姜黃素在鼻咽癌放療中抗癌機制的研究進展

劉 倩 劉 英

廣州市南方醫(yī)院放療科，廣東廣州 510515

鼻咽癌（NPC）是我國南方較為常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率日益增高，常規(guī)治療方案采用放射治療為主，聯(lián)合化療和手術(shù)治療的方案使得NPC 近期療效有所提高，但其根治性治療仍有失敗的，其主要原因就是癌細胞對放療不敏感或是療后復發(fā)、病灶轉(zhuǎn)移，這些放射抗拒性的產(chǎn)生是臨床NPC 放療的主要障礙。姜黃素是一類具有多重生物學效應(yīng)的多酚類化合物，具有抗腫瘤、抗病毒、清除氧自由基、抗炎、抗凝、抗動脈粥樣硬化等藥理作用，受到了國內(nèi)外醫(yī)學界的廣泛研究。由于姜黃素具有較好的體內(nèi)外抗腫瘤細胞生長、毒副性小、抗癌譜廣且抗突變抗促癌效能，被美國國立腫瘤研究所列為第三代癌化學預(yù)防藥物[1]。姜黃素抗腫瘤作用靶向多種腫瘤細胞，如乳腺癌、肺癌、前列腺癌、腦癌，且作用途徑多樣，作者對姜黃素在NPC 放射性治療的作用機制研究進展作一綜述。

1 姜黃素誘導細胞周期阻斷

細胞周期失控是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要關(guān)鍵環(huán)節(jié)。研究者通過分析比較NPC 放射抗性細胞株CNE-2（R743）與親本細胞株差異蛋白表達，發(fā)現(xiàn)24個差異顯著表達的蛋白控制著細胞周期的進程，導致細胞周期S期升高，G0/G 和G2/M期比例下降，表明放射性治療使細胞增殖發(fā)生了改變。關(guān)于姜黃素通過對細胞周期的調(diào)控來阻斷腫瘤細胞生長的研究較為清楚，Badr 等[2]研究表明姜黃素類似物通過靶向PI3K/AKT/mTOR 和PKC-theta信號通路介導人乳腺癌細胞的生長阻滯和凋亡。研究者采用姜黃素處理人乳腺癌細胞系MCF-7，發(fā)現(xiàn)其細胞周期被阻斷在G2/M期，DNA合成受阻，最終抑制腫瘤生長。此外，姜黃素通過抑制結(jié)腸癌COLO205 細胞中抑癌基因p53（tumor protein 53）的表達，引起癌細胞內(nèi)鈣離子的非正常損耗，導致細胞分裂進程紊亂，最終導致細胞周期阻斷在分裂周期的G1期[3]。同時還發(fā)現(xiàn)姜黃素通過干擾細胞分裂周期進程誘導HL-60 細胞凋亡，其機制可能與細胞內(nèi)在的凋亡因子控制G1/S 和G2/M期檢測點功能有關(guān)[4]。以上研究表明姜黃素能夠精細有效地調(diào)控癌細胞周期來加速其凋亡，這為針對殺死放療抗拒性癌細胞提供了有效的治療潛能，進一步提高了放射治療敏感性的效果[5]。

2 姜黃素誘導腫瘤細胞凋亡

細胞增殖和凋亡之間平衡的失調(diào)是癌癥發(fā)生的主要原因之一，主要表現(xiàn)為凋亡信號的缺失跳躍性死亡的發(fā)生，從而導致了細胞增殖失控，誘發(fā)多種腫瘤。姜黃素能通過誘導惡化腫瘤細胞凋亡，清除受損細胞或非正常免疫原性細胞。研究者在進行NPC 腫瘤放射治療的研究過程中，通過建立NPC 放射抗性動物模型，在細胞水平上分析重組表達綠色熒光蛋白追蹤標記的放射抗性腫瘤大小，發(fā)現(xiàn)綠色熒光蛋白標記的放射抗性腫瘤在X 線照射期間其體積縮小明顯低于非抗性株。同時還檢測到該抗性腫瘤DNA 修復能力明顯增強，細胞抗凋亡基因顯著上升，姜黃素處理后的抗性株并沒有表現(xiàn)明顯增強的細胞損傷修復能力和凋亡基因表達上升的表型，經(jīng)研究探測到姜黃素能夠積極地阻斷誘抗性或非抗性癌細胞分裂周期，上調(diào)細胞周期蛋白依賴型激酶（CDK）、關(guān)鍵性基因p53、p27kip1（cyclin-dependent kinase inhibitor 1B）、p21（cyclin dependent kinase inhibitor ck1）的表達上調(diào)，下調(diào)細胞周期蛋白B1 和周期蛋白依賴蛋白激酶CDC2，從而誘導腫瘤細胞凋亡[6]。此外，腫瘤細胞內(nèi)在凋亡途徑主要涉及刺激線粒體膜抑制bcl-xl（B cell lymphoma extra large）的表達，姜黃素的加入可以擾亂線粒體膜電位平衡，導致對bcl-xl 蛋白的抑制增強。事實上，Zheng 等[7]研究也揭示姜黃素通過靶向線粒體誘導腫瘤細胞凋亡，它能夠使線粒體膜通透性增強，膜電位失衡，能量合成受阻導致細胞凋亡。腫瘤放療后癌細胞胞內(nèi)的生長因子和存活基因的表達是上調(diào)的，姜黃素可通過下調(diào)這些基因的表達，從而抑制腫瘤細胞的增殖以致細胞的凋亡[8]。Zhang 等[9]和Han 等[10]系列研究表明低濃度的姜黃素足以抑制未成熟淋巴瘤細胞BKS-2 細胞增殖，其誘導凋亡效應(yīng)呈量-效關(guān)系和時-效關(guān)系，同時下調(diào)核因子（NF）-κB 表達，下調(diào)早期生長反應(yīng)基因-Ⅰ、原癌基因C-myc，上調(diào)抑癌基因p53的表達，還發(fā)現(xiàn)減少p210bcr/ab1 量，阻斷Ras信號通路，下調(diào)核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子c-jun 的表達，均可抑制腫瘤細胞生長。姜黃素能夠影響腫瘤細胞增殖和凋亡過程的調(diào)控來抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展，臨床治療中結(jié)合姜黃素的放療能顯著促進癌細胞的凋亡，提升放療療效。

3 姜黃素的抗炎作用

腫瘤微環(huán)境強烈的炎癥反應(yīng)會極大地促進腫瘤生長，抑制腫瘤細胞凋亡，顯著抑制體內(nèi)抑癌基因的表達，上調(diào)原癌基因的表達。腫瘤放射性治療常引起患者強烈的炎癥反應(yīng)，最終導致放療療效受損[11]。機體炎癥的發(fā)生涉及一些調(diào)控癌癥細胞生長分化的信號通路改變[12-13]。NF-κB 是一類控制炎癥發(fā)生的重要的核轉(zhuǎn)錄因子，并且與癌癥的發(fā)生緊密相關(guān)，可調(diào)節(jié)腫瘤細胞轉(zhuǎn)錄信號的改變、從而影響凋亡和炎癥發(fā)生的多個關(guān)鍵基因表達。NF-κB信號通路激活對于腫瘤細胞存活有極大促進作用。姜黃素可通過表觀調(diào)控抑制NF-κB 和另一類組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶的活性來抑制蛋白激酶復合物，阻斷細胞因子誘導的核轉(zhuǎn)錄因子的激活以及促炎因子白細胞介素-6、腫瘤壞死因子等的表達，在腫瘤的放療過程中發(fā)揮較強的抗炎性作用[14-15]。此外，在腫瘤的浸潤物中，姜黃素還可通過表觀遺傳調(diào)控作用對一些腫瘤浸潤的髓系來源的免疫細胞發(fā)揮調(diào)控作用，一方面可以促進抑癌免疫細胞的增殖分化，主要通過上調(diào)控制這些免疫細胞發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子、生長因子等蛋白來實現(xiàn)；另一方面抑制促癌免疫應(yīng)答的發(fā)生，主要通過抑制促癌基因，促癌免疫細胞的活化來實現(xiàn)。姜黃素如何有效調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，研究前景非?？捎^，但是關(guān)于姜黃素治療方案的優(yōu)化還有待深入研究，主要涉及用藥劑量、用藥頻率及藥物間交互作用的消除[16]。目前有研究表明，姜黃素靶向的免疫應(yīng)答治療主要通過減輕腫瘤浸潤髓系中性粒細胞浸潤，從而加速腫瘤細胞的凋亡[17]。放射治療后缺氧也是腫瘤細胞產(chǎn)生放射抗性的主要表征之一，缺氧腫瘤微環(huán)境主要表現(xiàn)為缺氧誘導因子的高表達，通過激活缺氧誘導因子信號通路啟動下游一系列促進腫瘤生長的基因表達，包括血管表皮生長因子、細胞周期抑制子、抗凋亡基因等，從而產(chǎn)生腫瘤的放療后抗性，嚴重影響放療療效。姜黃素聯(lián)合放射治療后能夠有效抑制活性氧產(chǎn)生加速癌細胞凋亡[17]，降低部分促瘤基因表達，減輕腫瘤細胞的放療抗性，抑制腫瘤生長，加速腫瘤凋亡及延緩血管生成，其具體作用機制有待進一步深入研究。Kim 等[18]研究結(jié)果顯示姜黃素通過下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）9 的蛋白豐度來抑制腫瘤浸潤血管生成，采用cDNA 微陣列測序技術(shù)檢測姜黃素處理后的或未處理的人靜脈內(nèi)皮細胞遺傳序列，結(jié)果表明9個與血管生成相關(guān)的基因與未處理組相比均被顯著下調(diào)超過5倍。Gururaj 等[19]也發(fā)現(xiàn)腹膜血管和尿囊絨膜血管這兩種體內(nèi)血管生成系統(tǒng)也受到姜黃素調(diào)控的影響。腫瘤微環(huán)境炎癥的加強提高了放療抗性產(chǎn)生的風險，姜黃素的使用為癌癥患者放療之后炎癥的緩解提供了新的治療方案。

4 姜黃素抑制腫瘤細胞侵襲和遷移

病灶轉(zhuǎn)移是腫瘤進展加重的重要標志之一，同時放療后復發(fā)及病灶轉(zhuǎn)移是放療抗性的另一個顯著表征。Lin 等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素抗腫瘤侵襲能力是通過調(diào)控MMP-9 的分泌來實現(xiàn)，而且是劑量依賴性。研究采用10 μg/L 的姜黃素對人類高侵襲肝細胞癌細胞株SK-Hep-1 的侵襲抑制率為7.4%，轉(zhuǎn)移抑制率為70%，同時發(fā)現(xiàn)SK-Hep-1 較低轉(zhuǎn)移的肝細胞癌細胞株Huh7 顯示出高水平的MMP-9 的分泌，這個高水平的MMP-9 分泌可被姜黃素顯著抑制，這一表型與其抗侵襲能力一致，反映了姜黃素對SK-Hep-1細胞株有明顯抗侵襲作用。此外研究表明姜黃素也可通過影響體內(nèi)細胞受體的連接及細胞間信號的傳導來調(diào)控惡性細胞的遷移與轉(zhuǎn)化，它可使細胞和纖維粘連蛋白及N型膠原酶的結(jié)合在1 d 下降50%以上，2 d或15 d 下降達100%，此外，姜黃素還可以上調(diào)抗轉(zhuǎn)移蛋白組織抑制金屬蛋白酶、nm23 和E-鈣粘蛋白的表達。Yang 等[21]證實姜黃素可通過下調(diào)局部粘附激酶和降低MMP-2 活性來實現(xiàn)抑制腫瘤細胞侵襲和遷移。姜黃素可通過組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶的功能來實現(xiàn)這個抑制過程，其中乙酰轉(zhuǎn)移酶主要是P300/CEBP 的活性作用來調(diào)控細胞遷移通路中關(guān)鍵基因的表達。

5 姜黃素調(diào)節(jié)機體免疫應(yīng)答

腫瘤的免疫治療主要依賴于CD8+殺傷性T 細胞的活性作用，同時輔助性CD4+T 細胞也顯示腫瘤細胞殺傷活性，主要通過產(chǎn)生大量的白細胞介素17a 發(fā)揮其抗腫瘤生物學功能。T 細胞殺傷毒性作用的激活依賴于先天性樹突狀細胞和巨噬細胞等專業(yè)的抗原遞呈細胞的協(xié)助作用，將腫瘤的抗原物質(zhì)通過機體特異的組織相容物質(zhì)遞呈給T 細胞，目前研究也顯示自然殺傷（NK）細胞在腫瘤的阻斷過程中也發(fā)揮了舉足輕重的作用，但是這類細胞不需要先天性細胞的協(xié)助，它依靠自身活性受體和抑制受體的活性平衡來識別腫瘤細胞，通過分泌γ 干擾素和顆粒酶B 來行使殺傷功能。近年來研究表明，姜黃素可通過調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗腫瘤作用，主要表現(xiàn)為通過誘導腫瘤細胞凋亡激活抗原遞呈細胞的活性產(chǎn)生相應(yīng)的細胞因子與共刺激因子，最終增強機體殺傷性活性T 細胞的活性，NK 細胞的細胞毒性作用以及功能性抑癌細胞因子白細胞介素2 和γ 干擾素的產(chǎn)生[22]。此外，接受放射治療的腫瘤患者外周血單核細胞和巨噬細胞在受到姜黃素處理之后分泌T 輔助細胞類細胞因子（γ 干擾素，白細胞介素2 及白細胞介素12）的能力顯著提高，這些因子都可極大地增強機體的抑癌作用，此外姜黃素可增強腫瘤細胞抑癌NF-κB信號通路進一步活化，從而導致活化的巨噬細胞產(chǎn)生更多一氧化氮引起腫瘤細胞凋亡。有關(guān)姜黃素的免疫調(diào)節(jié)刺激活性的研究還在進一步的開展，對臨床的腫瘤治療將產(chǎn)生事半功倍的影響[23-25]。

6 小結(jié)

目前，癌癥放射治療抗拒性產(chǎn)生所涉及的原因主要在于抑癌或原癌基因表達水平的改變（包括mRNA和蛋白水平），細胞周期的捕獲，凋亡途徑的抑制和細胞DNA 損傷的修復能力及活性氧產(chǎn)生加強，最終導致了癌細胞放射敏感性降低，產(chǎn)生抗拒性使得放療效果顯著降低，最終導致治療失敗或是術(shù)后復發(fā)病灶轉(zhuǎn)移。姜黃素作為一種生物提取物質(zhì)，其機體代謝毒性相比于其他化療藥物更弱。腫瘤微環(huán)境免疫系統(tǒng)的改善為腫瘤的治療提供更為廣闊的發(fā)展空間，此外，表觀遺傳學的研究開闊了腫瘤治療的發(fā)展視野，目前已在臨床上有相關(guān)表觀調(diào)控藥物投入使用，如組蛋白去乙?；种苿￢orinostat 已被美國食品藥品管理局納入正規(guī)臨床使用藥物。姜黃素作為抗癌、抗炎、抗氧化及免疫調(diào)節(jié)功能等廣泛生物活性的安全多酚類植物提取物，同樣能夠?qū)M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶的活性產(chǎn)生極大調(diào)控作用，從而影響下游一些腫瘤細胞發(fā)育發(fā)生相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子、生長因子和血管內(nèi)皮生長因子的表達[24]。姜黃素已陸續(xù)被臨床工作者納入臨床癌癥治療中，治療過程中針對患者特性采用的姜黃素用量及使用頻率還需要不斷地優(yōu)化到最佳效果[26]。免疫阻滯劑抗程序性死亡蛋白-1 及程序性死亡配體1 聯(lián)合化療放療的腫瘤方案也在多項臨床腫瘤治療中展開，后續(xù)研究將進一步開展姜黃素聯(lián)合抗免疫阻滯劑的治療方案[27]來增強放療效果的臨床研究，如何產(chǎn)生最好的治療效果是醫(yī)務(wù)工作者不懈努力的動力。姜黃素治療的機制還需深入研究，如何發(fā)揮其在放療敏感性的促進作用還存在很多有待解決的問題。姜黃素作為一種天然物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)上的進一步優(yōu)化、給藥方式的優(yōu)化、患者對其生物利用度的增加、將其體內(nèi)炎癥副作用減少到最低、免疫激活作用加強等多方面研究都將是今后研究需要考慮的關(guān)鍵因素。