人參皂苷減輕結腸癌化療副反應機制的研究進展

王啟龍，張春澤,張偉華

(1.天津中醫藥大學,天津 300049;2.天津市人民醫院,天津 300121)

結腸癌是常見的消化系統惡性腫瘤之一，發病率位于胃腸道腫瘤的第3位。我國結腸癌發病率呈逐年上升趨勢，嚴重危害了人們的生命健康。目前臨床上對結腸癌的治療常以手術、化療以及中藥輔助化療的方法。化療是目前治療癌癥最有效的手段之一，但是許多化療藥物對正常組織具有嚴重細胞毒性和刺激性，最新研究表明，腫瘤患者化療過程中的毒副作用主要是化療藥物通過半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase-3)和gasdermin E(GSDME)介導正常細胞的焦亡過程實現的[1]。但是大部分化療的不良反應和毒副作用是可逆的，通過使用一些人參皂苷類藥物可以控制或者減輕化療的毒副作用。目前人參皂苷的藥理活性備受關注，本文將對細胞焦亡機制和人參皂苷的藥理作用機制進行綜述。

1 細胞焦亡

細胞焦亡是近年來新發現的一種有別于凋亡和壞死的具有促炎作用的細胞死亡方式，細胞凋亡涉及一系列基因的激活、表達以及調控等的作用，并不是病理條件下，自體損傷的一種現象，而是為更好地適應生存環境而主動爭取的一種死亡過程；而細胞焦亡是一種程序性細胞死亡[2]，可激活強烈的炎癥反應，在炎性反應與免疫防御方面起到重要的作用。

1.1 細胞焦亡特性

發生焦亡的細胞會出現細胞核濃縮、染色質DNA斷裂、TUNEL染色陽性、Annexin V染色陽性。炎癥性Caspase是天然免疫防御的關鍵。Caspase過度活化能導致許多自身炎癥、自身免疫甚至代謝疾病[3]。

1.2 GSDMD

研究發現的GSDMD，可由經典炎性通路激活Caspase,誘導細胞焦亡的進行。Gasdermin D(GSDMD)作為gasdermin蛋白家族的一員，與之家族其他蛋白之間有大約45%的同源性，如GSDMA，GSDMB，GSDMC，DFNA5等。被炎性Caspase切割后，Gasdermin蛋白家族可裂解出現Gasdermin-N與Gasdermin-C兩個具有活性的結構域。其N端結構可直接誘導細胞焦亡的產生。Sborgi等證實了Gasdermin-N在細胞焦亡過程中具有不可替代的作用[4]，同期研究觀察到GSDMD-N端結構域能靶向結合人工生物膜，導致細胞膜穿孔誘發焦亡的產生[5-6]。

1.3 GSDME

實驗研究中最早被命名為DFNA5的GSDME是屬于GSDMD的Gasdermin家族一員，參與誘導細胞死亡，并被認為是腫瘤抑制因子[7-9]，在炎性Caspase的切割下可誘導細胞焦亡的產生。Caspase-3可以特異性的切割與GSDME相關的蛋白，產生的 DFNA5-N片段以質膜為靶點，可以在質膜上形成眾多平均直徑為21nm的孔，使細胞膜失去完整性，導致細胞膜失去調控物質進出的能力，同時白細胞介素-1β(IL-1β)可以順利通過這些孔隙，誘發炎癥反應、募集更多的炎癥細胞，擴大炎癥反應[10-11]。

值得注意的是，GSMDE在大多數癌癥細胞中是極低表達的，而在正常組織細胞中可以正常表達[12-13]，所以化療藥物不僅僅可以滅殺癌細胞，也可以通過Caspase-3和GSDME介導正常細胞的焦亡產生，從而使患者出現化療藥物的毒副作用，導致患者生存質量普遍下降，甚至因不能耐受而被迫中止化療藥物治療。

史氏等使用細胞焦亡模型iBMDMs細胞敲出了GSDMD后，發現阻斷了 LFn-BsaK誘導的細胞焦亡，而同時當恢復GSDMD表達時，LFn-BsaK誘導的細胞焦亡形式出現，而且當敲除GSDMD后，用LFn-Flic誘導細胞焦亡，沒有發生焦亡的情況，尤其是使用NAIP5-NLRC4經典炎性通路的情況下。同時實驗發現，GSDMD可以控制白細胞介素-1β(IL-1β)的釋放，在敲除Gsdmd之后,在各種誘導凋亡的途徑中，IL-1β的釋放都是減少的[14]。因此減少腫瘤患者化療過程中正常細胞焦亡的發生，從而減輕化療過程中的毒副作用，對于腫瘤患者的治療具有重要意義[15]。

2 人參皂苷的藥理作用

中國4 000年前就有記載：“人參，味甘微寒，主補五臟，安精神，定魂魄，止驚悸，除邪氣，明目，開心益智。久服，輕身延年。一名人銜，一名鬼蓋。生山谷。”人參和西洋參中提取出的人參皂苷類成分，具有廣泛藥理作用，如抗炎、抗瘤、抗氧化、抗細胞凋亡及免疫調節等，也是許多中藥方劑及中成藥中重要的起效成分。人參皂苷Rg3和Rh2是具有顯著抗癌效果的人參提取物，并且人參皂苷Rg3、Rh4、C-K、Rb1、Rb2及TGCG等也表現出一定的抗癌效應。

2.1 保護心腦血管作用

研究發現,人參皂苷Rh3預處理可下調缺血再灌注損傷大鼠心肌Caspase-3的表達，抑制心肌細胞凋亡，保護心肌細胞，進而減輕缺血再灌注的損傷[16]。與此同時人參皂苷Rd能通過降低膽固醇的累積并抑制低密度脂蛋白的氧化活動來預防動脈粥樣硬化的發生[17]。

2.2 保護神經系統

Rg1 可以能減少神經纖維纏結的形成，抑制凋亡效應蛋白Caspase-3的表達，保護神經細胞，抵抗阿爾茨海默病進展[18]。β-淀粉樣蛋白(Aβ)肽的升高是阿爾茨海默病的一種病理體現，經Rg1處理的N2a-APP695細胞能明顯減輕Aβ的產生[19]。另有相關研究實驗報道，對神經擠壓損傷的大鼠模型應用Rg1可促進其神經末梢的修復[20]。

2.3 保護肝功能

預防性應用Rg1于四氯化碳(CCL4)誘導的肝衰竭小鼠模型中，可抑制急性肝衰竭所致的炎性反應，并通過抑制Caspase-3及Caspase-8等多種靶點，減輕肝細胞凋亡通路激活所致的細胞壞死。同時，人參皂苷CK可減輕CCL4致大鼠慢性肝損傷的程度，保護肝細胞[21-22]。

2.4 抗腫瘤作用

2.4.1 抑制結腸癌細胞增殖

大多數結直腸癌是由Wnt/β-catenin信號通路的異常激活引起的，在結腸癌細胞系HCT116異種移植瘤模型中，He等[23]通過實驗驗證了Rg3能有效抑制結腸癌細胞增殖，并提出Rg3阻斷了Wnt/β-catenin信號通路機制，提供了新的治療方案和方向。目前抗血管生已成功用于結直腸癌的治療之中，人參皂苷Rg3無論在體外還是在體內實驗都能抑制結直腸癌細胞的生長，并下調血管生成相關基因的表達程度，抑制了結直腸癌血管化，此外Rg3還增強了5-氟尿嘧啶和奧沙利鉑對于腫瘤細胞的毒性[24]。同時Yang等[25]發現，Rg3可通過抑制C/EBPβ和NF-κB信號傳導，展現強烈的細胞增殖抑制作用；腹腔注射RG3 3周可顯著抑制裸鼠移植腫瘤的生長。人參皂苷RGh2也能有效抑制結腸癌細胞的增殖，并通過與HCT116結直腸癌高表達的PDZ結合激酶/T-LAK細胞源性蛋白激酶(PBK/TOPK)直接結合，抑制PBK/TOPK活性，誘導HCT116結直腸癌細胞的死亡[26]。

2.4.2 阻止結腸癌細胞周期

人參總皂苷(TGCG)對HT-29細胞的增殖具有劑量依賴性抑制作用，TGCG在G0/G1和G2/M階段誘導細胞周期停滯，并通過C-Myc和p53介導的信號通路誘導HT-29細胞凋亡[27]。人參皂苷Rb1的腸道微生物代謝產物——人參皂苷化合物K(C-K),可以以劑量和時間依賴性的方式顯著抑制人結直腸癌細胞株HCT-116、SW-480和HT-29的增殖，同時觀察到C-K在G1期抑制了細胞，并顯著誘導了細胞凋亡[28-29]。

2.4.3 誘導結腸癌細胞凋亡

Wu等[30]在結直腸癌細胞異種移植瘤模型實驗中發現，Rh4對腫瘤生長有明顯的抑制作用，將結腸癌細胞周期阻斷于G0/G1期、并誘導Caspase依賴性細胞凋亡和自噬，有效抑制了結直腸癌細胞的增殖，并且對正常結腸上皮細胞無明顯的細胞毒性。Rh2處理HCT116和SW480結直腸癌細胞可激活p53通路，顯著提高促凋亡調節因子Bax的水平，同時降低抗凋亡調節因子Bcl-2的水平,誘導細胞的凋亡[31]。與此同時Rg3也能通過上調細胞凋亡相關蛋白p53、Bax和Caspase-3的表達，加速癌癥細胞的死亡[32]。

2.4.4 誘導結腸癌細胞自噬

研究報道，C-K不僅能誘導結腸癌細胞的凋亡，還可以通過激活性氧物種c-jun NH2末端激酶途徑介導癌癥細胞的自噬[33]，隨之產生的自噬體將逐步損毀細胞核。在新近的實驗研究中，WU等首次證實Rh4可通過激活結直腸癌細胞中的ROS/JNK/P53途徑引發細胞的自噬和凋亡。

3 展望

我國科研人員對于人參皂苷的藥理活性已有較深刻的理解，并可以從分子水平闡述人參皂苷藥理的機制，尤其是人參皂苷通過抑制結腸癌細胞增殖、阻滯細胞周期、誘導細胞凋亡、誘導細胞自噬等方式體現抗腫瘤的作用，同時證實與化療藥物聯合應用，能降低化療藥物的毒副作用并增強抗癌作用。

隨著細胞焦亡的理論被逐步認知，最近研究為我們揭示了化療藥物通過激活Caspase-3通路誘導正常細胞焦亡的機制。相關實驗研究表明,人參皂苷類藥物能下調正常組織在異常及應激狀態下Caspase-3的表達，從而保護各臟器組織；相反的人參皂苷類藥物能上調癌細胞中Caspase-3的表達，進而介導細胞凋亡及焦亡的產生，加強藥物抗癌作用。

值得注意的是，GSDME作為Caspase介導的細胞焦亡的關鍵底物蛋白，在其下游起著不可替代的作用，并廣泛表達于正常組織中。但是目前國內現鮮有實驗研究報道人參皂苷類藥物抑制化療藥物所介導正常細胞焦亡的機制，因此探索抑制細胞焦亡的機制并尋找小分子化合物抑制GSDME介導正常細胞的焦亡過程，為減輕化療藥物的毒副作用提供理論基礎，具有巨大的臨床應用價值。