姜黄素抗肿瘤机制研究进展
【关键词】 姜黄素 抗肿瘤 综述
姜黄(Curcuma longa)是姜科植物姜黄的根茎,主产于中国、印度、日本等国。姜黄不仅在印度作为香料用于食品咖喱中,而且在中国具有悠久的药用历史,其性味辛、苦、温,可行气破瘀、通经止痛。姜黄主要成分姜黄素具有广泛的药理作用,而对于姜黄素抗肿瘤作用的研究,长期以来主要集中在肿瘤的化学预防方面。随着现代分子生物学研究的不断发展,研究者们对姜黄素作用机制有了更深入的研究。笔者就迄今有关姜黄素的抗肿瘤及其分子作用机制进行综述。
1 抑制肿瘤细胞增殖并诱导肿瘤细胞的凋亡
姜黄素对多种肿瘤细胞具有细胞毒作用,可以抑制肿瘤细胞生长和诱导其凋亡。安氏等[1]观察姜黄素对不同肿瘤细胞的作用及光学显微镜下形态学变化发现,60 μmol/L姜黄素能抑制肝癌细胞(SMMC-7721)、宫颈癌细胞(Hela)、结肠癌细胞(SW480)、红白血病细胞(K562)、舌癌细胞(Tca-8113)、T淋巴瘤细胞(Jurkat)的增殖且相应引起细胞形态学改变。姜黄素的这种细胞毒作用与其抑制细胞核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)等转录因子从而影响细胞的信号通路有关。此外,姜黄素也可通过调节转录因子AP、丝裂原活化的蛋白激酶、生长因子受体激酶和环氧合酶等途径影响细胞增殖。
姜黄素诱导肿瘤细胞的凋亡,在体内、体外通过抑制Akt/mTOR/p70S6K和激活ERK1/2信号通路,促进恶性胶质瘤细胞发生自溶,同时诱导细胞G2/M期停滞,从而抑制细胞生长[2]。
姜黄素抑制肿瘤细胞生长与抑制细胞周期素CyclinD1、CyclinE有关,CyclinD1、CyclinE在多种肿瘤中过量表达,能介导细胞从G1期向S期过渡。实验发现,姜黄素可以通过激活过氧化物酶增殖体激活受体γ(PPARγ)和增强BTG2 mRNA的表达而下调CyclinD1,从而抑制肿瘤细胞生长[3-4]。除影响肿瘤细胞周期外,姜黄素还可下调肿瘤细胞的抗凋亡蛋白(bcl-2、bcl-xl、c-myc、野生型p53)水平和上调凋亡蛋白(Fas)水平而促进肿瘤细胞凋亡[5-6]。除此以外,姜黄素还可以通过抑制肿瘤细胞COX-2和EGFR的表达,以及诱导ROS、Ca2+的产生和促进Caspase-3的活化而抑制肿瘤细胞存活生长,促进其凋亡[7-8]。
2 对免疫系统的作用
肿瘤患者通常伴随免疫功能的低下,姜黄素相对于一般的化疗药物来说,它在抗肿瘤发展的同时维护机体的免疫功能。在腹水癌小鼠中,姜黄素能显著减少肿瘤细胞数同时保护因肿瘤引起的胸腺细胞和脾细胞损伤,从而保护机体免疫功能[9]。实验发现,用50 μmol/L姜黄素和UVC照射分别作用于休眠或增生的CD8+细胞,CD8+细胞在对肿瘤的免疫应答中发挥重要的作用,结果UVC照射后的细胞DNA发生降解,细胞死亡,而姜黄素作用的细胞没有出现DNA的降解[10]。Churchill等[11]采用MinP+小鼠小肠腺瘤模型研究姜黄素对宿主免疫功能的影响,结果表明,肠黏膜中的CD4+ T细胞和B淋巴细胞的数量明显增加,并且认为姜黄素其免疫调节功能可能是其抗癌作用机制之一。
肿瘤细胞诱导的氧化应激反应扰乱了正常免疫细胞NF-κB活化,导致胸腺萎缩,T细胞死亡,姜黄素能补充免疫细胞NF-κB活性,保护胸腺[12],同时使免疫细胞的Bax水平下调,bcl-2表达增强,从而抑制癌症引起的T细胞凋亡[13]。
3 抑制肿瘤转移
3.1 抑制肿瘤细胞的粘附与浸润
肿瘤细胞的粘附与浸润是肿瘤细胞进入血管和淋巴管发生转移的必要环节,此过程受到多种分子的调节,如细胞间粘附分子(ICAM)、血管细胞粘附分子(VCAM)和基质金属蛋白酶(MMP)等。姜黄素能够作用于这些分子而发挥抗转移的作用。姜黄素能完全阻断单核细胞与内皮细胞的粘附以及ICAM-1、VCAM-1和ELAM-1在内皮细胞上的表达,还可抑制TNF诱导内皮细胞表达粘附分子,其机制可能是由于抑制了NF-κB活化[14]。姜黄素能够抑制喉癌HEP2细胞MMP-2的表达与活化,从而抑制其浸润和转移[15]。姜黄素还能广泛抑制星形神经胶质瘤细胞的MMP(MMP-1、3、9)基因表达[16]；主要通过抑制上游的AP-1转录、NF-κB活性而抑制MMP的表达。进一步研究发现,姜黄素能抑制PMA诱导的ERK、JNK、P38、MAP激酶的磷酸化[17]。姜黄素可有效抑制结肠腺癌细胞sw620集落生长和穿膜侵袭能力,且与浓度相关,琼脂糖凝胶电泳的结果显示,诱导失巢凋亡是姜黄素抑制肿瘤细胞侵袭的机制之一[18]。
3.2 抑制血管生成与血行转移
20世纪70年代初,Folkman提出肿瘤生长依赖于新血管生成的理论,新生血管为肿瘤组织提供充足的营养,同时发育不完善的微血管也为肿瘤细胞进入循环转移扩散提供便利,因此,抗血管生成治疗已逐渐成为肿瘤研究的热点和治疗的新策略。姜黄素对血管生成的抑制作用已被CAM、matrigel plug等多种实验证明。早在1998年,Arbiser JL等[19]就发现,姜黄素及其衍生物在体内体外都能有效的抑制血管生成,抑制内皮细胞增生和碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)诱导的小鼠角膜新生血管的形成。
血管内皮细胞的迁移、增生、分化促使了血管新生,李氏等[20]研究发现,姜黄素、脱甲氧基姜黄素和双脱甲氧基姜黄素3种姜黄色素单体均有明显的抑制内皮细胞增殖作用,且呈剂量和时间依赖性,并认为影响细胞增殖周期和诱导凋亡是姜黄色素抑制内皮细胞增殖的主要机理之一,从而也认为3种姜黄色素抗肿瘤与其抑制血管的形成作用相关。另有实验表明,在A549肺癌细胞中,姜黄素通过抑制VEGF受体Flt-1、KDR的合成、分泌和表达,进而抑制肿瘤组织中血管的生成[21]。
肿瘤的血管生成是一个非常复杂的过程,此过程受到多种促血管生成因子和抑血管生成因子及其相关基因的调控。RT-PCR显示,姜黄素抑制血管新生与下调血管生成相关基因的表达有关,如抑制血管内皮生长因子(VEGF)、MMP-9、血管生成素1和2等[22-23]。在缺氧的情况下,姜黄素通过下调HIF-1基因表达,降低HIF-1转录活性而抑制VEGF表达,从而抑制缺氧所诱导的血管生成[24]。
3.3 对淋巴管新生与淋巴转移的影响
在肿瘤转移过程中,不仅存在血行转移,肿瘤细胞还可通过淋巴管转移。淋巴管新生对于肿瘤淋巴转移具有重要作用。迄今为止,姜黄素对肿瘤细胞淋巴转移影响的实验研究较少。体外实验发现,姜黄素抑制淋巴内皮细胞TR-LE毛细管样管腔结构的形成,但对细胞的活力及粘附能力没有影响。Westernblot与明胶酶谱分析显示,姜黄素抑制淋巴管生成的作用可能是通过抑制TR-LE细胞的Akt磷酸化以及MMP-2活性而实现的[25]。另外,姜黄素还能抑制多种与肿瘤生长相关的蛋白激酶的活性,如蛋白酪氨酸激酶、蛋白激酶C、cAMP依赖的蛋白激酶以及磷酸化激酶phK等[26]。
4 结语
已有的研究表明,姜黄素的药理作用广泛,能影响肿瘤发生发展的多个环节与步骤,抗肿瘤机制及产生的作用机理也是多方面的,同时毒性很低,美国NCI已经将其列为第三代防癌药来进行研究,因而姜黄素是一极有可能成为具有临床应用价值的抗癌药物。
【参考文献】
[1] 安继红,陈 鹏,辛秀芹.姜黄素体外抗肿瘤作用的观察[J].实用临床医药杂志,2007,11(2)：24－25.
[2] Aoki H,Takada Y,Kondo S,et al.Evidence that curcumin suppresses the growth of malignant gliomas in vitro and in vivo through induction of autophagy：Role of Akt and ERK signaling pathways[J]. Mol Pharmacol,2007,72(1)：29－39.
[3] Aggarwal BB, Banerjee S,Bharadwaj U,et al.Curcumin induces the degradation of cyclin E expression through ubiquitin-dependent pathway and up-regulates cyclin-dependent kinase inhibitors p21 and p27 in multiple human tumor cell lines[J].Biochem pharmacol,