兒茶素EGCG抗腫瘤及其作用機制研究進展

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(湖北工業大學生物工程與食品學院,湖北武漢 430068)

腫瘤可發生于人體的多數器官或組織,分為良性腫瘤和惡性腫瘤,良性腫瘤生長緩慢,且可通過手術切除得到有效控制,不易復發;惡性腫瘤生長速度較快,易向其他部位浸潤,對機體危害較大,切除后復發率較高,惡性腫瘤的大部分表現形式是癌癥[1]。2015年,美國腫瘤協會通過對2012年全球腫瘤流行病數據的研究發現:惡性腫瘤已經成為全球的重大社會負擔[2]。而在中國,2014年統計顯示,約430萬人被診斷為癌癥,280萬人因癌去世,即平均每天1.2萬人患上癌癥,7500人因此死亡[3]。日益增多的腫瘤發病率和死亡率使得研究者加強了對抗腫瘤藥物的研究,尤其是對天然產物抗腫瘤的研究越來越深入。表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)是茶葉中的一種天然產物,在前列腺癌細胞培養模型中顯示EGCG可以降低腫瘤細胞活力并能促進多種癌細胞的凋亡,而對非癌細胞系沒有影響[4]。作為一種安全性相對較高的物質,EGCG的抗腫瘤的作用和機制引起了醫學及天然產物研究者的廣泛關注。EGCG對腫瘤有抑制作用,其顯著的抗氧化和抗炎作用很可能是其預防腫瘤的重要機制,同時,EGCG與其他物質或治療手段的協同作用也是抗腫瘤研究的一個重大進展,本文主要從這幾方面進行詳細闡述。

1 EGCG對腫瘤的預防作用

1.1 抗氧化作用

1.2 抗炎作用

研究表明炎癥與腫瘤的發生、生長與轉移有很大的關系,特別是對一些炎癥相關性腫瘤更是有顯著相關性[15]。如炎癥前列腺癌已被證實與炎癥、微環境密切相關,EGCG因具有顯著的抗炎作用而有望成為前列腺癌的化學預防劑[16]。對肺癌研究中發現對炎癥反應的抑制可以限制肺癌細胞生長[17]。Toniolo等從EGCG產生過氧化氫(H2O2)的角度研究其抗炎和抗氧化作用,結果表明EGCG可以抑制轉錄因子(NF-κB)和環氧合酶-2(COX-2)的表達,從而產生顯著的抗炎作用[18]。在多氯聯苯(PCB)誘導的內皮細胞炎癥模型中有類似的情況,EGCG抑制NF-κB活化而發揮抗炎作用[19]。腫瘤相關巨噬細胞對癌癥的誘發有極大的作用[20],經酯化處理EGCG能夠顯著地抑制促炎介質一氧化氮(NO)和前列腺素(PGE2)的產生,可在巨噬細胞中發揮抗炎作用[21]。EGCG局部作用于患有牛皮癬樣皮炎的小鼠,能夠改善皮膚的病理狀態,減輕皮膚炎癥[22]。EGCG可以有效抑制炎癥反應[23],對多種流行性腫瘤研究表明抑制炎癥可以有效降低腫瘤的發生率[24],而EGCG優異的抗炎活性則可能是預防腫瘤的重要機制之一。

2 EGCG對腫瘤的抑制及治療作用

2.1 抑制腫瘤相關蛋白的表達

研究表明EGCG可以通過抑制腫瘤相關蛋白的表達起到抑制腫瘤細胞生長與增殖的作用。

Notch通路是一種信號傳導通路,調控著細胞的增殖、分化和凋亡,其中Notchl蛋白是Notch通路的受體,Jaggedl蛋白是Notchl的配體,歐瓊等在研究中發現EGCG可以通過抑制Notchl和Jaggedl蛋白的表達進一步抑制通道的活化從而抑制鼻咽癌干細胞SPl8細胞的增殖[25]。用蛋白質印跡法(western blot)檢測用EGCG處理的肝癌HepG2細胞,發現細胞內的 NF-KB P65蛋白的表達降低,同時以軟瓊脂集落形成實驗來觀察處理的HepG2細胞,細胞集落體積變小,數量減少,即EGCG可以通過調控NF-κB P65蛋白的表達來抑制肝癌HepG2細胞的增殖[26]。Smad3參與了食管鱗癌的發生發展,EGCG可以通過調控Smad3蛋白的表達來抑制食管鱗癌細胞Ec9706的增殖[27]。另外,以不同濃度EGCG對體外培養結腸癌細胞株進行實驗,發現EGCG濃度在40～160 μmoL/mL均能降低p-STAT3蛋白的表達水平,抑制結腸癌細胞的增殖,且隨濃度增加效果增強[28]。另外在臨床研究中發現E6、E7均為高度致癌蛋白,EGCG可以促進E6、E7蛋白降解,在臨床上可用于治療人乳頭瘤病毒引起的腫瘤[29]。

也有研究發現食管鱗癌細胞的產生與Her2蛋白的表達有關,其中Her2蛋白是人類表皮生長因子受體表達的產物,其在多種腫瘤組織中高度表達,可以促進腫瘤細胞的生長,不同濃度EGCG(100、200、300 mg/L)分別作用于Ec9706細胞24 h,經流式細胞術檢測發現Her2蛋白顯著減少(p<0.05),且癌細胞增殖指數顯著降低(p<0.05),結果證明EGCG可以通過抑制Her2蛋白的表達抑制食鱗癌細胞增殖[30];除此之外,EGCG還可以通過間接作用于腫瘤相關蛋白活性作用于腫瘤,沉默信息調節因子SIRT1可以對組蛋白及多種非組蛋白產生去乙酰化修飾,調節多種腫瘤相關基因的表達和蛋白質的活性,參與腫瘤形成和發展,研究發現EGCG也可以通過抑制 SIRT1的表達,來抑制鼻咽癌細胞株C666-1的增殖[31]。

2.2 影響腫瘤細胞生長

2.2.1 調控腫瘤細胞周期 腫瘤細胞和正常的細胞一樣都具有一定的生長周期,基于這一點我們可以通過調節或阻滯腫瘤細胞的周期使其停止生長和擴散。張勇等研究發現EGCG可以使肝癌細胞SK-hep1停滯于G2/M期,并且誘導肝癌細胞凋亡數增加,使治療腫瘤成為可能[32]。以肺部長有腫瘤的A/J小鼠為實驗對象,觀察發現長期給予EGCG處理可以阻滯肺腫瘤細胞的細胞周期,使其停止擴散,對肺部腫瘤具有顯著的治療效果[33]。這一作用在同時使用體外與體內模型處理乳腺癌細胞的報道中也得到證實。用EGCG處理乳腺癌MDAMB231細胞,可將其細胞周期停留在G1期,且在接種乳腺癌的裸鼠體內注射EGCG可以達到相同效果,從而表明EGCG可以通過調控細胞周期達到阻止癌細胞擴散的目的[34]。還有體外實驗發現EGCG可以使細胞周期停滯同時也能促進骨肉瘤(OS)細胞的凋亡,在后續臨床上的實驗通過檢測參與腫瘤發生發展的microRNA(miR-1)水平,發現EGCG可能對骨肉瘤有治療效果[35]。在研究EGCG對細胞周期相關蛋白的作用中,用體外培養的人的口腔鱗癌細胞株CAL-27作為對象研究EGCG對口腔鱗癌細胞增殖的影響,結果顯示EGCG對大部分口腔鱗癌細胞株的增殖有抑制作用,這種抑制主要是其對信號轉導通路的影響進而導致細胞周期相關蛋白表達水平的變化,導致癌細胞S期和G2/M期阻滯[36]。另外,以膽道癌細胞系TFK-1為研究對象,其與EGCG和癌細胞在一定的條件下培養72 h發現EGCG可以降低其細胞周期相關基因mRNA的表達,并且使細胞周期抑制劑p21表達增強,在膽道癌細胞系中顯示出一定的抗癌作用[37]。

2.2.2 抑制腫瘤細胞端粒酶的活性 研究表明:端粒酶與大多數惡性腫瘤的發生有很大的關系[38-39],端粒酶幾乎出現在所有的癌細胞中[40]。EGCG和EGC對端粒酶活性的抑制在文獻中已有報道,抑制端粒酶的活性與抑制癌細胞的生長關系密切[41]。正常細胞中的端粒與細胞分裂有關,會促使DNA衰老,而癌細胞中由于端粒酶的作用使癌細胞可以無限分裂。人端粒酶逆轉錄酶(hTERT)是端粒酶功能正常表達的重要催化亞基,用EGCG處理乳腺癌MCF-7細胞會導致hTERT啟動子甲基化,并可以降低組蛋白H3 Lys9乙酰化水平,從而促進乳腺癌細胞的死亡[42]。張東鵬等在研究EGCG對體外培養的人體雄激素非依賴性前列腺癌PC-3細胞的影響中發現,EGCG對其有顯著的抑制作用;使用TRAP-PCR銀染法檢測發現,癌細胞的端粒酶活性降低,其主要是通過抑制端粒酶逆轉錄酶mRNA表達,從而抑制端粒酶的活性[43]。在EGCG對喉鱗狀癌細胞系Hep-2細胞影響的研究中,使用EGCG處理該細胞可顯著降低細胞活力、抑制細胞生長、誘導細胞凋亡,且細胞內的端粒酶活性顯著降低,并與EGCG濃度呈現量效關系[44]。當EGCG濃度超過200 μmoL/L時可以有效抑制SGC-7901胃癌細胞增殖,進一步研究發現濃度高于12.5 μmoL/L的EGCG可以明顯抑制胃癌細胞的端粒酶活性[45],同時其對肝癌的影響也是通過一定劑量的EGCG抑制癌細胞的端粒酶活性實現的[46]。

2.2.3 誘導腫瘤細胞的凋亡 在EGCG抗腫瘤研究中有一個較為明顯的作用是其可以誘導腫瘤細胞的凋亡;在頸部鱗狀細胞癌研究中,EGCG可以活化促凋亡蛋白NAG-1和P53,誘導腫瘤細胞凋亡[47]。Chakrabarti 等以EGCG作用于神經母細胞瘤,其可以促進腫瘤抑制基因中mir-7-1的表達,大量的mir-7-1增強了EGCG對腫瘤細胞凋亡的誘導作用[48]。EGCG還可以通過線粒體呼吸鏈復合物的損失,調節線粒體能量使腫瘤細胞生長產生選擇性阻滯,誘導腫瘤細胞凋亡[49]。β-連環蛋白的異常表達會導致多種頭部和頸部癌癥[50],在小鼠模型中EGCG可以有效抑制β-連環蛋白表達并由此引起頭部和頸部腫瘤細胞凋亡[51]。EGCG作用于動物腫瘤模型,5 mg/mL的EGCG可以作用于凋亡分子信號Bax/Bcl-2、Caspase和細胞色素c,同時也可以作用于致癌分子信號,誘導腫瘤細胞的凋亡[52]。研究EGCG對膀胱癌的作用發現EGCG在體內和體外實驗均可以誘導癌細胞sw750凋亡[53]。

2.2.4 抑制腫瘤血管的生成 腫瘤細胞的生長、侵襲與轉移都與腫瘤血管的生成有很大的關系,腫瘤血管可以為細胞的活動提供養分[54],故抑制腫瘤血管的產生可以有效作用于腫瘤細胞,其中血管內皮生長因子(VEGF)是促進腫瘤血管生成的重要因子[55],可以通過調控VEGF來抑制腫瘤血管的生成,Tang等以EGCG作用于mRNA、蛋白和分泌介質等細胞,其中VEGF表達均顯著減少,以此抑制血管的生成[56]。研究EGCG對肺癌A549細胞的作用主要是EGCG可以促進內皮抑制素表達,從而使VEGF表達受到抑制,使A549細胞增殖受到抑制[57]。另外陳萍等以EGCG作用于體外培養的宮頸癌Hela細胞,通過與空白組對照發現,EGCG通過抑制VEGF蛋白表達抑制Hela細胞的增殖[58]。可見EGCG可以通過作用于內皮生長因子蛋白作用于腫瘤細胞。以EGCG作用于接種乳腺癌的小鼠并測定VEGF的表達水平,有EGCG作用的小鼠血管內皮生長因子表達下降,有效抑制乳腺癌細胞的活動[59-60]。用western blot法對人肝癌SMMC-7721細胞中VEGF蛋白進行檢測,發現EGCG可以明顯影響VEGF的蛋白表達;同時用相同的辦法作用于體外建立移植瘤模型,Western-blot 檢測結果顯示,EGCG 仍可以抑制VEGF 的蛋白表達,即EGCG可以通過抑制VEGF蛋白表達作用于肝癌細胞[61]。

2.3 調節抑癌基因甲基化水平

腫瘤的發生與DNA甲基化有關,抑癌基因區的基因甲基化會影響其正常表達,從而喪失抑制癌癥的作用[62-63]。EGCG可以降低乳腺癌細胞RASSF1A啟動子的甲基化水平,使其正常表達,達到減少乳腺癌細胞系MCF-7產生的作用[64]。在研究EGCG能否通過抑制抑癌基因甲基化實現抑制黑素瘤細胞增殖的實驗中,使用不同濃度的EGCG(5-30 μg/mL)處理黑素瘤A375細胞,在所使用的濃度范圍內,EGCG濃度越高,對該細胞的抑制作用越顯著,進一步檢測發現RASSF1A甲基化狀態得到逆轉,從而表明抑制黑素瘤細胞的增殖與RASS1A基因甲基化的逆轉有關[65]。另外,有中外研究者分別以結腸癌細胞為實驗對象,研究EGCG對結腸癌細胞的作用,研究發現,當EGCG的濃度超過20 μmoL/L時就能夠降低結腸腺癌細胞株COLO 320中抑癌基因P16的甲基化水平,使抑癌基因得以正常表達,從而有效作用于結腸癌細胞株[66]。另外EGCG也可以打破由RxRa啟動子甲基化帶來的基因沉默,使細胞中RxRa蛋白處于正常水平,能有效抑制結腸癌的發生,且不影響其他正常細胞的DNA甲基化過程,是治療結腸癌細胞的一種可能途徑[67]。

2.4 破壞腫瘤細胞的信號通路

對腫瘤信號通路的破壞也是抑制腫瘤細胞的重要途徑。蔣潔琳等曾綜述EGCG可以通過作用于MAPK、PI3K-AKT、NF-xB和P53等信號通路,來抑制不同腫瘤細胞的生長[68]。EGCG還可以通過破壞FAK/ERK/NFxB和AP1信號通路,使MMP9蛋白表達下降,來抑制MDAMB231乳腺癌細胞的生長和增殖[69]。EGCG也可以作用于p38和ERK通路,促進B細胞易位基因2表達,從而抑制口腔鱗癌細胞的增殖[70]。在頭頸癌細胞(HNC)中EGCG可以通過抑制β-連環蛋白信號轉導同時減少轉錄和增加泛素介導的26s蛋白酶體降解,還可以使p53通路激活,其中p53是一種關鍵的腫瘤抑制因子,多種機制共同作用可以有效促進HNC凋亡[71]。另有研究表明EGCG通過線粒體信號轉導途徑不僅降低了鼻咽癌細胞的存活率而且能誘導鼻咽癌細胞凋亡[72];這項研究也顯示EGCG對線粒體信號轉導通路靶標不同的干擾作用在抗癌功能中起重要作用。另有研究發現,EGCG可以在其生理相關濃度(1 μM)抑制AKT和EPK途徑以抑制肝細胞生長因子誘導的腫瘤活動,促進EGCG誘導的抗侵襲作用[73]。Shankar等研究發現:EGCG可以通過作用于PI3K/Akt和ERK信號通路抑制胰腺癌細胞的生長轉移[74];也可以通過作用于PI3K/Akt信號通路,引起雙抑制途徑PI3K/mTOR的作用,成為臨床治療癌癥的候選藥物[75]。

3 EGCG與其他物質或治療手段的協同作用

EGCG可以和其他物質共同作用于腫瘤細胞,并通過不同機制顯著提高其抗腫瘤活性。高峰等以結腸腺癌細胞株SW620為研究對象,用5 mmoL/L的順鉑和梯度濃度的EGCG作用于結腸腺癌細胞株,檢測發現當EGCG的濃度達到100 nmol/L時,SW620細胞的增殖率由(95±5)%下降到(22±4)%,凋亡率由5%上升到57%,兩者的協同作用效果較為顯著[76]。視黃酸(RA)和EGCG共同作用可以顯著地抑制宮頸腺癌Hela細胞的增殖并能促進Hela細胞的凋亡,作用優于EGCG單獨作用[77]。在體內含有食管癌Eca-109細胞的裸鼠體內,EGCG和西妥昔單抗(Cet)的聯合作用能夠抑制Eca-109的增殖,誘導其凋亡,且二者表現出明顯的協同作用;這種協同作用同樣表現在抑制體外培養的食管癌Eca-109細胞增殖上[78]。劉申吒等比較EGCG組、放療組以及EGCG和放療協同作用組分別作用于人食管癌細胞株TE-1的效果,用噻唑蘭(MTT)法和western blot法進行檢測,發現EGCG和放射性療法協同作用明顯優于EGCG和放療單方面的作用(p<0.01)[79]。協同作用可以通過調控腫瘤細胞周期、促進腫瘤細胞凋亡從而產生作用,EGCG可以與銅離子形成絡合物ECC,5-10 mg/L的ECC能使胞內活性氧的含量明顯上升,使結腸癌RKO細胞周期處于G2/M期,抑制細胞的生長和增殖,從而達到抗結腸癌的作用[80]。另外還有研究發現,VEGF受體-2的選擇性拮抗劑(SU5416)和EGCG共同作用可以有效地阻止腫瘤血管的生成,同時還可以引起細胞周期的停滯,促進惡性神經細胞腫瘤凋亡[81]。另有研究發現,因兒茶酚-O-甲基轉移酶(COMT)能使EGCG快速甲基化,而使其在短期內失去活性,COMT的抑制劑恩他卡朋或托卡朋與EGCG聯合作用于人肺癌H1299細胞和CL-13鼠肺癌細胞,可顯著增加細胞內未甲基化的EGCG的水平,從而持續抑制肺癌細胞的活性,這種抑制作用主要是通過誘導細胞內氧化應激,細胞周期停滯以及核轉錄因子核易位減少來實現[82]。另外,EGCG與其他物質協同作用也可以通過破壞細胞通路途徑來提高抗腫瘤作用。研究發現EGCG和5-氟尿嘧啶聯合起來可以激活AMP通路,抑制PI3K/AKt通路,起到抗肝癌的作用,且二者具有協同作用[83]。總的來說,EGCG與其他物質或治療手段的協同作用也是通過干擾腫瘤細胞的生長、調控甲基化水平、作用于信號途徑等重要機制實現的,而不同作用方式的協同作用為腫瘤的治療提供了新的思路和理論基礎。

4 結論與展望

EGCG是茶葉多酚中含量最高的一種功能性成分,其可以通過抗氧化、抗炎等作用途徑預防腫瘤產生;還可以通過干擾腫瘤細胞生長、抑制抑癌基因甲基化、調控腫瘤相關蛋白表達和破壞腫瘤細胞信號傳導等作用途徑作用于腫瘤細胞,大量的細胞實驗和動物實驗表明EGCG有顯著的抑制、治療腫瘤的作用。EGCG可以與其他物質或治療手段協同作用,顯著增強EGCG對腫瘤的治療作用。

EGCG現階段對腫瘤的治療在臨床上的應用不是很廣泛,雖然在體外細胞和動物實驗中越來越多的EGCG作用途徑被發現,但其在人體中的作用機制還不是很清晰,有待進一步的研究。癌癥納米技術可以實現把納米材料選擇性的輸送到腫瘤組織,對腫瘤細胞的作用更加高效、有目的性,因此納米技術與EGCG的聯合作用值得進行進一步研究,另外,EGCG穩定性不高是其應用受限的原因之一,對如何增加EGCG穩定性的進一步研究將提高其應用的可能性。

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