姜黄素逆转肿瘤多药耐药的机制及研究进展

彭莎综述，郑家法审校

（南华大学附属南华医院耳鼻喉科，湖南衡阳421001）

姜黄素逆转肿瘤多药耐药的机制及研究进展

彭莎综述，郑家法△审校

（南华大学附属南华医院耳鼻喉科，湖南衡阳421001）

姜黄素/药理学；抗肿瘤药；抗药性，多药；抗药性，肿瘤；综述

近年来，肿瘤，尤其是恶性肿瘤的发病率呈直线上升趋势，现已成为危害人类健康的全球性问题。在我国，肿瘤死亡占全部死因的25%［1］。其治疗方案多采用以放射治疗（放疗）和化学治疗（化疗）为主的综合治疗。但是多年来研究发现，肿瘤细胞能够对结构、药理机制各异的化疗药物产生耐药，使肿瘤细胞逐渐降低对化疗药物的敏感度，从而导致临床治疗的失败。这种现象被称为肿瘤的多药耐药（multi-drugresistance，MDR）。因此，努力寻求、开发肿瘤MDR的逆转剂已成为广大学者研究的热点。研究者发现，中草药的应用越来越普遍，已成为常规化疗的辅助药物，中草药与传统化疗药物联合应用，能提高患者的生活质量并延长生存时间。姜黄素（curcumin）是从姜黄科植物的根茎中提炼出来的一种植物多酚，具有抗感染、抗动脉粥样硬化、抗氧化、抗凝等作用［2］，具有促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞扩散等药理作用［3-4］。相关文献报道，姜黄素还是一种有效的MDR逆转剂［5］。本文就姜黄素逆转肿瘤MDR的机制及研究进展作一综述。

1　姜黄素的生物学特点

1.1姜黄素的结构姜黄素是一种天然、安全、亲脂性酚类化合物，源自姜黄科植物的根茎，其分子式为C21H20O6，相对分子质量为0.368×103。物理性质不溶于水，可溶于醇、碱、酸、酮等。姜黄素是一种酮-烯醇互变异构化合物，在酸性和中性溶液中稳定，在碱性介质中形成一个占主导地位的烯醇酮式。姜黄素的生物活性与其2个邻甲基化的酚基团和一个β-二酮基团高度相关［6］。

1.2姜黄素的功能1985年，Kuttan等［7］首次提出姜黄素具有抗肿瘤作用，并且证实姜黄素可以作为抗癌剂和抗突变剂使用。随后，越来越多的包括美国国立肿瘤研究所在内的机构开始研究姜黄素，在亚洲传统医学中，姜黄素用于包括咳嗽、鼻窦炎、肝脏疾病和厌食症等疾病的治疗。近年来，临床前研究和Ⅰ期临床研究证实姜黄素具有广泛的药理活性，有抗细胞增殖、抗肿瘤血管生成、抗感染、抗氧化等作用［8］。姜黄素的抗肿瘤作用表现在其不仅可以作为化疗药物还能作为肿瘤预防药物，其抗癌特性可以发生在癌症发展的不同阶段（包括启动、促进和进展），能够抑制不同途径相关的分子，降低不同炎症介质。姜黄素作为抗氧化剂主要是由于其结构特征，同时，其还能增强许多抗氧化酶如过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和血红素加氧酶-1的活性，作为一种抗氧化剂，姜黄素的安全性高，相对安全的毒性可高达10 g/d；姜黄素的抗炎活性可与类固醇和非甾体类抗炎药如吲哚美辛、阿司匹林相媲美，能抑制炎性细胞因子，如白介素、趋化因子及炎症酶［如环氧化酶-2、诱导型一氧化氮合酶和其他分子细胞周期素1（CyclinD1）］等。不仅可以调节机体的抗药性和耐辐射性，促进伤口愈合，还能对某些神经系统疾病、肺部疾病、心血管疾病、关节疾病等有显著的治疗效果。近年来研究表明，姜黄素的抗肿瘤作用广，毒性低，不良反应小，目前已被列为第三代癌化学预防药［9］。

2　姜黄素逆转转运蛋白介导的MDR

2.1P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）P-gp是第一个被证实的人类ABC转运蛋白，人类和小鼠组织中P-gp表达类似，在排泄组织上皮细胞顶膜表达尤为突出，包括血-脑、胃肠道、肾、肝等。P-gp的特点是：位于细胞膜上，在跨膜区的疏水跨膜结构域能与疏水性药物相结合，通过腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）水解获得的能量将P-gp磷酸化，使细胞内药物泵出，浓度降低，从而导致癌细胞对抗肿瘤药物的抵抗力增加，是产生MDR的主要机制［10］。Wang等［11］将姜黄素应用于对紫杉醇耐药的乳腺癌耐药细胞株MCF-7/ADR，结果发现，姜黄素可以使P-gp的表达得到有效抑制，使紫杉醇靶向作用肿瘤细胞内的积累增加，从而促进紫杉醇诱导MCF-7/ADR细胞的凋亡。

2.2多药耐药相关蛋白（multidrug resistance associated protein，MRP）MRP是ABC超家族［即ATP结合盒式蛋白（ATP-bindingcassette transporter，ABC）］成员之一，是一种跨膜转运蛋白，有9个成员：MRP1、MRP2、MRP3、MRP4（cMOAT-B）、MRP5（cMOAT-C）、MRP6、MRP7、MRP8、MRP9，它们都有自己独特的生理功能及底物特异性。MRP与P-gp的药物外排作用类似，但与P-gp并无协同作用。MRP1最初是在耐阿霉素小细胞肺癌细胞株中被发现，虽然能转运疏水性化合物，但疏水性化合物外排高度依赖于谷胱甘肽，它可以刺激运输或共同运输。MRP在正常组织中分布广泛，表达水平低，而在肿瘤组织如乳腺癌、肺癌、血液肿瘤和前列腺癌中的表达水平明显上调，可与化疗药物特异性结合并将其泵到细胞外，从而产生耐药。张洪军等［12］将姜黄素作用于胰腺癌耐药株BXPC-3细胞，结果发现，吉西他滨联合姜黄素组移植瘤体积、质量与其他各组比较明显减小，提示姜黄素可以抑制MRP1和MRP5的mRNA表达，并且抑制其蛋白表达量。表明姜黄素可通过抑制药物外排泵的基因表达，减弱细胞的药物外排作用，使细胞内药物浓度增加，从而逆转肿瘤细胞的MDR。

2.3乳腺癌耐药蛋白（breast cancer resistance protein，BCRP）BCRP是结合盒超家族转运蛋白的成员之一，是一种跨膜蛋白，结合盒超家族转运蛋白具有ATP结合区域的单向底物转运泵，能以主动转运方式完成多种分子的跨膜转运，广泛存在于人体多种正常组织和器官中。BCRP能够运输底物的范围广泛，包括重要的癌症化疗药物如米托蒽醌、甲氨蝶呤、喜树碱类、拓扑替康、伊立替康和蒽环类多柔比星等［13］。作为药物外排泵，能积极从细胞中清除药物和生产细胞内药物浓度低于有效浓度所需的细胞毒。BCRP通过ATP获能使药物外排，导致肿瘤细胞MDR的形成。ATP结合盒转运蛋白G2（ATP-bindingcassette super-family G member 2，ABCG2）的表达与急性髓细胞性白血病及一系列其他癌症密切相关，包括急性淋巴细胞白血病、乳腺癌和肺癌等。Shah等［14］研究发现，姜黄素与阿糖胞苷联合使用，通过下调MDR1、肺耐药蛋白、BCRP而抑制人急性粒细胞性白血病细胞耐药基因的表达，达到化疗增敏的效果。

3　姜黄素逆转酶介导的MDR

3.1谷胱甘肽转移酶即谷胱甘肽S转移酶（glutathione S-transferase，GST），属于GST超基因家族，αGST、谷胱甘肽S转移酶A1［（glutathione S-transferase A1，GSTA1）］属于GST在人肝脏中最基本的家族。其中GSTP1基因在大多数组织（尤其在肺癌、食道癌及胎盘等）中广泛表达。在肿瘤细胞中，GST与亲脂性细胞药物相结合，其水溶性增加，促进了药物外排，降低了抗肿瘤药物的作用，从而产生耐药性［15］。李贺等［16］研究发现，GSTP1在肠癌耐药细胞人结肠癌耐长春新碱细胞株HCT-8/VCR中高表达，用姜黄素处理后GSTP1 mRNA、GSTP1蛋白的表达明显减少。证实姜黄素通过下调GSTP1使HCT-8/VCR细胞对肿瘤化疗药物的解毒性下降，疗效增强，从而逆转肿瘤的MDR。

3.2拓扑异构酶Ⅱ拓扑异构酶是能调节DNA超螺旋和使单链或双链DNA断裂的一种在生物体内广泛存在的一类必需核酶。在哺乳动物细胞中有3种类型的拓扑异构酶，即拓扑异构酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。拓扑异构酶Ⅱ（topoismeraseⅡ，ToPoⅡ）又称回旋酶，它能催化产生DNA分子上的双链缺口，从而调控DNA的拓扑状态，在基因复制、转录、重组、修复和染色体重塑过程中起着重要作用。ToPoⅡ介导的耐药性主要与酶的水平下降、酶的磷酸化水平提高和基因的位点突变或缺失相关，而与mdr基因的扩增和过量表达无关［17］。在肿瘤细胞中，如乳腺癌、头颈肿瘤等，ToPoⅡ的含量远高于正常细胞，在低分化癌组织中较高分化癌组织高度表达。曹彦洋等［18］采用不同浓度姜黄素作用于人喉癌Hep-2细胞，克隆形成实验观察其对放射敏感性的影响。结果显示，姜黄素对喉癌Hep-2有明显抑制作用，且呈时间-剂量依赖性，使细胞阻滞在G2/M期，从而增强其对放疗的敏感度。

3.3蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）PKC是一种Ca2+/磷脂依赖的同工酶，PKC家族分为三大类：（1）传统的异构体，包括α、β1、β2和γ；（2）需要Ca2+和二酰甘油（diacylglycerol，DAG）激活的新的亚型，包括δ、ε、η、θ和μ；（3）只需要DAG的非典型亚型，包括ζ、ι和λ。PKC在哺乳动物细胞及其他生物细胞中分布广泛，其结构中包含调节与催化2个功能区，二者相互作用以阻止底物进入催化区。姜黄素抑制PKC的活性与细胞内Ca2+浓度的高低相关，在低浓度Ca2+环境下，姜黄素能特异性结合PKC，PKC的活性及功能受到抑制，进而逆转肿瘤的MDR；而在高浓度Ca2+环境中，姜黄素不能竞争性结合PKC，而是由Ca2+结合PCK并将其激活［19］。

4　姜黄素逆转凋亡基因介导的MDR

4.1p53基因p53基因是正常人体细胞内的一种抑癌基因，参与细胞多种活动，包括生长停滞、衰老、凋亡、DNA修复等，可诱导肿瘤细胞的程序性死亡——凋亡。p53可发生突变，导致野生型p53失去正常的功能而成为突变型p53。突变型p53具有致癌特性，可作为活化剂上调核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）在肿瘤细胞中的κ，而NF-κB是一个在癌症进展和化疗药物耐药中起关键作用的转录因子，其失去对细胞的抗凋亡能力，对细胞的过度增殖达不到阻滞作用，就会导致细胞在致癌因素的刺激诱导下无限制地增殖，使癌细胞凋亡受阻而降低抗癌药物的疗效［20］。近年来研究发现，姜黄素能通过增加肿瘤细胞中p53的表达，从而促进肿瘤细胞凋亡。Sen等［21］发现，姜黄素能破坏突变型p53的结构域，增加野生型p53基因转录，并引发肿瘤细胞内在死亡级联反应，以达到逆转肿瘤MDR的目的。

4.2B细胞淋巴瘤/白血病-2基因（B cell lymphoma/ leukemia-2，Bcl-2）Bcl-2是一种凋亡调控基因，在正常细胞中，Bcl-2处于低表达状态，但在肿瘤细胞中，Bcl-2呈过表达，不仅能够抑制细胞凋亡，延长细胞寿命，还参与细胞的增殖调控，在肿瘤的形成及肿瘤MDR的形成中起重要作用。Zhao等［22］用制备的姜黄素-阿霉素脂质纳米粒作用于肝癌细胞，结果显示，Bcl-2的表达呈下降趋势，血清丙氨酸氨基转移酶和天门冬氨酸氨基转移酶水平、肝/体质量值降低，减少了肝损伤。表明姜黄素能通过下调Bcl-2从而逆转MDR。

4.3NF-κBNF-κB是一种分布和作用均十分广泛的真核细胞转录因子，包括5种类型的亚基，即RelA（p65），Rel-B，c-Rel，p105-p50（NF-κB1）和p100-p52（NF-κB2或lyt-10）。异二聚体转录因子NF-κB在肿瘤的发生、发展中起着重要作用，能转录调节蛋白，参与各种促生存信号通路的表达，如调节凋亡蛋白［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）］和影响细胞增殖（环氧化酶-2和细胞周期蛋白）等，肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor，TNF-α）作为一种磷酸化蛋白激酶B（Akt）依赖的信号转导通路，负责NF-κB的活化，而NF-κB的活化则认为在MDR中起着重要作用［23］。有研究表明，姜黄素通过抑制NF-κB中κ的活性，下调NF-κB中κ基因产物在细胞的表达，从而抑制细胞增殖，使细胞周期阻滞，诱导细胞凋亡。Kang等［24］观察了姜黄素联合卡铂用于人肺癌细胞，或姜黄素、卡铂单独应用的抗凋亡和影响细胞增殖的作用。结果显示，人肺癌细胞的存活率呈剂量依赖性，姜黄素和卡铂联合使用对人肺癌细胞的增殖有较大的抑制作用，其中Akt磷酸化、蛋白NF-κB上游的κ减少，细胞外信号调节激酶（ERK1/2）活性增强，提示姜黄素可通过降低NF-κB协同卡铂逆转MDR。

4.4c-myc基因c-myc基因是一种细胞癌基因，人c-myc原癌基因位于染色体8q24上，由3个外显子和2个内含子组成，c-myc作为转录因子，在细胞周期调控、细胞增殖及肿瘤发生、转移等病理生理过程中发挥重要作用。近期研究发现，c-myc与mdr1密切相关，而mdr1的表达与肿瘤细胞MDR有关［25］。c-myc基因产物能促进mdr1基因高表达而产生MDR。覃勇等［26］用姜黄素作用于人结肠癌耐药细胞株HCT-8/VCR，经25 μmol/L姜黄素处理后，增强HCT-8/VCR细胞对长春新碱的敏感度，通过抑制mdr1的表达来逆转MDR。

5　其他

肿瘤MDR的产生机制不是单一的，而是多因素、多水平、多方面的，是机体和肿瘤细胞及肿瘤生长微环境在机体不同病理生理状态下共同作用的结果。MDR的产生还与血管内皮生长因子、生存素、DNA修复能力的增强、DNA的去甲基化等因素相关［27-28］。

6　小结及展望

姜黄素与以往的逆转剂相比，具有不良反应小、毒性低、安全性好、价格便宜、容易获得等优点。但其主要局限性是快速系统消除，在碱性pH值下降，口服生物利用度有限。为了克服这些局限性，增加其水溶性、稳定性、口服生物利用度和实现控制和靶向给药，研究者发现了新技术——纳米技术，其优点是：增强化学稳定性，提高渗透率，改善组织分布和增强其溶解度和生物利用度。目前常用类型包括脂质体、纳米或微乳液，聚合物纳米颗粒和固体脂质纳米粒，纳米晶体、纳米凝胶等［29］。因此，借助纳米传递载体将姜黄素与抗肿瘤药物联合应用，将是未来一个极具潜力的研究方向。

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（2016-05-31）