姜黃素抗腫瘤機制的研究進展

衛佳麗，鄧述愷

（1.西南醫科大學，四川 瀘州 646000；2.西南醫科大學附屬第一醫院呼吸內一科，四川 瀘州 646000）

姜黃素抗腫瘤機制的研究進展

衛佳麗1，鄧述愷2

（1.西南醫科大學，四川 瀘州 646000；2.西南醫科大學附屬第一醫院呼吸內一科，四川 瀘州 646000）

姜黃素具有抗氧化、抗炎、抗凝、降血脂、抗動脈粥樣硬化等主要作用，而其主要的抗癌作用現已被廣泛的研究，主要從調控腫瘤細胞周期、誘導腫瘤凋亡、抑制侵襲、轉移和逆轉腫瘤耐藥并提高腫瘤對化療的敏感性等幾方面起作用。并且其毒副作用小，安全性高，儼然成為具有治療前景的抗癌藥物。

姜黃素；腫瘤；綜述

姜黃素(curcumin)具有抗氧化、抗炎、抗凝、降脂、抗動脈粥樣硬化、抗風濕、抗衰老、消除自由基及抗癌等廣泛的藥理作用。近幾年的研究認為姜黃素對多種惡性腫瘤都具有一定的抑制作用，現將近幾年的姜黃素抗腫瘤的研究進展總結如下：

1 調控細胞周期

1.1 阻滯細胞于S期 蔣金等[1]發現姜黃素可以使S期的非小細胞肺癌A549細胞呈時間-劑量依賴性增加，逆轉錄聚合酶鏈反應(RT-PCR)和蛋白印跡法(Western blot)顯示p53和p21表達上調，增殖細胞核抗原(PCNA)和真核起始因子4E(eIF4E)表達下調。姜黃素通過減少eIF4E下調細胞內的翻譯過程，使細胞增殖所需的蛋白原料處于“先天不足”。因此，姜黃素可能是通過p53/p21/PCNA/eIF4E通路作用于S期關卡點使腫瘤細胞阻滯于S期。此外，姜黃素以時間-劑量依賴性的方式將急性單核細胞性白血病SHI-1細胞阻滯于S期，其機制可能是姜黃素阻斷了絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路[2]，MAPK通路參與生長因子和細胞因子的調控，在細胞增殖中起著重要的作用。Debata等[3]發現姜黃素通過恢復視網膜母細胞瘤易感因子(Rb)的活性抑制細胞周期蛋白D1(cyclinD1)，使腎癌786-O細胞阻斷于S期，能減少舒尼替尼的用量以及其導致的副作用。

1.2 阻滯細胞于G2/M期 姜黃素處理后人甲狀腺乳頭狀癌BCPAP細胞受阻于G2/M期，其細胞周期檢控點激酶2(Chk2)、細胞分裂周期蛋白25同源蛋白c(Cdc25c)、細胞周期蛋白(Cdc2)、共濟失調-毛細血管擴張突變蛋白(ATM)以及ATM and Rad-3相關蛋白(ATR)的磷酸化水平明顯上調[4]。DNA的損傷引起ATM及ATR激酶上調導致Chk2對Cdc25c的磷酸化水平增強，進而抑制Cdc25c的活性，同時使細胞跨過G2-M期關卡點的關鍵蛋白Cdc2磷酸化而失去活性。因此，姜黃素可能是通過對DNA損傷/ATR/ATM/ Chk2/Cdc25c/Cdc2通路作用于腫瘤細胞通過G2晚期關卡點，阻滯腫瘤細胞進入M期。在宮頸癌細胞HeLa和結腸癌細胞HCT116中，姜黃素也能通過誘導DNA的雙鏈結構的損傷，阻斷DNA的修復通路，將細胞阻滯于G2/M期[5]。研究發現姜黃素能通過抑制s期激酶相關蛋白2(Skp2)的表達使神經膠質瘤細胞阻滯于G2/M期[6]。

2 誘導腫瘤細胞的凋亡

2.1 下調Bcl-2/Bax的比率 在細胞凋亡中，BCL-2家族調控著線粒體的完整性和半胱天冬酶(Caspase)的激活。主要分為抗凋亡蛋白(Bcl-2、Bcl-xl等)和促凋亡蛋白(Bax、Bak等)[7]。細胞中BclL-2/Bax的比率扮演著細胞凋亡的“分子開關”的作用，姜黃素能抑制結腸癌RKO細胞磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3-K/Akt)和有絲分裂原活化蛋白激酶通路(MEK/ ERK)信號通路的活化，下調Bcl-2/bax的比率，激活Caspase家族，抑制人結腸癌RKO細胞增殖并誘導其凋亡[8]。姜黃素通過下調Bcl-2/Bax的比率，改變凋亡相關蛋白的平衡，促進腫瘤細胞凋亡。在膽囊癌GBC-SD細胞中，姜黃素下調Bcl-2/Bax的比率，降低了線粒體的膜電位，激活Caspase促凋亡蛋白，促進了腫瘤細胞的凋亡[9]。另外，姜黃素聯合絲裂霉素C (MMC)處理乳腺癌MCF-7細胞后，能協同降低Bcl-2/ Bax的比率誘導細胞凋亡；同時姜黃素還能降低MMC所致的副作用，提高抗癌的療效[10]。

2.2 調節神經酰胺的生成和聚集 神經酰胺(ceramide)有兩種途徑：一種是從頭合成，另一種是鞘磷脂酶對鞘磷脂的水解生成[11]。研究證明神經酰胺的生成和聚集是姜黃素誘導腫瘤細胞凋亡的關鍵環節之一。在細胞凋亡途徑中，當外源性凋亡途徑激活時，質膜上的神經酰胺促進了死亡受體的聚集，進而級聯激活Caspase-8、Caspase-3；而在線粒體凋亡途徑中，神經酰胺能在線粒體外膜上形成通道，使細胞色素C等小分子從線粒體釋放到胞漿。胞漿中的細胞色素C引發凋亡小體生成，激活Caspase-9，繼而激活細胞凋亡的“執行者”-Caspase-3。在人白血病細胞HL-60細胞中，姜黃素直接上調神經酰胺的水平，并且通過激活中性鞘磷脂酶(nSMase)、抑制鞘磷脂合酶(SMS)調節這兩個鞘磷脂循環關鍵酶的活性，間接上調神經酰胺的水平；使神經酰胺大量的累積，促進細胞凋亡[12]。Shakor等[13]研究發現早期的神經酰胺的生成與姜黃素激活nSMase活性有關，而晚期的生成與姜黃素抑制了SMS的活性有關，同時發現姜黃素抑制SMS和葡糖神經酰胺合酶(GCS)的活性，逆轉HL-60/耐長春新堿的白血病細胞(VCR)的耐藥提高其敏感性。姜黃素通過活性氧(ROS)依賴的方式促進神經酰胺的生成并激活前列腺凋亡反應蛋白(Par-4)，促進神經膠質瘤細胞的自我吞噬[14]。

2.3 調控miR-215與miR-192的水平 微小RNA(miRNAs)是一類具有調控功能的非編碼RNA，成熟的miRNA通過與靶基因mRNA的結合促進mRNA的降解，影響腫瘤的發生、發展和預后。其中較為重要的是miR-192和miR-215，通常在腎臟和胃腸道中顯著表達，但在癌癥中往往呈低表達狀態[15-16]。Ye等[17]發現：姜黃素通過上調A549、H460和A427細胞中的miR-215和miR-192，促進p53的表達同時抑制XIAP (伴X染色的細胞凋亡抑制劑)的活性，促進caspase-3的活化和PARP的裂解，阻滯細胞周期并誘導細胞凋亡。Jin等[18]研究發現姜黃素上調miR-192-5p導致PI3-K/Akt信號通路抑制，誘導A549細胞凋亡，而抗miR-192-5p表達的藥物能消除姜黃素的抗凋亡作用。因此，miR-192-5p和miR-215可能是姜黃素誘導凋亡的一個作用靶點。

3 抑制腫瘤的轉移和侵襲

3.1 抑制PKCα依賴的MMP-9的激活 腫瘤細胞的侵襲和轉移是惡性腫瘤的重要特征，而基底膜的破壞在其中扮演著一個關鍵的“角色”。基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)能降解基底膜的主要組成成分——Ⅳ型膠原，使基底膜破壞。在MCF-7細胞中，姜黃素通過抑制PKCα/MAPK信號通路下調NF-κB和AP-1，導致MMP-9的表達下調和活性減弱，從而抑制細胞的侵襲性[19]。此外，Fan等[20]研究發現MMP-9的活化需要NADPH氧化酶催化亞基gp91phox(Nox-2)的表達和轉錄激活因子-2(ATF-2)的磷酸化。姜黃素以劑量依賴的方式降低PKCα和Nox-2的表達，導致ROS的生成減少，下調ATF-2的磷酸化水平，最終減少MMP-9的產生及分泌，因此，姜黃素可能通過PKC α/Nox-2/ROS/ATF-2/MMP-9通路抑制A549細胞的侵襲和轉移。

3.2衰減GLUT1/MT1-MMP/MMP2通路 惡性細胞的增殖與侵襲是一個高度耗能的過程，正常細胞的能量主要來自有氧循環，而腫瘤細胞更多的是依賴于糖酵解。腫瘤中高表達的GLUT1促進糖的轉運和利用，為腫瘤的侵襲和轉移提供能量；而MMP-2能降解IV型膠原，促進腫瘤的侵襲和轉移。MMP-2的活化依賴于膜型基質金屬蛋白酶(MT1-MMP)[21]。在喉癌Hep-2細胞中，上調的GLUT1促進MT1-MMP和MMP-2的表達。在pcDNA3.1-GLUT1轉染的A549細胞，GLUT過表達使MT1-MMP和MMP-2的表達水平明顯上調，而姜黃素以濃度依賴的方式減少A549細胞中的GLUT1，下調MT1-MMP和MMP-2的表達，抑制A549的侵襲和轉移[22]。綜上所述，姜黃素抗腫瘤侵襲和轉移的機制可能涉及到減弱GLUT1/MT1-MMP/MMP2通路。

3.3 下調Rho GTP酶家族 Rho GTP酶家族主要參與細胞與基質粘附和細胞骨架重組以及細胞形態改變的調控，促進細胞侵襲轉移。多種惡性腫瘤中Rho GTP酶家族呈高表達狀態，其中RhoA、Rac1和Cdc42是該家族中關鍵的成員。徐煒等[23]的研究結果發現姜黃素以劑量依賴的方式抑制RhoA、Rac1和Cdc42蛋白的轉錄和表達，同時改變A549細胞內的微絲結構和分布，降低細胞動力，抑制細胞的侵襲和轉移。Chen等[24]的研究中，姜黃素通過抑制肺癌801D細胞中Rac1的表達，下調Rac1介導的MMP-2和MMP-9的表達和抑制肌動蛋白的聚合與細胞骨架的重排以及抑制表皮生長因子(EGF)和轉化生長因子(TGF-β1)而降低801D細胞的侵襲和轉移。

4 逆轉細胞的多重耐藥，提高放化療的敏感性

4.1 抑制p-gp的表達和活性 p-糖蛋白(p-gp)類似一個“藥物泵”，它將已進入細胞內的藥物泵到細胞外，導致細胞內的有效濃度降低，從而使得細胞耐藥，而這個過程是一個耗能的過程，需要消耗細胞產生的ATP，主要來源于線粒體的作用。姜黃素能抑制腫瘤細胞的P-gp的表達，并且降低線粒體的膜電位，使P-gp的功能缺失，增加細胞對藥物的敏感性[25]。在長春新堿耐藥的結腸癌細胞HCT-8/VCR中,也證實了姜黃素能抑制p-gp的表達，從而提高結腸癌細胞對長春新堿、順鉑和5-氟尿嘧啶的敏感性[26]。在原位單程結腸灌注實驗中，經過姜黃素預處理的結腸癌小鼠對伊立替康的滲透性更高，伊立替康的生物利用度更高，Western blot檢測出結腸癌的P-gp的表達明顯減少，由此可知姜黃素抑制了結腸癌細胞的P-gp的表達，減弱藥物泵出的能力，提高伊立替康的抗癌療效[27]。

4.2 抑制FA/BRCA通路 DNA交聯后能阻止DNA復制，一些化療藥物的主要機制就是引起DNA的交聯，如順鉑等，而DNA交聯損傷修復通路FA/ BRCA(fanconi anemia/BRCA)的激活能導致腫瘤對這類藥物的耐藥。姜黃素通過抑制FA/BRCA通路激活過程中的關鍵事件(FANCD2)單泛素化逆轉腫瘤耐藥。Chen等[28]的實驗中發現A549/DDP細胞(順鉑耐藥肺癌細胞)較DDP敏感細胞的FANCD2單泛素化明顯增強，而姜黃素作用于A549/DDP細胞后，FANCD2的單泛素化程度以劑量依賴的方式減少，肺癌A549細胞的耐藥性得到逆轉。在多發性骨髓瘤MOLP-2細胞系中，姜黃素能下調FANCD2單泛素化的表達，增加細胞內的美法侖的濃度，提高美法侖阻滯細胞周期的能力，逆轉耐藥[29]。

4.3 促進缺氧誘導因子(HIF-1)的退化 HIF-1由HIF1-α和HIF-1β組成，而HIF-1α是決定其活性的結構，在常氧的條件下，HIF-1α能迅速退化，而低氧條件下，HIF-1α大量累積導致多種與細胞生長、新陳代謝、血管生成等有關的轉錄因子的激活。研究證實低氧誘導的HIF-1α導致腫瘤細胞對放療和化療耐藥[30]。Ye等[31]研究發現A549/DDP細胞中HIF-α過度表達，敲除HIF-α后能提高DDP敏感性，而DDP敏感細胞轉染HIF-α后對DDP耐藥。姜黃素能通過抑制HIF-1α的表達及其活性逆轉腫瘤細胞的耐藥性。在以納米材料為載體的實驗中，姜黃素能明顯抑制HIF-1α的表達，降低HIF-1α的mRNA和蛋白質的水平，逆轉多柔比星耐藥，提高其抗癌療效[32]。

5 展望

姜黃素因其廣泛的藥理作用，在中國的傳統醫學中被廣泛應用；而在現代醫學中，姜黃素儼然成為研究的熱點。因其誘導細胞凋亡、抑制腫瘤增殖、侵襲轉移的抗癌作用和逆轉耐藥性，且毒副作用小、安全性高，因此姜黃素是一種具有前景的抗癌藥物，但其抗癌作用的更具體的機制需進一步研究。

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2015-12-04)

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