人參皂苷抗腫瘤活性與機(jī)制研究進(jìn)展

王永宏，艾芷伊，張俊順，胡 月，劉思彤，劉永哲，王玉華, ，南 博,

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130000；2.吉林省食品生物制造科技創(chuàng)新中心，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，吉林長(zhǎng)春 130000）

人參（Panax ginsengC A Meyer）是我國(guó)傳統(tǒng)的天然滋補(bǔ)健康食材，含有多種生物活性成分，包括人參皂苷、多糖、生物堿、有機(jī)酸、黃酮和揮發(fā)油等[1]。其中，人參皂苷是人參中最重要的活性成分，具有廣泛的生物學(xué)功效，如提高免疫力[2]、護(hù)肝[3]、神經(jīng)保護(hù)[4]、抗炎[5]、抗腫瘤[6]等。腫瘤是世界范圍內(nèi)常見的危害人民生命健康的疾病，發(fā)病率和死亡率高，是全球第二大死亡原因[7]。根據(jù)世衛(wèi)組織統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，僅2018年就約有960萬人死于惡性腫瘤，其中，中國(guó)惡性腫瘤患病人數(shù)達(dá)428萬，死亡人數(shù)更是占世界總死亡人數(shù)的三分之一，惡性腫瘤給社會(huì)和家庭造成了巨大負(fù)擔(dān)[8]。目前惡性腫瘤的主要治療手段是手術(shù)和放化療[9]，但手術(shù)治療效果不佳且部分晚期患者發(fā)病時(shí)已不具備手術(shù)條件，放化療容易引起嚴(yán)重的毒副作用[10]。目前，大量研究結(jié)果表明人參總皂苷及單體對(duì)抑制腫瘤細(xì)胞增殖、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲、阻斷腫瘤血管生成、增強(qiáng)機(jī)體免疫能力、抗氧化應(yīng)激及與化療藥物協(xié)同增效等方面具有重要作用，本文就人參皂苷的抗腫瘤活性與機(jī)制研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。

1 人參皂苷分類及其抗腫瘤活性

人參皂苷由皂苷元和糖基連接形成，根據(jù)皂苷元的不同，人參皂苷分為四環(huán)三萜類達(dá)瑪烷型、五環(huán)三萜類齊墩果酸型人參皂苷，其中，瑪烷型人參皂苷根據(jù)皂苷元上C-6鍵位上是否有羥基分為原人參二醇型和原人參三醇型[11]。

1.1 原人參二醇型人參皂苷

原人參二醇型人參皂苷的皂苷元是原人參二醇（protopanaxadiol, PPD），按照C-20位構(gòu)型的不同，可將其分為20（S）-和20（R）-原人參二醇，化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1a。目前已被證實(shí)具有抗腫瘤活性的原人參二醇型人參皂苷有Rb1[12]、Rb2[13]、Rc[14]、Rd[15]、Rg3[16]、Rg5[17]、Rh2[18]、Rk1[19]、CK[20]和F2[21]等。其中，人參皂苷Rg3和Rh2的研究最為廣泛，已被證實(shí)對(duì)多種惡性腫瘤如胰腺癌和黑色素瘤等具有較好的治療效果[22-25]。以人參皂苷Rg3為主要功能成分的參一膠囊已經(jīng)用于臨床上非小細(xì)胞肺癌和消化系統(tǒng)腫瘤的治療[26-27]。

圖 1 人參皂苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.1 Chemical structure of ginsenosides

1.2 原人參三醇型人參皂苷

原人參三醇型人參皂苷的皂苷元是原人參三醇（protopanaxatriol, PPT），按C-20位構(gòu)型的不同，可將其分為20（S）-和20（R）-原人參三醇，化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1b。目前已被證實(shí)具有抗腫瘤活性的原人參二醇型人參皂苷有Re[28]、Rf[29]、Rg1[30]、Rh1[31]和Rh4[32]等。

1.3 齊墩果酸型人參皂苷

齊墩果酸型人參皂苷的皂苷元為齊墩果酸，化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1c，在齊墩果酸的 C-3 和 C-28 位上與不同的糖基相連形成不同的齊墩果酸型人參皂苷。齊墩果酸已被證明可抑制多種腫瘤，包括肝癌、肺癌等[33-34]。目前，從人參中提取出的齊墩果酸型人參皂苷較少，其中，研究最多的是人參皂苷Ro。有研究表明人參皂苷Ro在小鼠體內(nèi)能夠抑制腫瘤生長(zhǎng)，是基于人參皂苷Ro代謝物的生物活性[35]，研究人員從人參皂苷Ro干預(yù)的荷瘤裸鼠血清中檢測(cè)到許多人參皂苷Ro的代謝產(chǎn)物，如竹節(jié)參皂苷Iva，齊墩果酸葡萄糖基酯等，目前竹節(jié)參皂苷Iva的抗腫瘤活性在多種腫瘤如結(jié)直腸癌、肝癌和卵巢癌中被證實(shí)[36-38]，齊墩果酸葡萄糖基酯的抗腫瘤活性還未見報(bào)道。

2 人參皂苷抗腫瘤機(jī)制

2.1 人參皂苷抑制腫瘤細(xì)胞增殖

細(xì)胞增殖是腫瘤生長(zhǎng)和發(fā)展的基礎(chǔ)，調(diào)控細(xì)胞周期是控制細(xì)胞增殖的重要機(jī)制。細(xì)胞周期是指細(xì)胞從一次分裂完成到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的全過程，分為G0、G1、S、G2和M期[39-40]。多種人參皂苷被證實(shí)可以通過調(diào)控周期蛋白的表達(dá)破壞細(xì)胞周期轉(zhuǎn)換進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。Wu等[41]使用人參皂苷Rh4處理人直腸癌HCT-116細(xì)胞，蛋白免疫印跡實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)Rh4的處理增加了細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑（Cyclin-dependent kinase inhibitor，CKI）蛋白中p53、p21和p27的表達(dá)水平，并且呈劑量依賴性降低細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（Cyclindependent kinase, CDK）1和CDK4的表達(dá)，將細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期，抑制細(xì)胞增殖。Shangguan等[29]的研究表明人參皂苷Rf干預(yù)人骨肉瘤MG-63細(xì)胞后，可通過降低CDK1和細(xì)胞周期蛋白（Cyclin）B1的蛋白質(zhì)和mRNA水平將細(xì)胞阻滯在G2/M期。綜上所述，人參皂苷可通過調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞中Cyclin、CDK和CKI蛋白的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯以抑制腫瘤細(xì)胞的增殖（表1）。

2.2 人參皂苷誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是指細(xì)胞在特定基因的控制下，受到多個(gè)基因嚴(yán)格控制而發(fā)生的自動(dòng)死亡過程[42]。誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡是消除腫瘤細(xì)胞的有效治療方法。研究表明人參皂苷可以激活內(nèi)源性線粒體凋亡途徑和外源性死亡受體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Wu等[41]研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rh4可以激活HCT-116細(xì)胞中的ROS/JNK/p53信號(hào)通路，上調(diào)內(nèi)源性線粒體凋亡途徑中的促凋亡蛋白Bax的表達(dá)，增加線粒體中的細(xì)胞色素c向細(xì)胞漿中的釋放，增加胞漿中Cleaved Caspase-3/-9的水平，降低抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)，由此證實(shí)內(nèi)源性線粒體凋亡途徑被激活；同時(shí)發(fā)現(xiàn)Rh4的干預(yù)降低了外源性死亡受體途徑中Fas的表達(dá)水平并增加了Cleaved Caspase-8的表達(dá)水平，說明外源性死亡受體途徑也參與了細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)。綜上所述，人參皂苷能夠通過激活內(nèi)源性線粒體凋亡途徑和外源性死亡受體途徑，調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡（表1）。

2.3 人參皂苷抑制腫瘤細(xì)胞侵襲和遷移

腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移是導(dǎo)致腫瘤惡化的重要原因，是深入研究人參皂苷抗腫瘤作用的主要方向[43]。Phi等[44]研究使用人參皂苷Rd干預(yù)腸癌HT29細(xì)胞以觀察Rd對(duì)細(xì)胞遷移的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Rd通過抑制EGFR/Sox2信號(hào)軸和下調(diào)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（Epithelial-mesenchymal transition, EMT）標(biāo)志物的表達(dá)以控制HT29細(xì)胞在體內(nèi)和體外的遷移潛能。Kim等[45]證實(shí)Rg3通過調(diào)控人肺癌A549細(xì)胞中TGFβ1信號(hào)通路抑制EMT過程進(jìn)而阻止肺癌細(xì)胞侵襲和遷移?；|(zhì)蛋白金屬酶（Matrix protein metalloenzymes, MMPs）是調(diào)控腫瘤細(xì)胞侵襲和遷移的調(diào)控因子[46]，Jung等[47]研究了人參皂苷Rh1對(duì)人星形膠質(zhì)瘤U87MG和U373MG細(xì)胞中MMPs家族蛋白表達(dá)的影響，結(jié)果分析表明，Rh1的干預(yù)通過調(diào)控MAPK和PI3K/Akt信號(hào)通路和其下游轉(zhuǎn)錄因子如NF-κB和AP-1以抑制MMP-1、-3和-9的蛋白表達(dá)以及酶活性，通過傷口愈合實(shí)驗(yàn)和Matrigel侵襲實(shí)驗(yàn)證實(shí)Rh1能有效抑制U87MG和U373MG細(xì)胞的侵襲和遷移。綜上所述，人參皂苷通過多種信號(hào)通路抑制EMT過程，降低MMPs家族蛋白的表達(dá)水平和活性，從而抑制細(xì)胞侵襲和遷移（表1）。

2.4 人參皂苷阻斷腫瘤血管生成

血管生成是指從現(xiàn)有血管形成新血管的過程，是腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的重要組成部分，廣泛分布的血管網(wǎng)絡(luò)向腫瘤輸送氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及清除腫瘤的代謝廢物[48-49]，因此阻斷血管生成是腫瘤治療和預(yù)防的重要途徑。研究證明多種人參皂苷能通過不同途徑調(diào)控不同分子進(jìn)而阻斷血管生成。Zhang等[50]研究了人參皂苷Rd對(duì)血管生成的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Rd以劑量依賴性的方式抑制人臍血管內(nèi)皮細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（Vascular endothelial growth factor, VEGF）誘導(dǎo)的血管生成，抑制體內(nèi)基質(zhì)膠栓塞測(cè)定中的血管生成，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Rd通過抑制乳腺癌MDAMB-231細(xì)胞中Akt/mTOR/p70S6K信號(hào)通路以降低缺氧誘導(dǎo)因子1α（Hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α）和VEGF的表達(dá)，進(jìn)而抑制裸鼠的腫瘤血管生成。Zeng等[51]探討了人參皂苷Rg3在白血病患者體內(nèi)的抗血管生成作用，使用Rg3處理白血病患者的骨髓基質(zhì)細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Rg3抑制了細(xì)胞中HIF-1α和 VEGF 的 mRNA 和蛋白表達(dá)，此外 Rg3的治療導(dǎo)致患者血清中的HIF-1α和VEGF水平降低。色素上皮衍生因子（Pigment epithelium-derived factor, PEDF）是一種抗血管生成蛋白，Leung等[52]研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb1顯著促進(jìn)了人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（Human umbilical vein endothelial cells, HUVECs）中PEDF的轉(zhuǎn)錄、蛋白表達(dá)和分泌，而對(duì)PEDF進(jìn)行靶向抑制則阻斷了Rb1的作用，這表明Rb1的抗血管生成作用是特異性靶向PEDF。綜上所述，人參皂苷可通過促進(jìn)抗血管生成蛋白的表達(dá)，抑制生長(zhǎng)因子來阻斷血管生成（表1）。

2.5 人參皂苷增強(qiáng)機(jī)體免疫能力

免疫系統(tǒng)在維持機(jī)體健康方面發(fā)揮著及其主要的作用，現(xiàn)代腫瘤免疫學(xué)認(rèn)為，免疫系統(tǒng)在監(jiān)視和清除腫瘤中起到重要作用[53]。T細(xì)胞是免疫系統(tǒng)最重要的組成成分[54]，Park等[55]研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg3通過刺激ConA誘導(dǎo)T細(xì)胞增殖，提高小鼠免疫器官和血清中細(xì)胞因子（IL-2、IFN-γ）的水平，增強(qiáng)免疫活性，抑制荷瘤小鼠的腫瘤生長(zhǎng)。NK細(xì)胞可通過釋放細(xì)胞因子等方式殺傷腫瘤細(xì)胞，維持T細(xì)胞的功能和增強(qiáng)免疫檢查點(diǎn)治療的功效[56]，Kwon等[57]探究了人參皂苷F1在NK細(xì)胞的腫瘤監(jiān)測(cè)中的作用，研究結(jié)果表明F1的干預(yù)有效增強(qiáng)了NK細(xì)胞對(duì)多種激活受體和腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性，還改善了依賴NK細(xì)胞活性的淋巴瘤清除和轉(zhuǎn)移性黑色素瘤小鼠模型的腫瘤監(jiān)測(cè)。阻斷免疫檢查點(diǎn)已在臨床實(shí)踐中用于治療腫瘤，PD-L1/PD-1通路是最關(guān)鍵的免疫檢查點(diǎn)[58]。Hu等[59]使用人參皂苷Rk1處理肺癌A549和PC9細(xì)胞，結(jié)果顯示Rk1通過抑制NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)降低了細(xì)胞中PD-L1的高表達(dá)。綜上所述，人參皂苷通過誘導(dǎo)免疫細(xì)胞增殖，增強(qiáng)免疫反應(yīng)和調(diào)控免疫檢查點(diǎn)發(fā)揮抗腫瘤作用（表1）。

2.6 人參皂苷抗氧化應(yīng)激

研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激可介導(dǎo)細(xì)胞中原癌基因和抑癌基因的激活和失活，導(dǎo)致細(xì)胞異常生長(zhǎng)發(fā)展成為腫瘤[60]。人參皂苷在抗氧化應(yīng)激和治療由氧化應(yīng)激介導(dǎo)的疾病中發(fā)揮著重要的作用。Zhou等[61]研究了人參皂苷Rb1對(duì)氧化應(yīng)激造成的炎癥損傷的影響及分子機(jī)制，結(jié)果表明對(duì)HUVECs使用Rb1處理可減輕由TNF-α誘導(dǎo)引起的氧化應(yīng)激和炎癥損傷，進(jìn)一步研究表明Rb1通過激活P38和JNK信號(hào)通路來抑制 NF-κB 通路，抑制 TNF-α誘導(dǎo) ROS 和 MDA的產(chǎn)生，增加SOD、CAT和GSH-Px的活性，從而保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激和細(xì)胞炎癥因子誘導(dǎo)的炎癥損傷。Li 等[62]研究了人參皂苷 Rg1 在心肌細(xì)胞 H9c2細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷中的作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)Rg1通過提高激活細(xì)胞中細(xì)胞內(nèi)Nrf2/HO-1軸，抑制JNK信號(hào)通路，提高SOD、GSH-Px和GSH的水平來降低ROS誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激。Liu等[63]使用人參皂苷Rd干預(yù)從Sprague-Dawley大鼠幼崽分離的海馬神經(jīng)元細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Rd通過降低細(xì)胞中ROS和MDA水平，提高SOD和GSH-Px水平，顯著改善了由淀粉樣蛋白β25-35誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷。綜上所述，人參皂苷作為一種保護(hù)劑，通過減少氧化應(yīng)激和氧化應(yīng)激對(duì)細(xì)胞的損傷來平衡細(xì)胞內(nèi)的微環(huán)境，從而在源頭上降低患癌的可能性（表1）。

表 1 人參皂苷的抗腫瘤機(jī)制Table 1 Antitumor mechanism of ginsenosides

2.7 人參皂苷與化療藥物協(xié)同增效

腫瘤患者在放化療后會(huì)產(chǎn)生一定的副作用，長(zhǎng)期大劑量用藥會(huì)導(dǎo)致許多腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生多藥耐藥性[64]，因此開發(fā)新的治療策略以減少副作用和逆轉(zhuǎn)多藥耐藥性顯得尤為緊迫。有研究報(bào)道證實(shí)人參皂苷與現(xiàn)有放化療藥物聯(lián)合使用具有許多優(yōu)勢(shì)，如提高抗腫瘤效果、減少副作用和降低用藥劑量以及逆轉(zhuǎn)多藥耐藥性[65-67]。生曬參是一種人參熱加工的產(chǎn)物，Lin等[68]發(fā)現(xiàn)將生曬參與表柔比星和紫杉醇聯(lián)合使用后增加了兩種藥物在人宮頸癌HeLa細(xì)胞、人結(jié)直腸癌SW111C細(xì)胞和SW480細(xì)胞中的引起細(xì)胞凋亡的能力。Zhu等[69]報(bào)道表明從人參中提取的總?cè)藚⒃碥张c環(huán)磷酰胺聯(lián)合使用后促進(jìn)了環(huán)磷酰胺的治療作用，具體表現(xiàn)為延長(zhǎng)存活率、增強(qiáng)腫瘤生長(zhǎng)抑制率和細(xì)胞凋亡，進(jìn)一步的研究證實(shí)，總?cè)藚⒃碥沾龠M(jìn)了腸道益生菌的繁殖，減輕了環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)的腸道黏膜炎，這些作用與總?cè)藚⒃碥占せ頝rf2并抑制NF-κB通路有關(guān)。此外，Jiang等[70]研究了人參皂苷Rg3對(duì)減弱順鉑耐藥誘導(dǎo)的PD-L1表達(dá)的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Rg3通過下調(diào)NF-κB p65和Akt信號(hào)通路以抑制順鉑耐藥誘導(dǎo)的PD-L1的表達(dá)，并提高了T細(xì)胞對(duì)肺癌A549細(xì)胞和A549/DDP耐藥細(xì)胞的抑制作用。綜上所述，人參皂苷與化療藥物聯(lián)用具有良好的協(xié)同作用，可提高化療藥物療效，降低副作用，逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞的多藥耐藥性（表1）。

3 總結(jié)與展望

人參皂苷的抗腫瘤活性是通過不同機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，包括抑制腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移、阻斷腫瘤血管生成、增強(qiáng)機(jī)體免疫系統(tǒng)、抵抗氧化應(yīng)激以及與化療藥物的協(xié)同作用等。目前僅有少數(shù)人參皂苷已經(jīng)應(yīng)用于臨床治療，大部分人參皂苷的研究?jī)H局限于細(xì)胞及動(dòng)物試驗(yàn)層面，極少進(jìn)行臨床試驗(yàn)，未被完全開發(fā)利用，并且關(guān)于人參皂苷與放化療藥物聯(lián)合使用對(duì)于腫瘤治療效果的臨床研究仍較少。隨著腫瘤患病率的不斷提高，抗腫瘤藥物的研發(fā)成為臨床和科研工作者研究的重中之重。人參皂苷在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移等多個(gè)過程中可以進(jìn)行調(diào)控，顯示出較強(qiáng)的抗腫瘤潛力。作為一種天然的抗腫瘤藥物，人參皂苷和由人參開發(fā)的功能性食品會(huì)對(duì)腫瘤的治療和預(yù)防發(fā)揮越來越重要的作用。本文通過對(duì)人參皂苷的抗腫瘤活性和機(jī)制進(jìn)行總結(jié)，以期對(duì)人參皂苷抗腫瘤的深入研究提供參考，同時(shí)為人參抗腫瘤功能性食品開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。