姜黄素抗肿瘤作用机制研究进展

石 峰 综述，崔 平 审校

(昆明医学院第一附属医院肝胆外科，云南昆明650032)

姜黄素是从姜科姜黄属植物根茎中提取的一种食用植物多酚，曾被广泛用于食品上色和佐味。自印度学者Kuttan等［1］于1985年首次提出姜黄素具有抗肿瘤作用至今，已有大量实验证实姜黄素对多种肿瘤细胞具有抑制生长和诱导凋亡的作用。但就不同类别肿瘤而言，其抗肿瘤机制各不相同，有些作用机制甚至是相互矛盾的。鉴于此情况，作者就近年来姜黄素对消化、血液、妇科等3种类别肿瘤的抗肿瘤机制进行简要综述。

1 消化系统肿瘤

1.1 舌癌及食管癌 正常细胞周期按照G0、G1、S、G2、M期的顺序进行，细胞周期中存在G0/G1、G1/S、G2/M等几个调控点控制细胞周期，调控点的功能是对受损细胞进行修复，不能修复的损伤则启动凋亡程序诱导凋亡，以保证细胞分裂的正常进行。有学者用姜黄素分别处理人舌鳞癌Tca8113细胞和食管癌EC109细胞后发现，两种细胞都停滞于G0/G1期，且无法越过G0/G1调控点继续进行有丝分裂，最终发生呈现时间－剂量效应的凋亡;Western-blot法检测到姜黄素作用EC109细胞24 h后，其浓度越高，CyclinD1和 CyclinE的条带越窄，据此推测姜黄素通过降低Cyclin的表达使细胞周期停滞于 G0/G1期，进而抑制细胞生长［2－3］。

1.2 肝癌 细胞凋亡是一个多步骤、多蛋白参与的程序性细胞死亡过程［4］。抗凋亡的Bcl-2可阻止促凋亡的Bax引起的DNA损伤，从而保持线粒体完整性，避免细胞发生凋亡，Bcl-2和Bax的比例决定细胞是否发生凋亡。贺庆芝等［5］发现经姜黄素处理24 h的人肝癌HepG2细胞呈剂量依赖关系发生凋亡，实时荧光定量PCR结果显示:与空白对照组相比，加药组中伴随姜黄素浓度的升高，Bcl-2 mRNA表达上调而 Bax mRNA表达下调，由此推论姜黄素诱导HepG2细胞凋亡可能与调节Bcl-2和Bax基因表达有关。原子力显微镜(AFM)是在毫微级水平观察细胞超微结构形态学变化的重要工具。Wang等［6］用AFM发现经姜黄素处理过的HepG2细胞的形态由长梭形变为短圆形，细胞尾部收缩成线形，这些变化导致细胞运动能力下降;同时AFM发现线粒体膜上的蛋白颗粒发生聚集，随后透过性小孔开放，细胞内离子非选择性进入线粒体，导致线粒体膜内侧发生去极化，线粒体膜电位下降;细胞内Ca2+浓度的下降使内质网Ca2+通道开放，细胞内Ca2+浓度升高，这使更多的Ca2+进入线粒体，线粒体膜电位进一步降低直至消失，最后线粒体膜裂解、细胞凋亡。

1.3 结肠癌 抑癌基因p53的表达缺失或不被激活常被认为是肿瘤发生的重要环节。Watson等［7］研究发现，姜黄素能诱导野生型p53 HCT-116细胞凋亡，此过程虽有p53的激活及随后p53介导的促凋亡蛋白p21、PUMA和Bax的表达，但野生型p53 HCT-116细胞凋亡的发生并不是以依赖p53的途径实现的。结肠癌细胞暴露于姜黄素条件下发生氧化应激反应，产生大量超氧化阴离子，这可能就是细胞发生不依赖p53途径凋亡的原因。为验证以上推测，研究人员用比色尺NBT测定经姜黄素处理6 h的 p53+/+和 p53－/－HCT-116细胞内超氧化阴离子的数量，结果显示，姜黄素与超氧化阴离子数量之间呈现剂量依赖关系;为进一步确定超氧化阴离子在细胞凋亡过程中的作用，研究人员对氧化应激反应标志物、p53蛋白激活因子以及磷脂酰肌醇蛋白激酶进行检测，结果发现后两类蛋白的表达无明显变化，这表明细胞凋亡并没有p53途径的参与，但氧化应激反应标志物ATM、ATR、Chk2的表达增多，提示在姜黄素作用条件下，结肠癌p53+/+和p53－/－HCT-116细胞发生氧化应激反应产生大量超氧化阴离子，在其作用下细胞最终以不依赖p53的途径发生凋亡。

2 血液系统肿瘤

2.1 急性早幼粒白血病 胡亮杉等［8］用姜黄素处理人急性早幼粒白血病HL-60细胞24 h后发现，姜黄素可有效抑制HL-60细胞增殖并诱导凋亡，且呈现一定的量效关系。RT-PCR检测发现促凋亡基因Bax、Bid以及核转录因子NF-κB的mRNA表达增多，p53 mRNA无表达。Western-blot分析显示姜黄素上调NF-κBp65蛋白的表达，且呈剂量依赖关系，但HL-60细胞凋亡过程中NF-κB的表达上调与Bax、Bid的表达上调是否存在直接联系，仍需深入研究。

2.2 急性单核细胞白血病 与急性早幼粒白血病相似，崔丽霞等［9］发现姜黄素同样可以量效关系诱导急性单核细胞白血病THP-1细胞凋亡，免疫组化结果显示:伴随姜黄素浓度的升高，NF-κB表达下降、caspase-3表达升高，两者呈现负相关关系。按照经典的外在凋亡途径理论［4］:TNF刺激细胞后形成复合体 I、致NF-κB活化且表达增多，进而募集活化caspase-8，然后激活后续执行caspase(包括caspase-3在内)引起底物切割，并最终导致细胞凋亡。但姜黄素诱导THP-1细胞凋亡过程中存在与经典外在凋亡途径理论相矛盾的机制是NF-κB与caspase-3呈负相关关系，这一点有待于深入研究。

2.3 皮肤T细胞淋巴瘤 德克萨斯大学爱德森癌症中心的Zhang等［10］将取自皮肤T细胞淋巴瘤患者的CTCLs细胞经姜黄素作用后发现，姜黄素以时间－剂量效应诱导细胞凋亡。为探求姜黄素诱导CTCLs细胞凋亡的作用机制，用Western-blot和实时PCR技术进一步观察后发现，促凋亡基因STAT-3、Bcl-2和survivin的mRNA及蛋白表达显著增加，同时发现姜黄素通过阻止DNA与NF-κB的结合，抑制NF-κB的活化，从而抑制 STAT-3和 IκB-α 的磷酸化，最终激活caspase-3诱导CTCLs细胞凋亡。

3 妇科肿瘤

3.1 乳腺癌 Bielak-Zmijewska等［11］发现，姜黄素能够通过缩短微管生长时相和延长生长停滞时相来增强乳腺癌MCF-7细胞微管的动态稳定性。经姜黄素作用的MCF-7细胞中，处于M期的细胞发生微管解聚作用、微管与着丝点附合障碍导致无法形成具有正常结构的纺锤体。姜黄素还可干扰动力蛋白Eg5的局限化作用使细胞产生单极纺锤体，致使细胞无法进行正常有丝分裂活动。同时姜黄素在着丝点集聚过多的Mad2和BubR1，从而激活有丝分裂调控点，调控点的激活使得有丝分裂中后期时程延长，并导致有丝分裂发生异常，再加之姜黄素作用下MCF-7细胞微管动态稳定性的增强有助于p53的表达，以上变化共同作用，最终导致细胞以依赖p53的途径发生凋亡。

3.2 子宫平滑肌肉瘤 现行标准化疗方案对子宫平滑肌肉瘤的疗效极差，为探求新的化疗药物，Wong等［12］用不同浓度姜黄素处理人子宫平滑肌肉瘤SKN细胞系，当浓度达到200 μmol/L时，80%的细胞生长受到抑制。Western-blot分析显示姜黄素以量效关系抑制mTOR、p70S6和S6等核糖体蛋白以及AKT的磷酸化，从而抑制AKT-mTOR信号通路的活性，阻碍SKN细胞的生长。姜黄素也可以量效关系增加PARP的分解，尤其当浓度达到200 μmol/L时PARP的分解达到最大值，同时在姜黄素作用下caspase-3活性明显增强，TUNEL染色发现大量DNA断裂。PARP的分解、caspase3的激活以及DNA的断裂等这些凋亡前事件的发生最终诱导子宫平滑肌肉瘤SKN细胞凋亡。

3.3 宫颈癌 蛋白组学是以细胞、组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质为研究对象，分析细胞内动态变化的蛋白质组成，了解蛋白质之间的相互作用与联系，并在整体水平上研究蛋白质的活动规律［13］。Madden 等［14］应用蛋白组学相关研究技术试图阐述姜黄素对宫颈癌的抗肿瘤作用机制，实验选用宫颈癌Hela细胞，并经姜黄素处理48 h，二维凝胶电泳显示有8种不同的蛋白表达，经蛋白质数据库分析，姜黄素可影响其中4种蛋白质(Ezrin、RAD50、STIP、PGK)的表达，Ezrin调控细胞骨架的生长进而促进肿瘤细胞的浸润和转移，姜黄素通过降低其表达来延缓宫颈癌的发展进程;姜黄素还可提高具有修复突变DNA功能的RAD50的表达进而阻止肿瘤细胞分裂;STIP具有抑制凋亡的作用，姜黄素通过下调其表达诱导凋亡，从而抑制宫颈癌的发生发展;姜黄素还能下调PGK的表达影响其酶学活性，延缓肿瘤细胞新陈代谢，阻碍肿瘤生长。蛋白组学技术的引入使姜黄素抗肿瘤作用机制的研究由细胞水平深入至分子水平，这无疑为姜黄素抗肿瘤作用机制的研究开拓了空间。

4 结语

综上所述，近年来的研究进一步证实姜黄素对多种肿瘤细胞具有抑制生长及诱导凋亡的作用。姜黄素的毒副反应轻、来源广、易获取、价格低等优点使其具有广阔的临床应用前景。今后应继续深入研究姜黄素的抗肿瘤作用机制，为临床肿瘤治疗提供更多的实验依据。

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