姜黃素衍生物及其遞藥系統的抗癌活性新進展

張翠央，劉進兵，劉 圳，郭照輝，雷 平

（1.湖南省微生物研究院，湖南長沙410009；2.邵陽學院食品與化學工程學院，湖南邵陽422000）

姜黃素（Curcumin，CUR）是一種對稱的天然酚類物質、安全的中草藥有效成分，已被體外實驗證明具有抗氧化、抗炎、抗癌、抗菌等藥理活性，此外還有保護肝腎、抑制血栓、預防心肌梗死、降血糖和抗風濕的作用，其中，抗炎、抗氧化和抗癌的研究備受關注。

一般認為姜黃素通過以下幾種方式發揮抗癌作用：①通過其分子中多酚的抗氧化作用預防DNA損傷及突變;②通過抑制細胞內炎癥反應;③促使癌細胞提高活性氧（Reaction Oxygen Species，ROS）水平而誘導癌細胞凋亡。由于生物利用度低且易代謝分解，2017年姜黃素被Nature雜志定義為Deceptive，但是仍然有很多人對其進行進一步的開發。原因是姜黃素能夠調節不同的癌癥因子，如粘附分子、促凋亡和抗凋亡蛋白、炎癥因子、轉錄因子、生長因子以及多種酶和不同激酶，且對正常細胞無毒性。姜黃素已被美國國立腫瘤研究所列為第三代癌化學預防藥。本文綜述了姜黃素衍生物和新型遞藥系統在抗癌領域的新進展，由于炎癥相關因子和DNA氧化損傷被認為是腫瘤形成過程中的重要誘導因素，所以本文也涉及到部分對抗炎、抗氧化活性文獻的追蹤。

1 姜黃素衍生物的抗癌活性

對姜黃素分子結構的修飾主要集中在對分子結構中的基團進行替換。對其進行改造的方法主要有：①對分子結構中的苯環進行生物電子等排體置換；②將羥基修飾為前藥或不易氧化的基團；③對姜黃素的橋接部分進行改造；④拼接其他活性結構等?；钚员匦杌鶊F鄰酚羥基一般保留。近五年報道的姜黃素新型衍生物在抗腫瘤方面的研究綜述如下。

癌細胞中的ROS水平與其產生凋亡呈正相關。癌細胞的ROS含量和代謝水平均較正常細胞高，提高癌細胞的HO水平到氧化還原失衡，會導致線粒體損傷/脂質體氧化/DNA損傷，促使癌細胞凋亡。Atiruj等合成了1批新型氮雜芳香（吡啶、吲哚和吡咯類）姜黃素類衍生物。與姜黃素相比，N-烷基-β-烯胺酮-芳香姜黃素化合物的水溶性均有所改善。保留了姜黃素骨架結構的化合物與阿霉素，具有更好的抗增殖活性，并可提高ROS水平，導致線粒體損傷并釋放凋亡蛋白。Tongke等發現化合物WZ35（結構見圖1a）抑制胃癌細胞的活性強于姜黃素，其抗腫瘤機制可能為抑制ROS-YAP（yes-associated protein）-JNK（Jun N-末端激酶）途徑：通過抑制糖酵解，誘導ROS生成，從而使得YAP下調，激活JNK，誘導胃癌細胞凋亡。此過程亦能被N-乙酰半胱氨酸（NAC，ROS抑制劑）和JNK抑制劑顯著逆轉。

化合物EF24（見圖1b）是一類單羰基姜黃素類似物，有較好的抗腫瘤活性。近年來主要對其抗腫瘤機制進行探索。對胃癌SGC-7901細胞凋亡實驗顯示EF24能夠提高SGC-7901細胞的ROS含量，抑制胃癌細胞生長。劉國運等合成的3,5-二（2-甲氧基苯亞甲基）-4-哌啶酮，可促進A549細胞中ROS的產生，導致細胞內氧化還原失衡，細胞產生脂質過氧化后凋亡。

2005年Atsumi在姜黃素處理的牙齦成纖維細胞和頜下腺癌細胞中都檢測到了ROS上升，其中癌細胞的生成量明顯更高。Syng-Ai使用姜黃素處理MCF-7、乳腺癌細胞MDAMD、HepG2細胞，胞內GSH（谷胱甘肽，自由基清除劑）被消耗，產生高水平ROS，介導了細胞凋亡，而對正常大鼠肝細胞不顯示此活性。2018年Liang HH用高濃度姜黃素處理結腸癌細胞，癌細胞的ROS/RNS（Reactive Nitrogen Species）、超氧和自噬的水平均大幅提高，凋亡機制與HSP-27介導的超氧化有關。

2018年Nakamae課題組發現姜黃素通過ROS代謝酶控制ROS水平，以阻止腫瘤細胞的生長。2019年該課題組合成了39個非對稱姜黃素衍生物，母環結構如圖1c所示，當R，R的3,4,5位上分別被2～3個羥基、甲氧基取代時，化合物表現出抗腫瘤細胞增殖活性，而且這種效應能被NAC阻斷。分子對接和拉下實驗表明其機制為與輔酶競爭，抑制活性氧代謝酶活性，從而抑制腫瘤細胞增殖。

圖1 WZ35、EF24和非對稱姜黃素的結構式Fig.1 Structure of WZ35、EF24 and asymmetric curcumin

腫瘤壞死因子（TNF）、白細胞介素（IL）、激素受體信號通道和細胞增殖標記物是腫瘤細胞常見的觀測水平。LPS（脂多糖）刺激可誘導原264.7細胞產生高水平的TNF-α和IL-6。Xie等合成了（N-取代-3,5-（2′-三氟甲基）苯亞甲基）哌啶-4-酮，能顯著降低TNF-α和IL-6的水平，抗炎活性優于塞來昔布或消炎痛。藥代動力學結果顯示其生物利用度優于姜黃素。Zhou等研究了12個吡啶取代型姜黃素類似物對CWR-22Rv1（人前列腺癌細胞）的作用。其中四氫噻喃母環衍生物對TT（睪酮）誘導的AR（雄激素受體）活性的抑制作用明顯，IC值低于姜黃素。研究也證實抑制AR通路可能是姜黃素類似物的抗癌機制之一。Matheus以酰肼和酰腙的形式拼接姜黃素與藜蘆醇，化合物通過調節核激酶蛋白，對MCF-7（人乳腺癌細胞）、A549（肺腺癌細胞）和HepG2（肝臟癌細胞）細胞產生較好的抑制效果。

Dhanaraju等在姜黃素分子中引入三唑官能團，合成的氟代苯亞甲基取代的三唑化合物能顯著抑制MCF-7和PC-3（胰腺癌細胞）的細胞周期，誘導線粒體損傷，導致細胞凋亡，且顯著下調細胞增殖標記物（PCNA），抑制細胞存活蛋白（Akt磷酸化）的激活，上調促凋亡蛋白（Bax），下調抗凋亡蛋白（Bcl-2）。經過修飾的衍生物穩定性、溶解性均增強，且對乳腺癌和前列腺癌活性更強。

極性胺結構的修飾（相比烷基胺）能提高分子的水溶性，增強抗腫瘤作用。Atiruj等用極性胺（羥烷基胺和甲氧基烷基胺）取代姜黃素羰基上的烯醇式-OH，再與母環上另一個羰基環合成二氫吡啶-4-酮，其對EA.hy926（人臍靜脈細胞融合細胞）具有明顯的細胞毒活性和抗氧化活性。

CDF（Difluorinated Curcumin，二氟姜黃素）是2009年Padhye課題組合成的一種具有抗癌活性的化合物。烯醇互變異構受阻使CDF的代謝穩定性比姜黃素更高，循環半衰期更長，且氟取代基不對靶標產生位阻，預期不會干擾其抗癌作用。臨床實驗顯示其生物利用度是姜黃素的3倍。β-環糊精包裹的CDF到達胰腺的濃度明顯增高。2016年該課題組初步揭示了CDF通過調節表觀遺傳因子（miRNAs、NF-κB等）和癌癥干細胞標記等多靶抑制腫瘤細胞的機制。Alsaab等將兩親性聚（苯乙烯-co-馬來酸）-共軛葉酸（SMA-FA）包裹CDF，該制劑能選擇性殺傷Y-79和we-rb視網膜母細胞瘤細胞系，對ARPE-19（人視網膜色素上皮細胞）無任何不良細胞毒性。

2 姜黃素的新型遞藥系統

姜黃素是一種疏水性分子，不能有效透過細胞膜，口服后無法在血液和細胞中形成治療濃度，因而增加其生物利用度成為開發姜黃素的新方向。任金妹等對2013～2018年間對新型遞藥系統（納米粒、脂質體膠束、自微乳、固體分散體、磷脂體等）與聯合用藥等提高姜黃素生物利用度的研究進行了論述。本文對最近兩年姜黃素的新型遞藥體系進行簡單論述。

2.1 基于PEG（聚乙二醇）的姜黃素遞送載體

PEG是一種水溶性高分子材料，具有很好的生物相容性。Maryam在姜黃素脂質體上引入PEG，制備的PEG-Lip-CUR在腫瘤細胞中蓄積，物理穩定性良好，且能有效延緩腫瘤細胞生長。Ban等使用硬脂酸三酯-PEG制備了固體脂質納米粒（SLNs），利用粒子的界面性質，模擬粘液覆蓋的小腸上皮細胞，使姜黃素的生物利用度增加了12倍。

2.2 基于納米技術的姜黃素遞送載體

納米技術能改善藥物制劑在體內的生物利用度。Parul等綜述了姜黃素-SiO納米顆粒的合成及其在癌癥上的應用，文章指出，納米顆粒的大小、介孔率和帶電性質與藥物能否穿過細胞膜有緊密聯系。通過復合葉酸、硫酸軟骨素、透明質酸、β-環糊精、聚（乳酸-羥基乙酸）等物質制備多種遞藥系統，在不同的細胞系內表現出安全性和有效性，且某些劑型具有較好的緩/定釋功能，有望成為新型抗癌藥物制劑。Bahare制備了納米姜黃素制劑，其活性、靶向選擇性和生物利用度均優于姜黃素。Tian等對2019年10月前報道的姜黃素納米脂質體研究進行了綜述，闡述了納米膠囊傳遞體系的制備方法和性能研究，結果顯示，納米乳能增加姜黃素的化學穩定性和體外生物可達性。Hamid等綜述了2016年前關于姜黃素納米/微乳液/脂質體/磷脂的遞藥系統的進展，并準確預測了遞藥系統研究為姜黃素的熱點方向。

2.3 基于生物聚合物的姜黃素遞送載體

生物聚合物對人體細胞有天然的親和性，具有毒性小、生物相容性好和可降解等優點，能改善被包裹藥物的pKa值。將姜黃素納入以多糖、蛋白質等生物聚合物為基礎的膜運載體系被認為具有廣闊的發展前景。Mahshid等對2019年12月前報道的生物基納米粒子姜黃素傳遞體系進行了綜述，表明生物高分子納米載體能增加姜黃素的有效性和多效性。姜黃素與HSA（人血清白蛋白）結合后，姜黃素的溶解度和穩定性均增加，MTT和細胞凋亡實驗結果表明，該制劑能選擇性作用于乳腺癌細胞。Gao等制備了聚乳酸-糖醛酸（PLGANC）納米膠囊包裹姜黃素，體內外結果顯示，該制劑對結腸癌細胞具有選擇性和潛在的細胞毒性作用，其溶解度和抗菌活性均有所提高。Layal等開發了高分子納米粒子（NPs）包裹姜黃素-胡椒堿（CUR-PN），該制劑對小鼠結腸癌細胞具有選擇性抑制和細胞毒性作用。胡椒堿是藥物代謝抑制酶，能干擾葡萄糖醛酸化，間接增加姜黃素的生物利用度。

2.4 乳劑

水溶性物質包裹姜黃素制備成乳液，分子的穩定性增強，溶解度增大，在生理pH下能有較好的透膜吸收。常用的載體材料有中鏈甘油三酯（MCT）、吐溫80、卵磷脂等表面活性劑，海藻酸鹽、殼聚糖-乳清蛋白包裹的多層納米乳液、短鏈葡聚糖。Pan等用琥珀?；娜榍宓鞍着c姜黃素制備成乳劑，體外實驗表明其生物利用度顯著提高。

2.5 其他

姜黃素的烯醇互變異構是分子結構不穩定的一個重要因素，通過多羥基的烯醇式異構體與金屬離子配位結合，是在不影響活性條件下增加其穩定性的一種方法。周阿容等對姜黃素薄膜運載體系進行了綜述，多糖、蛋白質和脂質生物聚合薄膜等材料在藥物運輸和食品包裝上具有一定的應用價值。

3 姜黃素輔助用于臨床抗癌聯合用藥研究

聯合用藥是臨床上常見的癌癥治療方案。聯合用藥可協同作用不同的靶標，降低藥物毒性，減少用藥量。盡管姜黃素的確切作用機制和在各種靶組織中如何分布利用等仍不明確，但當以多種組合配伍給藥時，姜黃素幾乎在所有重要器官都表現出活性。姜黃素與其他抗癌治療藥物聯合使用可能具有較強的抗炎、抗氧化和抗增殖作用。

2010年Ganta、Devalapally和Amiji設計了姜黃素和紫杉醇負載的納米乳用于治療小鼠卵巢腺癌。姜黃素通過降低細胞內P-糖蛋白（Pgp）和CYP450-3A2水平，抑制紫杉醇代謝，提高生物利用度。當時該項成果未進行臨床實驗。2018年，Kaustubh將白蛋白封裝的紫杉醇（PTX）納米制劑（已經通過FDA的批準，用于臨床）與CDF進行聯用。分別用葉酸（FA）修飾牛血清白蛋白制備成FA-BSA-PTX和FA-BSA-CDF，靜脈給藥聯合治療過表達的卵巢癌和宮頸癌，協同抗癌作用明顯，葉酸介導的靶受體攝取和誘導細胞凋亡作用增強。

Theracurmin是由日本Theravalues公司開發的一種膠體納米姜黃素顆粒，在健康的受試者中，口服后血液中AUC（曲線下面積）是市售姜黃素粉的27倍。口服210 g時C值是275 ng/mL，且未發現毒性反應。Theracurmin已經在臨床上顯示出對癌癥、阿爾茲海默癥、心血管疾病、骨和軟骨（膝關節和骨關節炎）的治療作用。

Vareed等在健康受試者中采用姜黃素與高脂肪食物（42%的脂肪）同服，高脂肪膳食可延緩胃排空，延長胃腸道停留時間，促進溶解，獲得了較高的總血漿姜黃素濃度和生物利用度。臨床實驗數據顯示，口服姜黃素8 g/d是安全的。結直腸癌患者在口服姜黃素粗粉（3.6 g/d）單次和多次劑量后1 h，血中的前列腺素E2（由脂多糖（LPS）體外誘導產生）水平較基礎誘導水平下降46%。這反映了姜黃素可能是通過減少COX-2的表達，而不是直接（競爭性或非競爭性）抑制，來實現COX-2酶抑制活性的。姜黃素（3.7～7.4 g/mL）能夠誘導皮膚T淋巴瘤細胞和外周血單核細胞的凋亡，但未引起健康受試者外周血單核細胞的凋亡，這提示姜黃素可能對惡性細胞有一定的選擇性。目前姜黃素在臨床上的結果僅限于結腸直腸癌，姜黃素與其他藥物的藥代動力學相互作用研究也幾乎只存在于腸上皮細胞中，這是因為結腸粘膜中存在足夠的姜黃素濃度。Alfonso的臨床研究結果顯示，姜黃素400 mg/d劑量連服3月，兩年后在散發性結腸息肉病例中發現息肉數量明顯減少。Garcea發現口服姜黃素（粗粉）3.6 g/d 7天后，結直腸組織中氧化DNA加合物水平降低，這是首次臨床發現姜黃素對直結腸癌的作用。He Z Y的臨床研究顯示，切除結直腸癌組織后，患者口服姜黃素粗粉（360 mg，tid）10～30天，可加速殘存腫瘤細胞的凋亡。胰腺癌患者口服8 g/d姜黃素（粗粉）8天，可降低外周血單核細胞中COX-2和磷酸化信號轉導子及轉錄激活子3的表達。

這些臨床實驗數據與之前公開發表的某些體外、臨床前的文獻結果并不完全一致，表明臨床實驗驗證是新藥開發必不可少的路徑。

4 結束語

姜黃素的高選擇性和高活性使其具有很大的發展前景。未來姜黃素開發可以從以下兩個方面展開：一是利用數字信息化優勢，結合靶標數據庫定向設計新型結構的姜黃素衍生物，改善其藥代學性質并通過臨床實驗驗證；二是研究新型姜黃素遞藥體系與已上市抗癌藥聯合用藥，增加其在醫學和食品保健方面的應用可能性。