姜黄素抗肿瘤血管生成分子机制研究进展

高 文，何彦津，梁凤鸣

·文献综述·

姜黄素抗肿瘤血管生成分子机制研究进展

高 文1，何彦津2，梁凤鸣1

姜黄素是从姜黄中提取的一种酚类色素，具有多种药理活性，具有抗炎、抗氧化、抗凝、降血脂、抗动脉粥样硬化、抗肿瘤、抗突变作用，其抗瘤作用机制不但与诱导肿瘤细胞凋亡相关，抗血管生成也是姜黄素抗肿瘤机制之一，主要机制为抑制血管内皮细胞增殖并促进其凋亡；抑制血管生成促进因子的表达，如通过抑制血管内皮生成因子（VEGF）及其对应受体，从而抑制肿瘤血管生成；降低基质金属蛋白酶（MMPs）的活性；通过磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）信号途径抑制肿瘤血管形成:其机制为下调PI3K/AKT和促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径，从而下调VEGF、Ang-1、Ang-2、VEGFR-2等。深入探讨姜黄素抗肿瘤血管生成的作用机制将为更有效的切断肿瘤血供奠定基础，有利于恶性肿瘤的防治。

姜黄素；肿瘤血管生成；血管内皮生成因子；基质金属蛋白酶；磷脂酰肌醇-3-激酶

引用：高文，何彦津，梁凤鸣.姜黄素抗肿瘤血管生成分子机制研究进展.国际眼科杂志2016；16（3）:466-468

0　引言

姜黄素（curcumin）是从姜黄中提取的一种植物多酚，广泛用于食品上色和佐味。经研究证实，其药理作用主要有抗炎、抗氧化、抗凝、降血脂、抗动脉粥样硬化、抗肿瘤、抗突变等。姜黄素的抑瘤作用机制与诱导肿瘤细胞凋亡有关，它是通过调控抑癌基因、癌基因及其蛋白的表达、诱导细胞周期停滞及调控细胞凋亡信号等途径实现［1-2］。近年研究表明，抗血管生成也是姜黄素抗肿瘤机制之一，血管生成是肿瘤发生发展的重要因素，并为肿瘤细胞进入循环转移、扩散提供便利，寻找其作用靶点是研究热点，因此，现将姜黄素抗血管生成的分子机制综述如下。

1　抑制血管内皮细胞增殖并促进其凋亡

血管生成是在已有的血管网雏基础上，局部细胞通过分裂，芽生、扩展、延伸等机制，成熟为有内皮细胞的血管网。内皮细胞分裂和增殖是肿瘤血管生成的物质基础。目前研究已证实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，显著抑制人脐静脉内皮细胞（HUVECs）增殖，使细胞周期停滞于G0/G1期，诱导其凋亡并呈剂量和时间依赖性［3］。研究显示姜黄素在1、5、10μmol/L时，对人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的增殖和细胞周期的影响，表明姜黄素能抑制HUVECs的DNA的合成，也可以抑制纤维原细胞生长因子和内皮代偿性增生刺激的HUVECs的生长。HUVECs的转移增殖和分化导致血管形成，容易诱导和促进肿瘤发生［4］。有研究［5］应用流式细胞术检测浓度为5～160μmol/L姜黄素对HUVECs凋亡的影响，结果显示:姜黄素作用24h后，HUVECs凋亡率分别为5.5%～29.8%，与对照组2.1%的凋亡率相比，均有显著性差异。Gururaj等［6］体外实验中发现姜黄素减少HUVECs数量，并不是因为姜黄素对这些细胞毒性所致，而是诱导了细胞的凋亡。

2　抑制血管生成促进因子的表达

肿瘤血管生成过程存在血管生成因子与抑制因子之间的平衡失调。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介导血管生成。另外，血管生成素-1（Ang-1）和血管生成素-2（Ang-2）是另一类促血管生成因子（angiopoietins）家族成员，他们只结合Tie-2受体，调控血管稳定信号。血管生成抑制因子主要为血小板抑制素（TSP），它一方面可以直接抑制内皮细胞的迁移和诱导内皮细胞凋亡，另一方面拮抗血管生成促进因子的作用。总之，VEGF/VEGFR、angiopoietins/Tie-2以及TSP共同调节肿瘤血管的生长成熟和衰退过程。

目前，体内外实验研究均表明姜黄素的抗血管生成效应与血管生成因子密切相关。Gururaj等［6］采用腹膜血管生成尿囊绒膜两种体内血管生成分析系统，证实姜黄素能下调腹水肿瘤细胞（EAT）和内皮细胞促血管生成因子的表达，体外实验中，姜黄素呈时间依赖性（0～24h）抑制EAT细胞VEGF-1和VEGF-2的基因表达，以及抑制成纤维细胞瘤中VEGF-1和VEGF-2的基因及人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中KDR（VEGF-2）基因的表达。El-Azab等［7］研究发现，姜黄素具有抗肿瘤血管生成作用，可通过抑制VEGF及其对应受体，明显抑制荷瘤小鼠艾氏腹水癌细胞形成实体肿瘤的血管形成，说明姜黄素是一种特异性血管生成抑制剂。何静等［8］通过Transwell侵袭实验证实，姜黄素在下调人乳腺癌MCF-7细胞VEGF-C表达的同时，侵袭性也明显被抑制，并呈剂量依赖性。李勇等［9］研究了姜黄素对肝癌细胞系（HepG2），β-连环蛋白信号通路的影响，提示姜黄素确实可抑制肝癌细胞中VEGF的基因表达，从而抑制肝癌组织缺氧诱导的血管形成和肝癌细胞生长转移。

3　降低基质金属蛋白酶的活性

基质金属蛋白酶（MMPs）是一组结构相似、功能复杂的锌离子依赖性蛋白溶解酶，与肿瘤的发生、发展直接相关。以往人们基于对MMPs溶解细胞外基质和基底膜作用的有限认识，只是强调MMPs在肿瘤浸润生长和远处转移过程中扫除“障碍”的重要作用，而近来的研究表明，MMPs的生物学功能远非如此简单，它们在肿瘤原发灶和转移癌的持续生长以及肿瘤血管生成过程中同样起着极其关键的作用。迄今为止，MMPs在肿瘤发生、发展中的作用机制至少包括以下3点:（1）溶解细胞外基质和基底膜，直接为瘤细胞移行扫除障碍:这是最早认识的作用。（2）调控肿瘤细胞的黏附能力:MMPs/TIMPs比例关系的变化可以改变肿瘤细胞的黏附表型。（3）调控肿瘤血管生成因子:研究表明，基质金属蛋白酶可裂解纤溶酶原从而生成Angiostatin——一种内源性的强效血管生成抑制剂［10］。

据资料报道，姜黄色素无论是局部给药还是口服给药均具有明确的抗血管生成作用［11］。研究发现，姜黄色素可以通过抑制细胞信号传导通路的方式影响细胞中MMP-3、MMP-9、MMP-13两种基质金属蛋白酶的基因转录［12-13］。另有研究证明，姜黄色素可直接与血管生成过程起关键作用的另一种膜性金属蛋白酶——氨基肽酶N相结合从而抑制后者的活性［14］。姜黄素能影响细胞受体的连接和细胞间信号的传导，并呈剂量依赖性，细胞黏附测定分析表明，姜黄素可使黑素瘤细胞和层粘连蛋白、Ⅳ型胶原的结合在24h内下降50%以上，48h后下降到100%，另外，姜黄素下调黏附斑激酶（FAK）、基质金属蛋白酶（MMPs）及胶原酶活性，增强抗转移蛋白组织抑制金属蛋白酶（TIMP-2）、非转移基因（nm-23）和E-钙粘蛋白（E-cadherin）的表达［15］。Banerji等［16］发现姜黄素可以显著抑制鼠高侵袭性黑色素瘤细胞MMP-2的活性，从而使MT1-MMP和细胞信号途径中的局部粘着斑激酶（FAK）表达下降。由此可见，影响金属蛋白酶可能是姜黄素抗血管生成作用的主要机制之一。

4　通过磷脂酰肌醇-3-激酶信号途径抑制肿瘤血管生成

磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）信号通路参与了多种因子介导的肿瘤血管生成过程，其活化与肿瘤的发生、侵袭和转移密切相关。在血管生成因子VEGF和PDGF的作用下，肿瘤细胞通过EGF/PI3K/Akt/ FRAP通路促进肿瘤血管形成和生长。研究显示，激活的PI3K能够明显诱导VEGF mRNA表达，应用PI3K抑制剂可以显著抑制VEGF mRNA表达［17］。另外，肿瘤坏死因子（TNF）通过PI3K/AKT途径诱导内皮细胞的迁移，调节肿瘤血管形成［18］。cox-2刺激内皮细胞迁移和血管生成的主要机制是上调Bcl-2和激活PI3K/AKT通路［19］。这些证据提示，PI3K在恶性肿瘤的血管生成中起重要作用。Kiran等［20］研究证实，姜黄素具有抗血管生成作用，其机制为下调PI3K/AKT和促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径，从而下调VEGF、Ang-1、Ang-2和VEGFR-2等。另外，姜黄素不仅可以通过磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）信号途径抑制肿瘤血管生成，还可以通过调节NF-κB途径和PI3K/AKT通路诱导肿瘤细胞凋亡［21-23］。

5　展望

近年来，抗肿瘤血管生成已成为肿瘤治疗的基础和临床研究热点，是肿瘤导向治疗靶标，姜黄素可通过多种分子机制抑制肿瘤血管生成如上综述:（1）抑制血管内皮细胞增殖并促进其凋亡；（2）抑制血管生成促进因子的表达，包括血管内皮生长因子（VEGF），血管生成素-1（Ang-1），血管生成素-2（Ang-2）等，以及促进血管生成抑制因子——血小板抑制素（TSP）的表达；（3）降低基质金属蛋白酶（MMPs）的活性；（4）通过磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）信号途径抑制肿瘤血管生成。

但是，目前抗肿瘤研究的新思路集中在血管生成拟态（VM）的形成及其分子机制，而其机制与肿瘤血管生成可能存在千丝万缕的联系，如MMPs、PI3K/AKT通路等。针对抗VM抗肿瘤的研究目前较为明确的主要信号通路是EphA2与E-cadherin分子途径，研究表明EphA2与E-cadherin是调节VM形成的上游分子，二者共同表达于细胞与细胞间的黏附点，这两种分子之间存在交互作用；而PI3K是EphA2信号转导的中枢分子，激活后可发挥调整多种细胞的功能，如召集多种细胞信号分子，诱导细胞的迁移，存活及管道形成等［24］。Hess等［25］研究发现，PI3K是重要的VM调节因子，活化的PI3K催化二磷酸肌醇（PIP2）磷酸化从而发挥激活细胞信号转导的作用。PI3K通路可激活MMP-14和MMP-2，从而促进LN-5r2水解片段，从而促进VM的形成。因此，推测PI3K可以作为VM形成通路中信号转导的中枢分子。姜黄素的抗肿瘤作用机制广泛，其具有抗血管生成作用的同时是否也具有抗肿瘤VM的作用，以及是否存在中枢分子有待进一步研究。深入探讨姜黄素抗肿瘤血管生成的作用机制与肿瘤VM形成的关系，将为更有效的切断肿瘤血供奠定基础，有利于恶性肿瘤的防治。

1 Yu J，Zhou X，He X，et al.Curcumin induces apoptosis involving bax/ bcl-2 in human hepatoma SMMC-7721 cells.Asian Pac J Cancer Prev 201；12（8）:1925-1929

2 Nagaraju GP，Aliya S，Zafar SF，et al.The impact of curcumin on breast cancer.Integr Biol（Camb）2012；4（9）:996-1007

3 GururajAE，BelakavadiM，VenkateshDA，etal.molecular mechanisms of antiangiogenic effect of curcumin.Biochem Biophys Res Commun 2002；297（4）:934-942

4杨甫文，黄金中.姜黄素抗肿瘤机制研究进展.福州总医院学报2006；12（4）:248-251

5郑伟，杨向红，吴丽娜.姜黄素抗血管生成分子机制的探讨.中国肿瘤临床2007；34（12）:683-685

6 Gururaj AE，Belakavadi M，Venkatesh DA，et al.Molecular mechanisms of anti-angiogenic effect of curcumin.Biochem Biophys Res Commun 2002；297（4）:934

7 EL-Azab M，Hishe H，Moustafa Y，et al.Anti-angiogenic effect of resveratrol or curcumin in Ehrlich ascites carcinoma bearing mice.Eur J Pharmacol 2011；652（1-3）:7-14

8何静，刘安文，蔡靖，等.姜黄素对乳腺癌细胞VEGF-C表达及增殖、侵袭性的影响.肿瘤防治研究2011；38（10）:1109-1112

9李勇，肖雅玲，陈朝晖，等.姜黄素对人肝母细胞瘤细胞株HepG2内β-连环蛋白信号通路的影响.中华小儿外科杂志2014；35（7）: 535-540

10 Kleiner DE，Stetler-Stevenson WG.Matrix metalloproteinases an metastasis.Cancer Chemother Pharmacol 1999；43 Suppl:42-51

11 Mohan R，Sivak J，Ashton P，et al.Curcuminoids inhibit the angio genic response stimulated by fibroblast growth factor-2，including expression of matrix metallo-proteinase gelatinase B.J Bio Chem 2000；275（14）:10405-10412

12 Sylvester J，Liacini A，Li WQ，et al.Interleukin-17 signal transducfion pathways implicated in inducing matrix metalloprotinase 3-

13 and agglcanase-1genes in articular chondrocytes.Cell Signal 2004；16（4）:469-476

13张谦，罗苏明，韩振魁，等.姜黄素对人胃癌BGC-823细胞增殖及MMP-9、COX-2 mRNA表达的影响.中国医师杂志2013；15（2）: 170-173

14 Shim JS，Kim JH，Cho HY，et al.Irreversible inhibition of CD1 31 Aminopeptidase by the antiangiogenic agent curcumin.Chem Biol 2003；10（8）:695-704

15 Ray S，Chattopadhyay N，Mitra A，et al.Curcumin exhibits antimetastatic properties by modulating integrin receptors，collagenase activity，and expression of Nm23 and E-cadherin.J Environ Pathol Toxicol Oncol 2003；22（1）:49-58

16 Banerji A，Chakrabarti J，Mitra A，et al.Effect of curcumin on gelatinase A（MMP-2）activity in B16F10 melanoma cells.Cancer Lett 2004；211（2）:235-242

17 Zhong H，Chiles K，Feldser D，et al.Modulation of hypoxiainducible factor 1alpha expression by the epidermal growth factor/ phosphatidylinositol 3-kinase/PTEN/AKT/FRAP pathway in human prostatecancercells:implicationsfortumorangiogenesisand therapeutics.Cancer Res 2000；60（6）:1541-1545

18 Zhang R，Xu Y，Ekman N，et al.Etk/Bmx transactivates vascular endothelialial growth factor 2 and recruits phosphatidylinositol 3-kinase to mediate the tumor necrosis factor-inducesed angiogenic pathway.J Biol Chem 2003；278（51）:51267-51276

19 ThielA，HeinonenM，RintahakaJ，etal.Expressionof cyclooxygenase-2 is regulated by GSK-3beta in gastric cancer cells.J Biol Chem 2006；281（8）:4564-4569

20 Kiran MS，Kumar VB，Viji RI，etal.Opposingeffects of curcuminoidsonserumstimulatedandunstimulatedangiogenic response.J Cell Physiol 2008；215（1）:251-264

21 Sun SH，Huang HC，Huang C，et al.Cycle arrest and apoptosis in MDA-MB-231/Her2 cells induced by curcumin.Eur J Pharmacol 2012；690（1-3）:22-30

22 Sundram V，Chauhan SC，Ebeling M，et al.Curcumin attenuates pcatenin signaling in prostate cancer cells through activation of protein kinase DI.PLoS One 2012；7（4）:e35368

23 Shehzad A，Lee YSt.Molecular mechanisms of curcumin action: signal transduction.Biofactors 2013；39（1）:27-36

24 Xu BH，Shen XC，Zheng L，et al.Effect of sal Bonangiogenesisand tube formation of vascular endothelial cells.Chin Phar-macol Bull 2012；28（4）:496-500

25 Hess AR，Seftor EA，Gruman LM，et al.VE-cadherin regulates EphA2 in aggressive melanoma cells through a novel signaling pathway:implications for vasculogenic mimicry.Cancer Biol Ther 2006；5（2）:228-233

Advancement on effects of curcumin for molecular mechanism of anti-tumorangiogenesis

Wen Gao1，Yan-Jin He2，Feng-Ming Liang1

1Department of Ophthalmology，First Teaching Hospital of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine，Tianjin 300192，China；2EyeHospital，TianjinMedicalUniversity，Tianjin 300000，China

Correspondence to:Yan-Jin He.Eye Hospital，Tianjin Medical University，Tianjin 300000，China.yanjinhe88@gmail.com

2015-11-15 Accepted:2016-02-15

·Curcumin as one kind of phenolic pigment extracted from dietary spice turmeric，has various pharmacological activity，whichincludinganti-inflammatory，antioxidation，anticoagulation，hypolipidemic，antiatherosclerotic，antineoplasticandantimutagenicity. Inducingapoptosisoftumorcellsisoneofthe mechanisms of anti-tumor as well as anti-tumorangiogenesis.The mechanisms of anti-angiogenesis includeeffectingtheproliferationandapoptosisof vascular endothelial cell；inhibiting the expression of angiogenesis-promotingfactor，suchasinhibiting vascular endothelialgrowthfactor（VEGF）andits receptor to inhibit the formation of angiogenesis of tumor；reducing the activity of matrix metalloproteinases（MMPs）and acting through the phosphatidylinositol-3-kinase（PI3K）signaling pathway，the mechanism of which is to down-regulating the PI3K/AKT and MAPK pathways in order to down-regulating VEGF，Ang-1，Ang-2，VEGFR-2 and etc.Further research for effects of curcumin for mechanism of anti-tumor-angiogenesis will lay the foundation of more effective therapy on antitumor-angiogenesis，which is useful for prevention and treatment of cancer.

curcumin；angiogenesis of tumor；vascular endothelial growthfactor；matrixmetalloproteinases；phosphatidylinositol-3-kinase

1（300192）中国天津市，天津中医药大学第一附属医院眼科；2（300000）中国天津市，天津医科大学眼科医院

高文，女，毕业于天津医科大学，硕士，主治医师，研究方向:眼肿瘤。

何彦津，主任医师，教授，博士研究生导师，研究方向:眼肿瘤.yanjinhe88@gmail.com

2015-11-15

2016-02-15

Gao W，He YJ，Liang FM.Advancement on effects of curcumin for molecular mechanism of anti-tumor-angiogenesis. Guoji Yanke Zazhi（Int Eye Sci）2016；16（3）:466-468

10.3980/j.issn.1672-5123.2016.3.15