姜黄素抗肿瘤及逆转多药耐药的研究进展

通讯作者：吴琳华Tel:[phone]E-mail:[e-mail]姜黄素抗肿瘤及逆转多药耐药的研究进展任金妹1,2,3，纪宏宇1,2,3，唐景玲2,3，李梦婷1,2,3，崔超1,2,3，吴琳华1,2,3（1.哈尔滨医科大学附属第二医院药学部；2.哈尔滨医科大学药学院，；3.黑龙江省高校重点实验室，黑龙江哈尔滨150086）关键词姜黄素；抗肿瘤；多药耐药肿瘤是当今严重威胁人类健康的重要疾病之一。化疗是治疗癌症的重要手段，然而重复使用化学药物，会让肿瘤细胞对药物产生耐药性。据统计，90%的化疗失败是由于耐药性的产生。因此，从中药中筛选提取出低毒的可逆转多药耐药（MultidrugResistance，MDR）的有效成分成为近年来的研究热点。姜黄素（Curcumin，Cur），是从姜科姜黄属植物姜黄的根茎中提取出的主要活性成分，收载于各版《中华人民共和国药典》。在姜黄根茎中的含量约为2%~5%，目前被广泛用作色素、食品添加剂及调味品，由于安全无毒、无副作用，被WHO和FDA批准为天然食品添加剂（编号08.321），其结构式见图1。近年来，有关姜黄素各种药理作用的研究已越来越受到重视，如抗炎、抗肿瘤、抗动脉粥样硬化、治疗阿尔茨海默氏病等，其中一些药理作用已进入临床验证阶段，尤其是其抗肿瘤作用。现将姜黄素抗肿瘤及逆转肿瘤多药耐药作用机制的研究进展综述如下，以期为姜黄素的应用与研究提供参考。图1姜黄素化学结构1姜黄素的抗肿瘤活性自1985年，印度Kuttan等首次提出姜黄素能明显抑制中国仓鼠卵巢细胞和Dulton淋巴瘤细胞的生长以来，姜黄素的抗肿瘤作用受到广泛的关注。动物实验包括大鼠、小鼠，及人的细胞系，结果均表明姜黄素能够通过多种机制控制肿瘤细胞的生长、浸润和促进细胞凋亡，具有较强的抗癌潜力。2000年，美国国立肿瘤研究所将其列为第三代抗肿瘤药物，称其是21世纪有前途的抗癌新药。姜黄素能够抑制几乎所有类型肿瘤细胞的增殖，此观点已经得到超过4400篇研究报道的证明。姜黄素通过多种机制抑制结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、胰腺癌、卵巢癌、胶质母细胞癌和肺癌等30多种癌细胞的增殖。有报道，姜黄素可特异性分布在肿瘤细胞的细胞膜与细胞核中，导致细胞中H2O2产量增加，从而选择性的杀死肿瘤细胞和非正常细胞，而对正常细胞没有影响。Watson等[1]将结肠癌HCT-116细胞作为细胞模型，发现姜黄素通过氧化应激反应，产生超氧化阴离子来诱导其调亡。肝癌HepG2细胞经姜黄素处理后，细胞形态由长梭形变为短圆形，从而导致细胞运动能力下降，线粒体膜发生裂解，最终使细胞发生调亡[2]。用姜黄素处理胃癌细胞SGC-7901，能够有效的抑制其增殖并诱导调亡，作用呈剂量和时间依赖性[3]。Deshpande[4]等发现口服1%的姜黄乙醇提取物能够明显抑制DMBA诱导的乳腺癌变。姜黄素不仅能增加肿瘤细胞的凋亡，还能抑制血管的新生。在姜黄素对前列腺癌抑制作用的研究中，发现姜黄素抑制了癌细胞的增殖，增加了细胞的凋亡，同时毛细血管密度也有显著性减少[5]。以上实验均证明了姜黄素在体外具有明显的抑制生长和诱导凋亡作用，同时Katia等[6]使用C57BL/6小鼠MB49膀胱癌动物模型进行实验，证明了姜黄素在体内仍可以发挥抑制肿瘤生长的作用。此外，有较多研究发现姜黄素还能够增强多柔比星，博来霉素等抗肿瘤药物的作用，还有研究表明姜黄素与5-Fu联合应用可协同抑制肠癌细胞的增殖以及HT-29细胞内COX-2的表达。2Cur对肿瘤多药耐药逆转的研究2.1Cur逆转膜转运蛋白介导的多药耐药药物外排泵的过度表达是MDR的一个主要因素。对几种MDR蛋白抑制剂(维拉帕米，环孢素A，他莫昔芬，右维拉帕米，伐司朴达和比立考达)进行了大量研究，但是由于其剂量毒性反应较大，迄今为止，还没有成功应用于临床[7]。有较多研究报道姜黄素能够逆转耐药细胞中过表达的ABC转运蛋白，即ABCB1，ABCG2，和ABCC1，同时并不引起全身毒性。Angelini等[8]发现姜黄素能抑制P-gp的作用，从而明显增加多柔比星在子宫肉瘤耐药细胞MES-SA/Dx-5内的浓度｡Hou等[9]实验证明姜黄素下调人结肠腺癌细胞Caco-2内P-gp和多药耐药相关蛋白MDR1的表达｡曹仕琼等[10]将姜黄素作用于肝癌耐药细胞株Bel7402/5-Fu，发现姜黄素对其耐药性具有逆转作用，作用机制可能是降低了耐药蛋白MRP1、P170、肺耐药相关蛋白（lungresistancerelatedprotein，LRP）的表达，从而减少肿瘤细胞对化疗药物的外排。Sreenivasan等[11]发现在视网膜母瘤细胞中，姜黄素能够通过抑制MRP1的功能和表达来逆转细胞的耐药性。Anuchapreeda等[12]还通过罗丹明123（Rh123）实验证实了姜黄素只抑制宫颈癌耐药细胞中P-gp的功能，对敏感细胞没有作用，表明姜黄素作为肿瘤化疗耐药的新型逆转剂并不作用于正常细胞，从而避免了对机体造成不良反应。2.2Cur逆转酶系统介导的多药耐药抗肿瘤药物诱导了药物代谢酶的表达，尤其是在耐药细胞中，包括细胞色素P450，谷胱甘肽（Glutathione，GSH）/谷胱甘肽S转移酶（GlutathioneS-transferase，GST），它们促进药物转化、代谢，从而降低抗肿瘤药物的细胞毒性作用。研究表明姜黄素通过抑制I相酶系统来保护机体免受化学物质和致癌物的损害。此外，姜黄素还能够诱导在消除毒性底物和氧化剂方面起重要作用的Ⅱ相酶系统，因此对肿瘤有较好的化学预防作用[13]。拓扑异构酶Ⅱ（Topoisomerase，TopoⅡ）在DNA的复制过程中起重要作用，是一种能催化DNA双链拓扑异构体相互变换的基本核酶，同时TopoⅡ还参与合成具有外排泵功能的膜蛋白，将药物泵出细胞。Andjelkovic等[14]研究姜黄素对人非小细胞肺癌耐药细胞NCI-H460/R的作用，发现GST和TopoⅡ的表达降低，药物的细胞毒性增强，促使细胞周期停滞于S期和G2/M期，从而逆转细胞对多柔比星的耐药。2.3Cur逆转DNA修复机制介导的多药耐药在临床前研究中发现小分子化学抑制剂对正常的细胞均具有一定的毒性，而姜黄素能够诱导乳腺癌细胞中的DNA损伤，同时对正常细胞不产生影响。Rowe等[15]研究表明姜黄素能够诱导DNA损伤，增加BRCA1蛋白的表达及在细胞质中的滞留。Xiao等[16]通过对人多发性骨髓瘤耐药细胞MOLP-2/R的研究，发现姜黄素能明显增强苯丙氨酸氮芥对肿瘤细胞的增殖抑制、凋亡诱导等作用，其机制可能是通过抑制FA/BRCA途径来减少DNA的修复。另外一个研究热点是联合用药，单独使用姜黄素或者环磷酰胺均不能诱导HT/CTX细胞凋亡，而联合使用之后细胞凋亡增加，同时有效的靶向到BRCA1-DNA修复途径，逆转了HT/CTX细胞的耐药现象[17]。以上研究均提示，姜黄素可能是通过影响DNA修复的相关机制来逆转肿瘤的多药耐药。2.4姜黄素逆转细胞凋亡介导的多药耐药细胞凋亡是一种由基因控制的程序性死亡，其调节异常可以导致多种疾病。多种化疗药物都通过诱导细胞凋亡来杀伤肿瘤细胞，目前凋亡相关基因与肿瘤细胞耐药的关系已逐渐受到重视。Wahl等[18]对耐药的卵巢癌细胞进行研究，结果表明姜黄素通过激活内在和外在的凋亡通路，从而增强肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TNFrelatedapoptosisinducingligand，TRAIL）诱导的细胞凋亡。此外，姜黄素还能够下调多种促炎细胞因子的表达，包括肿瘤坏死因子，白细胞介素和炎症趋化因子类。Gao等[19]通过MTS法进行细胞毒性的研究，发现姜黄素和TRAIL单独作用于人神经胶质瘤细胞U87时，均不能够产生显著的细胞毒性，而两种药物联合使用之后能够协同促进细胞凋亡。Shankar等[20]通过实验表明，用TRAIL预处理后，姜黄素能够增敏耐TRAIL的体内移植瘤细胞，并增加其凋亡。实际上，姜黄素不仅能够激活外部的凋亡通路，克服常规化疗药物的耐药性，还能够扰乱p53调节的Bcl2和IAP家族成员的表达来唤醒内部的凋亡通路，从而增强神经胶质瘤细胞对几种临床常用的化疗药物（顺铂，喜树碱，依托泊甙，多柔比星）以及放射疗法的敏感性，防止其出现放、化疗抵抗[21]。Labbozzetta等[22]将姜黄素作用于乳腺癌细胞MCF-7后，能通过下调Bcl-2及相关基因转录产物来增强其对抗肿瘤药物的敏感性，而姜黄素在乳腺癌耐药细胞MCF-7R中通过影响人神经元凋亡抑制蛋白、生存素（Survivin）等达到类似的效果。另一个研究表明姜黄素预处理后，低剂量的顺铂能通过增加Bax，减少Bcl和Bcl-xl的表达，同时激活caspase-9和caspase-3来增加细胞的凋亡。这些研究表明姜黄素作为肿瘤细胞的抑制因子，具有多靶向效应物，扩张转录因子等作用，最终诱导细胞凋亡。2.5姜黄素作为增敏剂来逆转多药耐药研究表明姜黄素是表皮生长因子配体（epidermalgrowthfactorreceptor，EGFR）酪氨酸激酶的有效抑制剂，姜黄素抑制乳腺癌细胞中EGF激活的EGFR磷酸化作用，以及蛋白激酶B的磷酸化，从而促进凋亡[23]。Kunnumakkara等[24]通过对人结直肠癌细胞的体内外实验发现，姜黄素能降低VEGF的表达，并能增强肿瘤细胞对卡培他滨的敏感性，增加药物抑制肿瘤细胞增殖及转移能力｡Patel等[25]在结肠癌细胞（HCT-116、HT-29）中，将姜黄素和奥沙利铂､氟尿嘧啶和甲酰四氢叶酸钙联用，能够较好的诱导肿瘤细胞的凋亡，作用机制可能与EGFR的减毒作用和胰岛素样生长激素-1存活信号通路相关。2.6姜黄素逆转NF-κB介导的多药耐药核因子κB（NuclearFactor-κB，NF-κB）是一种能与免疫球蛋白κ轻链基因增强子κB序列特异结合的核蛋白因子，大多数抗癌药物都能够激活NF-κB，导致耐药的产生。临床上使用的NF-κB抑制剂（如硼替佐米），经常导致严重的毒副作用。有多个研究证实姜黄素能够抑制IL1a，TNFα，脂多糖和凝血酶诱导的NF-κB的激活，从而提高化疗效果。Sung等[26]通过体内外实验，证实姜黄素通过抑制NF-κB的活性，下调NF-κB调节的增殖相关基因（cyclinD1），血管内皮生长因子及抗凋亡相关基因（Survivin，Bcl-2，Bcl-xl，TRAF1，cIAP-1）的表达，从而逆转多发性骨髓瘤细胞的耐药现象。Murali等[27]研究表明使用姜黄素预处理6h，能够有效的增敏耐顺铂的卵巢癌细胞，顺铂剂量比单独使用时至少低十倍。姜黄素还能够通过NF-κB的介导抑制环氧化酶2（COX-2）和cyclinD1，从而抑制肿瘤细胞的生长。将人膀胱癌细胞作为研究模型，发现姜黄素能够抑制COX-2的活性，诱导细胞周期阻滞在G2/M期[28]。以上研究均表明姜黄素对NF-κB的抑制确实是克服肿瘤细胞耐药现象的良好策略，为姜黄素单独或联合其它化疗药物逆转MDR，减轻化疗药物的不良反应提供依据。3逆转耐药新方向：癌症干细胞癌症干细胞首次发现于造血系统中，随后在一系列的实体瘤，包括脑、乳腺、结肠、前列腺等组织中均有发现。癌症干细胞出现以后，机体启动防御系统保护其免受DNA靶向的放化疗损害。由于姜黄素能够通过多种机制逆转多药耐药，那么它能否通过调节多种机制根除“疾病的根源”，比如癌症干细胞。这个假说来源于以下事实：姜黄素能够抑制信号转导和激活转录-3的磷酸化，抑制细胞活性和结肠癌干细胞中球体的形成[29]。姜黄素还能够抑制鼠神经胶质瘤C6细胞中癌症干细胞特有的亚群细胞，另外，有文献报道姜黄素结合胡椒碱靶向乳腺癌干细胞，对干细胞具有较好的抑制作用。然而，姜黄素能否通过多种机制根除癌症干细胞还需进行大量深入的研究。4展望尽管姜黄素安全无毒、有广泛的药理性质等，但由于姜黄素水中溶解度小，口服难吸收，且在肠道易转化，目前仍然处于临床试验阶段。解决姜黄素限制因素的