大蒜素药理学作用机制及研究进展

彭 敏

(湖北省武汉市中医医院,湖北 武汉 430014)

大蒜载于《神农本草经》, 为百合科植物大蒜( Allium sativum L.)的鳞茎,别名独蒜、独头蒜、胡蒜。大蒜味辛，性温；归脾、胃、肺经，具有暖脾胃、行滞气、解毒功能。大蒜素是大蒜中含硫有机化合物的主要有效成分，化学名为二烯丙基三硫化物，其分子式为C6H9S3,结构式为CH2=CH-CH2-S-S-S-CH2-CH=CH2。近年来大量国内外研究表明，大蒜素具有多种药理学作用，对肿瘤、心血管系统疾病有良好的治疗作用[1]。此外，还具有抗炎、抗菌、抗氧化作用。本文基于目前国内外关于大蒜素的研究综述其在各种疾病中的药理学作用机制。

1 抗肿瘤作用

1.1皮肤癌 研究表明，大蒜素通过调控JNK和Akt信号通路抑制佛波酯(TPA)诱导小鼠皮肤肿瘤中AP-1活化和COX-2表达，进而起到抵抗小鼠皮肤癌的作用。Shrotriya等[2]用不同的大蒜烯丙基硫化物衍生物干预TPA诱导的小鼠皮肤癌，发现大蒜素抑制TPA诱导的COX-2表达最有效，并伴随调控COX-2的转录因子AP-1DNA结合活性降低。同时,大蒜素减少TPA诱导c-Jun和c-Fos(AP-1主要组成成分)表达,抑制JNK和Akt的活性。分别给予JNK或Akt抑制剂SP600125或LY294002,发现TPA诱导的小鼠皮肤癌中AP-1DNA结合活性降低,c-Jun和c-Fos表达减弱，COX-2表达被抑制。以c-Jun融合蛋白作为底物的JNK或Akt激酶活性分析表明，大蒜素或SP600125或LY294002显著减弱TPA诱导小鼠皮肤癌中JNK或Akt介导c-Jun磷酸化。提示大蒜素抗小鼠皮肤癌是通过调控JNK和Akt信号通路,抑制TPA诱导AP-1活化和COX-2表达实现。在Wang等[3]研究中发现大蒜素能有效促进基底细胞癌(BCC)细胞凋亡，并呈现出剂量依赖性，表现为上调p53磷酸化和促凋亡基因Bax表达，下调抗凋亡基因Bcl-2 和Bcl-xl表达。同时，大蒜素促进细胞色素C、促凋亡因子和HtrA2/Omi(线粒体促凋亡因子)释放到细胞质，激活通过依赖机制和非依赖机制凋亡的下游因子，包括凋亡因子核转位，核酸内切酶G和Caspase级联反应。此外，大蒜素诱发内源性内质网(ER)应激标志物和细胞内Ca2+释放，上调Bip/GRP78 和CHOP/GADD153表达，激活Caspase-4活性。提示大蒜素通过ER应激和线粒体通路改变BCC细胞中相关化学势来诱导其细胞凋亡。

1.2肝癌 Zou等[4]用适宜浓度大蒜素、二甲基亚砜(DMSO)、5-氟尿嘧啶(5-Fu)及大蒜素+5-Fu分别处理肝癌细胞, 大蒜素+5-Fu组能显著促进裸鼠肝癌(HCC)细胞凋亡，抑制移植瘤生长。实验表明，大蒜素与5-Fu合用时，与单独使用组相比，细胞内活性氧簇(ROS)水平明显上升，线粒体膜电位(ΔΨm)水平下降，Caspase-3和PARP表达激活， Bcl-2表达下调。实验进一步证实，ROS抑制剂抗氧化剂N-acetyl cysteine (NAC)抑制Caspase-3和PARP表达。提示大蒜素通过ROS介导线粒体途径来增强HCC细胞对5-Fu诱导的细胞凋亡敏感性。Chu等[5]通过蛋白印迹法观察到大蒜素下调HepG2肝癌细胞中胞质p53，PI3K/mTOR信号通路及Bcl-2蛋白水平，上调AMPK/TSC2和Beclin-1信号通路。这表明大蒜素抗肝癌作用是通过诱导p53介导细胞自噬实现的。

1.3胃癌 哈敏文等[6]研究大蒜素对MGC-803胃癌细胞株细胞周期影响及相关作用机制。分别用浓度依次为3 μg/mL、6 μg/mL、9 μg/mL大蒜素干预MGC-803细胞株24 h，观察到G0/G1期细胞比例显著下降，G2/M期细胞比例显著上升，其中，6 μg/mL大蒜素组细胞分裂指数大幅度增高；并伴随p21WAF1、p16INK4 mRNA和蛋白表达水平显著上调。这表明，大蒜素上调p21WAF1和p16INK4表达使细胞周期阻滞于M期从而抑制胃癌发生。Tao等[7]用流式细胞仪检测发现大蒜素能将人胃癌SGC-7901细胞周期阻滞于G2/M期。另外，有研究表明大蒜素通过p38丝裂原活化蛋白激酶/Caspase-3信号通路诱导MGC-803胃癌细胞凋亡[8]。Cosentino等[9]用不同浓度大蒜素处理MGC-803细胞，结果显示其凋亡率呈现出时间和浓度依赖性，并伴随p38和cleaved-Caspase-3表达增加。

1.4前列腺癌 Bax和Bak是线粒体通路诱导细胞凋亡的关键调控因子[9]。Dong等[10]在对PC-3前列腺癌移植瘤体内研究中发现大蒜素能显著抑制裸鼠体内PC-3移植瘤生长。治疗20 d后，与对照组相比，大蒜素组中肿瘤平均体积约为对照组3倍，并呈现出大量细胞凋亡小体。用免疫印迹法检测对照组和大蒜素组中肿瘤Bax、Bak、Bcl-xL、Bid和Bcl-2蛋白表达,结果显示，与对照组相比，大蒜素组肿瘤中Bax和 Bak表达显著上调,二者分别为对照组的2.1倍和3.7倍,与体外细胞培养实验结果一致。表明大蒜素介导前列腺癌移植瘤生长抑制作用与诱导凋亡蛋白Bax和Bak表达有关。 另有研究表明,大蒜素诱导PC-3和DU145前列腺癌细胞凋亡与c-Jun氨基末端激酶(JNK)和细胞外信号调节激酶介导Bcl-2磷酸化有关[11]。

1.5卵巢癌 在研究大蒜素诱导SKOV3卵巢癌细胞凋亡作用机制的研究中，Xu等[12]用适宜浓度的大蒜素和JNK抑制剂SP600125处理SKOV3，与对照组相比,发现两者合用或者单独使用大蒜素时，均能有效诱导SKOV3细胞凋亡；而单独使用SP600125时，SKOV3细胞凋亡率和JNK磷酸化无明显变化。用人磷酸化激酶阵列筛选相关信号通路,25 μg/mL大蒜素处理SKOV3细胞15 min后检测到JNK磷酸化峰值，且JNK磷酸化呈现出时间和剂量依赖性,提示JNK MAPK信号通路是大蒜素抗卵巢癌作用最主要通路。研究者还发现JNK活化激活Bcl-2基因家族，线粒体介导信号通路，导致大量Bax基因和细胞色素C释放。表明大蒜素诱导人卵巢细胞凋亡作用与JNK活化和线粒体Bax(促凋亡蛋白)易位有关。

1.6结肠癌 高勇等[13]研究了大蒜素对LoVo结肠癌细胞侵袭和转移作用并探讨其作用机制。用适宜浓度大蒜素干预LoVo细胞，发现大蒜素显著抑制LoVo细胞黏附、迁移和侵袭，并呈现出剂量、时间依赖性。实验结果显示，3 μg/mL、6 μg/mL大蒜素处理LoVo细胞24 h后，其黏附抑制率分别为19%和28%，迁移抑制率分别为28%和46%，侵袭抑制率分别为44%和65%，并伴随着VEGF、uPAR和HPA表达下调。以上结果表明非细胞毒性浓度大蒜素通过下调VEGF、uPAR及HPA mRNA表达抑制LoVo细胞黏附、迁移和侵袭从而抑制结肠癌发生。

1.7胰腺癌 研究表明,用100 μmol/L大蒜素处理含野生型p53基因Capan-2胰腺癌细胞，发现大蒜素能有效抑制其增殖[14]。Western印迹分析显示在大蒜素干预下，Capan-2细胞中Fas,抑癌基因蛋白p21,抑癌基因蛋白p53和cyclin B1表达增强,Akt、cyclin D1、MDM2和Bcl-2(抗凋亡蛋白)表达减弱。大蒜素使Capan-2细胞中G2/M期细胞比例显著增加，细胞增殖周期停滞于G2/M期，伴随上调cyclin B1和p21表达,下调cyclin D1表达。提示大蒜素通过阻滞细胞周期抑制Capan-2细胞增殖。

1.8鼻咽癌 Ji等[15]研究用不同浓度大蒜素处理CNE2鼻咽癌细胞，大蒜素表现出剂量依赖性抑制鼻咽肿瘤细胞生长作用，CNE2细胞凋亡率最高可达62.4%，并伴随着p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)和Caspase-8高表达。研究者通过对比发现，当仅向CNE2鼻咽癌细胞中加入SB203580(p38MAPK抑制剂)和 Z-LETD-FMK(Caspase-8抑制剂)时,CNE2鼻咽癌细胞的凋亡率分别下降了9.1%和10%。提示大蒜素通过激活p38MAPK和Caspase-8表达诱导CNE2鼻咽癌细胞从而抑制鼻咽癌发生。

2 心血管保护作用

2.1高血脂 有研究表明80 mg/(kg·d)大蒜素可显著降低大鼠血三酰甘油(TG)水平，使TG从(96±25)mg/dL下降到(71±19)mg/dL[16]。Zhou等[17]研究发现,20～50 μmol/L大蒜素可有效地降低HepG2细胞总胆固醇(TC)和三酰甘油(TG),且无显著细胞毒性。同时,大蒜素上调过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPAR-α)和肝细胞核因子4α(HNF-4α) mRNA表达,下调胆固醇7α-羟化酶(CYP7A1) mRNA表达。提示大蒜素可作为一种潜在降血脂药物用来调节脂质代谢紊乱，其降脂部分机制可能是通过PPAR-α依赖性通路来介导实现的。

2.2心律失常 在大蒜素对正常大鼠HEK293心室肌细胞HERG电流作用研究中,张建成等[18]发现大蒜素显著阻滞HEK293细胞HERG电流,呈浓度依赖性；降低HERG电流-电压曲线，呈电压依赖性；通过研究门控机制表明：在大蒜素干预下，当HEK293细胞中通道激活曲线移向更正方向时，延迟被激活；当通道稳态失活移向更负方向时，失活被加速。由于通道灭活慢时间常数被缩短, 通道灭活被极大加速。以上结果表明大蒜素具有抗心律失常作用,该作用的细胞电生理基础可能是与其抑制HEK293心室肌细胞上HERG电流有关。

2.3糖尿病性心肌病 研究表明, 高糖诱导活性氧(ROS)可导致糖尿病心肌病[19]。Kuo等[19]用5.5/33 mmol/L葡萄糖处理H9c2细胞36 h，发现大蒜素降低H9 c2细胞中ROS水平，p22 phox、gp91 phox、JNK磷酸化和c-Jun磷酸化水平，且呈现剂量依赖性。此外，大蒜素还抑制高糖诱导caspase3活化和NF-κB的核转位。实验结果表明JNK/NFκB信号通路是影响大蒜素抵抗高糖诱导心肌病作用的最主要通路。大蒜素通过抑制NADPH氧化酶相关ROS及其下游JNK/NFκB信号通路来抑制高糖诱导心肌细胞凋亡。

2.4自发性高血压 在Elkayam等[16]研究大蒜素对自发性高血压大鼠心血管危险因素影响研究中,发现向自发性高血压大鼠饮食中连续6周添加80 mg/kg大蒜素可显著降低大鼠收缩压(SBP)，使SBP从(190±7.5)mmHg下降到(168±5.7)mmHg。Shouk等[20]从PubMed中筛选大量相关文献并系统综述了大蒜和其生物活性成分S-烯丙基半胱氨酸和大蒜素在细胞水平和分子水平上降压作用机制。研究结果表明S-烯丙基半胱氨酸和大蒜素的降压作用与氧化应激、NO生物利用度、H2S生成、血管紧张素转换酶活性这些因素有关；同时，与核因子-κB和血管平滑肌细胞增殖的表达密切相关。

3 其 他

3.1抗氧化 Horev-Azaria等[21]用大蒜素处理血管内皮细胞，发现大蒜素能有效增加细胞中谷胱甘肽水平。10～20 μmol/L大蒜素干预血管内皮细胞28 h，细胞中谷胱甘肽含量与干预前比较增加了8倍，并呈现出浓度和时间依赖性。同时，大蒜素上调Ⅱ相解毒酶硫氧还蛋白还原酶1和2，血红素加氧酶-1和谷胱甘肽生物合成限速酶表达。提示大蒜素是通过上调Ⅱ相解毒酶和增加细胞谷胱甘肽含量阻止活性氧损伤。

3.2抗炎 NF-κB是诱导细胞凋亡、介导细胞增殖分化、介导炎症免疫的关键性转录因子[22]。在三硝基苯磺酸诱导的结肠炎研究中， Li等[23]发现大蒜素能有效改善三硝基苯磺酸所致大鼠结肠炎症，降低血清TNF-α、血清IL-1β，血清IL-4水平和结肠IL-1βmRNA水平。研究者通过对比试验发现，当用1 ng/mL IL-1β处理Caco-2细胞时，IL-1β激活P38，ERK和JNK通路；当用大蒜素处理Caco-2细胞时，大蒜素仅激活ERK通路，抑制p38和JNK通路。以上结果提示大蒜素抗炎症机制为下调NF-κB表达、抑制P38和JNK通路。

3.3抗菌 Sharifi-Rad等[24]研究大蒜素、Ag NPs及大蒜素和Ag NPs的组合对耐甲氧西林金葡菌(MRSA)诱导小鼠皮肤感染影响。体外细胞试验显示，大蒜素组MIC和MBC分别为2.2 mg/mL和3.1 ppm，Ag NPs组MIC和MBC分别为5.6 mg/mL和7.5 ppm，大蒜素和Ag NPs组合组MIC和MBC分别为0.4 mg/mL和1.1 ppm。在体内试验中，大蒜素和Ag NPs组合组中小鼠感染皮肤细菌计数低至0 CFU/mL。该实验表明大蒜素和Ag NPs可协同提高MRSA导致皮肤感染治疗效果；其可能抗菌作用机制为大蒜素和Ag NPs协同产生抗生物膜活性，以抵抗抗生素对MRSA菌株耐药性[25-26]。

4 结 语

大蒜作为一种药食同源植物，在我国已有几千年应用历史。大蒜素作为大蒜主要活性成分之一，俨然成为现代医药学研究中一个炙手可热的焦点。大量国内外文献证实，大蒜素具有较强抑制肿瘤作用，对鼻咽癌、肝癌、胃癌、卵巢癌、前列腺癌、皮肤癌、胰腺癌、结肠癌均有很好地预防及治疗作用，且毒副作用小，是一种极具有前景的抗癌药物。此外，大蒜素对心血管具有良好的保护作用，对高血脂、心律失常、自发性高血压和糖尿病性心肌病皆具有治疗作用。随着研究的逐步深入，大蒜素在其他方面潜在的药理学作用及价值将被逐一发掘。

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