姜黃素及其衍生物抗腫瘤血管生成研究進展

劉衛(wèi)海 鄭彥云

（廣東食品藥品職業(yè)學院，廣東廣州 510520）

姜黃素及其衍生物抗腫瘤血管生成研究進展

劉衛(wèi)海 鄭彥云*

（廣東食品藥品職業(yè)學院，廣東廣州 510520）

血管生成是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要因素，新生血管不僅為腫瘤提供營養(yǎng)和氧氣，還為其惡性轉移提供必要條件，采用抗血管生成療法治療腫瘤已得到廣泛的研究，近年來發(fā)現抗血管生成也是姜黃素抗腫瘤的重要機制之一。本文綜述了姜黃素及其衍生物抗腫瘤血管生成的研究概況，并總結歸納了其作用的分子機理。

姜黃素 抗腫瘤 血管生成

姜黃色素是一類從傳統中草藥姜黃、郁金和莪術等姜黃科植物根塊中提取的二酮類化合物，廣泛用于食品上色和佐味。姜黃色素主要含有3種主要成分：姜黃素（77%）；脫甲氧基姜黃素（17%）；雙脫甲氧基姜黃素（3%）［1］。研究證實，姜黃色素其具有抗炎、抗氧化、降血脂、抗動脈粥樣硬化、抗腫瘤等作用，其中抗腫瘤作用的研究最為突出［2］。對其作用機制的研究也不斷深入，目前已經證實姜黃素能影響腫瘤發(fā)生發(fā)展的多個環(huán)節(jié)與步驟，如：通過清除自由基、抑制炎癥反應等預防腫瘤發(fā)生；通過激活凋亡信號通路誘導腫瘤細胞凋亡；通過下調基質金屬蛋白酶（MMPs）的表達，抑制腫瘤浸潤和轉移；通過減少血管內皮生長因子（VEGF）的表達抑制腫瘤微血管生成［3］。

血管生成是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要因素，病理性的血管生成是大多數實體腫瘤的重要標志［4］，動物實驗和臨床觀察證實，在沒有新生的血管供應營養(yǎng)的條件下，腫瘤在增殖到1～2毫米的直徑（即107個細胞）后將無法繼續(xù)增大。腫瘤的迅速增大依賴于腫瘤血管的生成，一旦促發(fā)腫瘤相關血管長入實體瘤內部，就能促使腫瘤細胞持續(xù)增殖，進而促使腫瘤細胞通過循環(huán)系統發(fā)生轉移。反之，當實體瘤相關血管生成和生長受到抑制時，腫瘤細胞的增殖就會受到明顯的抑制，進而誘發(fā)腫瘤細胞凋亡或壞死［5］。

近年來，越來越多的研究表明，抗血管生成是姜黃素發(fā)揮抗腫瘤作用的重要機制之一［6］，研究人員對姜黃素抗血管生成的作用機制也進行了相關研究，并以抗腫瘤血管生成為導向對姜黃素進行結構修飾，合成了具有抗腫瘤血管生成作用的姜黃素衍生物。為更好地對姜黃素進行進一步開發(fā)研究，本文對姜黃素及姜黃素衍生物抗腫瘤血管生成的相關研究綜述如下：

1　姜黃素及其衍生物抗腫瘤血管生成藥效研究現狀

研究抗腫瘤血管生成藥效主要通過動物體內實驗進行，無論是局部給藥還是口服給藥，實驗結構都表明，姜黃色素具有明確的抗血管生成作用［7］。王力強等［8］使用藻酸鹽包裹實驗考察脂質體姜黃素對小鼠Lewis肺癌的抗血管生成作用，結果顯示脂質體姜黃素能抑制腫瘤內的血管生成［9］。陳純等［10］研究姜黃素-聚維酮固體分散體新劑型（Cur-K30）對腫瘤血管生成的影響，結果顯示，Cur-K30可下調裸鼠移植瘤組織中VEGF的表達及抑制腫瘤血管生成。Gururaj等［11］采用腹膜血管生成尿囊絨膜兩種體內血管生成分析系統，證實姜黃素能下調腹水腫瘤細胞（EAT）和內皮細胞促血管生成因子的表達。El-Azab等［12］研究發(fā)現，姜黃素具有抗腫瘤血管生成作用，明顯抑制荷瘤小鼠艾氏腹水癌細胞形成實體腫瘤的血管形成，說明姜黃素是一種特異性血管生成抑制劑。Gong C等［13］研究發(fā)現，姜黃素可降解微膠囊可顯著抑制轉基因斑馬魚的血管生成，而且能夠顯著抑制LL/2腫瘤細胞皮下移植瘤和肺移植瘤的生長和延長荷瘤動物模型的生存期。Shoji M等［14］的研究表明，通過分子靶向作用將一種叫3，5-（E）-二（2-氟亞芐基）哌啶-4-酮醋酸鹽（EF24）的姜黃素衍生物與凝血因子VIIa結合靶向到有脈管系統凝血激酶表達的腫瘤，可減少腫瘤血管生成而發(fā)揮抗腫瘤作用。Nagaraju GP［15］等研究發(fā)現姜黃素衍生物EF31和UBS109具有抗腫瘤血管生成活性，可阻止荷瘤小鼠皮下血管的形成。

2　姜黃素及其衍生物抗腫瘤血管生成作用機制研究現狀

姜黃素及其衍生物的抗腫瘤血管生成作用機制研究主要通過體外實驗完成，目前的研究主要可以概括為以下幾個方面：

2.1抑制血管內皮細胞增殖并促進其凋亡

血管內皮細胞增殖是腫瘤血管生成的基礎［16］。目前研究已證實姜黃素具有直接抑制血管內皮細胞增殖進而誘導其凋亡的作用。研究表明姜黃素能抑制人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）的DNA的合成，使細胞周期停滯于G0/G1期并誘導細胞凋亡［17］。流式細胞術檢測結果顯示［18］，姜黃素在5～160μmol/L濃度下作用24h后，HUVECs的凋亡率分別為5.5%～29.8%，與對照組2.1%的凋亡率相比，均有顯著性差異。高承賢［19］等研究姜黃素對體外培養(yǎng)牛內皮細胞（BAEC）的影響，結果表明姜黃素能直接作用于內皮細胞，顯著抑制其增殖與游走。當姜黃素的濃度為15μmol/L時即可顯著抑制內皮細胞生長，其對內皮細胞抑制率可高達53.7%。梁斌等［20］觀察了姜黃素對體外培養(yǎng)牛內皮細胞和非內皮細胞增殖的影響，發(fā)現姜黃素能特異性抑制內皮細胞的增殖，實驗結果顯示，姜黃素對腫瘤細胞和內皮細胞增殖有較強的抑制作用，對內皮細胞的抑制作用更強，并且可以顯著抑制內皮細胞遷移，說明其對內皮細胞生長有特異性的抑制作用。欽建偉等［21］以人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）細胞，B16F10細胞和B16F10雞胚尿囊膜移植瘤組織為研究對象，研究姜黃素的對HUVECs增殖、遷移和血管生成的影響，結果顯示姜黃素能抑制VEGF誘導的HUVECs增殖、遷移及血管生成，其作用機制與抑制VEGFR-2和MMP-2蛋白表達有關［22］。

2.2抑制血管生成促進因子的表達

研究表明，調節(jié)腫瘤血管生成的活性物質眾多［23］，主要包括：血管內皮生長因子（VEGF）、血小板衍生生長因子（PDGF）、轉化生長（TGF）、堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）、表皮生長因子（EGF）和胰島素樣生長因子（IGF）、血管抑素（Angiostatin）、內皮抑素（Endostatin）、生長抑素（SS）、血小板因子24（PF-24）和凝血栓蛋白21（TSP-21）等。血管內皮生長因子（VEGF）是目前所知作用最強的一種促血管生長因子。

血管內皮生長因子（VEGF）及其受體VEGFR是促進血管生成的重要正性調節(jié)因子。腫瘤細胞分泌血管內皮細胞生存和增殖所需要的動力源如血管內皮生長因子等，VEGF通過與HUVECs上的血管內皮細胞生長因子受體2結合，發(fā)揮其促進內皮細胞增殖、促血管通透性增加的生物學功能［24］。已有研究發(fā)現姜黃素可抑制腫瘤細胞及周圍的腫瘤浸潤淋巴細胞、血管內皮細胞分泌VEGF，從而減少VEGF主導的血管生成信號的傳遞，同時通過調節(jié)VEGF-VEGFR2的自分泌環(huán)起到抑制腫瘤血管生成作用［25］。

Gururaj等［26］研究證實，姜黃素可抑制EAT細胞VEGF-1和VEGF-2的基因表達，且呈時間依賴性（0～24h）關系，并且抑制成纖維細胞瘤中VEGF-1和VEGF-2的基因及人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）中KDR（VEGF-2）基因的表達。何靜等［27］通過Transwell侵襲實驗證實，姜黃素可同時下調人乳腺癌MCF-7細胞VEGF-C表達和抑制MCF-7的侵襲性，并呈劑量依賴性。李勇等［28］研究了姜黃素對肝癌細胞系（HepG2）β-連環(huán)蛋白信號通路的影響，結果表明姜黃素可抑制肝癌細胞中內皮生長因子的基因表達，從而抑制由肝癌實體瘤內部缺氧誘導的血管形成和肝癌細胞轉移。Yoysungnoen B等［29］研究表明，姜黃素的衍生物四氫姜黃素（Tetrahydrocurcumin）可通過下調HIF-1-α、VEGF和VEGFR-2的表達而發(fā)揮抗腫瘤血管生成的作用。

2.3降低基質金屬蛋白酶的活性

基質金屬蛋白酶（MMPs）是一組結構相似、功能復雜的鋅離子依賴性蛋白溶解酶，與腫瘤的生長、侵襲和轉移存在正相關。近年來的研究表明，MMPs在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用機制至少包括以下三點：（1）降解細胞外基質，促進新生血管的形成來促進腫瘤的轉移；（2）調控腫瘤細胞的黏附能力；（3）調控腫瘤血管生成因子［30］。

研究發(fā)現，姜黃色素可以通過抑制細胞信號傳導通路的方式影響細胞中基質金屬蛋白酶MMP-3、MMP-9、MMP-13基因轉錄［31］。另有研究表明，姜黃素能影響細胞受體的連接和細胞間信號的傳導，且呈劑量依賴性關系，細胞黏附測定分析實驗結果顯示，姜黃素可使黑素瘤細胞和層粘連蛋白的結合在24h內下降50%以上。而且，姜黃素能下調黏附斑激酶（FAK）及膠原酶活性，輔助抑制金屬蛋白酶（TIMP-2）、非轉移基因（nm-23）和E-鈣粘蛋白（E-cadherin）的表達［32］。Banerji等［33］發(fā)現姜黃素可以顯著抑制鼠高侵襲性黑色素瘤細胞MMP-2的活性，從而使MT1-MMP和細胞信號途徑中的局部粘著斑激酶（FAK）表達下降。實驗結果顯示，姜黃色素可直接與另一種膜性金屬蛋白酶——氨基肽酶N相結合，從而抑制氨基肽酶N促血管生成的活性［34］。由此可見，影響金屬蛋白酶也是姜黃素抗血管生成作用的主要機制之一。

2.4通過磷脂酰肌醇-3-激酶信號途徑抑制腫瘤血管生成

磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）信號通路參與了多種因子介導的腫瘤血管生成過程，其活化與腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉移密切相關。研究顯示，激活的PI3K能夠明顯誘導血管內皮生長因子（VEGF）mRNA表達。另外，腫瘤壞死因子（TNF）通過PI3K/ AKT途徑誘導內皮細胞的遷移，調節(jié)腫瘤血管形成［35］。環(huán)氧化酶COX-2刺激內皮細胞遷移和血管生成的主要機制是上調Bcl-2和激活PI3K/AKT通路［36］。以上研究結果提示，PI3K在腫瘤血管生成中發(fā)揮之重要的作用。Kiran等［37］研究證實，姜黃素抗血管生成作用的機制為下調PI3K/AKT和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號轉導通路，進而下調VEGF、Ang-1、Ang-2和VEGFR-2等的表達，從而抑制血管生成。另外，姜黃素不僅可以通過磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）信號途徑抑制腫瘤血管生成，還可以通過調節(jié)NF-κB途徑和PI3K/AKT通路誘導腫瘤細胞凋亡［38］。

3　展望

目前，抗腫瘤血管生成已成為腫瘤治療的研究熱點，也有血管生成抑制劑初步運用于臨床，但其副作用比較大，因而從中藥中尋求腫瘤血管生成抑制劑是目前的重要方向。（1）綜上所述，姜黃素抑制腫瘤血管生成主要通過以下分子機制實現：1）抑制血管內皮細胞增殖并促進其凋亡；（2）抑制血管生成促進因子的表達［39］；（3）降低基質金屬蛋白酶的活性；（4）通過磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）信號途徑抑制腫瘤血管生成。（2）血管生成抑制劑治療腫瘤具有許多優(yōu)勢：（1）血管形成在腫瘤發(fā)生時已被啟動，故具有良好的特異性；（2）血管內皮細胞暴露于血流中，藥物能直接發(fā)揮作用，故劑量小、療效高；（3）內皮細胞基因表達相對穩(wěn)定，不易產生耐藥性。因此，對姜黃素進行以抗腫瘤血管生成為導向的結構修飾研究具有重要性和可行性。

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廣東省自然科學基金項目資助（No： 2014A030310475），項目名稱：以抗腫瘤血管生成為導向的姜黃素結構修飾研究。

?鄭彥云（1963—），男，廣東汕頭人，碩士研究生，主任藥師，主要從事藥物研發(fā)及不良反應研究。