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1、竹红菌素及其衍生物抗肿瘤活性的研究进展|竹红菌素研究进展 摘要：竹红菌素是竹红菌、竹黄菌等几种竹寄生菌的代谢产物，探讨表明竹红菌素在可见光区具有优良的光敏活性，是一种潜在的光疗药物，因而受到探讨人员的广泛关注。现综述近年竹红菌素及其衍生物抗肿瘤活性的探讨进展。 关键词：竹红菌素；衍生物；抗肿瘤活性；综述 中图分类号：S567.3文献标识码：A文章编号：1672-979X(2008)07-0055-04 Progress on Anti-tumor Activity of Hypocrellins and Their Derivatives XIAO Cai-xia1, LIU Tong-jun
2、2, YANG Hai-long2 (1. Laiyi Research & Development Center of Bio-Medicine, Shanghai 201203, China; 2. School of Life & Environmental Sciences, Wenzhou University, Wenzhou 325027, China ) Abstract：Hypocrellins are the metabolites of several parasitic fungi of bamboos, such as Hypocrella bambusae, Shi
3、raia bambusicola, etc. Modern researches reveal that hypocrellins show excellent light-induced activities in visible region. As a potential drug in photodynamic therapy, hypocrellins draw an increasing attention. The progress on the anti-tumor activity of hypocrellins and their derivatives is introd
4、uced in this paper. Key words： hypocrellins; derivative; anti-tumor activity; review 1竹红菌素的结构 竹红菌素是肉座菌科的竹红菌（Hypocrella bambusae）和竹黄菌（Shiraia bambusicola）等少数几种竹寄生菌的代谢产物，是由我国探讨人员首先分别获得的光敏化合物。竹红菌素是一类具有立体化学结构特征的化合物，是在可见光区内有优良特性的光敏剂。现代药理学探讨表明，竹红菌素具有抗肿瘤、杀灭病原菌、抑制艾滋病病毒HIV-1等生物活性，有显著的光疗作用。临床上已用于治疗皮肤病，如外阴白色病变
5、和软化瘢痕疙瘩等。竹红菌素还可作为新型的光活化农药和潜在的光电转换材料，极具开发前景。自然竹红菌素主要包括两种组分竹红菌甲素（hypocrellin A，HA）和竹红菌乙素（hypocrellin B，HB），在碱性条件下，竹红菌甲素可脱水转化为竹红菌乙素： 作为新型的光动力抗肿瘤药物，竹红菌素与血卟啉衍生物相比，具有原料易得易纯化，光敏剂三重态量子产率和单重态氧量子产率高，光毒性高，暗毒性低，从正常组织解除的速度快等优点。其最大优点是简单定点化学修饰，获得纯的单体衍生物1，是一种很有应用前景的光疗药物。 2竹红菌素的光敏机制 伴随着对竹红菌素结构的说明，其光敏活性亦被揭示。最早的探讨表明，竹
6、红菌素的光敏作用是通过产生单线态氧12实现的。后来发觉竹红菌素（如HA）不仅能够产生12，而且能产生超氧自由基、羟自由基和半醌自由基HA-，并且产生的活性氧可转变为非氧自由基生成，表明竹红菌素对生物系统的光敏损伤机制与单线态氧、超氧自由基、羟自由基和半醌自由基的多重作用有关2。 竹红菌素的光敏活性是由其特别的立体化学结构给予的。量子化学探讨表明，分子内氢传递过程使醌类分子保持了光敏活性。常温下处于基态的竹红菌甲素分子能使分子内氢快速传递，其共轭结构对醌类分子的激发态分子内氢传递过程具有重要影响，总的趋势是分别小共轭体系。单重激发态和三重激发态分子内氢传递反应的势能曲线随着分子共轭结构增大而渐渐
7、接近，发生交叉的可能性以及交叉程度随之增大。曲线交叉致使从单重态到三重态的系间窜越，显著提高了体系三重态量子效率，从而提高了醌类光敏剂的光敏活性3。 3竹红菌素的结构修饰 作为抗癌的光疗药物，自然的竹红菌素在光疗窗口（600900 nm）几乎没有汲取，极大地限制了它在临床的应用。而且，自然的竹红菌素是亲脂性化合物，水溶性不好，不便于制成药物制剂。为得到在光疗窗口有强汲取（即波长红移以协作激光治疗）和脂水兼容（便于药物制剂）的光疗药物，近年人们以结构修饰方法合成了一系列竹红菌素衍生物，修饰竹红菌素结构的反应位置包括芳环、酚羟基、醌羰基、七元环和甲氧基等，对竹红菌素结构的修饰徐尚杰等已写了综述4。
8、 4竹红菌素及其衍生物的抗肿瘤活性 竹红菌素具有良好的光敏活性，而且对正常细胞的毒性较低，倍受探讨人员关注，目前的探讨主要集中于其抗肿瘤活性。竹红菌素及其衍生物在光和氧的参加下，通过活性氧及自由基的作用，对肿瘤细胞的膜系统及DNA产生光动力损伤，促进肿瘤细胞凋亡。 4.1竹红菌甲素的抗肿瘤活性 HA可对多种肿瘤起作用，HA对人源的恶性肿瘤细胞HIC、MGC803、HeLa及Hce-8693盲肠癌细胞具有显著的光动力活性。由于活性氧的作用，HA可使细胞发生形态变更、DNA碎裂及线粒体脱氢酶活性下降，使细胞阻断于G1期，在G1期峰前出现典型的亚二倍体凋亡峰，从而使肿瘤细胞凋亡或坏死。HA还可增加肝
9、癌细胞线粒体和微粒体膜脂质过氧化作用，对HeLa细胞有明显的杀伤作用。探讨表明，HA在 HeLa细胞中主要分布于细胞膜及胞浆，少量进入细胞核，光照后对肿瘤细胞具有明显的杀伤作用，显著降低了细胞的存活率。这表明HA的光敏靶部分是细胞膜，通过引起膜自由基等产物诱导DNA损伤，促使HeLaDNA裂解成寡聚核苷酸片段，并且在线粒体能促进凋亡诱导因子Bax信使RNA表达，降低凋亡抑制因子Bcl-2信使RNA表达，表明HA诱导肿瘤细胞发生凋亡与限制Bax和Bcl-2基因表达的平衡有关5。 陈洁等6用结晶紫染色法、流式细胞术及RT-PCR技术探讨了HA诱导人黑色素肿瘤细胞（A375-S2）死亡的分子生物学机
10、制。表明HA能诱导A375-S2细胞凋亡，并诱导细胞周期停滞在S期，同时诱导细胞周期蛋白CylinB1mRNA表达增加。而且HA能在光照下通过产生羟自由基损伤受体的DNA，促使其裂解7。HA和HB还可杀灭人鼻咽癌CNE2、TW0-1细胞，其机制为通过激活凯氏蛋白酶从而促使癌细胞凋亡。HA和HB通过光动力学作用，产生血管生成抑制因子促进人脑瘤细胞死亡8。 4.2竹红菌乙素的抗肿瘤活性 Estey等9以鼠源EMT6/Ed瘤细胞为对象，系统探讨了HA和HB及其16种衍生物的抗肿瘤活性。结果表明，HB及其镁合物（HB- Mg2+）、胱胺竹红菌乙素（cystamine-HB）、丁胺竹红菌乙素（n-but
11、ylaminated HB）、乙醇胺竹红菌乙素（ethanolamine-HB）等能显著抑制癌细胞增殖。HB在光照时能产生单线态氧及自由基作用于细胞内核酸内切酶，使之激活后，导致细胞内DNA降解从而引起人Hce-8693盲肠癌细胞凋亡。用流式细胞仪测定未视察到S期和G2期细胞的凋亡，进一步证明HB作用于癌细胞的G1期，具有抑制肿瘤细胞增殖的作用。HB的光动力活性还与膜损伤有关，在光的激发下产生氧自由基，作用于其敏感靶部位线粒体和微粒体，促使肿瘤细胞线粒体和微粒体膜脂质过氧化作用显著增加，削减膜蛋白巯基的含量，使膜脂质和膜蛋白遭到破坏，从而抑制肿瘤细胞增殖。 尚立群等10探讨了HB和血卟啉衍生物
12、光动力疗法对人食管癌细胞的杀伤效应。分别以不同浓度的HB及血卟啉衍生物（HpD）孵育细胞，然后分别在铜蒸汽激光混合光饱和光剂量条件下进行照光处理，用MTT法测定细胞存活率。结果表明，HB对食管癌细胞株的杀伤效应明显优于血卟啉衍生物，所需剂量低，是一种能高效杀伤肿瘤细胞的新一代光敏剂。HB还对人肺腺癌细胞系A549细胞及经顺铂诱导耐药的多药耐药细胞系A549/DDP细胞有杀伤作用，对后者的杀伤效果明显优于已产生耐药的化疗药物，HB-光动力疗法有可能发展为对顺铂耐药肿瘤的有效治疗手段11。体内抑瘤试验探讨结果表明，HB对小鼠S-180肿瘤细胞具有光动力损伤作用，是具有开发潜力的光敏剂12。 4.3
13、竹红菌素衍生物的抗肿瘤活性 竹红菌素的自然结构在发挥光敏活性方面还有不足之处，为提高其生物活性并适于实际应用，探讨人员对其进行化学改性。探讨表明，2-丁胺-2-脱甲氧-竹红菌甲素（2-BA-2-DMHA）对红光的汲取增加，对人胃腺癌MGC803细胞的光敏损伤明显强于HA。2-BA-2-DMHA 能使MGC803癌细胞DNA裂解成碎片，并使染色质聚集于核的外围，促使MGC803凋亡。此外，乙醇胺竹红菌乙素（EAHB）及2-苄基胺-2-脱甲氧-竹红菌乙素（2-PMAHB）对MGC803癌细胞都有显著的光敏损伤作用。经改性后EAHB的光敏活性较HB提高倍13,14。HB与胺和乙醇胺反应制备的HB衍生
14、物还具有抑制鼠源腹水肝癌细胞（AH）生长的实力。竹红菌乙素-14-羧酸钠（SCHB）较其母体HB在620 nm处有更强的汲取，脂水兼溶性获得改善，在无氧条件下形成（SCHB-），在有氧条件下则形成超氧自由基（O2-）及单线态氧（1O2）15。磺化HB提高了它在水中的溶解度，并且细胞摄取与外界溶液浓度呈正相关，从而提高了HB对癌细胞的杀伤力。 Yang等16分别用携带野生型p53cDNA和反义bc12序列的逆转录病毒转导胃腺癌细胞系MGC803，稳定表达后加入光敏剂2-BA-2-DMHA并红光照耀，检测细胞存活及凋亡，评价转促凋亡基因胃癌细胞的光动力学治疗效果。结果表明，在光敏剂及红光作用下野生
15、型53及反义bc12都能使转导细胞存活率降低，凋亡增加，推想该光敏剂的光动力治疗途径可能以诱导细胞凋亡为主。Xu等17探讨了HA、HB的衍生物2-BA-2-DMHA和2-BA-2-DMHB，表明它们在产生单线态氧及超氧阴离子自由基方面都强于各自的母体化合物，能显著抑制癌细胞HeLa、MGC803和Capan-1增殖。瘤移植试验表明，2-丁胺-2-脱甲氧-竹红菌素在体内亦具有显著的抗癌活性。 刘子文等18利用荧光显微镜、细胞凋亡DNA梯带、激光共聚焦扫描显微镜、Western blot分析等技术探讨了2-BA-2-DMHB诱导人胰腺癌细胞（Capan-1）凋亡与线粒体损伤的关系。结果表明，2-B
16、A-2-DMHB在1015 min内被Capan-1细胞摄取，此后基本保持动态平衡。低浓度时主要定位于线粒体，而高浓度时定位于溶酶体。在红光照耀下，2-BA-2-DMHB对人胰腺癌细胞有很强的抑制率，DNA琼脂糖电泳分析显示出特征性细胞凋亡的DNA梯带，线粒体跨膜电位（呢m）降低。随着光照时间缩短，细胞相对荧光强度增加，同时可以检测到线粒体中细胞色素C的释放。表明低浓度2-BA-2-DMHB的光动力作用诱导人胰腺癌细胞凋亡的机制与线粒体损伤有关。Zhou等19的探讨表明，通过2-BA-2-DMHA的光动力学作用，胃癌MGC803细胞质中的游离钙离子浓度上升并导致细胞死亡，其上升幅度与其剂量、光
17、强度及细胞外钙离子浓度成正比。 本探讨室在前人对竹红菌素及其衍生物的抗肿瘤活性探讨的基础上，利用量子化学计算结合统计学分析探讨了竹红菌素及其衍生物抗肿瘤活性的分子机制，表明竹红菌素分子的偶极（）与原子3，4，9，10上的电子（Q3，Q4，Q9，Q10）是确定其抗肿瘤活性的关键因子，从而为高活性竹红菌素衍生物的设计供应了基础20。 5结语 光动力疗法是一种正在探讨开发的肿瘤新疗法。探讨表明，竹红菌素是一种潜在的新型光疗药物，有可能替代现有的卟啉类光疗剂成为新一代抗肿瘤光疗药物，但在结构改性、生产、临床应用等方面的探讨还有待进一步加强，从而服务于人类健康。 参考文献 1Diwu Z J, Haug
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