多靶點、全方位、無毒抗癌
William Jia, PhD, Faculty of medicine, University of British Columbia
人類在對抗癌症之役中失利的真正原因
癌細胞在本質上具有基因不穩定性的特點：當癌細胞在增殖的同時，其基因會持續不斷的進行突變。因而既便在同一個腫瘤內的癌細胞都可能是各不相同的。這種現象稱之為腫瘤的異質性。基於這種異質性，使得癌症的治療格外棘手。因為當前所使用的癌症治療方法大都是基於癌細胞的某些生物特質而設計，因此，有可能只對同一腫瘤內的部分癌細胞具殺傷力，而其餘的癌細胞則因其生物特質不同，而可能會對該種治療不敏感。這也是為甚麼目前大部分腫瘤治療僅部分有效的主要原因之一。另一導致腫瘤治療失利的重要原因是源自於某些腫瘤細胞的多藥耐藥性(Multi-Drug Resistance, MDR)。這種多藥耐藥性(MDR)可以是遺傳的或經化療誘導產生的，其機制複雜多變，細胞與細胞之間的耐藥機制各不相同，使得腫瘤治療更加困難。
理想抗癌藥物的設計
基於上述的原因，理想的抗癌藥物需具備以下條件：
1. 能夠有效攻擊具有不同生物特質的癌細胞的能力
2. 不具毒性，可供長期使用
3. 不會引起抗藥性
目前符合上述標準的抗癌藥物仍未出現，但科學家發現了一種天然組份，這種組份所具備的許多藥理學特徵使其有潛力成為理想的抗癌藥物。這個組份的名稱是：達瑪烷苷元。
達瑪烷苷元的由來
達瑪烷苷元是存在於植物，尤其是五加科植物中的化合物，以達瑪烷為骨架，屬四環三萜結構。在中國及亞洲國家，幾千年來，含此組份的植物(如人參) 一直是中藥處方中的一個重要組分，並被廣泛應用。但這些植物的提取物並未表現出明顯的殺傷腫瘤活性。直到80年代，人參皂苷Rh2首先被發現具有強烈的抗癌活性，爾後，Rh2一直成為科學家研究的焦點。然而，植物中Rh2的含量卻極微，如要提取1克的Rh2需要100公斤或以上的未加工人參(因其在植物中含有最高含量的Rh2)；但因生產成本極為昂貴，因而使得Rh2一直無法成為抗癌藥物。達瑪烷苷元是用天然的植物，包括人參為原料，通過特殊的生產工藝得到的一系列化合物。達瑪烷苷元的化學結構與Rh2相似，具有與Rh2相等或超過Rh2的抗癌活性，但是其價格遠低於Rh2，從而成為理想的藥物候選。
達瑪烷苷元以全方位、多靶向的方式，透過以下三種主要途徑來殺傷癌細胞：
• 達瑪烷苷元使癌細胞生長停頓，並透過多重機制誘導癌細胞凋亡
• 達瑪烷苷元具有潛在的化療增敏特性
• 達瑪烷苷元具有潛在的腫瘤預防特性
達瑪烷苷元在動物模型中可有效抑制癌細胞生長。同時，達瑪烷苷元可以有效殺傷具有不同基因缺失背景的腫瘤細胞，並且可透過多重機制誘導癌細胞凋亡。
1.1 在動物模型中達瑪烷苷元可抑制腫瘤細胞生長
為了證實達瑪烷苷元的治療功效，在進入人體實驗以前，必須先在動物模型中進行測試。以下是其中一個動物模型(圖1乃在大鼠惡性腦瘤模型上對一種主要成分為達瑪烷苷元的天然製劑的抑癌作用所做的測試)。
首先將腦癌細胞植於大鼠大腦中，當腫瘤已經形成時，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製劑。結果以Keplain-Meier生存曲線表示。圖中橫軸代表動物存活的天數，
縱軸代表每一天動物存活的百分比。圖1中顯示，對照組的動物在24天内全部死亡，而以25 mg/kg達瑪烷苷元製劑處理的動物則仍有40%存活。另外，既使在低劑量下(5mg/kg），相較於對照組，
接受達瑪烷苷元製劑處理的動物其生存曲線仍然呈向右偏移，表示這些動物存活的天數較長。
從圖2可以明顯看出經過達瑪烷苷元製劑處理的動物顱內腫瘤的大小與對照組比較有明顯的差別，表明該含達瑪烷苷元組份的製劑對腫瘤生長的抑制作用。類似的腫瘤抑制效果在前列腺癌及胰癌動物模型上也可得到證明。
1.2 達瑪烷苷元可以有效殺傷具有不同基因缺失背景的腫瘤細胞
達瑪烷苷元及其所衍生的化合物可廣泛作用於各種不同的癌細胞；在我們實驗室中，每一種所測試的腫瘤細胞無論源自任何組織均可被達瑪烷苷元殺死。
如圖3所示，達瑪烷苷元及其所衍生的化合物對多種癌細胞皆顯示出相似的細胞毒性，包括人 類惡性膠質瘤(SF188)、前列腺癌(PC3)、乳腺癌(MCF-7)、以及大鼠腦癌(9L)。除此之外，達瑪烷苷元可誘發不同基因背景的癌細胞進入凋亡。
圖4為一典型例子：圖中顯示達瑪烷苷元殺傷兩種具不同基因缺失背景的腦瘤細胞的情況，SF188和U87腦癌細胞在基因上分別缺乏P53 和PTEN基因。P53是一種參與基因表達的蛋白。正常的P53表達可產生以下兩種結果：使細胞週期停頓或使細胞凋亡。但P53基因在腫瘤細胞內經常發生突變，
P53基因一旦突變，不單會導致正常細胞癌化，更會使該癌細胞對化療藥物產生抗藥性。
PTEN基因的突變在癌細胞中也是相當常見的。PTEN主要透過對Akt 酶活化的抑制作用來調解細胞內的生存通道。最近發現缺乏PTEN基因會使癌細胞內稱為“生存通道”的機制打開，而癌細胞就是藉著這個生存通道來頑強的抵抗各種治療。值得關注的是，無論癌細胞的P53 和 PTEN基因是否缺失，達瑪烷苷元及其衍生物都可以有效地殺傷它們。
1.3 達瑪烷苷元可透過多重機制誘導癌細胞凋亡
凋亡是一種特殊的細胞死亡方式，又稱為細胞程序性死亡。圖5顯示細胞凋亡的典型形態；圖中箭頭所指成群的小空泡是癌細胞經達瑪烷苷元處理後所產成的凋亡小體。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。
如圖6所示：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：
激活多個Caspase通道，使細胞凋亡
抑制Akt磷酸化，使癌細胞之生存通道關閉
促進細胞內自由基的生成，並誘導細胞進入凋亡
當癌細胞內任何一種機制一旦被啟動皆可獨立的導致癌細胞的凋亡。若這3種機制同時啟動，可加速癌細胞的凋亡。以下就上述3種機制分別加以敘述。
達瑪烷苷元可啟動多個Caspases
圖7以圖表方式闡明：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是一組酶，負責啟動和執行身體內防護機制---
細胞凋亡。Caspases將體內已變異的細胞透過一連串的訊號傳導使變異或癌細胞進入一種細胞自然死亡程序即凋亡。
Caspases中按其功能又分為啟動者及執行者。如圖7所示，Caspase 8 在整個途徑的上游將死亡訊號傳至Caspase 3、6 或7，使癌細胞進入凋亡。細胞色素C (Cytochrome C) 與Caspase 9、和Caspase
8的角色類似，扮演啟動者的角色。負責傳遞早期的死亡訊號。而癌細胞的基因突變常會對上述的死亡訊號傳導系統造成破壞或干擾，使其無法正常運作，因而使癌細胞可以在極為惡劣的環境下(如暴露在不同的抗癌藥物或治療)繼續生存。有意思的是，足夠證據顯示，在眾多測試過的癌細胞中，達瑪烷苷元可同時啟動所有的Caspases，包括Caspase
8、9以及Caspase 3、6 和 7，即所謂的死亡執行者。因此，在涉及有關Caspases的機制方面，達瑪烷苷元不需依靠任何上游Caspases(Caspase
8、9)，而以“捷徑” 的方式，直接啟動Caspase 3、6 和 7，使癌細胞凋亡。
達瑪烷苷元在沒有Caspases的條件下也可誘導癌細胞凋亡
有些癌細胞因為某種因素而使得Caspase機制無法啟動。科學家發現這些細胞也能被達瑪烷苷元誘導進入凋亡。因此，達瑪烷苷元在這些細胞中顯然是起用了其它的機制。
• 達瑪烷苷元可使癌細胞內自由基濃度大幅提高使其凋亡
最近的研究發現，達瑪烷苷元誘導癌細胞凋亡的另一機制是：透過在癌細胞內生成大量的自由基來殺傷癌細胞。眾多研究發現自由基可開啟多個凋亡途徑，包括透過Caspase或以非Caspase依賴的方式使癌細胞進入凋亡。
實驗顯示：癌細胞在經過達瑪烷苷元處理1小時後，在大部分的癌細胞內皆產生大量的自由基。眾多研究也已證明，這些自由基可開啟多個凋亡途徑，促使癌細胞死亡。
• 達瑪烷苷元可抑制Akt磷酸化，破壞癌細胞生存通道使細胞凋亡
人體內的癌細胞一直是處於極大的壓力，包括來自癌患者體內免疫系統的攻擊、各種抗癌藥物及治療的攻擊。近來發現，癌細胞之所以有能力在極為艱難的環境中生存，很大程度是依賴於細胞中一個稱為〝生存通道〞的機制。在正常細胞中，這個生存通道是處於關閉狀態的；只有當細胞處於惡劣的環境時才會被暫時性地開啟。但癌細胞則可透過某些途徑使此通道保持在開啟的狀態，例如經由改變或破壞 某些控制機制，如PTEN基因。
Akt 是一種抗凋亡激酶，可藉由多種途徑使癌細胞的“生存通道”保持暢通，以至不容易被各種抗癌藥物或治療殺死。而關閉此生存通道的方法之一是透過調節Akt
酶的活性。Akt 酶在細胞內經由化學反應---磷酸化使Akt 活化。Akt 酶活化後，一方面可以促進細胞的增殖，另一方面又可抑制凋亡機制。因此，Akt
酶在維持癌細胞生存通道的暢通機制上扮演了關鍵性角色。
PTEN基因，在正常狀態下具有抑制Akt 酶活化、促進凋亡的作用。相反的，若PTEN基因出現突變或功能缺失，則無法抑制Akt 酶的活化，細胞凋亡途徑便會受到破壞或干擾。
賈韋國博士於加拿大卑詩大學(UBC)的實驗室最近發現，達瑪烷苷元和其衍生化合物可有效抑制具PTEN缺失的癌細胞的生存通道。證據顯示當癌細胞經過達瑪烷苷元處理後，細胞內磷酸化Akt 酶的水平出現顯著的下降。而且，達瑪烷苷元在有些癌細胞內還可以切斷Akt 的生成。
癌細胞經常會對化療藥物產生耐藥性，這種耐藥性可因癌細胞的某些遺傳背景引起或是在化療過程中產生。癌細胞的耐藥機制相當複雜，包括凋亡途徑的缺失以及癌細胞中生存通道的持續性開啟。達瑪烷苷元可透過以下3種主要機制來逆轉癌細胞的耐藥性，並與化療藥物產生協同、增敏的效果。
2.1 達瑪烷苷元可有效抑制P-gp蛋白
P-gp蛋白存在於癌細胞的細胞膜上，其主要功能是以泵的方式將抗癌藥物自細胞內排除到細胞之外。從而使得細胞內的藥物濃度保持在很低的水平，以致不能將癌細胞殺死。細胞過量生成P-gp蛋白是造成多藥耐藥的主要原因之一。
根據賈韋國教授實驗室的研究顯示：達瑪烷苷元可有效抑制P-gp蛋白，從而有助於抗癌藥物在細胞內的積累。圖9 中所顯示的是兩張多藥耐藥性人類乳癌細胞的顯微照片。為了測試P-gp蛋白，將一種特殊的螢光染料與癌細胞混合。這種染料在細胞外時不呈現螢光，但進入細胞內後便呈現螢光。圖9a為對照組，顯示未經達瑪烷苷元處理的細胞，只有極少螢光反應，表明該細胞的P-gp蛋白功能很活躍，能有效地將該染料排除在細胞之外。圖9b是癌細胞經過達瑪烷苷元製劑處理15分鐘後的螢光顯色。結果顯示，經過達瑪烷苷元製劑處理的癌細胞內有大量的螢光，相對於未經達瑪烷苷元製劑處理的細胞(左圖)顯得格外明亮。以上結果表明達瑪烷苷元可有效的阻斷P-gp蛋白的功能，因而可以使細胞內化療藥物濃度維持在較高水平，進而增強治療效果。
2.2 達瑪烷苷元可與化療藥物產生協同作用及增敏效果
達瑪烷苷元單獨使用可誘導癌細胞凋亡，與其他抗癌藥物聯合使用可產生協同作用，增強治療的功效。同時，達瑪烷苷元可經由誘導癌細胞凋亡和阻斷癌細胞生存通道這兩種機制來增強化療的治療效果。藉由這兩種機制敏化癌細胞對化療藥物的反應，從而加強化療藥物對癌細胞的殺傷效果。
• 達瑪烷苷元與Taxol (紫杉醇/泰素)
達瑪烷苷元及其衍生化合物對化療藥物的增敏效果：如圖10 所示，在這個實驗中，將具有高含量的人類乳癌細胞分為三組，一組只用常用的化療藥物Taxol (紫杉醇/泰素)處理，另外兩組則以Taxol
(紫杉醇/泰素)加上不同濃度的達瑪烷苷元製劑處理。對於多藥耐藥癌細胞，Taxol (紫杉醇/泰素)單獨使用時，需要高達100uM的Taxol (紫杉醇/泰素)才能殺死所有的癌細胞。但與達瑪烷苷元製劑合併使用時，則只需原先Taxol
(紫杉醇/泰素) 的1/10劑量便可達到同樣的腫瘤殺傷效果。也就是說，達瑪烷苷元使Taxol (紫杉醇/泰素)的療效增強了十倍。
• 達瑪烷苷元與Gemzar (健擇)
以下是一個胰癌的例子，Gemzar(健擇)是治療胰癌的第一線用藥。如圖11 所示，將胰癌細胞
分為兩組，分別以Gemzar(健擇)或Gemzar(健擇)加上達瑪烷苷元製劑處理。只用Gemzar(健擇)的細胞組(左側3個柱欄)有40% 的癌細胞死亡。但加上達瑪烷苷元製劑後(右側3個柱欄)，在同樣的Gemzar(健擇)濃度下，有90%的癌細胞被殺死。以上結果強烈表明達瑪烷苷元可增強Gemzar(健擇)的療效。
2.3 達瑪烷苷元可影響P450s的活性使體內藥物濃度維持在較高水平
達瑪烷苷元可藉由對藥物在體內代謝的影響而潛在性的增加體內有效的藥物濃度。大部分的藥物都是由肝臟的一組名為P450s的酶負責代謝。P450s酶的活性決定藥物自體內清除的速度。而P450s酶對於預防藥物毒性在體內的積累是很重要的；若P450s酶過於迅速地將藥物自體內清除，體內的藥物濃度便會過低，癌細胞將無法有足夠的時間與藥物接觸以達到預期的療效。有意思的是，科學家發現達瑪烷苷元可與P450s作用；準確的說，達瑪烷苷元可抑制以下幾組P450s酶的活性：包括CYP3A4、2C9、2C19和2B6。這些酶普遍的參與在許多抗癌藥物的代謝過程；藉由對這些酶的抑制，可以讓藥物在體內停留較長的時間，因而提高其療效。
必須強調的是，基於對P450s的抑制作用，當達瑪烷苷元與其他藥物同時使用時必須特別注意；因為:
- 有些抗癌藥物是倚賴P450s酶的代謝將藥物轉化為有效化合物型態，這類藥物不應該和達瑪烷苷元合併使用。
- 當達瑪烷苷元與抗癌藥物合併使用時，若仍保持原來的藥物使用劑量，可能會使後者的毒性有所增強。
所以，當達瑪烷苷元與其它化療藥物同時使用時須特別小心；最好避免同時給予兩種製劑，或將具毒性的藥物劑量降低。
預防是戰勝腫瘤最重要的手段。基於以下觀察結果達瑪烷苷元可以做為腫瘤預防製劑：
1) 在低劑量下，達瑪烷苷元可阻止惡性細胞內細胞週期的正常運轉，並誘導惡性細胞良性化。
2) 達瑪烷苷元可抑制多個P450s酶。
3) 可與雌激素競爭受體而產生抑制乳癌生長的效果
3.1 低濃度達瑪烷苷元引起異常細胞生長停頓，使癌細胞良性化
如圖12 所示，癌細胞經由細胞分裂過程進行增殖。整個過程分為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。細胞分裂的過程周而復始地經歷這些階段。
大量研究顯示，達瑪烷苷元及其類化合物在低劑量下可阻止細胞分裂，使惡性細胞進入良性分化，在經過較長時間的作用後能導致癌細胞凋亡。因為每種惡性腫瘤皆源於單一的異常細胞，在低劑量下，達瑪烷苷元可制止潛在的異常細胞進入癌細胞階段。根據早期對韓國人參的研究顯示：韓國人參提取物在動物模型和流行病學研究上皆表現出腫瘤預防的效果。這種效果可能和韓國人參提取物中含有較高含量的類達瑪烷苷元化合物有關。
實驗結果顯示達瑪烷苷元及其相關的化合物可引起癌細胞生長停頓於G1期，從而使癌細胞停止增殖。另外，惡性癌細胞在較低濃度的達瑪烷苷元或其衍生物存在的情況下，會轉變並進入良性分化，使細胞分化趨向正常化。如圖所示，當惡性黑色素瘤細胞(圖13a）經過達瑪烷苷元製劑處理48小時後，便出現良性分化形態(圖13b)。從圖13a可以明顯看出未經處理的惡性黑色素瘤細胞是以一種排列擁擠、細胞形狀不規則、以球狀為主的型態出現。
但癌細胞在經過處理後，細胞呈現紡陲狀，並且以較稀疏排列分佈(已分化型態)，如圖13b。
3.2 達瑪烷苷元可對多種P450s酶產生輕度抑制作用，降低體內致癌物質的生成
達瑪烷苷元作爲腫瘤預防的另一個可能的機制是對多種P450s酶的輕度抑制。P450s是一組酶，負責代謝藥物和體內很多的化學物質。許多環境中的癌前物質是經由P450s的代謝作用而被轉換為具有強烈致癌性質的中間產物。例如有些P450s酶可使多環碳氫芳香族物質
(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons PAHs) 活化，而造成DNA的損傷。同樣的，另外的一些P450s酶可活化很多其他不同的物質，例如：芳香胺、氨基化合物、一些自然產生的化學物質(例如：黃麯霉毒素B1)和亞硝氨，使其成為可高度誘導基因突變和致癌的物質。
因此，對P450s的輕度抑制可減緩致癌物質的生成速度，從而使機體能夠有足夠的時間將這些致癌物排出體外。
人參提取物已顯示出對多組P450s酶的抑制活性，而達瑪烷苷元是人參中第一個被確認能有效抑制多組P450s酶的組分。因此，達瑪烷苷元對P450s酶的抑制作用提示了其使用於腫瘤預防的潛在可能。
3.3 達瑪烷苷元可與雌激素競爭受體而產生抑制乳癌生長的效果
除了上述作用之外，我們最新的研究結果顯示，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，具有多種重要的生理功能。大量研究已證實長期的雌激素刺激可能會誘發乳癌的發生。此外，結論性的流行病學證據提示：西方國家的健康女性在停經後使用賀爾蒙補充療法（即長期服用雌激素）確實會增加乳癌發生的危險性.。我們的數據顯示達瑪烷苷元可與雌激素競爭，減少雌激素與其受體的結合併取消雌激素對腫瘤生長的刺激作用。在乳癌的動物模型中，達瑪烷苷元在高雌激素濃度的環境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，達瑪烷苷元可有效的增強tamoxifen的效果。
急性毒性實驗
作為藥物的候選化合物，我們必須瞭解達瑪烷苷元的毒性。為此，我們做了廣泛的動物實驗研究。簡要的說，在急毒實驗中，老鼠一次性口服含51% 達瑪烷苷元的製劑4,000
mg/kg， 雖然在服藥後三十分鐘內動物出現閉眼、安靜、活動減少及嗜睡現象，但這些症狀在四小時之內消失。動物的活動、進食、進水也恢復正常，沒有任何動物在給藥後7天内死亡。解剖結果顯示心、肝、脾、肺、腎、胃、腸均無異常。
慢性毒性實驗
在慢毒實驗中，將動物分爲高、中、低劑量組，分別口服達瑪烷苷元製劑333.3mg/kg、131.0mg/kg和51.5mg/kg，每日給藥，持續八週。 給藥結束後觀察兩週。結果如下：在高劑量組給藥後24小時內有一暫時性前列腺腫大(腫大程度187%)，一暫時性卵巢腫大(腫大程度124%)，在中劑量組也發現，一暫時性前列腺腫大(腫大程度156%)，但是連續給藥兩週之後腫大消失。血常規檢查以及器官組織學檢查在高、中、低3組內皆未發現異常。此外，與大多數的化療藥物不同，動物血液檢查顯示，如圖15、16、17，達瑪烷苷元製劑對造血系統沒有任何不良的抑制作用。
結論
在過去的數年中，我們針對達瑪烷苷元的抗癌活性做了許多研究；發現該類化合物具有以下藥理學活性：
- 達瑪烷苷元可抑制癌細胞增殖，並誘導其進入良性分化。
- 達瑪烷苷元可經由多種機制促使癌細胞進入一種自殺性的細胞死亡程式（凋亡），而通常這種程式在癌細胞內是關閉的。
- 達瑪烷苷元可抑制癌細胞上的P-glycoprotein (P-gp)蛋白；而P-gp蛋白是造成癌細胞多藥耐藥的主要原因之一。當化療藥物與達瑪烷苷元合併使用時，隨著P-gp蛋白的被抑制，化療藥物的療效可被顯著地提昇。
- 達瑪烷苷元可與人體內的某些P450s酶相互作用，藉此可降低因環境中致癌物質所誘導產生的癌症發生機率。
- 達瑪烷苷元可與雌激素競爭受體；減少雌激素與其受體的結合，並取消雌激素對腫瘤生長的刺激作用。
以上內容大意譯自原文摘要，僅供參考，一切以英文原稿為準。