量增高。
但假定疟疾与癌细胞有此共同特点 ,为何经过这么长时间科学家才意识到这些 ?赖说 ,这是一个谜──“或许人们不太在意简单的概念”。
青蒿素是青蒿叶中分离的抗疟有效成份，具有过氧基团的倍半萜内酯，是我国首先发现的新构型的抗疟药，体内代谢活性产物为双氢青蒿素，抗疟活性高，毒性小。目前青蒿素类衍生物有：双氢青蒿素、蒿甲醚、蒿乙醚及青蒿琥酯。药动学研究证实青蒿素类药物在体内吸收快，分布广，排泄快。毒理学证实其毒副作用轻微，毒性主要靶器官为骨髓，可致造血抑制；其次是内脏，可致胃肠、肝、肾广泛淤血，严重中毒可出现胃肠粘膜、肝肾实质损伤。急性毒性作用最敏感的变化指标是外周血网织红细胞减少和血清碱性磷酸酶(A L P)升高，并有明显的量效关系。长期大量用药主要可致中枢神经系统毒性及心肌受损。有研究证实青蒿素类药物无明显的致突变作用。药理学研究证实青蒿素具有抗疟、抗血吸虫、抗孕及抗肿瘤等多方面的作用，目前临床上主要用于抗疟治疗。青蒿素类药物抗疟作用机制的早期研究观察到药物作用于原虫的膜系结构，如食物泡、表膜和线粒体、核膜和内网质等，阻断疟原虫摄取营养而导致氨基酸饥饿，同时迅速形成自噬泡并不断排出体外，致使疟原虫损失大量胞浆而死。后又发现血色素中含有二价铁能催化分解药物的过氧基，生成羧化自由基，从而引起生化反应而导致疟原虫死亡。近年青蒿素类药物具有选择性烷化蛋白质的作用已被大量实验所证实，被认为是导致虫体死亡的重要原因。青蒿素类药物除用于抗疟外，还可以调节机体免疫功能。在对小鼠免疫功能的影响中观察发现：青蒿琥酯对体液免疫有抑制作用，明显抑制Ⅱ一Ⅳ型过敏反应，但对细胞免疫有促进作用，可促进巨噬细胞的吞噬作用，杀伤肿瘤细胞，促进分泌白介素2(IL一2)等。近年来发现青蒿素及其衍生物具有明显的抗肿瘤活性，有望成为抗肿瘤治疗的新成员，现将其抗肿瘤作用及其机理研究综述如下。
1.抗肿瘤作用
1991 年我国学者报道了青蒿素衍生物对白血病P388细胞、肝癌细胞SMMC一7721及人胃癌细胞SGC一7901有选择性杀伤活性。此后国内外的研究证实了青蒿素类药物对白血病、结肠癌、黑色素瘤、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌等均有杀伤作用l8,9J。美国华盛顿大学的Lai研究员及Singh副研究员发现，青蒿素对乳腺癌细胞有明显杀伤作用。在生命科学杂志(LS)刊出的一项研究报告描述青蒿素在16 h内几乎将所有与之接触的人乳腺癌细胞杀死。杨小平等 ul2_采用体外实验证实青蒿琥酯钠对人宫颈癌(HeLa)细胞、人低分化鳞状上皮鼻咽癌(CNE2及SUNE-1)细胞3种人肿瘤细胞体外有杀伤作用，半数抑制浓度(IC5o)分别为42．7μg／mL、101．6 μg／mL、1．29 μg／mL；对杂种小鼠的3种移植性肿瘤有体内抑瘤作用，在每天 50 mg·kg 和100 mg·kg- 的剂量下静脉给药对S-180、肝癌及LII抑瘤率分别为： ％ 一53％、21％-49％及42％ 58％ ，在每天150 mg·kg-1 及300 mg·kg 剂量下灌胃给药对uI和裸鼠移植人鼻咽癌(CNE2及SUNE一1)亦有肯定抑瘤作用，抑瘤率分别为42．4％～71．4％、25％～42％及30％～50％林芳等研究青蒿素及其衍生物青蒿琥酯对人乳腺癌MCF一7细胞增殖的影响并探讨其作用机制。
结果显示10μmol／L青蒿素和1 μmol／L青蒿琥酯能明显改变MCF一7细胞的细胞周期，使s期细胞显著减少，G0+Gl期细胞明显增加。青蒿素对MCF一7细胞增殖仅有微弱抑制作用，但其衍生物青蒿琥酯却表现出显著的抑制作用，IC50为0．31μmol／L。 1 μmol／L青蒿琥酯引起MCF一7细胞的凋亡和直接的细胞毒作用明显强于10 μmol／L青蒿素的作用。说明对肿瘤细胞增殖的抑制青蒿琥酯比青蒿素作用强。此外，青蒿琥酯具有放疗和化疗增敏作用。青蒿琥酯可抑制人宫颈癌HeLa细胞生长，ICso为37 t,#mL，在乏氧条件下，ICso为 30~g／mL，青蒿琥酯在10 tc／mL辐射增敏比(SER)为1．32，在30 t,#mL的SER为2．00，而对照组以第一代放疗增敏感剂咪嗦 哒唑(MISO)治疗，其SER为1．39，在乏氧条件下，1 mmol／L MISO对HeLa增殖抑制率与30 t,#mL的青蒿琥酯作用相似，而在 富氧条件下，1 mmol／L MISO对HeLa增殖抑制率低于30 g／mL青蒿琥酯的杀伤作用，说明青蒿琥酯具有一定的放疗增敏作用。同时，青蒿素与传统化疗药如阿霉素等作用机制不同，无交叉耐药，且通过抑制谷胱苷肽-S-转移酶的活性，可逆转肿瘤细胞对化疗药的多药抗性，在理论上应与传统化疗有协同增效作用。
2.抗肿瘤机理研究
目前大多数研究认为青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用主要是通过诱导凋亡，但其促凋亡机制尚未完全明了。双氢青蒿素对人乳腺癌MCF7细胞有很强的抑制作用，ICso为0．26 panol／L。流式细胞仪测定细胞周期发现，1 panol／L双氢 青蒿素作用24 h后，MCF7细胞被阻滞在G0+Gl期，s期细胞显著减少。说明双氢青蒿素抑制MCF7细胞增殖的机制之一是将细胞滞留在G0+Gl期 _l 。但亦有其他研究显示了不同结果。周晋等研究了青蒿素对人白血病细胞株NB4、K562和原代APL细胞的影响及可能机制，结果显示青蒿素对 NB4、K562和APL细胞的增殖明显抑制，其抗肿瘤机制有凋亡和胀亡两种，且细胞凋亡率随药物浓度增高而增加，随药物作用时间的延长而增加。流式细胞仪测定结果显示青蒿素将细胞阻滞在G2+M期。作者认为白血病细胞膜是青蒿素作用的靶点之一，青蒿素可使白血病细胞内钙升高，致白血病细胞凋亡。青蒿素同时通过开放某些细胞膜上的离子通道，使细胞内钙浓度增加，激活caspase非依赖性细胞死亡形式，在没有三磷酸腺苷(ATP)缺乏时发生胀亡。董海鹰等_研究青蒿素对体外培养的白血病K562细胞的凋亡诱导作用及机制，认为青蒿素对K562细胞明显的促凋亡机制可能与抑制内向整流钾电流有关，使线粒体跨膜电位下降，导致促凋亡物质的释放激活，使细胞凋亡。分析以上研究可知，无论青蒿素类药物是使肿瘤细胞滞留在G0+G。期还是在G2+M期，亦无论其促凋亡机制如何，诱导调亡是其发挥抗肿瘤作用的关键。
近年来，对青蒿素所致凋亡的分子机制也进行了探讨。王勤等在研究青蒿琥酯对肝癌细胞的诱导凋亡机制时，发现青蒿琥酯下调增殖细胞核抗原(PCNA)和BCL一2基因的表达，上调BAX基因表达，而BCL一2和BAX基因参与调控诱导癌细胞凋亡的P53非依赖性途径，故认为其凋亡的分子机制是P53非依赖性的。杨小平等的研究也证实了上述结论：肝癌细胞(BEL一7402)经青蒿琥酯处理后可诱导人肝癌细胞(BEL一7402)凋亡，肝癌细胞中P53、P21蛋白表达水平无明显变化，而bc1—2蛋白表达水平降低．即与P53、P21无关，而与凋亡调节基因bcl-2下调有关。
也有研究认为其抗肿瘤作用可能与抗疟机制相似，需Fe2 的参与。青蒿素类药物中的过氧基团可通过与亚铁原子反应产生自由基或亲电子中间产物，而杀伤肿瘤细胞。美国华盛顿大学曾提出如下假设：因为癌细胞需要铁才能在分裂时复制DNA，因此，癌细胞含铁量比普通细胞高很多。如能大大提高癌细胞的含铁量，则癌细胞可被青蒿素选择性杀死。进一步研究发现添加转铁蛋白能提高双氢青蒿素对人乳腺癌细胞 ttTB27的杀伤能力，而对正常人乳腺细胞TB125没有明显的细胞毒作用。国内研究也发现外源添加FeC1 350～150μmol·L 可使双氢青蒿素对人乳腺癌MCF7细胞的生长抑制率提高约30％～50％。这种杀伤作用是否与铁离子参与青蒿素类药物的自由基产生过程，从而导致细胞坏死增多有关，值得进一步研究。同时青蒿素具有选择性烷化蛋白质的作用，这可能与青蒿素结合了癌细胞内特殊的靶蛋白受体，从而导致肿瘤细胞死亡有关。这也可能是其抗癌的重要机制之一。
综上所述，青蒿素类药物用于治疗疟疾已有上千年历史，在化学结构上有一定的新颖性，具有低毒、价廉等优点，尤其是其毒副作用明显低于传统化疗药物，而近年来的体内外实验证实了青蒿素类药物显著的抗瘤活性。青蒿素类药物有可能成为具有临床应用价值的抗癌新药，但对其作用机制和抗肿瘤活性作用仍需进行深入的研究。
1995年，美国华盛顿大学的研究人员首次发现青蒿素对乳腺癌、胰腺癌和白血病细胞具有很强的杀伤作用，而对正常组织细胞无毒性作用。由此，在世界范围内，掀起了研究青蒿素治疗肿瘤的热潮。随后国内外的研究人员相继发现，青蒿素或其衍生物对黑色素瘤细胞、肾癌细胞、中枢神经系统肿瘤细胞、肺癌细胞也具有杀伤作用，其中包括许多耐药肿瘤细胞。实验表明，青蒿素类化合物能有效抑制小鼠和大鼠异种移植瘤的生长。
从两个途径杀灭肿瘤
青蒿素如何杀死肿瘤细胞呢？研究发现，肿瘤细胞膜是青蒿素攻击的主要靶点。青蒿素既可以通过诱导肿瘤细胞发生“凋亡”，也可以使细胞“胀亡”。肿瘤细胞膜遭到破坏后，其通透性就随之发生改变，一方面细胞外大量的钙离子会进入细胞内，诱导细胞程序化死亡，即“凋亡”。另一方面细胞膜通透性的增加导致细胞内的渗透压发生变化，细胞吸收大量水分发生膨胀直至死亡，即“胀亡”。有研究表明，青蒿素能促进Bcl-2(一种抑制凋亡的基因)表达下调和Bax(一种促进凋亡的基因)表达上调，从而诱导凋亡。
另外，青蒿素的抗肿瘤作用可能与细胞内的铁有关，这一机制与青蒿素的抗疟作用机制极其相似。铁是与细胞增殖相关的重要金属离子之一，在疟原虫、肿瘤细胞中的含量较正常细胞高，且肿瘤细胞铁离子的吸收与肿瘤细胞增殖呈正相关。实验研究发现，青蒿素可以与铁反应产生大量的自由基，而自由基可以破坏肿瘤细胞膜即导致细胞内物质外漏，从而杀死肿瘤细胞。因此外源性的铁也可以通过“凋亡”和“胀亡”两种途径增加青蒿素对肿瘤细胞的杀伤作用，例如铁传递蛋白与青蒿素能协同抑制肿瘤细胞的增殖。
独特的优势
青蒿素能与其他药物协同治疗肿瘤。由于常规化疗药物对正常细胞也具有毒性，病人常常耐受差。化疗失败是导致肿瘤转移和复发的重要因素。青蒿素联合其他化疗药物治疗肿瘤可以达到更佳效果。研究人员已经发现青蒿素与5-氟尿嘧啶、吡柔比星、阿霉素等化疗药物具有协同抗肿瘤作用。
青蒿素杀死肿瘤细胞同时还可以抑制血管生成因子的表达；抑制血管内皮细胞的增殖、迁移和管状形成并诱导血管内皮细胞凋亡。通过抑制肿瘤内血管生成，从而大大控制肿瘤的复发和转移。
青蒿素衍生物联合放射治疗对肿瘤细胞具有更大的杀伤力。最近，韩国的研究人员将神经胶质瘤细胞用双氢青蒿素预处理后，再给予放疗，发现这种抗疟药可增加放射敏感性，肿瘤细胞数可减少80%，但对乳腺癌细胞、宫颈癌细胞和肝癌细胞的作用较弱。青蒿素对放疗的增敏作用可以减少放疗剂量和放疗副反应。
青蒿素是天然的植物提取物，虽然在动物实验中观察到其对中枢神经系统有轻微影响，但毕竟不像细胞毒性药物那样有很强的副作用。同时，中国是青蒿素的最大生产地。青蒿素价格适中，可以使大多数患者受益。