蒜素抗腫瘤作用機(jī)制的研究進(jìn)展

張曉云 許博文 仝 樂 閆金銀 蔡海峰

華北理工大學(xué)研究生學(xué)院;①附屬唐山市人民醫(yī)院乳腺二科 河北唐山 063000

蒜素抗腫瘤作用機(jī)制的研究進(jìn)展

張曉云 許博文 仝 樂 閆金銀①蔡海峰①

華北理工大學(xué)研究生學(xué)院;①附屬唐山市人民醫(yī)院乳腺二科 河北唐山 063000

蒜素 惡性腫瘤 細(xì)胞增殖 細(xì)胞凋亡

大蒜為百合科，蔥屬植物的地下鱗莖，富含多種微量元素及生物活性成分。大蒜中的主要生物活性物質(zhì)被認(rèn)為是含硫化合物，也被稱為蒜素[1]。根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)，最常見的有機(jī)硫化物可分為兩類：水溶性化合物和脂溶性化合物。水溶性化合物包括S-稀丙基半胱氨酸(S-allylcaptocysteine，SAC)、S-烯丙基巰基半胱氨酸(S-allylmercaptocysteine，SAMC)、蒜氨酸等，此類化合物性質(zhì)穩(wěn)定，無刺激性氣味。脂溶性化合物主要有二烯丙基三硫化合物(diallyldisulfide，DADS)，二丙烯二硫化合物(diallylsulfide，DAS),二烯基三硫化物(diallyltrisulfide，DATS)等，具有獨特的臭味和刺激性，且不穩(wěn)定。蒜素因其具有抗炎、抗菌、保護(hù)心血管以及提高免疫力等作用已在臨床中應(yīng)用了幾十年[2～4]，最近相關(guān)研究表明，大蒜素還能減少癌癥風(fēng)險，蒜素通過抑制細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，發(fā)揮抗胃癌、乳腺癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤及肝細(xì)胞癌等多種惡性腫瘤作用[5～6]。本文就蒜素抗腫瘤作用的相關(guān)研究進(jìn)展做一簡要綜述。

1 抑制腫瘤增殖

惡性腫瘤形成的主要特征之一是細(xì)胞失控性增殖而致的無限異常增殖。大蒜的多種水溶性及脂溶性有機(jī)硫化物成分均具有一定抗惡性腫瘤細(xì)胞增殖的作用[7]。蒜素中烯丙基含硫化物DADS、DAS、DATS可抑制人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤U87MG和T89G細(xì)胞增殖，呈劑量依賴性，且DATS的抑制作用活性最強(qiáng)[8]。董忠等[9]關(guān)于蒜素對體外培養(yǎng)的小鼠膀胱癌MBT-2細(xì)胞的增殖抑制作用實驗中發(fā)現(xiàn)，隨著蒜素濃度增加，MBT-2細(xì)胞胞體縮小，胞膜皺縮突起消失，胞質(zhì)濃縮，染色質(zhì)濃縮邊聚，細(xì)胞間間隙增寬，活細(xì)胞數(shù)逐漸減少，部分細(xì)胞脫落懸浮于培養(yǎng)基，結(jié)果表明蒜素可呈劑量依賴性抑制膀胱癌細(xì)胞MBT-2的增殖。邵淑麗[10]等在蒜素誘導(dǎo)結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞凋亡的實驗發(fā)現(xiàn)，HT-29細(xì)胞經(jīng)蒜素處理48小時后，透射電鏡下觀察到細(xì)胞表面的微絨毛減少，細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)呈斑塊狀邊集，并且線粒體內(nèi)出現(xiàn)空泡變性等改變，提示蒜素對惡性腫瘤細(xì)胞有直接殺傷作用。

細(xì)胞增殖核抗原(PCNA)是一種僅在增殖細(xì)胞中合成或表達(dá)的核內(nèi)多肽，在細(xì)胞中高表達(dá)時，提示細(xì)胞DNA復(fù)制或修復(fù)，而低表達(dá)時，提示細(xì)胞凋亡，故此PCNA表達(dá)水平可作為反映增殖細(xì)胞活性的標(biāo)志之一。廖前進(jìn)等[11]用DADS干預(yù)裸鼠結(jié)腸癌SW480移植瘤模型，研究發(fā)現(xiàn)DADS可明顯抑制移植瘤的生長，DADS組相對腫瘤增殖抑制率為49.85%，平均移植瘤瘤體積明顯小于對照組，免疫組化顯示兩組移植瘤組織中均有PCNA蛋白陽性表達(dá)，但DADS組的PCNA蛋白表達(dá)與對照組相比較弱(P<0.05)，表明DADS具有較強(qiáng)的抑制腫瘤增殖活性。Xiao等[12]研究證實，水溶性蒜素SAMC不僅可以具有使人結(jié)腸癌細(xì)胞微管發(fā)生解聚及微管網(wǎng)狀系統(tǒng)分裂作用，還可干擾紡錘體形成使分裂期癌細(xì)胞中單極及多級紡錘體數(shù)量明顯增加，提示SAMC可干擾細(xì)胞有絲分裂及染色體形成，從而抑制癌細(xì)胞的有絲分裂。

2 影響腫瘤細(xì)胞的分裂周期

腫瘤細(xì)胞的有絲分裂周期可分為DNA合成前期(G1期) 、DNA合成期(S期)、DNA合成后期(G2期)和有絲分裂期(M期)。相關(guān)研究表明蒜素能夠作用于腫瘤細(xì)胞分裂周期的某個環(huán)節(jié) , 致使細(xì)胞增殖受阻 ,誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡。最近相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，水溶性蒜素中的SAC可下調(diào)MHCC97L肝癌細(xì)胞有絲分裂中細(xì)胞周期素B1和細(xì)胞分裂周期蛋白2的表達(dá)水平[13]。水溶性蒜素中的SAMC可以通過干擾微管組裝，導(dǎo)致細(xì)胞停滯在分裂周期的G2/M期，引起細(xì)胞的晚期凋亡[4]。細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)持續(xù)活化最終可促進(jìn)細(xì)胞增殖以及向惡性轉(zhuǎn)化。Knowles等[15]發(fā)現(xiàn)DADS干預(yù)結(jié)腸癌HCT-15細(xì)胞后，HCT-15細(xì)胞同樣停滯于G2/M期，且EPK磷酸化的水平可呈劑量依賴性上升，表明DADS對細(xì)胞周期的影響可能是由細(xì)胞內(nèi)EPK活性增加引起。國內(nèi)學(xué)者張永奎等[16]研究發(fā)現(xiàn)，蒜素在一定范圍濃度內(nèi)可呈濃度及時間依賴性抑制人骨肉瘤Saos-2細(xì)胞的增殖，使Saos-2細(xì)胞停滯在G0/G1期。邵淑麗等[10]通過觀察蒜素對結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞凋亡的作用發(fā)現(xiàn)，蒜素作用后的細(xì)胞分裂周期中G1期峰值降低，S期和G2期峰值升高，凋亡峰同時也隨之升高，結(jié)果顯示，經(jīng)蒜素處理后細(xì)胞生長被阻滯于S期和G2期，細(xì)胞凋亡發(fā)生率增加。

3 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡(cellapotosis)是涉及基因調(diào)控、機(jī)體內(nèi)信號傳導(dǎo)以及免疫應(yīng)答等多因素參與的細(xì)胞程序性死亡的生理過程。惡性腫瘤細(xì)胞缺乏是一正常的生理特征，而蒜素可通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生而達(dá)到抗腫瘤作用[17]。細(xì)胞凋亡途徑主要包括兩條即細(xì)胞外死亡受體途徑及細(xì)胞內(nèi)線粒體途徑。死亡受體途徑主要是通過激活細(xì)胞內(nèi)P53、Bcl-2、Caspase-8、Fas和NF-κB等基因；線粒體途徑主要是通過影響線粒體的膜電位，促使線粒體內(nèi)細(xì)胞色素C的釋放，進(jìn)而引起胞內(nèi)Ca2+含量升高，激活Caspase-9。上述兩途徑都最終導(dǎo)致Caspase-3活化。Caspase-3、Caspase-6和Caspase-7活化后可激活核酸內(nèi)切酶，促使雙鏈DNA的斷裂，最終導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的解體[18～20]。蒜素可通過多途徑、多靶點誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，包括調(diào)節(jié)Bcl-2/Bax、調(diào)節(jié)Caspase、JNK-MAPK等。

國內(nèi)外大量實驗研究表明，蒜素可通過調(diào)節(jié)抗凋亡蛋白Bcl-2家族相關(guān)蛋白和凋亡前體蛋白(Bax/Bak)等誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。在神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中蒜素可通過Bcl-2/Bax介導(dǎo)的線粒體途徑，MAPK/ERK信號傳導(dǎo)途徑以及抗氧化酶系統(tǒng)誘導(dǎo)凋亡[21]。在結(jié)腸癌中，蒜素可增加細(xì)胞色素C從線粒體釋放到胞漿的能力，促使細(xì)胞凋亡的發(fā)生。在研究DADS處理人胃腺癌AGS細(xì)胞的實驗中發(fā)現(xiàn)，DADS可降低細(xì)胞活力并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，DADS不僅可以激活Caspase-3蛋白的表達(dá)， 還可以通過下調(diào)抗凋亡基因Bcl-2及上調(diào)促凋亡基因Bax的表達(dá)促使細(xì)胞凋亡的發(fā)生[22]。 此外，蒜素可通過p38促分裂原活化蛋白激酶/胱天蛋白酶-3的信號通路以及引起p53介導(dǎo)的自噬細(xì)胞誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[23,24]。

Caspase家族在細(xì)胞凋亡發(fā)生中起著重要作用， 是細(xì)胞凋亡信號傳導(dǎo)途徑的關(guān)鍵因素。水溶性蒜素SAMC處理人結(jié)腸癌細(xì)胞可通過結(jié)合微管蛋白從而破壞微管組裝，激活Caspase-3，同時也可激活JNK信號傳導(dǎo)通路促進(jìn)細(xì)胞凋亡[25]。Nagaraj等[26]研究報道DADS誘導(dǎo)人前列腺癌Pc-3、肺癌Calu-1、乳腺癌MCF-7細(xì)胞發(fā)生凋亡時，細(xì)胞Caspase-3、Caspase-9表達(dá)水平升高，同時檢測到Bcl-2減少，Bax促使線粒體轉(zhuǎn)位，細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位下降導(dǎo)致CytC釋放進(jìn)入胞質(zhì)，結(jié)果顯示DADS可引起Caspase依賴性的細(xì)胞凋亡。蒜素能顯著抑制胃癌細(xì)胞增殖并促進(jìn)其發(fā)生細(xì)胞凋亡，呈現(xiàn)一定的時間及濃度依賴性,促凋亡作用與蛋白激酶/Caspase-3信號傳導(dǎo)通路密切相關(guān)[27]。

4 抑制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲

腫瘤轉(zhuǎn)移是指腫瘤細(xì)胞從原發(fā)位通過血管或淋巴管等移行至轉(zhuǎn)移灶的過程，是導(dǎo)致腫瘤惡化及復(fù)發(fā)的主要原因。相關(guān)研究表明，蒜素對抑制腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移也具有顯著療效。張丹等[28]就蒜素對胃癌SGC-7901細(xì)胞遷移能力的影響進(jìn)行了相關(guān)實驗研究，通過劃痕實驗證實12、24μg/mL蒜素對SGC-7901細(xì)胞遷移具有明顯抑制作用，且隨蒜素濃度的增加，抑制作用增強(qiáng)。Taylor等[29]通過注射不同濃度蒜素可以顯著減少黑色素瘤細(xì)胞B16BL6小鼠模型的肺轉(zhuǎn)移。Howard[30]對前列腺癌PC3細(xì)胞移植瘤小鼠模型給予SAMC(300mg/kg)處理，發(fā)現(xiàn)腫瘤肺轉(zhuǎn)移數(shù)目與對照組相比降低85.5%，并且腎轉(zhuǎn)移幾乎完全被抑制。

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelium-MesenchymalTransition，EMT)是惡性腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移發(fā)生的重要過程。惡性腫瘤發(fā)生侵襲及轉(zhuǎn)移之前，腫瘤細(xì)胞會通過EMT轉(zhuǎn)變過程獲得間質(zhì)細(xì)胞所具備的侵襲和運(yùn)動能力，從而促進(jìn)腫瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[31]。目前大量研究已經(jīng)證明，EMT是腫瘤發(fā)生浸潤轉(zhuǎn)移的重要機(jī)制。董益明等[32]用蒜素處理發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的HGC-27胃癌細(xì)胞，鏡下觀察到加入蒜素干預(yù)后的HGC-27細(xì)胞，細(xì)胞間粘附鏈接增多，狀態(tài)由分散向緊密變化，細(xì)胞特性逐漸由間質(zhì)細(xì)胞向上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化，免疫組化檢測EMT相關(guān)標(biāo)志蛋白E-cadherin及Vimentin在干預(yù)前后的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)干預(yù)后E-cadherin的表達(dá)升高而Vimentin的表達(dá)降低，但均未達(dá)到無處理對照組細(xì)胞Ecadherin、Vimentin的表達(dá)水平，提示蒜素在一定程度上可抑制HGC-27胃癌細(xì)胞發(fā)生EMT。E-cadherin的表達(dá)下調(diào)也是腫瘤發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的主要特征之一，蒜素中SAMC和SAC可以通過修復(fù)E-cadherin的表達(dá)抑制前列腺癌細(xì)胞的侵襲[33]。

大蒜作為一種天然常見植物，其作為調(diào)味食材與防治疾病藥物的歷史已有4000余年。在中醫(yī)經(jīng)典著作《本草綱目》中曾記載“胡蒜能通五臟，達(dá)諸竅，去寒濕，避邪惡，消臃腫，化癖積肉食”?，F(xiàn)代藥學(xué)相關(guān)研究表明，大蒜中含有的含硫化合物擁有廣泛的生物活性，尤其是其抗腫瘤療效，抗腫瘤譜廣，且毒副作用小，使之成為國內(nèi)外研究者十分關(guān)注的焦點。

蒜素能通過多靶點、多信號途徑抑制腫瘤細(xì)胞增殖，其中包括細(xì)胞周期阻滯、細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)等。蒜素主要分為水溶性化合物和脂溶性化合物兩大類，前期大量研究結(jié)果表明，大蒜經(jīng)多途徑達(dá)到抗腫瘤與其親水性或親脂性作用靶點相關(guān)，例如蒜素中所含硫取代、巰基取代基等數(shù)目的多少與蒜素抗腫瘤作用能力呈一定相關(guān)性，這提示我們需要進(jìn)一步研究篩選出蒜素中不同成分的優(yōu)勢作用強(qiáng)度及作用靶標(biāo)點，為臨床上合理利用蒜素治療惡性腫瘤提供理論基礎(chǔ)。目前關(guān)于蒜素治療惡性腫瘤的藥用療效研究大部分集中在體外細(xì)胞及動物模型水平上，未來應(yīng)該側(cè)重于蒜素對腫瘤的預(yù)防和臨床治療效果的觀察。此外，大蒜中所含的有機(jī)硫化物成分極不穩(wěn)定，容易降解，研發(fā)具有更高穩(wěn)定性的制劑有待于更加深入和系統(tǒng)的研究。因此，在現(xiàn)有大量研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步系統(tǒng)深入的研究蒜素抗腫瘤作用的機(jī)制及其他應(yīng)用中的相關(guān)問題，對新藥物的研發(fā)與其臨床應(yīng)用具有十分重要的意義。

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(2016-09-23 收稿)(庫雪飛 編輯)

張曉云(1989-),男，碩士研究生。研究方向：乳腺腫瘤外科。

蔡海峰。

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2095-2694(2017)02-165-5