姜黃素抗肝細(xì)胞癌作用機(jī)制新進(jìn)展

李 苗，任正剛，崔杰峰

李苗，任正剛，崔杰峰，復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院肝癌研究所 上海市200032

核心提要： 本文對(duì)姜黃素抗肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)作用機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)綜述, 重點(diǎn)介紹其抑制HCC生長(zhǎng), 侵襲轉(zhuǎn)移, 干性, 血管生成, 肝星狀細(xì)胞活性, 乙肝病毒表達(dá)復(fù)制的作用機(jī)制, 提出姜黃素抗HCC研究面臨問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展方向.

0 引言

肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是消化系統(tǒng)最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一, 在世界范圍內(nèi)其發(fā)病率位列惡性腫瘤第六位, 癌癥相關(guān)死亡原因位列第二位, 且近年呈增長(zhǎng)趨勢(shì)[1,2]. HCC起病隱匿, 早期無(wú)明顯臨床癥狀, 診斷時(shí)往往已處中晚期. 中晚期HCC治療手段目前主要以肝動(dòng)脈化療栓塞, 索拉非尼, 化療(奧沙利鉑, 氟尿嘧啶, 順鉑, 多柔比星等)為主, 但預(yù)后不佳[3-8]. 靶向藥物(如侖伐替尼, 瑞戈非尼, 卡博替尼等)及免疫治療藥物(如PD-1抗體, PD-L1抗體)在部分中晚期HCC患者中雖然顯示出一定療效, 但與索拉非尼相比, 靶向藥物總生存期(overall survival, OS)并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì), 中位生存期也僅11 mo左右[9]. 而免疫治療藥物無(wú)論單獨(dú)應(yīng)用, 亦或與靶向藥物或血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)抑制劑等聯(lián)合應(yīng)用, 應(yīng)答率也僅處10%-40%之間[10].藥物毒副作用, 耐藥, 以及應(yīng)答患者比例偏低依然是HCC藥物治療亟待解決的主要問(wèn)題[11].

隨著天然藥物, 代謝調(diào)控藥物等傳統(tǒng)藥物(姜黃素,二甲雙胍等)在HCC治療的應(yīng)用報(bào)道, 老藥新用途逐漸成為近年HCC藥物治療研究的新亮點(diǎn). 植物源性的天然藥物具有低毒副作用, 較高抗癌效果等特征, 長(zhǎng)期以來(lái)一直是抗腫瘤藥物篩選寶庫(kù). 姜黃素是從姜科姜黃屬植物姜黃根莖中提取的一種酚類(lèi)色素[12]. 傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)為姜黃有通經(jīng)止痛, 活血行氣, 驅(qū)寒消炎等功效, 廣泛用于降血脂, 消炎利膽, 保肝等[13]. 近年研究顯示姜黃素可調(diào)控細(xì)胞周期, 抑制腫瘤發(fā)生, 轉(zhuǎn)移而呈現(xiàn)抗癌活性[14-18], 且其對(duì)正常細(xì)胞毒性低, 副作用小[15], 成為腫瘤干預(yù)潛在的藥物選擇. 本文針對(duì)姜黃素抗HCC作用機(jī)制的研究新進(jìn)展進(jìn)行總結(jié), 綜述.

1 姜黃素抑制HCC細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡

細(xì)胞生命活動(dòng)基于完整細(xì)胞周期, 當(dāng)某些因素導(dǎo)致G1/S和G2/M檢測(cè)點(diǎn)控制功能阻斷, 會(huì)使細(xì)胞持續(xù)增殖而失去控制, 細(xì)胞增殖與凋亡失去平衡, 導(dǎo)致腫瘤發(fā)生[19]. 研究顯示, 姜黃素可阻滯HCC細(xì)胞周期, 使其不能進(jìn)行有效有絲分裂, 也可調(diào)控一些蛋白和基因產(chǎn)物的表達(dá)(如Cyclin-D1, Bcl-2, Bax, caspase-3等), 干擾或阻斷腫瘤細(xì)胞增殖及凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo), 導(dǎo)致HCC細(xì)胞增殖抑制, 凋亡增加, 且作用呈時(shí)間, 劑量依賴(lài)性[20,21]. 報(bào)道發(fā)現(xiàn), 姜黃素可活化HCC細(xì)胞SMMC-7721中JNK信號(hào)通路, 抑制ERK和p38 MAPK信號(hào)通路, 下調(diào)Bcl-2和Survivin表達(dá), 同時(shí)上調(diào)Bax和半胱天冬酶-3(caspase-3)表達(dá), 而抑制HCC細(xì)胞增殖, 增加其凋亡[22,23]. 其他研究也顯示, 姜黃素抑制HCC細(xì)胞SMMC-7721增殖, 促進(jìn)其凋亡, 并發(fā)現(xiàn)姜黃素處理組HCC細(xì)胞Notch表達(dá)降低, 認(rèn)為Notch信號(hào)通路可能參與姜黃素對(duì)HCC細(xì)胞的抑制作用[24]. 姜黃素也可刺激HCC細(xì)胞MHCC97H活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成, 以濃度依賴(lài)性方式抑制細(xì)胞增殖, 同時(shí)胞內(nèi)ROS增加激活TLR-4/MyD-88信號(hào)通路, 使caspase-8和caspase-3活化, 導(dǎo)致HCC細(xì)胞凋亡增加[25]. HCC細(xì)胞HepG2的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn), 姜黃素顯著降低HepG2細(xì)胞內(nèi)熱休克蛋白70(heat shock protein 70, HSP70)和TLR4水平, 使HepG2保持在DNA合成S期, 抑制HepG2細(xì)胞增殖, 并促進(jìn)細(xì)胞凋亡[26]. 姜黃素還可下調(diào)GPC3/wnt/β-catenin信號(hào)通路抑制HCC細(xì)胞HepG2增殖, 誘導(dǎo)凋亡, 并降低自噬途徑標(biāo)記蛋白Sequestosome-1(SQSTM1)濃度, 提示自噬途徑激活可能參與姜黃素誘導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡過(guò)程[27,28]. 姜黃素與甘草酸聯(lián)合應(yīng)用使HCC細(xì)胞HepG2阻滯于G1期, 細(xì)胞增殖受阻, 且細(xì)胞凋亡增加, 裸鼠皮下移植瘤模型證實(shí)姜黃素和甘草酸通過(guò)上調(diào)PTEN表達(dá), 抑制PI3K/Akt通路活化, 發(fā)揮抗癌作用[29].此外, 姜黃素誘導(dǎo)細(xì)胞色素C(cytochrome C), caspase-3,caspase-9釋放和聚ADP核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase, PARP)裂解, 通過(guò)線(xiàn)粒體凋亡途徑誘導(dǎo)HCC細(xì)胞H22凋亡[30]. 姜黃素也可抑制頭頸部鱗狀細(xì)胞癌轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性, 使及其下游基因產(chǎn)物(COX-2,Cyclin-D1)表達(dá)降低, 從而顯著降低癌細(xì)胞增殖[31].

2 姜黃素抑制HCC細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移

侵襲轉(zhuǎn)移是腫瘤細(xì)胞重要惡性特征之一, 也是絕大多數(shù)腫瘤致死原因, 能否降低, 抑制腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移是抗癌藥物評(píng)估的關(guān)鍵. Lin等[32]發(fā)現(xiàn), 姜黃素抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinases 9, MMP-9)分泌, 從而抑制HCC細(xì)胞SK-Hep-1侵襲轉(zhuǎn)移能力. 應(yīng)用姜黃素類(lèi)似物處理HCC細(xì)胞Huh7和HepG2, HCC細(xì)胞MMP-2,MMP-9和N-鈣粘蛋白表達(dá)明顯減少, 而E-鈣粘蛋白表達(dá)上調(diào), HCC細(xì)胞遷徙轉(zhuǎn)移能力顯著降低, 上述改變與ROS依賴(lài)性JNK通路活化關(guān)聯(lián), 而姜黃素抑制劑可逆轉(zhuǎn)上述改變, 恢復(fù)HCC細(xì)胞運(yùn)動(dòng), 轉(zhuǎn)移能力[33]. 另一種姜黃素類(lèi)似物二苯基二氟酮(diphenyl difluoroketone, EF24),可減少HCC細(xì)胞HCCLM-3和HepG2膜表面絲狀偽足形成, 還可抑制HCC細(xì)胞中整合素-細(xì)胞外基質(zhì)相互作用信號(hào)通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子Src磷酸化, 而抑制HCC遷移,侵襲[34].

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transitions,EMT)是腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的早期分子事件. TGF-β1通過(guò)Smad依賴(lài)性和Smad非依賴(lài)性途徑誘導(dǎo)HCCEMT發(fā)生,姜黃素被發(fā)現(xiàn)通過(guò)抑制Smad2磷酸化及核轉(zhuǎn)位, 下調(diào)Snail轉(zhuǎn)錄表達(dá), 逆轉(zhuǎn)TGF-β1誘導(dǎo)的HCC細(xì)胞EMT[35]. 此外, 姜黃素通過(guò)分別抑制MAPK/AP-1信號(hào)通路激活, 阻斷PI3K/Akt/NF-κB信號(hào)通路活化, 抑制c-Met 依賴(lài)性PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路活化, 導(dǎo)致E-鈣粘蛋白表達(dá)增加, N-鈣粘蛋白和波形蛋白表達(dá)降低, 而相應(yīng)地逆轉(zhuǎn)乳腺癌[36], 胰腺癌[37]和肺癌[38]細(xì)胞EMT發(fā)生.

3 姜黃素抑制HCC干細(xì)胞干性特征

腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cells, CSCs)能夠維持腫瘤形成和分化, 具有自我更新特征, 是腫瘤復(fù)發(fā)和治療抵抗的重要原因[39]. Wang等[40]評(píng)估姜黃素對(duì)HCC干細(xì)胞(liver cancer stem cells, LCSCs)增殖和凋亡的影響, 發(fā)現(xiàn)姜黃素通過(guò)抑制PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路活化而抑制LCSCs增殖, 同時(shí)上調(diào)凋亡相關(guān)蛋白(caspase-3, caspase-9, Bax)表達(dá), 下調(diào)Bcl-2表達(dá), 釋放細(xì)胞色素C, 誘導(dǎo)LCSCs凋亡.也有報(bào)道顯示, 在對(duì)姜黃素敏感HCC細(xì)胞(Huh7, PLC)中, 姜黃素可導(dǎo)致CSCs選擇性耗竭, 包括側(cè)群細(xì)胞減少,成球減少, CSCs標(biāo)志物下調(diào)及致瘤性抑制等, 并認(rèn)為該作用是通過(guò)抑制NF-κB活化, 降低組蛋白去乙酰化酶活性實(shí)現(xiàn)的[41]. 還有研究發(fā)現(xiàn), 姜黃素通過(guò)抑制芳香烴受體表達(dá)及其下游ERK, SK1磷酸化, 進(jìn)而抑制鄰苯二甲酸酯誘導(dǎo)的HCC細(xì)胞(Huh7, PLC/PRF/5)中CSC樣細(xì)胞比例增加及CSC樣細(xì)胞干性特征增強(qiáng)[42].

4 姜黃素抑制腫瘤血管生成

腫瘤的發(fā)生, 進(jìn)展與其誘發(fā)新生血管的生成密切關(guān)聯(lián).VEGF/VEGFR通路是血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng), 增殖, 遷移最重要分子調(diào)控信號(hào)[43,44]. 研究顯示, 姜黃素能顯著下調(diào)HCC細(xì)胞HepG2和H22中VEGF表達(dá), 抑制血管生成進(jìn)而抑制HCC進(jìn)展[21,45]. 在HCC細(xì)胞SK-Hep-1中的研究發(fā)現(xiàn), 姜黃素通過(guò)降低AKT和STAT3磷酸化而抑制AKT/STAT3活化, 抑制腫瘤血管形成[46]. Tang等[47]聯(lián)合應(yīng)用姜黃素和黃芪多糖干預(yù)HepG2來(lái)源裸鼠HCC原位移植瘤,發(fā)現(xiàn)腫瘤血管稀疏, 生長(zhǎng)均勻, 形態(tài)規(guī)則且有完整血管壁, 血管分支較少, 血管內(nèi)皮細(xì)胞排列緊密, CD31表達(dá)降低, 硫酸軟骨素蛋白多糖2(neuron-glial antigen 2, NG2)表達(dá)增加, 提示干預(yù)后的腫瘤組織血管趨于正?；? 故姜黃素除對(duì)血管生成有抑制作用外, 還可誘導(dǎo)腫瘤血管正常化, 改善腫瘤血管形態(tài)結(jié)構(gòu), 促進(jìn)腫瘤血管成熟.

5 姜黃素抑制肝星狀細(xì)胞的作用

肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cells, HSCs)是HCC微環(huán)境重要細(xì)胞組分, 其活化及其表型改變?cè)贖CC侵襲轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用, 靜息HSCs在肝纖維化期間被激活, 分泌生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子, 且過(guò)度生成胞外基質(zhì)蛋白, 促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲和增殖[48,49]. 姜黃素可通過(guò)多途徑, 靶向多位點(diǎn)抑制HSCs活化, 如血小板衍生生長(zhǎng)因子-β受體(platelet-derived growth factor-βreceptor, PDGF-βR), toll樣受體(toll-like receptors, TLRs), MMPs, 過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptors,PPARc), 炎性細(xì)胞因子等； 姜黃素還可阻斷HSCs瘦素信號(hào)通路； 調(diào)節(jié)HSCs葡萄糖代謝, 脂質(zhì)代謝； 調(diào)節(jié)組織MMP抑制劑(tissue inhibitor of matrix metalloproteinases,TIMPs)和MMPs平衡[49], 進(jìn)而影響HCC侵襲轉(zhuǎn)移. 研究發(fā)現(xiàn), 活化HSCs分泌可溶性因子如白細(xì)胞介素-6(interleukin-6, IL-6), VEGF和基質(zhì)衍生因子-1(stromalderived factor-1, SDF-1), 促進(jìn)HCC細(xì)胞 HepG2進(jìn)展； 活化的HSCs還可促進(jìn)HepG2細(xì)胞ROS產(chǎn)生, 上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α)表達(dá), 促進(jìn)血管生成, EMT及侵襲能力； 姜黃素可顯著抑制HSCs的上述作用, 減少HepG2細(xì)胞 ROS和HIF-1α表達(dá), 在HepG2細(xì)胞中敲除HIF-1α或其下游基因結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(connective tissue growth factor, CTGF)可逆轉(zhuǎn)姜黃素的抑制作用； 此外, 姜黃素可上調(diào)核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor E2-related factor 2, Nrf2)和谷胱甘肽誘導(dǎo)ROS清除, 降低HIF-1α穩(wěn)定性以抑制CTGF表達(dá), 從而起到干預(yù)HCC作用[50]. Jin等[48]研究分析姜黃素對(duì)活化HSCs衰老的影響, 發(fā)現(xiàn)姜黃素上調(diào)衰老標(biāo)志物P16, P21和Hmga1表達(dá)誘導(dǎo)HSCs衰老, 同時(shí)下調(diào)HSCs活化標(biāo)志物α-平滑肌肌動(dòng)蛋白和α1(1)前膠原含量, 認(rèn)為姜黃素誘導(dǎo)HSCs衰老與PPARγ激活依賴(lài)性機(jī)制促進(jìn)P53表達(dá)有關(guān)[50].

6 姜黃素抑制乙肝病毒基因表達(dá)和復(fù)制

乙肝病毒(hepatitis B virus, HBV)感染是我國(guó)HCC患者主要病因, HBV基因復(fù)制與HCC不良預(yù)后相關(guān)[51,52], 針對(duì)HBV治療可減少HCC肺轉(zhuǎn)移[52], 改善HCC預(yù)后[53]. 姜黃素可通過(guò)抑制HBV基因表達(dá)和復(fù)制發(fā)揮抑制HCC進(jìn)展作用. 研究發(fā)現(xiàn), 姜黃素治療降低HBsAg和HBeAg表達(dá),以及細(xì)胞內(nèi)HBV DNA復(fù)制中間體和HBV cccDNA, 且該作用呈時(shí)間, 劑量依賴(lài)性； 此外, 姜黃素處理后, 組蛋白H3乙酰化水平降低, 并伴隨H3-和H4-結(jié)合的cccDNA減少, 提示姜黃素通過(guò)下調(diào)cccDNA結(jié)合的組蛋白乙?；种艸BV基因復(fù)制[54]. 過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α, PGC-1 α)是一種饑餓誘導(dǎo)蛋白質(zhì), 可啟動(dòng)糖原異生級(jí)聯(lián), 有效地共激活HBV轉(zhuǎn)錄, 有研究認(rèn)為姜黃素通過(guò)下調(diào)PGC-1α抑制HBV基因表達(dá)和復(fù)制[55].故姜黃素可作為HBV補(bǔ)充治療, 通過(guò)控制HBV感染間接對(duì)HCC發(fā)揮抑制作用.

圖1 姜黃素抑制肝癌作用機(jī)制示意圖.

7 姜黃素增強(qiáng)HCC細(xì)胞對(duì)化療藥物敏感性

姜黃素可增強(qiáng)HCC細(xì)胞對(duì)化療藥物敏感性. 姜黃素與化療藥物順鉑[56], 多柔比星[57,58]等制成共載脂質(zhì)體聯(lián)合應(yīng)用, 比化療藥物單獨(dú)使用具有更強(qiáng)抗腫瘤活性, 更高的細(xì)胞毒性及更低的IC50. 其中原因可能與姜黃素協(xié)同HCC細(xì)胞凋亡, 抑制HCC增殖和血管生成有關(guān), 研究顯示, 與多柔比星單藥比較, 姜黃素與多柔比星聯(lián)合用藥,HCC細(xì)胞SMMC 7721 Caspase-3和Bax/Bcl-2比例明顯增加, C-myc, PCNA和VEGF表達(dá)明顯降低[57]. 其他學(xué)者相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn), 與多柔比星單藥比較, 姜黃素與多柔比星聯(lián)合用藥組HCC細(xì)胞BEL7402的MDR1, Bcl-2和HIF-1α基因mRNA水平以及P-gp, Bcl-2和HIF-1α蛋白水平均明顯降低, 提示姜黃素可能參與逆轉(zhuǎn)多柔比星耐藥[58].此外, 姜黃素有抗炎作用, 靶向各種炎癥介質(zhì), 如環(huán)氧合酶-2, 誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和NF-κB, 削弱促炎和促纖維化細(xì)胞因子釋放, 抑制自由基產(chǎn)生, 改善自由基作用及慢性炎癥狀態(tài), 增強(qiáng)HCC細(xì)胞對(duì)化療藥物敏感性, 減少不良反應(yīng)[59].

8 結(jié)論

盡管植物源性的天然藥物姜黃素抑制HCC機(jī)制研究取得一些進(jìn)展, 但由于HCC發(fā)生與進(jìn)展多伴隨炎性(HBV/丙型肝炎病毒)和硬度背景(纖維化/硬化), 加之HCC細(xì)胞周邊物化微環(huán)境調(diào)控認(rèn)識(shí)的相對(duì)滯后與不足, 姜黃素對(duì)HCC細(xì)胞抑制研究目前依然多集中于其對(duì)HCC細(xì)胞增殖, 凋亡的體外細(xì)胞機(jī)制研究(圖1). 而姜黃素對(duì)HCC基質(zhì)微環(huán)境, 免疫微環(huán)境的影響, 炎性, 硬度背景對(duì)姜黃素抑制作用的抵抗, 以及姜黃素體內(nèi)藥物敏感情況及耐受機(jī)制等研究尚處于探索起步階段. 隨著三維混合細(xì)胞培養(yǎng)體系, 組織硬度模擬培養(yǎng)平臺(tái), 類(lèi)器官模型及人源腫瘤異種移植模型(PDX動(dòng)物模型)等新型研究手段的成熟與應(yīng)用, 必將極大地推動(dòng)姜黃素對(duì)HCC抑制作用機(jī)制再認(rèn)識(shí), 加速其抗HCC治療的臨床應(yīng)用.