姜黃素抗胃癌機制研究新進展

強占榮，李息友，沙衛(wèi)紅

(1.桂林醫(yī)學院第二附屬醫(yī)院消化科，廣西 桂林；2. 廣東省人民醫(yī)院消化科，廣東省醫(yī)學科學院，廣東 廣州)

0 引言

1 姜黃素抗幽門螺桿菌、抗炎作用

1994年世界衛(wèi)生組織將幽門螺桿菌定為Ⅰ類致癌原，大量的研究表明，幽門螺旋桿菌(helicobacter pylori，Hp)是慢性活動性胃炎的病因，并可能參與胃癌的發(fā)生，是已知的最強的胃癌發(fā)生風險因子。大約70%的胃腺癌(非賁門癌)與其相關，此外Hp與胃十二指腸潰瘍及胃粘膜組織相關淋巴瘤(mucosa associated lymphoid tissue type， MALT)均有關[6]。因此，根除Hp在胃癌的防治中非常重要。我國作為使用抗生素藥物大國，目前抗生素的耐藥率不斷增高是面臨的一個嚴峻問題，在大部分人群中推廣根除Hp可能會使這一問題更加突出，如何提高根除效果是一個難點。而隨著天然植物藥物的研發(fā)進展，運用天然植物藥物姜黃素根治Hp，將可能成為新的研究熱點。

從前的研究認為莽草素途徑是細菌合成芳香族氨基酸、葉酸、輔酶Q的關鍵環(huán)節(jié)。莽草素脫氫酶(shikimate dehydrogenase，SDH)是莽草素途徑關鍵作用酶，其作為開發(fā)無毒或低毒抗菌藥物的作用靶點近來被給予極大的關注，這種酶能夠被Hp的aroE基因所編碼，而Han等[7]研究認為姜黃素是一種非選擇性的SDH抑制劑。Ronita D等[8]研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素最低抑菌濃度在5μg/mL至50μg/mL之間能夠有效抑制不同Hp菌株的生長，并可能不完全依賴莽草素途徑。同時，從該項研究中對Hp感染小鼠的實驗發(fā)現(xiàn)姜黃素能夠非常有效地根除Hp并恢復Hp感染所致的胃粘膜炎癥損傷。然而，Santos M等[9]對感染Hp的小鼠研究則發(fā)現(xiàn)應用姜黃素未能完全根除Hp，但能夠顯著降低已感染Hp的小鼠炎性因子和趨化因子表達，證實姜黃素對Hp感染黏膜的抗炎作用，并認為姜黃素盡管不是殺菌劑，但可能影響幽門螺桿菌毒力基因的表達及數(shù)量。也有研究認為許多實驗中姜黃素抗菌效果不佳可能與使用劑量較小相關。Kundu P等[10]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素能夠較三聯(lián)根除藥物更為有效地抑制Hp感染誘導的小鼠胃粘膜上皮細胞核因子-κB (nuclear factor-κB，NF-κB)的激活以及IL-1β、TNF-α、IL-8和誘導性一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)表達的上調。

已知癌癥啟動常起源于氧化應激和慢性炎癥。炎癥是癌癥啟始、進展的關鍵調節(jié)因素，?？赡茏柚拱┘毎麊蛹毎蛲霾槠涮峁┰鲋撤矫娴男盘朳11]。NF-κB等炎癥因子信號通路激活與腫瘤發(fā)生進展具有密切的關系[12]， NF-κB在炎癥與腫瘤中常上調表達，具有非常重要的作用，也是抗癌治療的重要作用靶點[12]。

細菌生物膜在醫(yī)學中的重要性在于它在感染持續(xù)性中的作用，因為生物膜沒有被清除，生物膜中的細菌對抗生素和宿主防御的抵抗力比那些自由的活細菌可高達1000倍[13]。生物膜的不穩(wěn)定，可增加特定菌株的抗菌敏感性。通常抗菌劑和抗生物膜分子聯(lián)合使用具有協(xié)同作用。Hp在體內外均可形成生物膜，亦使針對其抗菌根除治療增加了難度。姜黃素在亞抑制濃度時，以劑量依賴性的方式作用于生物膜的形成，提示姜黃素可作為標準首選抗Hp根除療法的協(xié)同治療劑，尤其是在與生物膜形成相關的復發(fā)性感染的治療中更具價值[14]。

新近有研究者使用姜黃素聯(lián)合標準三聯(lián)療法行抗Hp療效觀察，結果發(fā)現(xiàn)姜黃素聯(lián)合三聯(lián)療法能夠明顯提高三聯(lián)療法Hp根除效率，同時較單純三聯(lián)藥物治療組和未干預治療組，粘膜氧化性損傷的各項指標均顯著改善[15]。還有研究者采用姜黃素作為內鏡藍光的光敏劑進行光動力抗幽門螺桿菌研究，發(fā)現(xiàn)二者具備良好抗幽門螺桿菌(不論細菌耐藥與否)協(xié)同作用，為抗幽門螺桿菌研究提供了新的方法和思路[16]。

2 姜黃素抗氧化作用

研究認為Hp感染為胃癌發(fā)生關鍵的始發(fā)因素，它可引發(fā)胃粘膜持續(xù)的慢性炎癥免疫反應及氧化損傷，因這種反應產(chǎn)生的自由基可引起細胞DNA損害，DNA鏈斷裂可能導致基因組不穩(wěn)定從而促進了胃癌的發(fā)生[17]。

目前，眾多研究已證實姜黃素的抗炎、體內外抗氧化特性[5]。姜黃素的抗氧化作用與其分子結構有關。姜黃素的酚性羥基賦予其電子受體的特性，因此，使自由基處于不穩(wěn)定狀態(tài)，可有效捕獲或清除氧自由基(radical oxygen species，ROS)，從而產(chǎn)生抗氧化效應，已有多種體外模型證實了姜黃素的電子親合及ROS清除活性特征[18]。姜黃素也在修復紫外線及壓力應激等因素誘發(fā)的DNA損傷中發(fā)揮重要作用，并減少引發(fā)早期癌變發(fā)生的ROS化合物的產(chǎn)生[19]。

大力支持國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和新能源發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)揮塑料管道獨特的優(yōu)點，結合可再生能源技術、廢水回收利用技術、能源回收利用技術，實現(xiàn)建筑物的采暖、制冷、熱水供應、通風等功能。在地板采暖系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)、中水雨水回收利用系統(tǒng)等領域，大量推進應用。

N-亞硝基化合物(N-nitrosocompounds，NOCs)在至少40種動物物種的多個器官中是致癌的，被確定為是一級致癌物，可誘發(fā)動物的食道癌、胃癌、肝癌、結腸癌、膀胱癌和肺癌等多種癌癥[20]。姜黃素則能夠保護人工合成的NOCs N-甲基-N'-硝基-N-亞硝基胍(N-methyl-N-nitro-N-nitrosoguanidine，MNNG)導致的DNA損傷并促進DNA損傷修復可能是其發(fā)揮抗癌作用的重要機制[21]，而其中抗氧化作用可能是其促進DNA損傷修復、抗誘變的關鍵因素之一。

此外，姜黃素能夠顯著抑制誘導性一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的產(chǎn)生，后者在細胞內的氧化應激中發(fā)揮重要作用，是重要的腫瘤啟始因素。此外姜黃素可通過調控 Nrf2-ARE、NF-κB、NADPH/ROS、Notch、AMPK/eNOS和MAPK 等多條信號轉導通路，激活相關信號分子，調控相應功能基因的表達水平，增加或降低多種蛋白的表達，誘導產(chǎn)生抗氧化酶，削減氧化應激，從而發(fā)揮抗氧化作用[22]。

3 姜黃素對胃癌細胞表觀遺傳學的影響

表觀遺傳學修飾在腫瘤的發(fā)生、診斷和治療等方面具有重要意義，因此近年來受到極大重視。表觀遺傳修飾包括DNA的甲基化、組蛋白修飾、染色質重塑及非編碼RNA調控等4種形式。

姜黃素導致的部分基因低甲基化機制尚不完全清楚，姜黃素可抑制DNA甲基轉移酶I(DNMT1)，從而導致多種基因的低甲基化。組蛋白修飾是最主要的表觀遺傳學改變，其與基因表達的調節(jié)及癌癥發(fā)生具有密切關系[23]。研究認為，姜黃素同時也是組蛋白乙?；?HAT)和組蛋白去乙?；?HDAC)抑制劑，從而可能調控腫瘤的發(fā)生及癌細胞內失調的多種細胞功能。

在大多數(shù)實體腫瘤中，非編碼RNA常呈現(xiàn)表達異常，如胃癌、結直腸癌等細胞或組織中，miR-21的表達均顯著升高。miR-21可作用多種靶位點調控胃癌的發(fā)生和發(fā)展，幽門螺桿菌感染及N-亞硝基化合物均可通過誘導胃粘膜上皮細胞miR-21表達增加，進而促進胃癌的發(fā)生[24]。新近有研究發(fā)現(xiàn)miR-21及其靶基因參與了MNNG誘導胃癌形成的基因調控網(wǎng)絡[25,26]，并認為姜黃素抗癌作用中抑制miR-21表達進而調控下游眾多基因表達變化，可能發(fā)揮“單擊多靶”效應，從而抑制癌細胞增殖，誘導細胞凋亡。miR-21/PTEN/PI3K/Akt通路在腫瘤生長、遷移和侵襲中起關鍵作用[27]。Qiang Z等[28]報道姜黃素能在一定作用濃度范圍內能有效抑制胃癌MGC-803細胞增殖，并誘導細胞凋亡，初步證實了姜黃素可通過調控miR-21/PTEN/PI3K/Akt通路發(fā)揮抗胃癌效應。姜黃素抗MNNG誘導胃上皮細胞惡變過程中，是否有調控miR-21/PTEN/PI3K/Akt等通路機制參與則有待進一步研究闡明。

4 抑制癌癥干細胞增殖

4.1 癌癥干細胞相關基因

癌癥干細胞(Cancer stem cells，cscs)是一組可以啟動癌癥并具有自我更新能力的細胞，腫瘤干細胞理論的引入為腫瘤的治療帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。根據(jù)腫瘤干細胞理論，選擇性抗腫瘤干細胞可能克服腫瘤耐藥并防止腫瘤復發(fā)和轉移。與控制干細胞更新有關的基因被稱為新型分子標志，它們不受控制的表達在腫瘤再生中很重要。這些基因中最重要的包括OCT4、 NANOG、SOX2和KLF4[29]。近期也有研究認為NF-κB介導的信號路通也可直接影響與癌癥進展相關的癌癥干細胞干性特征的維持[30]。

4.2 姜黃素調控癌癥干細胞相關基因表達及抑制癌癥干細胞增殖

姜黃素作為一種腫瘤抑制劑，已經(jīng)在多種腫瘤細胞、腫瘤干細胞及臨床實體瘤的研究中展示了其抗腫瘤活性[31]。Ramasamy TS等[32]研究認為，姜黃素能靶向結腸癌癌癥干細胞，且其抗腫瘤作用可被多種抗癌劑所增強，姜黃素可調控與癌癥干細胞密切相關的調節(jié)信號，如調控WNT/beta-catenin、sonic hedgehog (SHH)、NOTCH、PI3K/PTEN/Akt/mTORC相關基因通路以及miRs的表達，并可能影響結腸癌癌癥干細胞上皮-間質轉化及抑制癌細胞增殖。姜黃素同時作用于結腸癌細胞及結腸癌癌癥干細胞時，可相對更多地誘導結腸癌癌癥干細胞凋亡，該研究認為姜黃素可能在細胞膜上與CD44+分子相互作用，阻止谷氨酰胺進入細胞可能是其中一個重要原因[33]。

Mirzaei等[29]研 究 發(fā) 現(xiàn)OCT4A、OCT4B、NANOG及Nucleostemin在姜黃素濃度低于20μg/mL時表達是下降的，姜黃素下調Nanog及Nucleostemin基因的作用，與姜黃素作用的時間及濃度成正比。結果提示，姜黃素可通過降低csc增殖相關基因的表達來抑制細胞分裂和腫瘤的再生長。

5 姜黃素調控相關信號系統(tǒng)并抑制腫瘤發(fā)生及進展

姜黃素富含酚基的分子結構及生物物理學特性使得其可在不同的階段與許多不同的蛋白質相互作用，從而發(fā)揮多種抗腫瘤作用[34]。姜黃素通過調節(jié)酶的表達、激活或失活生長途徑信號以及誘導細胞凋亡等機制可在各種癌癥治療中發(fā)揮其潛在作用。其在癌細胞模型上產(chǎn)生的效應無法在非腫瘤細胞中復制，因此也就可以解釋其對人類應用所呈現(xiàn)的低毒性特點[35]。

姜黃素是明確的NF-κB抑制劑，可預防抑制性κB-a磷酸化和降解并因此阻止NF-κB的激活從而下調iNOS基因的轉錄[36]。受NF-κB調控的基因包括cyclin-D1、Bcl-2、MMP-9(基質金屬蛋白酶-9)，以及如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α)等多種細胞因子，姜黃素對NF-κB表達的控制進而可抑制使炎癥持久化并有利于腫瘤細胞生長的眾多炎癥因子的表達[37]。

姜黃素能夠阻止NF-κB激活并抑制IκB激酶的激活。COX-2表達被認為是通過NF-κB細胞內信號通路介導的，過表達COX-2可導致惡性細胞增殖及侵襲。姜黃素是通過抑制κB-a的降解從而阻止NF-κB功能活性亞單位的細胞內轉位并阻止異常的NF-κB激活，因此而抑制COX-2的表達[38]。姜黃素亦能通過抑制MMP-9表達而削減腫瘤細胞的侵襲及轉移[39]，已知MMP-9在腫瘤新生血管生成及增加腫瘤進展中具有重要作用。

此外，姜黃素還能夠抑制細胞生存并抑制多種細胞增殖相關基因表達，除COX-2、Bcl-2、MMP-9外，還包括cyclin D1、IL-6等，同時通過誘導Caspase激活及核糖多聚酶裂解而誘導細胞凋亡[40]。

異常的致癌轉錄因子STAT3信號是腫瘤發(fā)生和進展的重要程序，因此對STAT3通路激活能發(fā)揮抑制的藥物常具有抗腫瘤效用。在胃癌相關的研究中，姜黃素作用也能夠通過下調STAT3等基因表達，而抑制胃癌細胞增殖并誘導凋亡[41]。

PI3K/AKT/mTOR通路是經(jīng)典的抗凋亡、促進生存的信號轉導通路，可調節(jié)諸如：細胞增殖、生存、遷移等生理和病理過程。AkT通路在胃癌組織中呈激活狀態(tài)，并與胃癌細胞的增殖與生長存在密切關系，該通路抑制則可明顯促進胃癌細胞凋亡的發(fā)生[42]。姜黃素被認為是明確的mTOR抑制劑[43]，有研究已證實姜黃素可明顯抑制胃癌細胞PI3K/AKT/mTOR通路，抑制胃癌細胞增殖及誘導凋亡發(fā)生[44]。體外多種細胞模型中證實，激活的mTOR可通過調節(jié)mTORC1復合體來減低癌細胞自噬的發(fā)生，姜黃素則可通過抑制PI3K/AKT/mTOR通路使mTOR失活，從而增加癌細胞的自噬[45]。惡性腫瘤細胞在氧供充分的情況下，也能進行有氧糖酵解，消耗大量葡萄糖，產(chǎn)生大量的乳酸，被稱為Warburg效應，該效應能為癌細胞提供生長增殖優(yōu)勢。姜黃素通過直接下調丙酮酸激酶M2以及mTOR，并能夠降低細胞內促進Warburg效應的HIF-1α因子水平，減少細胞葡萄糖攝入，從而導致細胞凋亡的發(fā)生[46]。

姜黃素還可與 p53，Notch-1，激活子蛋白-1(AP-1)，β-連環(huán)蛋白(β-catenin)、Ras、p21活化激酶1(PAK1)等相互作用，從而抑制細胞增殖、誘導細胞凋亡[47]。有報道表明，姜黃素還能夠通過調節(jié)NF-κB/ VEGF信號抑制腫瘤血管生成過程[48]。

6 姜黃素增強腫瘤化療敏感性、逆轉多藥耐藥以及減輕化療藥物毒副作用

6.1 增強腫瘤化療敏感性及逆轉多藥耐藥

腫瘤細胞對化療藥物抵抗是抗腫瘤化學藥物治療中的一大難題。研究認為，PI3K/Akt通路、NF-κB的激活均與癌細胞耐藥相關[49]。Roy S等[50]研究顯示在5-Fu和奧沙利鉑耐藥結腸癌細胞中二氟化姜黃素(Difluorinated-curcumin，CDF)能通過降低miR-21表達并上調磷酸酶和張力素同源物(PTEN)，從而降低PI3K/Akt信號通路的活性狀態(tài)，增加癌細胞化療藥物敏感性。姜黃素亦可通過抑制NF-κB信號通路增加胃癌細胞對5-FU的化療敏感性[51]。姜黃素聯(lián)合5-FU或奧沙利鉑對胃癌BGC-823細胞裸鼠移植瘤生長可發(fā)揮明顯的協(xié)同抑制作用[52]。

Yu L等[53]也發(fā)現(xiàn)無細胞毒作用濃度的姜黃素可以逆轉長春新堿抵抗的變異株SGC-7901/VCR胃癌細胞的多藥耐藥(multidrug resistance，MDR)。機制為姜黃素通過降低NF-κB的激活，從而減少了NF-κB誘導的抗凋亡基因產(chǎn)物Bcl-2與Bcl-xL的表達。此外Tang X等研究認為姜黃素可抑制SGC-7901/VCR細胞中耐藥相關的糖蛋白P-glycoprotein(P-gp)的過度表達，增強Caspase-3活性從而逆轉MDR，增強了化療藥物的敏感性[54]。新近He W等[55]研究也發(fā)現(xiàn)，姜黃素可能通過下調P-gp及熱休克蛋白27(HSP-27)表達促進細胞凋亡從而逆轉對5-FU耐藥的結腸癌細胞株HCT-8/5-FU的多藥耐藥，進一步支持姜黃素可逆轉化療藥物耐藥這一特性并初步闡釋了其發(fā)揮作用可能的機制。

6.2 減輕化療藥物毒副作用

骨髓抑制是化療最常見的副反應，在應用卡鉑進行化療觀察的小鼠中同時給予姜黃素能夠明顯減低骨髓細胞DNA損傷及骨髓抑制的程度同時縮短骨髓抑制的時長[56]。另一項對大鼠的動物研究中姜黃素則可明顯減輕阿霉素引發(fā)的大鼠心肌損傷，并認為與姜黃素能夠降低脂質體過氧化及減少氧化應激相關標志分子谷胱甘肽的耗竭有關，伴隨肌鈣蛋白及乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase，LDH)及LDH心臟亞型水平的下降，姜黃素同時降低了心肌細胞中的細胞凋亡信號以及促炎因子的表達[57]。陽衛(wèi)立等[58]對晚期胃癌也進行了姜黃素聯(lián)合FOLFOX化療方案的臨床研究，結果發(fā)現(xiàn)，與單純應用化療藥物比較，聯(lián)合應用姜黃素能夠明顯減輕化療副反應，并提高患者的耐受性。

目前，國內外已有較多臨床研究中采用姜黃素及其衍生物進行抗多種腫瘤的臨床觀察，且在部分研究中已取得了較好的臨床療效[59]，因此有理由認為，姜黃素及其衍生物具有抗腫瘤臨床開發(fā)應用的廣闊前景。

7 小 結

大量研究表明，姜黃素具有良好的安全性、有效性以及良好的成本效益比和幾乎無劑量限制毒性，并具有多靶向性，能夠調節(jié)包括細胞增殖，癌癥相關的炎癥，調控癌細胞凋亡及細胞周期、癌血管生成和轉移等多種腫瘤生物學過程。此外，姜黃素還具有抗Hp、抗炎、抗氧化作用，以及通過靶向多種致癌轉錄因子的表達或激活以及調控相關信號轉導通路、細胞內表觀遺傳學修飾作用和增強化療敏感性等廣泛機制而發(fā)揮其重要的抗胃癌作用。不過，目前姜黃素低生物可利用度問題仍是其臨床應用的最大障礙，隨著采用新的給藥系統(tǒng)、開發(fā)衍生物及佐劑等方法以增大姜黃素的有效生物利用度，其在胃癌等多種腫瘤防治中可能將得到廣泛的臨床開發(fā)應用，因此值得進一步深入探索研究。