達瑪烷皂苷和苷元的抗腫瘤作用

天馬研究室

自Rh族達瑪烷苷元在1980年代中期被分離出來之後，科學家對達瑪烷皂苷和苷元的抗癌作用進行了詳盡研究。早期研究就表明，Rh1和Rh2能誘導B16黑色素瘤以及F9畸胎瘤杆細胞向正常方向分化。達瑪烷皂苷Rg3與Rh2在化學結構上十分相近（僅在C-3位上比Rh2多一個醣原），具有阻止腫瘤細胞轉移的功能。Rg3能抑制離體大鼠腹水肝癌、小鼠黑色素瘤、人小細胞肺癌、人胰腺癌等細胞的侵害。在體內的研究進一步表明，Rg3能抑制高度轉移性黑色素瘤和結腸癌在小鼠體內的肺轉移，能明顯降低小腸腺癌在大鼠體內的腹膜轉移，並與Rh2及最近發現的Rg5一樣，能降低小鼠體內尿烷誘發的肺癌和黃曲毒素誘發的肺癌發病率。一個主要成分為20(S,R)-Rg3的產品在中國大陸被批准為抗癌藥。
此後，深入的研究更發現達瑪烷苷元的腫瘤抑制作用比其皂苷母體更優越。天馬藥業科學家的深入研究發現，達瑪烷苷元尤其是aPPD在離體條件下能顯著抑制鼠類黑色素瘤細胞、人乳腺癌細胞MCF-7、人卵巢癌細胞、人肝癌細胞SK-HEP-1、人白血病細胞THP-1的增殖，并且，瑪烷苷元能激起腫瘤細胞的凋亡。另外，達瑪烷苷元aPPD還能逆轉多種耐藥腫瘤細胞的耐藥性，如aPPD能有效逆轉和殺傷多藥性白血病細胞株P388/ACM。此外，動物試驗顯示，口服達瑪烷苷元可以抑制人類卵巢癌細胞在裸鼠體內生長，小鼠服用達瑪烷苷元後有減少肺癌和肝癌發病率的趨勢。
皂苷的抗腫瘤活性構效關係規律如下：（1）抗腫瘤活性受母核影響，其強弱規律是：原人參二醇型＞ 原人參三醇型；（2）抗腫瘤活性受醣影響的強弱規律是：苷元＞單醣苷＞二醣苷＞三醣苷＞四醣苷；（3）抗腫瘤活性受C20構型影響的強弱規律是：20(S)- 達瑪烷苷元＞20(R)- 達瑪烷苷元．
現將幾種抗癌達瑪烷苷元根據其抑制50%腫瘤細胞的濃度（IC50，一個確定細胞毒強弱的指標，通常化合物的IC50濃度越低，這個化合物的細胞毒越強）列表如下：
表1. 各種皂苷和苷元對腫瘤細胞的IC50濃度

由上表也可見，20(S) 達瑪烷苷元比20(R) 達瑪烷苷元具有更強的細胞毒，并且aPPD對癌細胞的細胞毒作用優于aPPT。
現把達瑪烷苷元的抗腫瘤細胞作用敘述如下：

抑制腫瘤細胞生長，並促使腫瘤細胞向正常分化

達瑪烷苷元能夠作用於細胞週期的G1期，阻礙腫瘤細胞進入S期，進而使得腫瘤細胞生長停滯。如圖1所示，腫瘤細胞的整個分裂過程分為4個主要階段：從G1期到S期，然後到G2期，最後進入有絲分裂期即M期。實驗結果顯示達瑪烷苷元及其相關的化合物可引起腫瘤細胞生長停頓於G1期，從而使腫瘤細胞停止增殖。

圖1. 達瑪烷苷元抑制腫瘤細胞增殖	圖2. 達瑪烷苷元促進腫瘤細胞向正常分化

達瑪烷苷元製劑能夠誘導腫瘤細胞分化向正常方向發展。如圖2所示，當惡性黑色素瘤細胞經過達瑪烷苷元製劑處理48小時後，便出現形態上的改變。未經處理的惡性黑色素瘤細胞排列擁擠、細胞形狀不規則、多以球狀為主（圖2a）。 但在經過處理後，細胞多呈現梭形，排列比較稀疏，大小取向一致，細胞核質比例變小（圖2b）。

直接有效殺傷腫瘤細胞

達瑪烷苷元可廣泛作用於多種腫瘤細胞。Dr. William Jia所在UBC大學實驗室，觀察了所測試的腫瘤細胞，發現達瑪烷苷元對多種腫瘤細胞均有殺傷作用。

圖3. 達瑪烷苷元對多種腫瘤細胞的殺傷作用

達瑪烷苷元促進凋亡

凋亡是一種特殊的細胞死亡方式，又稱為細胞程式性死亡。達瑪烷苷元和其衍生化合物可透過細胞內一系列酶有秩序的啟動凋亡（圖4a）。如圖4b所示，經達瑪烷苷元處理的腫瘤細胞呈現出典型的凋亡形態，細胞出現空泡和凋亡小體。

圖4. 達瑪烷苷元促進腫瘤細胞凋亡及其機制

達瑪烷苷元作用於癌細胞後，可同時啟動以下3種機制來殺傷癌細胞（圖4b）：（1）啟動多個Caspase通道；（2）抑制Akt磷酸化；（3）促進自由基的產生。
不同來源的死亡訊號，經由癌細胞內各種訊號傳導途徑，使凋亡機制被開啟而導致癌細胞死亡。在這個特殊傳導途徑中，Caspases扮演了至關緊要的角色。Caspases分為上游的啟動者（Caspase 8）和下游的凋亡執行者（Caspase 3，6，7）。實驗已經證實，達瑪烷苷元能夠直接啟動Caspase的啟動酶和執行酶，從而啟動凋亡過程，從而增加化療藥物的敏感性。同時，達瑪烷苷元也能作用於線粒體，增加細胞色素C的釋放，通過內源途徑來啟動Caspase 9，從而啟動凋亡（圖5）。

圖 6. 達瑪烷苷元抑制Akt的活性	圖7. 達瑪烷苷元促進自由基的生成

競爭抑制雌激素受體

圖8. 達瑪烷苷元與雌激素競爭受體

新的研究結果顯示，達瑪烷苷元在預防雌激素倚賴性腫瘤的生長方面也表現不凡。雌激素是一種女性賀爾蒙，與乳癌的發生和復發密切相關。流行病學調查已經提示：停經後長期使用賀爾蒙補充療法（即長期服用雌激素）會增加乳癌發生的危險。達瑪烷苷元在結構上與雌激素類似，能夠與雌激素競爭性地結合雌激素受體，從而阻斷或減少雌激素的作用，從而消除雌激素對腫瘤（尤其是乳腺癌和子宮內膜癌）細胞生長的刺激作用（圖8）。

達瑪烷苷元的動物試驗

圖 9. 達瑪烷苷元對乳腺癌小鼠的作用

在乳癌的動物模型中，達瑪烷苷元在高雌激素濃度下可完全阻斷腫瘤的生長。另外，當達瑪烷苷元與乳腺癌的化療藥物Tamoxifen 合併使用時，達瑪烷苷元可有效地增強Tamoxifen 的效果（圖9）。類似的腫瘤抑制效果在前列腺癌及胰癌動物模型上也得到了證明。
達瑪烷苷元可通過血腦屏障，並可抑制腦瘤細胞的生長。在大鼠惡性腦瘤的動物模型中，當腫瘤形成時，給予對照組動物以口腔飼餵生理鹽水，而治療組則分別飼餵兩種不同劑量的達瑪烷苷元。結果顯示對照組的動物在24天全部死亡，而以25mg/kg達瑪烷苷元處理的動物則仍有40%存活。此外，即使在低劑量下（5mg/kg）,相對於對照組，接受低劑量處理的動物其生存曲線仍然呈向右偏移，表明這些動物存活的天數較長。大鼠活檢後肉眼觀測可以明顯地看出，經過達瑪烷苷元治療過的動物顱內腫瘤的大小較對照組顯著地縮小，直觀地顯示達瑪烷苷元能夠透過血腦屏障，對腦部的惡性腦瘤產生明顯的抑制作用（圖10）。

圖10. 達瑪烷苷元對大鼠膠質瘤腫塊的作用