姜黃素抗腫瘤作用機(jī)制研究進(jìn)展

石 峰 綜述，崔 平 審校

(昆明醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院肝膽外科，云南昆明650032)

姜黃素是從姜科姜黃屬植物根莖中提取的一種食用植物多酚，曾被廣泛用于食品上色和佐味。自印度學(xué)者Kuttan等［1］于1985年首次提出姜黃素具有抗腫瘤作用至今，已有大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)姜黃素對(duì)多種腫瘤細(xì)胞具有抑制生長(zhǎng)和誘導(dǎo)凋亡的作用。但就不同類別腫瘤而言，其抗腫瘤機(jī)制各不相同，有些作用機(jī)制甚至是相互矛盾的。鑒于此情況，作者就近年來(lái)姜黃素對(duì)消化、血液、婦科等3種類別腫瘤的抗腫瘤機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

1 消化系統(tǒng)腫瘤

1.1 舌癌及食管癌 正常細(xì)胞周期按照G0、G1、S、G2、M期的順序進(jìn)行，細(xì)胞周期中存在G0/G1、G1/S、G2/M等幾個(gè)調(diào)控點(diǎn)控制細(xì)胞周期，調(diào)控點(diǎn)的功能是對(duì)受損細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)，不能修復(fù)的損傷則啟動(dòng)凋亡程序誘導(dǎo)凋亡，以保證細(xì)胞分裂的正常進(jìn)行。有學(xué)者用姜黃素分別處理人舌鱗癌Tca8113細(xì)胞和食管癌EC109細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，兩種細(xì)胞都停滯于G0/G1期，且無(wú)法越過(guò)G0/G1調(diào)控點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行有絲分裂，最終發(fā)生呈現(xiàn)時(shí)間－劑量效應(yīng)的凋亡;Western-blot法檢測(cè)到姜黃素作用EC109細(xì)胞24 h后，其濃度越高，CyclinD1和 CyclinE的條帶越窄，據(jù)此推測(cè)姜黃素通過(guò)降低Cyclin的表達(dá)使細(xì)胞周期停滯于 G0/G1期，進(jìn)而抑制細(xì)胞生長(zhǎng)［2－3］。

1.2 肝癌 細(xì)胞凋亡是一個(gè)多步驟、多蛋白參與的程序性細(xì)胞死亡過(guò)程［4］?？沟蛲龅腂cl-2可阻止促凋亡的Bax引起的DNA損傷，從而保持線粒體完整性，避免細(xì)胞發(fā)生凋亡，Bcl-2和Bax的比例決定細(xì)胞是否發(fā)生凋亡。賀慶芝等［5］發(fā)現(xiàn)經(jīng)姜黃素處理24 h的人肝癌HepG2細(xì)胞呈劑量依賴關(guān)系發(fā)生凋亡，實(shí)時(shí)熒光定量PCR結(jié)果顯示:與空白對(duì)照組相比，加藥組中伴隨姜黃素濃度的升高，Bcl-2 mRNA表達(dá)上調(diào)而 Bax mRNA表達(dá)下調(diào)，由此推論姜黃素誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞凋亡可能與調(diào)節(jié)Bcl-2和Bax基因表達(dá)有關(guān)。原子力顯微鏡(AFM)是在毫微級(jí)水平觀察細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)變化的重要工具。Wang等［6］用AFM發(fā)現(xiàn)經(jīng)姜黃素處理過(guò)的HepG2細(xì)胞的形態(tài)由長(zhǎng)梭形變?yōu)槎虉A形，細(xì)胞尾部收縮成線形，這些變化導(dǎo)致細(xì)胞運(yùn)動(dòng)能力下降;同時(shí)AFM發(fā)現(xiàn)線粒體膜上的蛋白顆粒發(fā)生聚集，隨后透過(guò)性小孔開(kāi)放，細(xì)胞內(nèi)離子非選擇性進(jìn)入線粒體，導(dǎo)致線粒體膜內(nèi)側(cè)發(fā)生去極化，線粒體膜電位下降;細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的下降使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+通道開(kāi)放，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，這使更多的Ca2+進(jìn)入線粒體，線粒體膜電位進(jìn)一步降低直至消失，最后線粒體膜裂解、細(xì)胞凋亡。

1.3 結(jié)腸癌 抑癌基因p53的表達(dá)缺失或不被激活常被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生的重要環(huán)節(jié)。Watson等［7］研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能誘導(dǎo)野生型p53 HCT-116細(xì)胞凋亡，此過(guò)程雖有p53的激活及隨后p53介導(dǎo)的促凋亡蛋白p21、PUMA和Bax的表達(dá)，但野生型p53 HCT-116細(xì)胞凋亡的發(fā)生并不是以依賴p53的途徑實(shí)現(xiàn)的。結(jié)腸癌細(xì)胞暴露于姜黃素條件下發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，產(chǎn)生大量超氧化陰離子，這可能就是細(xì)胞發(fā)生不依賴p53途徑凋亡的原因。為驗(yàn)證以上推測(cè)，研究人員用比色尺NBT測(cè)定經(jīng)姜黃素處理6 h的 p53+/+和 p53－/－HCT-116細(xì)胞內(nèi)超氧化陰離子的數(shù)量，結(jié)果顯示，姜黃素與超氧化陰離子數(shù)量之間呈現(xiàn)劑量依賴關(guān)系;為進(jìn)一步確定超氧化陰離子在細(xì)胞凋亡過(guò)程中的作用，研究人員對(duì)氧化應(yīng)激反應(yīng)標(biāo)志物、p53蛋白激活因子以及磷脂酰肌醇蛋白激酶進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)后兩類蛋白的表達(dá)無(wú)明顯變化，這表明細(xì)胞凋亡并沒(méi)有p53途徑的參與，但氧化應(yīng)激反應(yīng)標(biāo)志物ATM、ATR、Chk2的表達(dá)增多，提示在姜黃素作用條件下，結(jié)腸癌p53+/+和p53－/－HCT-116細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生大量超氧化陰離子，在其作用下細(xì)胞最終以不依賴p53的途徑發(fā)生凋亡。

2 血液系統(tǒng)腫瘤

2.1 急性早幼粒白血病 胡亮杉等［8］用姜黃素處理人急性早幼粒白血病HL-60細(xì)胞24 h后發(fā)現(xiàn)，姜黃素可有效抑制HL-60細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)凋亡，且呈現(xiàn)一定的量效關(guān)系。RT-PCR檢測(cè)發(fā)現(xiàn)促凋亡基因Bax、Bid以及核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的mRNA表達(dá)增多，p53 mRNA無(wú)表達(dá)。Western-blot分析顯示姜黃素上調(diào)NF-κBp65蛋白的表達(dá)，且呈劑量依賴關(guān)系，但HL-60細(xì)胞凋亡過(guò)程中NF-κB的表達(dá)上調(diào)與Bax、Bid的表達(dá)上調(diào)是否存在直接聯(lián)系，仍需深入研究。

2.2 急性單核細(xì)胞白血病 與急性早幼粒白血病相似，崔麗霞等［9］發(fā)現(xiàn)姜黃素同樣可以量效關(guān)系誘導(dǎo)急性單核細(xì)胞白血病THP-1細(xì)胞凋亡，免疫組化結(jié)果顯示:伴隨姜黃素濃度的升高，NF-κB表達(dá)下降、caspase-3表達(dá)升高，兩者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。按照經(jīng)典的外在凋亡途徑理論［4］:TNF刺激細(xì)胞后形成復(fù)合體 I、致NF-κB活化且表達(dá)增多，進(jìn)而募集活化caspase-8，然后激活后續(xù)執(zhí)行caspase(包括caspase-3在內(nèi))引起底物切割，并最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。但姜黃素誘導(dǎo)THP-1細(xì)胞凋亡過(guò)程中存在與經(jīng)典外在凋亡途徑理論相矛盾的機(jī)制是NF-κB與caspase-3呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這一點(diǎn)有待于深入研究。

2.3 皮膚T細(xì)胞淋巴瘤 德克薩斯大學(xué)愛(ài)德森癌癥中心的Zhang等［10］將取自皮膚T細(xì)胞淋巴瘤患者的CTCLs細(xì)胞經(jīng)姜黃素作用后發(fā)現(xiàn)，姜黃素以時(shí)間－劑量效應(yīng)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。為探求姜黃素誘導(dǎo)CTCLs細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制，用Western-blot和實(shí)時(shí)PCR技術(shù)進(jìn)一步觀察后發(fā)現(xiàn)，促凋亡基因STAT-3、Bcl-2和survivin的mRNA及蛋白表達(dá)顯著增加，同時(shí)發(fā)現(xiàn)姜黃素通過(guò)阻止DNA與NF-κB的結(jié)合，抑制NF-κB的活化，從而抑制 STAT-3和 IκB-α 的磷酸化，最終激活caspase-3誘導(dǎo)CTCLs細(xì)胞凋亡。

3 婦科腫瘤

3.1 乳腺癌 Bielak-Zmijewska等［11］發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠通過(guò)縮短微管生長(zhǎng)時(shí)相和延長(zhǎng)生長(zhǎng)停滯時(shí)相來(lái)增強(qiáng)乳腺癌MCF-7細(xì)胞微管的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。經(jīng)姜黃素作用的MCF-7細(xì)胞中，處于M期的細(xì)胞發(fā)生微管解聚作用、微管與著絲點(diǎn)附合障礙導(dǎo)致無(wú)法形成具有正常結(jié)構(gòu)的紡錘體。姜黃素還可干擾動(dòng)力蛋白Eg5的局限化作用使細(xì)胞產(chǎn)生單極紡錘體，致使細(xì)胞無(wú)法進(jìn)行正常有絲分裂活動(dòng)。同時(shí)姜黃素在著絲點(diǎn)集聚過(guò)多的Mad2和BubR1，從而激活有絲分裂調(diào)控點(diǎn)，調(diào)控點(diǎn)的激活使得有絲分裂中后期時(shí)程延長(zhǎng)，并導(dǎo)致有絲分裂發(fā)生異常，再加之姜黃素作用下MCF-7細(xì)胞微管動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的增強(qiáng)有助于p53的表達(dá)，以上變化共同作用，最終導(dǎo)致細(xì)胞以依賴p53的途徑發(fā)生凋亡。

3.2 子宮平滑肌肉瘤 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)化療方案對(duì)子宮平滑肌肉瘤的療效極差，為探求新的化療藥物，Wong等［12］用不同濃度姜黃素處理人子宮平滑肌肉瘤SKN細(xì)胞系，當(dāng)濃度達(dá)到200 μmol/L時(shí)，80%的細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制。Western-blot分析顯示姜黃素以量效關(guān)系抑制mTOR、p70S6和S6等核糖體蛋白以及AKT的磷酸化，從而抑制AKT-mTOR信號(hào)通路的活性，阻礙SKN細(xì)胞的生長(zhǎng)。姜黃素也可以量效關(guān)系增加PARP的分解，尤其當(dāng)濃度達(dá)到200 μmol/L時(shí)PARP的分解達(dá)到最大值，同時(shí)在姜黃素作用下caspase-3活性明顯增強(qiáng)，TUNEL染色發(fā)現(xiàn)大量DNA斷裂。PARP的分解、caspase3的激活以及DNA的斷裂等這些凋亡前事件的發(fā)生最終誘導(dǎo)子宮平滑肌肉瘤SKN細(xì)胞凋亡。

3.3 宮頸癌 蛋白組學(xué)是以細(xì)胞、組織或機(jī)體在特定時(shí)間和空間上表達(dá)的所有蛋白質(zhì)為研究對(duì)象，分析細(xì)胞內(nèi)動(dòng)態(tài)變化的蛋白質(zhì)組成，了解蛋白質(zhì)之間的相互作用與聯(lián)系，并在整體水平上研究蛋白質(zhì)的活動(dòng)規(guī)律［13］。Madden 等［14］應(yīng)用蛋白組學(xué)相關(guān)研究技術(shù)試圖闡述姜黃素對(duì)宮頸癌的抗腫瘤作用機(jī)制，實(shí)驗(yàn)選用宮頸癌Hela細(xì)胞，并經(jīng)姜黃素處理48 h，二維凝膠電泳顯示有8種不同的蛋白表達(dá)，經(jīng)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)分析，姜黃素可影響其中4種蛋白質(zhì)(Ezrin、RAD50、STIP、PGK)的表達(dá)，Ezrin調(diào)控細(xì)胞骨架的生長(zhǎng)進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移，姜黃素通過(guò)降低其表達(dá)來(lái)延緩宮頸癌的發(fā)展進(jìn)程;姜黃素還可提高具有修復(fù)突變DNA功能的RAD50的表達(dá)進(jìn)而阻止腫瘤細(xì)胞分裂;STIP具有抑制凋亡的作用，姜黃素通過(guò)下調(diào)其表達(dá)誘導(dǎo)凋亡，從而抑制宮頸癌的發(fā)生發(fā)展;姜黃素還能下調(diào)PGK的表達(dá)影響其酶學(xué)活性，延緩腫瘤細(xì)胞新陳代謝，阻礙腫瘤生長(zhǎng)。蛋白組學(xué)技術(shù)的引入使姜黃素抗腫瘤作用機(jī)制的研究由細(xì)胞水平深入至分子水平，這無(wú)疑為姜黃素抗腫瘤作用機(jī)制的研究開(kāi)拓了空間。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，近年來(lái)的研究進(jìn)一步證實(shí)姜黃素對(duì)多種腫瘤細(xì)胞具有抑制生長(zhǎng)及誘導(dǎo)凋亡的作用。姜黃素的毒副反應(yīng)輕、來(lái)源廣、易獲取、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)使其具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。今后應(yīng)繼續(xù)深入研究姜黃素的抗腫瘤作用機(jī)制，為臨床腫瘤治療提供更多的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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