姜黄素抗癌机制的研究进展

唐华科　曾星　胡志全



·综述·

姜黄素抗癌机制的研究进展

唐华科曾星胡志全

姜黄素是一种从中药姜黄中提取出来的脂溶性多酚类色素，而姜黄在中国烹饪、纺织及中药领域已经应用了上千年。姜黄素具有抗炎抑菌、降糖、抗氧化及促进创口愈合等多种生物学活性[1]，其在体内外可对多种肿瘤产生抑制作用，如白血病、淋巴瘤、黑色素瘤、肉瘤、乳腺癌、卵巢癌、肺癌以及胃肠道、头颈及神经系统肿瘤[2]。由于姜黄素具有抗癌谱广、安全有效、毒副作用较小等优点，使其得到越来越多的研究与应用。姜黄素近期已经进入多种临床试验中，其用于人体安全性和耐受性良好，且在多项Ⅰ期/Ⅱ期临床试验中被用于不同肿瘤的治疗[3]。姜黄素在肿瘤进程各阶段都可发挥积极作用且其作用方式多样化，对此人们进行了广泛而深入的研究，但其作用机制尚未得到系统阐述。本文总结近年来姜黄素抗癌机制研究成果，从细胞水平和整体水平分述姜黄素的抗癌机制研究进展，为其在肿瘤治疗领域的研究和应用提供参考。

一、细胞水平

姜黄处理肿瘤细胞可以通过促进凋亡、抑制增殖、抗血管形成、抑制侵袭及转移来发挥抗癌作用。

1.促进凋亡：细胞凋亡是机体内细胞死亡的重要途径，参与细胞凋亡机制的构成主要有4种蛋白分子家族，即细胞凋亡蛋白酶(caspase)、衔接蛋白、Bcl-2和凋亡抑制蛋白(IAPs)。caspase属于半胱氨酸蛋白酶类，该酶受到激活引发后续相关蛋白的裂解是细胞发生凋亡的关键环节。在肺癌细胞A549中姜黄素可以上调caspase-3和caspase-9的活性从而诱导凋亡[4]。由于caspase是凋亡执行酶，姜黄素对其的调节可能是其他凋亡靶点的后续反应。例如，姜黄素可以通过调控Bcl家族成员表达而调控凋亡。Bcl家族蛋白分子调控细胞色素 C 由线粒体内部释放到胞质的过程，而此过程是细胞线粒体途径凋亡的关键。姜黄素可以通过下调Bcl家族抗凋亡蛋白Bcl[5]、Bcl-xL[6]促进凋亡，也可以上调该家族促凋亡成员Bax来促进凋亡[7]。由于Bcl、Bcl-xL可以抑制Bax的活性，所以姜黄素对Bax上调作用是由于姜黄素对Bax的直接激活还是下调Bcl、Bcl-xL使抑制解除亦或是二者兼而有之，尚有待进一步考证。细胞色素C由线粒体内部释放到胞质是细胞线粒体途径凋亡的关键。姜黄素处理肺癌细胞可以使得细胞色素C大量释放，从而诱导凋亡[8]。如前所述，姜黄素对细胞色素C的促释放作用也可能与其调控Bcl家族成员表达有关。

IAPs是一类能与caspase或其他参与细胞凋亡过程蛋白分子结合，通过抑制这些蛋白活性并促进其降解进而对细胞凋亡进行调控的蛋白分子家族。目前已发现X连锁凋亡抑制蛋白(XIAP)、c-IAP1、c-IAP2、黑色素细胞凋亡抑制蛋白、凋亡抑制蛋白样蛋白2、神经凋亡抑制蛋白(NAIP)、包含凋亡抑制蛋白杆状病毒重复序列的泛素连接酶Bruce/Apollon和存活素(Survivin)等8个IAPs成员。姜黄素可以抑制其成员c-IAP2、NAIP、XIAP[9]及Survivin[10]在肿瘤细胞中的表达，从而解除IAPs对凋亡的抑制作用。

2.抑制增殖：细胞周期是细胞生命活动的基本过程，已发现与细胞周期调控有关的分子很多，主要有3大类：细胞周期蛋白(cyclin)、细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(CKI)，其中CDK是调控网络的核心，cyclin对CDK具有正性调控作用，CKI有负性调控作用，共同构成了细胞周期调控的分子基础。肿瘤细胞增殖活跃，对细胞周期的停滞更为敏感。在头颈鳞状细胞癌中姜黄素通过下调cyclin(D1、E2、B1和A2)和CDK2使得肿瘤细胞周期阻滞于G1/S期[11]。在肺癌细胞中，姜黄素可通过下调cyclinB1、CDK2使得细胞周期停滞于G2/M期[12]。姜黄素可以下调cyclin和CDK使得细胞周期阻滞进而使得肿瘤细胞增殖被抑制。

除了阻滞细胞周期来抑制增殖，姜黄素也可以通过下调增殖相关因子活性来抑制增殖。如在口腔鳞状细胞癌中，姜黄素抑制表皮生长因子受体(EGFR)的磷酸化及其下游信号分子Akt、ERK1/2、STAT3最终抑制肿瘤细胞的增殖及侵袭能力[13]。端粒酶的激活是肿瘤的十大生物学特征之一，也是肿瘤能无限增殖的主要原因，姜黄素可以抑制人类端粒酶活性并下调其mRNA水平导致端粒缩短，最终使肿瘤细胞无限增殖能力被抑制[14]。

3.抑制血管生成：内皮细胞分裂和增殖是肿瘤血管生成的必要条件。如前所述，姜黄素可以通过组织细胞周期来抑制增殖。姜黄素具有直接抑制血管内皮细胞增殖并促进其凋亡的作用，可使人脐静脉内皮细胞细胞周期停滞于G0/G1期并抑制其增殖和迁移[15]。而血管内皮生长因子(VEGF)是主要的血管生成促进因子，通过结合其相应受体(VEGFR)介导血管生成。而姜黄素可以下调肝癌细胞中VEGF和VEGFR-2的表达水平，但对于VEGFR-1的下调作用却十分微弱[16]。基质金属蛋白酶(MMPs) 不但在肿瘤的侵袭和转移中发挥作用，其对肿瘤血管生成也有重要的促进作用。姜黄素可以在口腔鳞状上皮癌细胞中下调MMP-2、MMP-9等来抑制肿瘤血管生成、侵袭及转移特性[17]。总之，姜黄素通过抑制血管内皮细胞增殖、抑制促血管生成因子VEGF/VEGFR及MMPs来抑制血管生成从而发挥抗癌效应。

4.抑制侵袭与转移：肿瘤细胞欲脱离原发灶向邻近或远处转移必先降低细胞间的黏附作用并降解细胞外基质和基底膜。MMPs可以使得细胞外基质和基底膜降解，易化肿瘤的侵袭及转移。如前所述，姜黄素可以通过抑制MMPs的表达从而抑制肿瘤侵袭与转移的发生。基质金属蛋白酶抑制剂(TIMPs)是MMPs的活性抑制剂，姜黄素可以上调TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4的表达，并下调MMPs的表达[18]。故姜黄素对于MMPs的下调作用可能是其上调TIMPs的间接结果。

细胞黏附分子是影响黏附能力的主要因素，按作用机制分为亲同性黏附分子(主要为钙粘素，如E-cadherin)和亲异性黏附分子(选择素、整合素及其配体)。亲同性黏附抑制肿瘤侵袭和转移，反之亦然。姜黄素在甲状腺癌中可以通过TGF-β/Smad2/3信号通路上调 E-cadherin表达，抑制甚至逆转上皮间质转化进程，最终抑制肿瘤的侵袭与转移[19]。姜黄素分子不但可以促进亲同性黏附分子的表达，也可以抑制亲异性黏附分子的表达。姜黄素下调整合素α6β4的表达[20]，同时也下调整合素受体ICAM-1和VCAM-1的表达[21]。另外姜黄素可以下调选择素家族成员中的E-选择素、P-选择素、L-选择素[22]。总之，姜黄素通过上调亲同性黏附分子、下调亲异性黏附分子来发挥对肿瘤细胞侵袭及转移的抑制作用。

二、整体水平

姜黄素在整体水平对肿瘤的影响主要体现为对表观遗传、免疫编辑的调控。

1.表观遗传的调控：表观遗传机制如DNA甲基化、组蛋白修饰在多种肿瘤的发生、发展中发挥了重要作用，因此表观遗传的调控在肿瘤治疗中是非常有前景的靶点之一。利用组蛋白去乙酰酶(HDAC)和DNA甲基转移酶(DNMT)抑制剂可以治疗肿瘤。姜黄素对表观遗传的影响主要通过作用于多种相关因子，如HDAC、组蛋白乙酰转移酶、DNMTs、miRNAs等[23]。姜黄素影响肿瘤细胞的生物学行为可能与组蛋白有关，最近一项研究表明姜黄素可对H3、H4、H2A等多种组蛋白N端进行修饰进而产生强力的抗增殖作用[24]。另外，姜黄素可调控甲基化。姜黄素可以通过下调DNMT1的正调节子、p65、Sp1[25]，而DNMT1的功能是催化甲基转位到DNA上。用姜黄素处理乳腺癌MCF7细胞会导致H3K18 和H4K16总体乙酰化水平上升，但并没有使得γH2A.X、H3K56Ac等DNA损伤标志物的出现[26]。这意味着，姜黄素可以在不损伤DNA的情况下影响细胞的表观遗传。

2.重置免疫编辑，恢复免疫监视：肿瘤细胞的存活有赖于免疫逃逸及免疫抑制，此过程中T细胞数目下降且分泌细胞因子由Th1转向Th2型。同时还有Treg细胞数目上升，而Treg细胞可分泌抗炎细胞因子如TGF-β、IL-10等从而抑制免疫系统功能。姜黄素可以有效恢复荷瘤裸鼠免疫系统中CD4+ 和CD8+ T细胞的增殖能力，抑制肿瘤细胞诱导的胸腺及淋巴细胞凋亡，并减少中枢记忆性T细胞和效应记忆性T细胞的损耗[27]。姜黄素可以逆转肿瘤进程中IFN-γ的下调及IL-4的上调，上调Th1型细胞因子IFN-γ的mRNA水平[28]。Treg细胞及其分泌的TGF-β和IL-10是免疫的抑制因素，而姜黄素可以减少Treg数目并下调其分泌TGF-β和IL-10的水平。而FOXP3和CTLA4是Treg细胞生成的关键性转录因子，姜黄素可以下调FOXP3和CTLA4的RNA和蛋白水平，最终抑制Treg的生成[29]。研究发现姜黄素在T细胞中通过重新磷酸化及激活JAK3-STAT5a通路并提升Bcl-2水平，减少了T细胞凋亡[30]。

三、展望

近年来，传统中药在现代疾病的治疗中大放异彩。姜黄素作为一种中药提取剂，其来源广、易获取、毒副作用小且具有高效广谱抗癌效应使其成为肿瘤治疗领域一颗冉冉升起的新星，其抗癌机制也引发了众多学者的关注和研究。本文从细胞及整体水平概述了姜黄素的各种作用机制，但这些作用靶点及通路并非孤立的，而是互相影响的。从目前来看，抗凋亡及抑制增殖是姜黄素最重要的抗癌机制，但其他机制亦不容忽视。另外，姜黄素对机体的免疫编辑作用从免疫治疗的角度展现了姜黄素的独特作用。肿瘤治疗的未来十年将是免疫治疗的十年，而姜黄素对于肿瘤免疫的调控也大有研究前景，相信姜黄素在未来肿瘤的治疗中必将发挥重要作用。

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(本文编辑：熊钰芬)

430030武汉，华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科

胡志全，E-mail：huzhiquan2000@163.com

10.3870/j.issn.1674-4624.2016.03.015

2016-04-15)