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    姜黃素逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥的機制及研究進展

    2016-02-21 11:38:09彭莎綜述鄭家法審校
    現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生 2016年20期
    關(guān)鍵詞:姜黃耐藥化療

    彭莎綜述,鄭家法審校

    (南華大學附屬南華醫(yī)院耳鼻喉科,湖南衡陽421001)

    姜黃素逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥的機制及研究進展

    彭莎綜述,鄭家法△審校

    (南華大學附屬南華醫(yī)院耳鼻喉科,湖南衡陽421001)

    姜黃素/藥理學;抗腫瘤藥;抗藥性,多藥;抗藥性,腫瘤;綜述

    近年來,腫瘤,尤其是惡性腫瘤的發(fā)病率呈直線上升趨勢,現(xiàn)已成為危害人類健康的全球性問題。在我國,腫瘤死亡占全部死因的25%[1]。其治療方案多采用以放射治療(放療)和化學治療(化療)為主的綜合治療。但是多年來研究發(fā)現(xiàn),腫瘤細胞能夠?qū)Y(jié)構(gòu)、藥理機制各異的化療藥物產(chǎn)生耐藥,使腫瘤細胞逐漸降低對化療藥物的敏感度,從而導致臨床治療的失敗。這種現(xiàn)象被稱為腫瘤的多藥耐藥(multi-drugresistance,MDR)。因此,努力尋求、開發(fā)腫瘤MDR的逆轉(zhuǎn)劑已成為廣大學者研究的熱點。研究者發(fā)現(xiàn),中草藥的應用越來越普遍,已成為常規(guī)化療的輔助藥物,中草藥與傳統(tǒng)化療藥物聯(lián)合應用,能提高患者的生活質(zhì)量并延長生存時間。姜黃素(curcumin)是從姜黃科植物的根莖中提煉出來的一種植物多酚,具有抗感染、抗動脈粥樣硬化、抗氧化、抗凝等作用[2],具有促進腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞擴散等藥理作用[3-4]。相關(guān)文獻報道,姜黃素還是一種有效的MDR逆轉(zhuǎn)劑[5]。本文就姜黃素逆轉(zhuǎn)腫瘤MDR的機制及研究進展作一綜述。

    1 姜黃素的生物學特點

    1.1姜黃素的結(jié)構(gòu)姜黃素是一種天然、安全、親脂性酚類化合物,源自姜黃科植物的根莖,其分子式為C21H20O6,相對分子質(zhì)量為0.368×103。物理性質(zhì)不溶于水,可溶于醇、堿、酸、酮等。姜黃素是一種酮-烯醇互變異構(gòu)化合物,在酸性和中性溶液中穩(wěn)定,在堿性介質(zhì)中形成一個占主導地位的烯醇酮式。姜黃素的生物活性與其2個鄰甲基化的酚基團和一個β-二酮基團高度相關(guān)[6]。

    1.2姜黃素的功能1985年,Kuttan等[7]首次提出姜黃素具有抗腫瘤作用,并且證實姜黃素可以作為抗癌劑和抗突變劑使用。隨后,越來越多的包括美國國立腫瘤研究所在內(nèi)的機構(gòu)開始研究姜黃素,在亞洲傳統(tǒng)醫(yī)學中,姜黃素用于包括咳嗽、鼻竇炎、肝臟疾病和厭食癥等疾病的治療。近年來,臨床前研究和Ⅰ期臨床研究證實姜黃素具有廣泛的藥理活性,有抗細胞增殖、抗腫瘤血管生成、抗感染、抗氧化等作用[8]。姜黃素的抗腫瘤作用表現(xiàn)在其不僅可以作為化療藥物還能作為腫瘤預防藥物,其抗癌特性可以發(fā)生在癌癥發(fā)展的不同階段(包括啟動、促進和進展),能夠抑制不同途徑相關(guān)的分子,降低不同炎癥介質(zhì)。姜黃素作為抗氧化劑主要是由于其結(jié)構(gòu)特征,同時,其還能增強許多抗氧化酶如過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和血紅素加氧酶-1的活性,作為一種抗氧化劑,姜黃素的安全性高,相對安全的毒性可高達10 g/d;姜黃素的抗炎活性可與類固醇和非甾體類抗炎藥如吲哚美辛、阿司匹林相媲美,能抑制炎性細胞因子,如白介素、趨化因子及炎癥酶[如環(huán)氧化酶-2、誘導型一氧化氮合酶和其他分子細胞周期素1(CyclinD1)]等。不僅可以調(diào)節(jié)機體的抗藥性和耐輻射性,促進傷口愈合,還能對某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病、肺部疾病、心血管疾病、關(guān)節(jié)疾病等有顯著的治療效果。近年來研究表明,姜黃素的抗腫瘤作用廣,毒性低,不良反應小,目前已被列為第三代癌化學預防藥[9]。

    2 姜黃素逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運蛋白介導的MDR

    2.1P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)P-gp是第一個被證實的人類ABC轉(zhuǎn)運蛋白,人類和小鼠組織中P-gp表達類似,在排泄組織上皮細胞頂膜表達尤為突出,包括血-腦、胃腸道、腎、肝等。P-gp的特點是:位于細胞膜上,在跨膜區(qū)的疏水跨膜結(jié)構(gòu)域能與疏水性藥物相結(jié)合,通過腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)水解獲得的能量將P-gp磷酸化,使細胞內(nèi)藥物泵出,濃度降低,從而導致癌細胞對抗腫瘤藥物的抵抗力增加,是產(chǎn)生MDR的主要機制[10]。Wang等[11]將姜黃素應用于對紫杉醇耐藥的乳腺癌耐藥細胞株MCF-7/ADR,結(jié)果發(fā)現(xiàn),姜黃素可以使P-gp的表達得到有效抑制,使紫杉醇靶向作用腫瘤細胞內(nèi)的積累增加,從而促進紫杉醇誘導MCF-7/ADR細胞的凋亡。

    2.2多藥耐藥相關(guān)蛋白(multidrug resistance associated protein,MRP)MRP是ABC超家族[即ATP結(jié)合盒式蛋白(ATP-bindingcassette transporter,ABC)]成員之一,是一種跨膜轉(zhuǎn)運蛋白,有9個成員:MRP1、MRP2、MRP3、MRP4(cMOAT-B)、MRP5(cMOAT-C)、MRP6、MRP7、MRP8、MRP9,它們都有自己獨特的生理功能及底物特異性。MRP與P-gp的藥物外排作用類似,但與P-gp并無協(xié)同作用。MRP1最初是在耐阿霉素小細胞肺癌細胞株中被發(fā)現(xiàn),雖然能轉(zhuǎn)運疏水性化合物,但疏水性化合物外排高度依賴于谷胱甘肽,它可以刺激運輸或共同運輸。MRP在正常組織中分布廣泛,表達水平低,而在腫瘤組織如乳腺癌、肺癌、血液腫瘤和前列腺癌中的表達水平明顯上調(diào),可與化療藥物特異性結(jié)合并將其泵到細胞外,從而產(chǎn)生耐藥。張洪軍等[12]將姜黃素作用于胰腺癌耐藥株BXPC-3細胞,結(jié)果發(fā)現(xiàn),吉西他濱聯(lián)合姜黃素組移植瘤體積、質(zhì)量與其他各組比較明顯減小,提示姜黃素可以抑制MRP1和MRP5的mRNA表達,并且抑制其蛋白表達量。表明姜黃素可通過抑制藥物外排泵的基因表達,減弱細胞的藥物外排作用,使細胞內(nèi)藥物濃度增加,從而逆轉(zhuǎn)腫瘤細胞的MDR。

    2.3乳腺癌耐藥蛋白(breast cancer resistance protein,BCRP)BCRP是結(jié)合盒超家族轉(zhuǎn)運蛋白的成員之一,是一種跨膜蛋白,結(jié)合盒超家族轉(zhuǎn)運蛋白具有ATP結(jié)合區(qū)域的單向底物轉(zhuǎn)運泵,能以主動轉(zhuǎn)運方式完成多種分子的跨膜轉(zhuǎn)運,廣泛存在于人體多種正常組織和器官中。BCRP能夠運輸?shù)孜锏姆秶鷱V泛,包括重要的癌癥化療藥物如米托蒽醌、甲氨蝶呤、喜樹堿類、拓撲替康、伊立替康和蒽環(huán)類多柔比星等[13]。作為藥物外排泵,能積極從細胞中清除藥物和生產(chǎn)細胞內(nèi)藥物濃度低于有效濃度所需的細胞毒。BCRP通過ATP獲能使藥物外排,導致腫瘤細胞MDR的形成。ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白G2(ATP-bindingcassette super-family G member 2,ABCG2)的表達與急性髓細胞性白血病及一系列其他癌癥密切相關(guān),包括急性淋巴細胞白血病、乳腺癌和肺癌等。Shah等[14]研究發(fā)現(xiàn),姜黃素與阿糖胞苷聯(lián)合使用,通過下調(diào)MDR1、肺耐藥蛋白、BCRP而抑制人急性粒細胞性白血病細胞耐藥基因的表達,達到化療增敏的效果。

    3 姜黃素逆轉(zhuǎn)酶介導的MDR

    3.1谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶即谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase,GST),屬于GST超基因家族,αGST、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶A1[(glutathione S-transferase A1,GSTA1)]屬于GST在人肝臟中最基本的家族。其中GSTP1基因在大多數(shù)組織(尤其在肺癌、食道癌及胎盤等)中廣泛表達。在腫瘤細胞中,GST與親脂性細胞藥物相結(jié)合,其水溶性增加,促進了藥物外排,降低了抗腫瘤藥物的作用,從而產(chǎn)生耐藥性[15]。李賀等[16]研究發(fā)現(xiàn),GSTP1在腸癌耐藥細胞人結(jié)腸癌耐長春新堿細胞株HCT-8/VCR中高表達,用姜黃素處理后GSTP1 mRNA、GSTP1蛋白的表達明顯減少。證實姜黃素通過下調(diào)GSTP1使HCT-8/VCR細胞對腫瘤化療藥物的解毒性下降,療效增強,從而逆轉(zhuǎn)腫瘤的MDR。

    3.2拓撲異構(gòu)酶Ⅱ拓撲異構(gòu)酶是能調(diào)節(jié)DNA超螺旋和使單鏈或雙鏈DNA斷裂的一種在生物體內(nèi)廣泛存在的一類必需核酶。在哺乳動物細胞中有3種類型的拓撲異構(gòu)酶,即拓撲異構(gòu)酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。拓撲異構(gòu)酶Ⅱ(topoismeraseⅡ,ToPoⅡ)又稱回旋酶,它能催化產(chǎn)生DNA分子上的雙鏈缺口,從而調(diào)控DNA的拓撲狀態(tài),在基因復制、轉(zhuǎn)錄、重組、修復和染色體重塑過程中起著重要作用。ToPoⅡ介導的耐藥性主要與酶的水平下降、酶的磷酸化水平提高和基因的位點突變或缺失相關(guān),而與mdr基因的擴增和過量表達無關(guān)[17]。在腫瘤細胞中,如乳腺癌、頭頸腫瘤等,ToPoⅡ的含量遠高于正常細胞,在低分化癌組織中較高分化癌組織高度表達。曹彥洋等[18]采用不同濃度姜黃素作用于人喉癌Hep-2細胞,克隆形成實驗觀察其對放射敏感性的影響。結(jié)果顯示,姜黃素對喉癌Hep-2有明顯抑制作用,且呈時間-劑量依賴性,使細胞阻滯在G2/M期,從而增強其對放療的敏感度。

    3.3蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)PKC是一種Ca2+/磷脂依賴的同工酶,PKC家族分為三大類:(1)傳統(tǒng)的異構(gòu)體,包括α、β1、β2和γ;(2)需要Ca2+和二酰甘油(diacylglycerol,DAG)激活的新的亞型,包括δ、ε、η、θ和μ;(3)只需要DAG的非典型亞型,包括ζ、ι和λ。PKC在哺乳動物細胞及其他生物細胞中分布廣泛,其結(jié)構(gòu)中包含調(diào)節(jié)與催化2個功能區(qū),二者相互作用以阻止底物進入催化區(qū)。姜黃素抑制PKC的活性與細胞內(nèi)Ca2+濃度的高低相關(guān),在低濃度Ca2+環(huán)境下,姜黃素能特異性結(jié)合PKC,PKC的活性及功能受到抑制,進而逆轉(zhuǎn)腫瘤的MDR;而在高濃度Ca2+環(huán)境中,姜黃素不能競爭性結(jié)合PKC,而是由Ca2+結(jié)合PCK并將其激活[19]。

    4 姜黃素逆轉(zhuǎn)凋亡基因介導的MDR

    4.1p53基因p53基因是正常人體細胞內(nèi)的一種抑癌基因,參與細胞多種活動,包括生長停滯、衰老、凋亡、DNA修復等,可誘導腫瘤細胞的程序性死亡——凋亡。p53可發(fā)生突變,導致野生型p53失去正常的功能而成為突變型p53。突變型p53具有致癌特性,可作為活化劑上調(diào)核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)在腫瘤細胞中的κ,而NF-κB是一個在癌癥進展和化療藥物耐藥中起關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)錄因子,其失去對細胞的抗凋亡能力,對細胞的過度增殖達不到阻滯作用,就會導致細胞在致癌因素的刺激誘導下無限制地增殖,使癌細胞凋亡受阻而降低抗癌藥物的療效[20]。近年來研究發(fā)現(xiàn),姜黃素能通過增加腫瘤細胞中p53的表達,從而促進腫瘤細胞凋亡。Sen等[21]發(fā)現(xiàn),姜黃素能破壞突變型p53的結(jié)構(gòu)域,增加野生型p53基因轉(zhuǎn)錄,并引發(fā)腫瘤細胞內(nèi)在死亡級聯(lián)反應,以達到逆轉(zhuǎn)腫瘤MDR的目的。

    4.2B細胞淋巴瘤/白血病-2基因(B cell lymphoma/ leukemia-2,Bcl-2)Bcl-2是一種凋亡調(diào)控基因,在正常細胞中,Bcl-2處于低表達狀態(tài),但在腫瘤細胞中,Bcl-2呈過表達,不僅能夠抑制細胞凋亡,延長細胞壽命,還參與細胞的增殖調(diào)控,在腫瘤的形成及腫瘤MDR的形成中起重要作用。Zhao等[22]用制備的姜黃素-阿霉素脂質(zhì)納米粒作用于肝癌細胞,結(jié)果顯示,Bcl-2的表達呈下降趨勢,血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶水平、肝/體質(zhì)量值降低,減少了肝損傷。表明姜黃素能通過下調(diào)Bcl-2從而逆轉(zhuǎn)MDR。

    4.3NF-κBNF-κB是一種分布和作用均十分廣泛的真核細胞轉(zhuǎn)錄因子,包括5種類型的亞基,即RelA(p65),Rel-B,c-Rel,p105-p50(NF-κB1)和p100-p52(NF-κB2或lyt-10)。異二聚體轉(zhuǎn)錄因子NF-κB在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用,能轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白,參與各種促生存信號通路的表達,如調(diào)節(jié)凋亡蛋白[半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase-3和Bax)]、抗凋亡[Bcl-2和凋亡抑制蛋白(IAP)家族)]和影響細胞增殖(環(huán)氧化酶-2和細胞周期蛋白)等,腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor,TNF-α)作為一種磷酸化蛋白激酶B(Akt)依賴的信號轉(zhuǎn)導通路,負責NF-κB的活化,而NF-κB的活化則認為在MDR中起著重要作用[23]。有研究表明,姜黃素通過抑制NF-κB中κ的活性,下調(diào)NF-κB中κ基因產(chǎn)物在細胞的表達,從而抑制細胞增殖,使細胞周期阻滯,誘導細胞凋亡。Kang等[24]觀察了姜黃素聯(lián)合卡鉑用于人肺癌細胞,或姜黃素、卡鉑單獨應用的抗凋亡和影響細胞增殖的作用。結(jié)果顯示,人肺癌細胞的存活率呈劑量依賴性,姜黃素和卡鉑聯(lián)合使用對人肺癌細胞的增殖有較大的抑制作用,其中Akt磷酸化、蛋白NF-κB上游的κ減少,細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK1/2)活性增強,提示姜黃素可通過降低NF-κB協(xié)同卡鉑逆轉(zhuǎn)MDR。

    4.4c-myc基因c-myc基因是一種細胞癌基因,人c-myc原癌基因位于染色體8q24上,由3個外顯子和2個內(nèi)含子組成,c-myc作為轉(zhuǎn)錄因子,在細胞周期調(diào)控、細胞增殖及腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移等病理生理過程中發(fā)揮重要作用。近期研究發(fā)現(xiàn),c-myc與mdr1密切相關(guān),而mdr1的表達與腫瘤細胞MDR有關(guān)[25]。c-myc基因產(chǎn)物能促進mdr1基因高表達而產(chǎn)生MDR。覃勇等[26]用姜黃素作用于人結(jié)腸癌耐藥細胞株HCT-8/VCR,經(jīng)25 μmol/L姜黃素處理后,增強HCT-8/VCR細胞對長春新堿的敏感度,通過抑制mdr1的表達來逆轉(zhuǎn)MDR。

    5 其他

    腫瘤MDR的產(chǎn)生機制不是單一的,而是多因素、多水平、多方面的,是機體和腫瘤細胞及腫瘤生長微環(huán)境在機體不同病理生理狀態(tài)下共同作用的結(jié)果。MDR的產(chǎn)生還與血管內(nèi)皮生長因子、生存素、DNA修復能力的增強、DNA的去甲基化等因素相關(guān)[27-28]。

    6 小結(jié)及展望

    姜黃素與以往的逆轉(zhuǎn)劑相比,具有不良反應小、毒性低、安全性好、價格便宜、容易獲得等優(yōu)點。但其主要局限性是快速系統(tǒng)消除,在堿性pH值下降,口服生物利用度有限。為了克服這些局限性,增加其水溶性、穩(wěn)定性、口服生物利用度和實現(xiàn)控制和靶向給藥,研究者發(fā)現(xiàn)了新技術(shù)——納米技術(shù),其優(yōu)點是:增強化學穩(wěn)定性,提高滲透率,改善組織分布和增強其溶解度和生物利用度。目前常用類型包括脂質(zhì)體、納米或微乳液,聚合物納米顆粒和固體脂質(zhì)納米粒,納米晶體、納米凝膠等[29]。因此,借助納米傳遞載體將姜黃素與抗腫瘤藥物聯(lián)合應用,將是未來一個極具潛力的研究方向。

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    10.3969/j.issn.1009-5519.2016.20.023

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    (2016-05-31)

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