人參皂苷減輕結(jié)腸癌化療副反應(yīng)機(jī)制的研究進(jìn)展

王啟龍，張春澤,張偉華

(1.天津中醫(yī)藥大學(xué),天津 300049;2.天津市人民醫(yī)院,天津 300121)

結(jié)腸癌是常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤之一，發(fā)病率位于胃腸道腫瘤的第3位。我國結(jié)腸癌發(fā)病率呈逐年上升趨勢，嚴(yán)重危害了人們的生命健康。目前臨床上對結(jié)腸癌的治療常以手術(shù)、化療以及中藥輔助化療的方法。化療是目前治療癌癥最有效的手段之一，但是許多化療藥物對正常組織具有嚴(yán)重細(xì)胞毒性和刺激性，最新研究表明，腫瘤患者化療過程中的毒副作用主要是化療藥物通過半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase-3)和gasdermin E(GSDME)介導(dǎo)正常細(xì)胞的焦亡過程實(shí)現(xiàn)的[1]。但是大部分化療的不良反應(yīng)和毒副作用是可逆的，通過使用一些人參皂苷類藥物可以控制或者減輕化療的毒副作用。目前人參皂苷的藥理活性備受關(guān)注，本文將對細(xì)胞焦亡機(jī)制和人參皂苷的藥理作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞焦亡

細(xì)胞焦亡是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種有別于凋亡和壞死的具有促炎作用的細(xì)胞死亡方式，細(xì)胞凋亡涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用，并不是病理?xiàng)l件下，自體損傷的一種現(xiàn)象，而是為更好地適應(yīng)生存環(huán)境而主動爭取的一種死亡過程；而細(xì)胞焦亡是一種程序性細(xì)胞死亡[2]，可激活強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)，在炎性反應(yīng)與免疫防御方面起到重要的作用。

1.1 細(xì)胞焦亡特性

發(fā)生焦亡的細(xì)胞會出現(xiàn)細(xì)胞核濃縮、染色質(zhì)DNA斷裂、TUNEL染色陽性、Annexin V染色陽性。炎癥性Caspase是天然免疫防御的關(guān)鍵。Caspase過度活化能導(dǎo)致許多自身炎癥、自身免疫甚至代謝疾病[3]。

1.2 GSDMD

研究發(fā)現(xiàn)的GSDMD，可由經(jīng)典炎性通路激活Caspase,誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的進(jìn)行。Gasdermin D(GSDMD)作為gasdermin蛋白家族的一員，與之家族其他蛋白之間有大約45%的同源性，如GSDMA，GSDMB，GSDMC，DFNA5等。被炎性Caspase切割后，Gasdermin蛋白家族可裂解出現(xiàn)Gasdermin-N與Gasdermin-C兩個(gè)具有活性的結(jié)構(gòu)域。其N端結(jié)構(gòu)可直接誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的產(chǎn)生。Sborgi等證實(shí)了Gasdermin-N在細(xì)胞焦亡過程中具有不可替代的作用[4]，同期研究觀察到GSDMD-N端結(jié)構(gòu)域能靶向結(jié)合人工生物膜，導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔誘發(fā)焦亡的產(chǎn)生[5-6]。

1.3 GSDME

實(shí)驗(yàn)研究中最早被命名為DFNA5的GSDME是屬于GSDMD的Gasdermin家族一員，參與誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，并被認(rèn)為是腫瘤抑制因子[7-9]，在炎性Caspase的切割下可誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的產(chǎn)生。Caspase-3可以特異性的切割與GSDME相關(guān)的蛋白，產(chǎn)生的 DFNA5-N片段以質(zhì)膜為靶點(diǎn)，可以在質(zhì)膜上形成眾多平均直徑為21nm的孔，使細(xì)胞膜失去完整性，導(dǎo)致細(xì)胞膜失去調(diào)控物質(zhì)進(jìn)出的能力，同時(shí)白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)可以順利通過這些孔隙，誘發(fā)炎癥反應(yīng)、募集更多的炎癥細(xì)胞，擴(kuò)大炎癥反應(yīng)[10-11]。

值得注意的是，GSMDE在大多數(shù)癌癥細(xì)胞中是極低表達(dá)的，而在正常組織細(xì)胞中可以正常表達(dá)[12-13]，所以化療藥物不僅僅可以滅殺癌細(xì)胞，也可以通過Caspase-3和GSDME介導(dǎo)正常細(xì)胞的焦亡產(chǎn)生，從而使患者出現(xiàn)化療藥物的毒副作用，導(dǎo)致患者生存質(zhì)量普遍下降，甚至因不能耐受而被迫中止化療藥物治療。

史氏等使用細(xì)胞焦亡模型iBMDMs細(xì)胞敲出了GSDMD后，發(fā)現(xiàn)阻斷了 LFn-BsaK誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，而同時(shí)當(dāng)恢復(fù)GSDMD表達(dá)時(shí)，LFn-BsaK誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡形式出現(xiàn)，而且當(dāng)敲除GSDMD后，用LFn-Flic誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，沒有發(fā)生焦亡的情況，尤其是使用NAIP5-NLRC4經(jīng)典炎性通路的情況下。同時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，GSDMD可以控制白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)的釋放，在敲除Gsdmd之后,在各種誘導(dǎo)凋亡的途徑中，IL-1β的釋放都是減少的[14]。因此減少腫瘤患者化療過程中正常細(xì)胞焦亡的發(fā)生，從而減輕化療過程中的毒副作用，對于腫瘤患者的治療具有重要意義[15]。

2 人參皂苷的藥理作用

中國4 000年前就有記載：“人參，味甘微寒，主補(bǔ)五臟，安精神，定魂魄，止驚悸，除邪氣，明目，開心益智。久服，輕身延年。一名人銜，一名鬼蓋。生山谷。”人參和西洋參中提取出的人參皂苷類成分，具有廣泛藥理作用，如抗炎、抗瘤、抗氧化、抗細(xì)胞凋亡及免疫調(diào)節(jié)等，也是許多中藥方劑及中成藥中重要的起效成分。人參皂苷Rg3和Rh2是具有顯著抗癌效果的人參提取物，并且人參皂苷Rg3、Rh4、C-K、Rb1、Rb2及TGCG等也表現(xiàn)出一定的抗癌效應(yīng)。

2.1 保護(hù)心腦血管作用

研究發(fā)現(xiàn),人參皂苷Rh3預(yù)處理可下調(diào)缺血再灌注損傷大鼠心肌Caspase-3的表達(dá)，抑制心肌細(xì)胞凋亡，保護(hù)心肌細(xì)胞，進(jìn)而減輕缺血再灌注的損傷[16]。與此同時(shí)人參皂苷Rd能通過降低膽固醇的累積并抑制低密度脂蛋白的氧化活動來預(yù)防動脈粥樣硬化的發(fā)生[17]。

2.2 保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)

Rg1 可以能減少神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成，抑制凋亡效應(yīng)蛋白Caspase-3的表達(dá)，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞，抵抗阿爾茨海默病進(jìn)展[18]。β-淀粉樣蛋白(Aβ)肽的升高是阿爾茨海默病的一種病理體現(xiàn)，經(jīng)Rg1處理的N2a-APP695細(xì)胞能明顯減輕Aβ的產(chǎn)生[19]。另有相關(guān)研究實(shí)驗(yàn)報(bào)道，對神經(jīng)擠壓損傷的大鼠模型應(yīng)用Rg1可促進(jìn)其神經(jīng)末梢的修復(fù)[20]。

2.3 保護(hù)肝功能

預(yù)防性應(yīng)用Rg1于四氯化碳(CCL4)誘導(dǎo)的肝衰竭小鼠模型中，可抑制急性肝衰竭所致的炎性反應(yīng)，并通過抑制Caspase-3及Caspase-8等多種靶點(diǎn)，減輕肝細(xì)胞凋亡通路激活所致的細(xì)胞壞死。同時(shí)，人參皂苷CK可減輕CCL4致大鼠慢性肝損傷的程度，保護(hù)肝細(xì)胞[21-22]。

2.4 抗腫瘤作用

2.4.1 抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖

大多數(shù)結(jié)直腸癌是由Wnt/β-catenin信號通路的異常激活引起的，在結(jié)腸癌細(xì)胞系HCT116異種移植瘤模型中，He等[23]通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Rg3能有效抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖，并提出Rg3阻斷了Wnt/β-catenin信號通路機(jī)制，提供了新的治療方案和方向。目前抗血管生已成功用于結(jié)直腸癌的治療之中，人參皂苷Rg3無論在體外還是在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)都能抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的生長，并下調(diào)血管生成相關(guān)基因的表達(dá)程度，抑制了結(jié)直腸癌血管化，此外Rg3還增強(qiáng)了5-氟尿嘧啶和奧沙利鉑對于腫瘤細(xì)胞的毒性[24]。同時(shí)Yang等[25]發(fā)現(xiàn)，Rg3可通過抑制C/EBPβ和NF-κB信號傳導(dǎo)，展現(xiàn)強(qiáng)烈的細(xì)胞增殖抑制作用；腹腔注射RG3 3周可顯著抑制裸鼠移植腫瘤的生長。人參皂苷RGh2也能有效抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖，并通過與HCT116結(jié)直腸癌高表達(dá)的PDZ結(jié)合激酶/T-LAK細(xì)胞源性蛋白激酶(PBK/TOPK)直接結(jié)合，抑制PBK/TOPK活性，誘導(dǎo)HCT116結(jié)直腸癌細(xì)胞的死亡[26]。

2.4.2 阻止結(jié)腸癌細(xì)胞周期

人參總皂苷(TGCG)對HT-29細(xì)胞的增殖具有劑量依賴性抑制作用，TGCG在G0/G1和G2/M階段誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯，并通過C-Myc和p53介導(dǎo)的信號通路誘導(dǎo)HT-29細(xì)胞凋亡[27]。人參皂苷Rb1的腸道微生物代謝產(chǎn)物——人參皂苷化合物K(C-K),可以以劑量和時(shí)間依賴性的方式顯著抑制人結(jié)直腸癌細(xì)胞株HCT-116、SW-480和HT-29的增殖，同時(shí)觀察到C-K在G1期抑制了細(xì)胞，并顯著誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡[28-29]。

2.4.3 誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡

Wu等[30]在結(jié)直腸癌細(xì)胞異種移植瘤模型實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，Rh4對腫瘤生長有明顯的抑制作用，將結(jié)腸癌細(xì)胞周期阻斷于G0/G1期、并誘導(dǎo)Caspase依賴性細(xì)胞凋亡和自噬，有效抑制了結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖，并且對正常結(jié)腸上皮細(xì)胞無明顯的細(xì)胞毒性。Rh2處理HCT116和SW480結(jié)直腸癌細(xì)胞可激活p53通路，顯著提高促凋亡調(diào)節(jié)因子Bax的水平，同時(shí)降低抗凋亡調(diào)節(jié)因子Bcl-2的水平,誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡[31]。與此同時(shí)Rg3也能通過上調(diào)細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白p53、Bax和Caspase-3的表達(dá)，加速癌癥細(xì)胞的死亡[32]。

2.4.4 誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞自噬

研究報(bào)道，C-K不僅能誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞的凋亡，還可以通過激活性氧物種c-jun NH2末端激酶途徑介導(dǎo)癌癥細(xì)胞的自噬[33]，隨之產(chǎn)生的自噬體將逐步損毀細(xì)胞核。在新近的實(shí)驗(yàn)研究中，WU等首次證實(shí)Rh4可通過激活結(jié)直腸癌細(xì)胞中的ROS/JNK/P53途徑引發(fā)細(xì)胞的自噬和凋亡。

3 展望

我國科研人員對于人參皂苷的藥理活性已有較深刻的理解，并可以從分子水平闡述人參皂苷藥理的機(jī)制，尤其是人參皂苷通過抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖、阻滯細(xì)胞周期、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)細(xì)胞自噬等方式體現(xiàn)抗腫瘤的作用，同時(shí)證實(shí)與化療藥物聯(lián)合應(yīng)用，能降低化療藥物的毒副作用并增強(qiáng)抗癌作用。

隨著細(xì)胞焦亡的理論被逐步認(rèn)知，最近研究為我們揭示了化療藥物通過激活Caspase-3通路誘導(dǎo)正常細(xì)胞焦亡的機(jī)制。相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明,人參皂苷類藥物能下調(diào)正常組織在異常及應(yīng)激狀態(tài)下Caspase-3的表達(dá)，從而保護(hù)各臟器組織；相反的人參皂苷類藥物能上調(diào)癌細(xì)胞中Caspase-3的表達(dá)，進(jìn)而介導(dǎo)細(xì)胞凋亡及焦亡的產(chǎn)生，加強(qiáng)藥物抗癌作用。

值得注意的是，GSDME作為Caspase介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵底物蛋白，在其下游起著不可替代的作用，并廣泛表達(dá)于正常組織中。但是目前國內(nèi)現(xiàn)鮮有實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道人參皂苷類藥物抑制化療藥物所介導(dǎo)正常細(xì)胞焦亡的機(jī)制，因此探索抑制細(xì)胞焦亡的機(jī)制并尋找小分子化合物抑制GSDME介導(dǎo)正常細(xì)胞的焦亡過程，為減輕化療藥物的毒副作用提供理論基礎(chǔ)，具有巨大的臨床應(yīng)用價(jià)值。