大蒜素诱导肿瘤细胞凋亡的研究进展

师瑞红，陈文超，刘 芳

(河南医学高等专科学校生理学教研室，河南 郑州 451191)

大蒜素诱导肿瘤细胞凋亡的研究进展

师瑞红，陈文超，刘 芳

(河南医学高等专科学校生理学教研室，河南 郑州 451191)

肿瘤是当前威胁人类生命的主要疾病之一。细胞的增殖和凋亡关系失调是肿瘤发生、发展的重要因素。大蒜素既对肿瘤细胞的增殖有抑制作用，也能诱导肿瘤细胞凋亡。大蒜素对肿瘤细胞的凋亡诱导作用是多因素、多水平的复杂的生物学过程，但其具体机制还不十分清楚。本文就大蒜素诱导肿瘤细胞凋亡的研究进展进行综述，包括抗氧化作用、调控基因表达、调控蛋白表达、改变信号转导通路和阻滞细胞周期等方面。

肿瘤；大蒜素；细胞凋亡

大蒜素是大蒜中主要生物活性成分的总称，是多种烯丙基有机硫化物复合体，主要成分为二烯丙基二硫化物(又称大蒜辣素)和二烯丙基三硫化物(又称大蒜新素)[1]。新鲜大蒜中并没有大蒜素，当大蒜被破碎后，其中的蒜氨酸酶被激活，催化蒜氨酸转化为大蒜素。大蒜素具有多种生物学功能，如抗菌、降低胆固醇、抗血小板聚集、护肝、预防心血管疾病、降低血压和抗肿瘤等。

肿瘤是机体在各种致癌因素作用下，局部组织的某一个细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致其克隆性异常增生而形成的异常病变。正常情况下，细胞的增殖和凋亡并存，并且两者相互协调，维持在一个动态的平衡状态，细胞的增殖和凋亡关系失调是肿瘤发生、发展的重要因素。

多项研究[2]证实大蒜素能够降低多种不同类型肿瘤的风险，包括肺癌、胃癌、结肠癌和肝癌。大蒜素既对肿瘤细胞的增殖有抑制作用，也能诱导肿瘤细胞凋亡。大蒜素对肿瘤细胞的凋亡诱导作用是多层次、多靶点的[3]。现从抗氧化作用、调控基因表达、调控蛋白表达、改变信号转导通路和阻滞细胞周期这几个方面的研究进行综述。

1 抗氧化作用

多种氧化物都是恶性肿瘤的诱导因子。许多促癌剂或致癌剂导致细胞产生过多的活性氧并且超过细胞的清除能力时，细胞DNA分子的氧化性损伤就成了癌变的始发因素。大蒜素所含的巯基和亲电子基团具有清除活性氧自由基的功能。Louis等[4]发现，大蒜提取物能抑制去甲肾上腺素诱导的大鼠心肌细胞肥厚和凋亡，具有抗氧化应激的作用，其机制可能与产生一氧化氮和硫化氢有关。梁宗英等[5]的结果表明，大蒜素能降低人肺癌H460细胞的增殖率，并促进其凋亡，有良好的抗肿瘤效应，其机制可能与对抗氧自由基有关。大蒜素一方面可以通过维持线粒体细胞膜蛋白的功能，提高ATP的产生，降低细胞色素C的释放等多种途径维持线粒体生物学功能，进而清除氧自由基，另一方面可以减少活性氧的产生和脂质过氧化，维持内生性过氧化物酶的活性，缓解组织氧化压力，保护DNA、脂质、蛋白质，减少细胞癌变的诱发因素[6]。

2 调控基因表达

P53基因是正常细胞内重要的抑癌基因，P53基因突变可导致细胞癌变。P53基因在正常情况下对细胞分裂起着减慢或监视的作用。引起肿瘤形成或细胞转化的P53蛋白是P53基因突变的产物，是一种肿瘤促进因子。陈永东等[7]的研究发现大蒜素前药(大蒜组织损伤时释放的蒜氨酸)通过干扰食管癌细胞Eca9706的P53基因mRNA表达，从而阻断了基因的逆转录和蛋白质表达，达到抑制肿瘤细胞的目的，其原理可能是提高肿瘤组织内cAMP水平从而抑制肿瘤的过度增殖，也可能是直接杀伤肿瘤细胞或者增强免疫细胞活性。

P21基因为抑癌基因，在多数肿瘤组织中表达减少甚至缺失，其表达下调对于肿瘤的发生具有重要的意义。P27基因属于P21家族成员，是作用于细胞周期的负性调控因子，亦能通过阻滞细胞周期而抑制肿瘤细胞发生并诱导细胞凋亡。魏万敏等[8]的研究表明，大蒜能抑制人白血病细胞系K562细胞的增殖并诱导其凋亡，其作用机制可能与上调P27基因的表达有关。

P16基因也是抑癌基因，其表达下调对于肿瘤的发生、发展具有重要的促进作用。P16直接参与细胞周期调控，能阻断细胞周期从G1到S期转换，抑制细胞增殖与分裂。相关研究[8-9]发现，大蒜素处理后的肿瘤细胞P16基因的表达增加，推测其抑制细胞的增殖并诱导凋亡的作用机制可能与该基因的上调有关。王琰等[9]在对大肠癌细胞系LoVo的研究中还发现，大蒜素下调COX-2基因表达后，P16表达上调，两者共同发挥作用，抑制细胞增殖并诱导细胞凋亡，推测COX-2可能是Bcl-2表达的上游调控因子。

Bcl-2家族基因在细胞凋亡过程中均发挥着重要的调控作用[10]。Bcl-2家族基因可以分为两大类，一类是抗凋亡的，主要有Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-W、Mcl-1、Ced-9等，另一类是促凋亡的，主要包括Bax、Bak、Bcl-xS、Bad等。Bax是极重要的促细胞凋亡基因之一，Bax编码的Bax蛋白可与Bcl-2形成异二聚体，对Bcl-2产生抑制作用。Bax/Bcl-2两者之间的比例关系是决定对细胞凋亡抑制作用强弱的关键因素。相关研究[11-13]发现一定浓度大蒜素作用于肿瘤细胞一定时间，能上调Bax基因表达，下调Bcl-2基因表达，诱导细胞凋亡，Bax/Bcl-2比值越高则促凋亡作用越强。

Caspase家族基因在细胞凋亡过程中均发挥着重要的调控作用[14]，Caspase-3参与细胞凋亡启动以及整个凋亡过程的调节[11]。王菊岩等[15]的实验表明，大蒜素可诱导Caspase-3 mRNA(哺乳动物细胞凋亡的关键酶)的表达增强来干扰胃癌MKN45细胞的正常细胞周期,促使细胞凋亡。

Survivin基因是迄今发现的最强有效的凋亡抑制因子，能够抑制肿瘤细胞的增值、迁移能力。有研究[16]发现，Survivin在肺癌、乳腺癌、胰腺癌、直肠癌、前列腺癌等人类多数肿瘤中均呈现出高表达。王先坤等[17]研究发现，大蒜素对二甲肼诱导的实验性大鼠大肠癌具有良好的防治作用，可有效抑制大肠癌的发展与转移，其机制可能与抑制Survivn基因的表达有关。

3 调控Caspase蛋白、Bax蛋白和Survivn因子的表达

Caspase家族的成员有10余种，该家族的激活在细胞凋亡过程中起到了至关重要的作用，被认为是凋亡发生的直接效应物。Caspase-9是线粒体凋亡途径的关键蛋白酶，其活化后可进一步激活Caspase-3。Caspase-3是Caspase家族的重要成员，是细胞凋亡过程的关键酶，其活化标志着凋亡进入不可逆阶段，Caspase-3活化后可裂解DNA修复相关分子、凋亡抑制蛋白、细胞外基质蛋白和骨架蛋白等，促进细胞凋亡[8]。

徐岚等[18]的研究发现大蒜素提高了人子宫内膜癌细胞株HEC-1中Caspase-3和Caspase-9蛋白的表达。王琰等[9]在对大肠癌细胞系LoVo的研究中也发现大蒜素增加了肿瘤细胞Caspase-3活性，推测其抑制肿瘤细胞的增殖并诱导凋亡的机制可能与Caspase蛋白的表达增加有关。陈传军等[19]研究大蒜素对人肝癌细胞HepG-2生长的影响，发现大蒜素诱导肝癌细胞凋亡与对G0/G1期的阻滞有关，其分子机制涉及上调Bax、Caspase-3表达。有研究[8,20]表明，大蒜素除了能增加细胞Caspase-3、Caspase-9活性外还能降低线粒体膜电位。正常细胞中线粒体膜电位维持在一定水平，当线粒体膜电位耗散时，线粒体呼吸链受损，ATP合成受抑制，线粒体释放细胞色素C等线粒体蛋白，通过信号转导，激活Caspase级联反应和其他凋亡相关蛋白，伴随活性氧水平升高，使DNA断裂，并产生凋亡小体，导致细胞凋亡。

Bax蛋白是一种Bcl-2家族的前凋亡蛋白，它可构成跨线粒体外膜的孔，并导致膜电位的降低和细胞色素C及凋亡诱导因子的外流，进一步引起细胞凋亡级联反应的发生[21-22]。贾丽等[23]的研究表明大蒜素对荷子宫内膜癌裸小鼠移植瘤生长具有抑制作用，机制可能与大蒜素能够下调Bcl-2表达、上调Bax和Caspase-3表达、提高Bax/Bcl-2表达比值进而促进肿瘤细胞凋亡有关。有研究[20,24]发现，大蒜素处理后肿瘤细胞内Bax的蛋白表达上调，推测可能通过细胞色素C的释放及其相关通路活化发挥促凋亡的作用。张文陆等[20]的研究还发现大蒜素能够促进Fas、Caspase-8蛋白的表达，诱导胃癌细胞凋亡，即死亡受体通路也参与了大蒜素诱导胃癌细胞的凋亡。

Survivin是凋亡抑制蛋白家族的新成员，Survivin具有肿瘤特异性，只表达于肿瘤和胚胎组织，且与肿瘤细胞的分化增殖及浸润转移密切相关。邵乐宁等[25]的报道称Survivn可通过抑制线粒体细胞色素C的释放，直接或间接抑制凋亡下游效应分子Caspase-3和Caspase-7蛋白的表达来促进肿瘤进展。王先坤等[17]的研究发现，大蒜素对二甲肼诱导的实验性大鼠大肠癌具有良好的防止作用，可能是由于抑制Survivn基因的表达﹑上调Caspase-3和Caspase-7水平，从而促进肿瘤细胞的凋亡。

4 改变信号转导通路

大蒜素能够通过改变信号通路诱导肿瘤细胞的凋亡。JAK/STAT3信号通路与多种肿瘤的病理过程密切相关，是细胞内最主要的信号通路。董志刚等[26]在对肝细胞性肝癌的肿瘤进展和预后的相关研究中发现此信号通路的过度激活在肝癌的发生、发展过程中发挥着重要的作用。张彬等[27]探讨了大蒜素诱导人子宫内膜癌细胞株RL-952细胞凋亡的相关机制，结果表明大蒜素能够剂量和时间依从性抑制肿瘤细胞增殖，推测其机制可能是通过抑制JAK/STAT3信号转导通路而实现的。徐岚等[18]对大蒜素诱导人子宫内膜癌细胞株HEC-1细胞凋亡相关机制进行研究，结果显示大蒜素能够有效提高ERK1/2蛋白的表达，表明异常的ERK信号通路也参与了人子宫内膜癌细胞株HEC-1的增殖过程，且大蒜素可能是通过调节异常的ERK信号通路发挥对肿瘤细胞的增殖抑制作用。孔春芳等[28]的报道表明，现已证实NF-κB、JNK、ERK1/2、P38 MAPK及血管内皮生长因子等信号传导通路在多种实体瘤及血液系统肿瘤中均异常活化，通过影响这些信号传导通路可以抑制肿瘤细胞增殖及诱导凋亡。

5 阻滞细胞周期

细胞周期可分为间期和M期2个阶段，其间期包括G1期、S期与G2期。细胞周期是一个复杂有序并受严格调控的过程，其调控因子主要有细胞周期蛋白(Cyclin)和周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinase，CDK)。

近年来国内外大量研究[29]表明，大蒜素能通过多种途径使肿瘤细胞阻滞在G2/M期，诱导肿瘤细胞凋亡，这种作用效果可能与大蒜素调控活性氧簇、检查点激酶细胞CDK 1、CDK 7、Cyclin B1激酶、细胞分裂周期蛋白和X连锁凋亡抑制蛋白等的表达水平有关，而这些因子在细胞周期进程中都起着重要作用[30]。

李永生等[29]探讨了大蒜素联合长春新碱对膀胱癌BIU-87细胞增殖和凋亡的影响。大蒜素可增强长春新碱对膀胱癌BIU-87细胞增殖抑制作用；同时，RT-PCR结果显示，大蒜素联合长春新碱能有效降低膀胱癌BIU-87细胞株CDK 1和Cyclin B1 mRNA的表达，并有效地降低膀胱癌BIU-87细胞株CDK 1和Cyclin B1蛋白的表达，大蒜素诱导细胞凋亡的机制可能与下调CDK 1和Cyclin B1的表达有关。丛利家等[31]的报道称大蒜素诱导细胞凋亡的机制可能与下调CDK 1和Cyclin B1的表达有关。有研究表明大蒜素可下调Cyclin D1蛋白的表达，同时上调P21kip1蛋白的表达，大蒜素所诱导的Cyclin D1蛋白表达的减少,使肿瘤细胞中Cyclin D1-CDK 4/6复合物的形成也减少；而同时大蒜素所诱发的P21kip1蛋白表达的增加将抑制CDKs的活性，2条途径共同作用阻滞了细胞周期[32]。张永奎等[33]的研究结果表明，Saos-2细胞中有27个大蒜素敏感蛋白，其中下调18个，上调9个。其中有将近一半的蛋白质(13/27)与细胞周期和(或)细胞凋亡相关。

Wang等[34]用大蒜素处理人黑色素瘤A375细胞和基底细胞癌细胞，结果发现细胞被阻滞在G2/M期，从而诱导肿瘤细胞凋亡。Kelker等[35]研究发现应用大蒜素后B细胞淋巴瘤的微管蛋白解聚阻止了正常纺锤体微管的形成，从而导致肿瘤细胞有丝分裂停滞在G2/M期。王保才等[36]研究发现,大蒜素将人胰腺癌细胞株PANC-1的细胞周期阻滞于G2/M期。贾利刚等[37]在对人子宫内膜癌Ishikawa细胞的研究中发现，大蒜素能明显抑制Ishikawa细胞的生长，诱导其凋亡，表现为G2/M期阻滞。

除此之外，研究还发现大蒜素对宫颈癌HeLa细胞[38]、人食管癌EC9706细胞[39]、人骨肉瘤细胞株的细胞周期都有阻滞作用[40]。

总之，大蒜素对肿瘤细胞的凋亡诱导作用是多因素、多水平的复杂生物学过程，其机制还有待更进一步的研究。

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师瑞红(1982-),女，硕士，讲师，主要从事生理学教学和科研工作。E-mial：269584749@qq.com

10.3969/j.issn.1673-5412.2017.03.035

R730.23

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1673-5412(2017)03-0274-04

2016-01-20)