姜黃素抗食管癌的分子作用機制及研究進展*

徐單單

廣東食品藥品職業學院健康管理與生物技術學院,廣東省廣州市 510520

食管癌是世界第六大致死性腫瘤性疾病,在腫瘤發病率排在第七位[1]。食管癌包括兩種病理學類型:鱗癌與腺癌[2]。發達國家發生的食管癌類型主要是食管腺癌:鱗癌主要發生在發展中國家,如東南亞、非洲。引起食管癌的主要因素有巴雷特食管(Barrett’s esophagus)、反流性食管疾病以及其他因素,如肥胖、煙草。盡管食管癌的診斷與治療有了長足的進步,但是5年生存率還是很低。

姜黃素是提取于姜黃屬植物的酸性多酚化合物,味苦、辛,性溫,分子結構式見圖1。研究表明,姜黃素具有廣泛的抗腫瘤、抗炎、抗凋亡、抗氧化、抗病毒等生物學功能。作為研究比較多的天然化合物,其顯著的抗腫瘤活性受到越來越多的關注。本文著重綜述姜黃素抗食管癌的分子作用機制及研究進展。

圖1 姜黃素分子結構式

1 姜黃素抑制食管癌細胞的機制

1.1 誘導凋亡與抑制增殖 腫瘤細胞具有無限增殖的特性,因此誘導其凋亡是抗腫瘤的方法之一。Liu的報道顯示[3],姜黃素通過快速抑制信號轉導子與轉錄激活子3(Signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)信號通路磷酸化、封閉STAT3介導的信號通路激活,誘導食管癌細胞凋亡和周期阻滯。Subramaniam等人的研究顯示,姜黃素對食管癌細胞增殖與克隆形成具有劑量依賴性的抑制效果。在該研究中,姜黃素處理組食管癌細胞,凋亡信號通路caspase-3發生了激活,凋亡蛋白Bax表達增加,抗凋亡蛋白Bcl-2表達減少[4-5]。另外,姜黃素的膠體物Theracurmin引起食管癌細胞產生活性氧(Reactive oxygen species,ROS),這會誘導自噬產生,加劇腫瘤細胞凋亡[6]。在Ushida的報道研究中,課題組使用化學致癌誘導物硝基甲基芐胺(N-nitrosomethylbenzylamine)在兔子體內建立食管癌模型,發現姜黃素有保護的效果,抑制腫瘤細胞增殖[7]。這些研究結果表明,姜黃素抑制腫瘤細胞增殖、誘導腫瘤細胞凋亡的效果是十分明顯的[8]。根據Amin等人的研究,姜黃素通過多種信號途徑誘導上消化道腫瘤細胞凋亡,激活抑癌基因p73,抑制p-AKT、Bcl-2表達[9]。

1.2 阻滯細胞周期 阻止腫瘤細胞分裂是有效的抗腫瘤手段。根據Subramaniam等人的研究,姜黃素誘導食管癌細胞周期阻滯在G2/M期,細胞周期蛋白cyclin D1表達水平降低,并誘導細胞死亡。經過姜黃素處理的食管癌細胞,其成球能力大大降低,如成球數量與成球大小。進一步研究表明,Notch信號通路參與到其中,姜黃素作用食管癌細胞后,導致Notch-1激活水平降低、Jagged-1與其下游靶基因Hes-1表達水平降低[4],這些研究表明姜黃素是有效的天然抗腫瘤化合物。Liu的研究結果顯示[3],姜黃素阻滯食管癌細胞在S期,細胞凋亡比例大大提高,細胞凋亡蛋白PARP(poly ADP-ribose polymerase)有劑量依賴性提高,抗凋亡蛋白XIAP明天下調。凋亡抑制劑Z-VAD-FMK會抑制姜黃素誘導的食管癌細胞凋亡。除了食管癌,姜黃素誘導其他腫瘤細胞周期阻滯,如結腸癌細胞(G2/M)、垂體癌細胞(G2/M)[4]。

1.3 抗炎 除了腫瘤疾病,炎癥也是姜黃素研究的重要疾病。研究表明,眾多疾病都伴隨著炎癥的發生,如動脈粥樣硬化、肥胖、糖尿病等。腫瘤也不例外,在腫瘤發生發展過程中,炎癥現象同樣出現。Tumor necrosis factor α(TNF-α)是重要的炎癥因子,其介導腫瘤起始、促進與轉移。TNF-α的促炎效果主要是激活NF-κB。姜黃素有效抑制TNF-α轉錄以及轉錄后的表達水平、抑制肥大細胞的TNF-α分泌水平。此外,TNF-α還會下調慢性髓性白血病細胞K562細胞TNF-α的mRNA表達。其他研究顯示,姜黃素與其他化合物的聯用同樣會有抗炎的效果,降低誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、前列腺素E2、白介素IL-1。此外,姜黃素作用食管癌干細胞,NF-κB表達水平亦有所降低[10]。

1.4 抗多藥耐藥 多藥耐藥(multi-drug resistance)是化療失敗的重要原因之一,提高化療藥物效果的重要途徑是克服多藥耐藥。有研究顯示,姜黃素能夠逆轉腫瘤細胞的多藥耐藥特性。有研究顯示,對于具有耐藥性的胃癌細胞,姜黃素能有效提高其凋亡率[11-12]。姜黃素能有效逆轉腫瘤細胞多藥耐藥特性得益于降低P-gp的表達水平以及提高caspase-3表達水平。此外,姜黃素還能夠提高耐藥性結腸癌細胞對5-氟尿嘧啶(5-FU)的敏感性。在前列腺癌細胞,發現姜黃素通過降低藥物排外逆轉腫瘤細胞的多藥耐藥性質,主要是抑制多藥耐藥相關蛋白5(MRP5)的表達[13]。

1.5 抗腫瘤干細胞 多數類型的腫瘤細胞對化療具有抵抗性,重要原因認為是腫瘤干細胞(cancer stem cell)或腫瘤干細胞樣細胞(cancer stem-like cell)的存在。因此,找到具有靶向腫瘤干細胞的藥物具有至關重要的意義。姜黃素對多種細胞株來源的食管癌干細胞具有抑制效果。如,有研究顯示,食管癌干細胞被姜黃素作用后,食管癌干細胞的標志物乙醛脫氫酶A1(Aldehyde dehydrogenase-1A1,ALDHA1)、CD44、NF-κB表達水平降低[14]。研究顯示,姜黃素會劑量依賴性降低食管癌細胞原代與次代克隆球生長[14]。這些研究結果顯示,姜黃素對消化道腫瘤干細胞具有顯著的抑制效果[15]。

2 姜黃素的動物體內抗腫瘤研究

以上綜述多數都是姜黃素的細胞實驗研究,關于其體內研究同樣有報道。Singletary等人建立兔子腫瘤模型,發現腹腔注射姜黃素會顯著性降低化學致癌物二甲基苯并蒽(7,12-dimethylbenz-[a]-anthracene,DMBA)誘導的腺癌細胞生長[16]。此外,姜黃素對機體還有抗化學致癌物的保護效果,Ushida等人的研究顯示,對于硝基甲基芐胺建立的小鼠食管癌模型,不管是腫瘤起始階段還是腫瘤啟動之后的階段,姜黃素都有對機體的保護效果[7]。在大鼠體內建立的肝癌細胞模型,姜黃素會阻止苯巴比妥誘導的肝癌細胞生長,降低脂質氧化作用,補充肝臟內谷胱甘肽的抗氧化效果[17]。在Liu等人建立的小鼠體內食管癌細胞模型中,姜黃素抑制食管癌細胞導致的腫瘤移植物生長[3]。

像其他的天然藥物一樣,在動物體內研究中,姜黃素與其他藥物聯用同樣會有良好的小鼠體內抗腫瘤效果。Ye的研究結果顯示,姜黃素、沒食子酸鹽(-)-epigallocatechin-3-gallate與lovastatin聯用抑制食管癌細胞生長、降低Ki-67表達水平;免疫組織化學結果顯示,腫瘤細胞生長重要信號分子p-ERK1/2、環氧合酶2(cyclooxygenase-2)表達水平降低[18]。

3 姜黃素的主要臨床研究進展

目前姜黃素的主要利用缺陷是水溶性不佳,導致化學穩定性低、口服利用度低、細胞攝入量減少。目前,主要是把姜黃素做成各種形式,如納米顆粒、脂質體、膠體等。納米姜黃素的安全性與毒性已經通過晚期腫瘤臨床檢測(Clinical Trials,NCT01201694)[10]。臨床上包含多種晚期腫瘤疾病(有胃癌、肺癌、胰腺癌等)的研究發現,除腹瀉外姜黃素沒有明顯的毒性。姜黃素其他的臨床研究也顯示同樣的結果,如用于結腸癌的研究(NCT00027495)、皮膚性T淋巴細胞瘤(NCT 00969085)、晚期胰腺癌(NCT00094445)。這些研究結果表明,納米姜黃素并沒有明顯的毒性,其效果是安全的、可耐受的(NCT01201694)[10]。但是,納米姜黃素對食管癌的效果還待研究。

在其他類型腫瘤也有研究,Dhillon等人研究發現,25例晚期胰腺癌患者每天按照8g/d的劑量服用姜黃素,患者是能夠耐受的,并沒有發現顯著的毒性[19]。采集患者的外周血研究發現,與腫瘤發現的標志物顯著降低,如NF-κB、p-STAT3、環氧合酶2。另外,在2例患者姜黃素有限的生物學活性以及其潛在的抗腫瘤效果。He等人評價了姜黃素抗結腸癌的臨床效果。手術前有63例患者按照劑量360mg/kg口服姜黃素膠囊,發現患者體內炎癥因子TNF-α顯著降低。另外,病理學研究發現,服用姜黃素后,患者結腸癌組織細胞出現明顯的凋亡、p53表達水平顯著提高。在晚期轉移性乳腺癌模型中,姜黃素有輔助治療的效果,患者每天服用6g,服用7d,癌胚抗原與血管內皮細胞生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)呈降低的水平。在結腸癌患者研究中,126例結腸癌患者每天服用1 080mg姜黃素,服用10～30d,研究發現,姜黃素提高了抑癌基因p53、凋亡蛋白Bax的表達,降低了抗凋亡蛋白Bcl的表達,加速了細胞凋亡速度[20]。Mahammedi等人的臨床二期研究,在26例前列腺患者評價姜黃素與抗腫瘤藥物多西他賽的抗腫瘤效果[21]。他們的研究發現,接受多西他賽/姜黃素聯合治療的患者血清前列腺特異性抗原顯著性降低了59%。這些研究表明,姜黃素對腫瘤具有治療效果。

4 小結

姜黃素通過多條信號通路抗食管癌,誘導細胞凋亡、抑制增殖,阻滯細胞周期,抑制食管癌細胞相關的炎癥,逆轉食管癌細胞多藥耐藥特性,靶向腫瘤干細胞。此外,動物實驗顯示,姜黃素亦有抗食管癌移植物效果。這些研究結果表明,姜黃素抗食管癌具有較大的研究潛力。隨著姜黃素研究的深入,有望成為臨床抗食管癌用藥。