人参皂苷减轻结肠癌化疗副反应机制的研究进展

王启龙，张春泽,张伟华

(1.天津中医药大学,天津 300049;2.天津市人民医院,天津 300121)

结肠癌是常见的消化系统恶性肿瘤之一，发病率位于胃肠道肿瘤的第3位。我国结肠癌发病率呈逐年上升趋势，严重危害了人们的生命健康。目前临床上对结肠癌的治疗常以手术、化疗以及中药辅助化疗的方法。化疗是目前治疗癌症最有效的手段之一，但是许多化疗药物对正常组织具有严重细胞毒性和刺激性，最新研究表明，肿瘤患者化疗过程中的毒副作用主要是化疗药物通过半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase-3)和gasdermin E(GSDME)介导正常细胞的焦亡过程实现的[1]。但是大部分化疗的不良反应和毒副作用是可逆的，通过使用一些人参皂苷类药物可以控制或者减轻化疗的毒副作用。目前人参皂苷的药理活性备受关注，本文将对细胞焦亡机制和人参皂苷的药理作用机制进行综述。

1 细胞焦亡

细胞焦亡是近年来新发现的一种有别于凋亡和坏死的具有促炎作用的细胞死亡方式，细胞凋亡涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，并不是病理条件下，自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程；而细胞焦亡是一种程序性细胞死亡[2]，可激活强烈的炎症反应，在炎性反应与免疫防御方面起到重要的作用。

1.1 细胞焦亡特性

发生焦亡的细胞会出现细胞核浓缩、染色质DNA断裂、TUNEL染色阳性、Annexin V染色阳性。炎症性Caspase是天然免疫防御的关键。Caspase过度活化能导致许多自身炎症、自身免疫甚至代谢疾病[3]。

1.2 GSDMD

研究发现的GSDMD，可由经典炎性通路激活Caspase,诱导细胞焦亡的进行。Gasdermin D(GSDMD)作为gasdermin蛋白家族的一员，与之家族其他蛋白之间有大约45%的同源性，如GSDMA，GSDMB，GSDMC，DFNA5等。被炎性Caspase切割后，Gasdermin蛋白家族可裂解出现Gasdermin-N与Gasdermin-C两个具有活性的结构域。其N端结构可直接诱导细胞焦亡的产生。Sborgi等证实了Gasdermin-N在细胞焦亡过程中具有不可替代的作用[4]，同期研究观察到GSDMD-N端结构域能靶向结合人工生物膜，导致细胞膜穿孔诱发焦亡的产生[5-6]。

1.3 GSDME

实验研究中最早被命名为DFNA5的GSDME是属于GSDMD的Gasdermin家族一员，参与诱导细胞死亡，并被认为是肿瘤抑制因子[7-9]，在炎性Caspase的切割下可诱导细胞焦亡的产生。Caspase-3可以特异性的切割与GSDME相关的蛋白，产生的 DFNA5-N片段以质膜为靶点，可以在质膜上形成众多平均直径为21nm的孔，使细胞膜失去完整性，导致细胞膜失去调控物质进出的能力，同时白细胞介素-1β(IL-1β)可以顺利通过这些孔隙，诱发炎症反应、募集更多的炎症细胞，扩大炎症反应[10-11]。

值得注意的是，GSMDE在大多数癌症细胞中是极低表达的，而在正常组织细胞中可以正常表达[12-13]，所以化疗药物不仅仅可以灭杀癌细胞，也可以通过Caspase-3和GSDME介导正常细胞的焦亡产生，从而使患者出现化疗药物的毒副作用，导致患者生存质量普遍下降，甚至因不能耐受而被迫中止化疗药物治疗。

史氏等使用细胞焦亡模型iBMDMs细胞敲出了GSDMD后，发现阻断了 LFn-BsaK诱导的细胞焦亡，而同时当恢复GSDMD表达时，LFn-BsaK诱导的细胞焦亡形式出现，而且当敲除GSDMD后，用LFn-Flic诱导细胞焦亡，没有发生焦亡的情况，尤其是使用NAIP5-NLRC4经典炎性通路的情况下。同时实验发现，GSDMD可以控制白细胞介素-1β(IL-1β)的释放，在敲除Gsdmd之后,在各种诱导凋亡的途径中，IL-1β的释放都是减少的[14]。因此减少肿瘤患者化疗过程中正常细胞焦亡的发生，从而减轻化疗过程中的毒副作用，对于肿瘤患者的治疗具有重要意义[15]。

2 人参皂苷的药理作用

中国4 000年前就有记载：“人参，味甘微寒，主补五脏，安精神，定魂魄，止惊悸，除邪气，明目，开心益智。久服，轻身延年。一名人衔，一名鬼盖。生山谷。”人参和西洋参中提取出的人参皂苷类成分，具有广泛药理作用，如抗炎、抗瘤、抗氧化、抗细胞凋亡及免疫调节等，也是许多中药方剂及中成药中重要的起效成分。人参皂苷Rg3和Rh2是具有显著抗癌效果的人参提取物，并且人参皂苷Rg3、Rh4、C-K、Rb1、Rb2及TGCG等也表现出一定的抗癌效应。

2.1 保护心脑血管作用

研究发现,人参皂苷Rh3预处理可下调缺血再灌注损伤大鼠心肌Caspase-3的表达，抑制心肌细胞凋亡，保护心肌细胞，进而减轻缺血再灌注的损伤[16]。与此同时人参皂苷Rd能通过降低胆固醇的累积并抑制低密度脂蛋白的氧化活动来预防动脉粥样硬化的发生[17]。

2.2 保护神经系统

Rg1 可以能减少神经纤维缠结的形成，抑制凋亡效应蛋白Caspase-3的表达，保护神经细胞，抵抗阿尔茨海默病进展[18]。β-淀粉样蛋白(Aβ)肽的升高是阿尔茨海默病的一种病理体现，经Rg1处理的N2a-APP695细胞能明显减轻Aβ的产生[19]。另有相关研究实验报道，对神经挤压损伤的大鼠模型应用Rg1可促进其神经末梢的修复[20]。

2.3 保护肝功能

预防性应用Rg1于四氯化碳(CCL4)诱导的肝衰竭小鼠模型中，可抑制急性肝衰竭所致的炎性反应，并通过抑制Caspase-3及Caspase-8等多种靶点，减轻肝细胞凋亡通路激活所致的细胞坏死。同时，人参皂苷CK可减轻CCL4致大鼠慢性肝损伤的程度，保护肝细胞[21-22]。

2.4 抗肿瘤作用

2.4.1 抑制结肠癌细胞增殖

大多数结直肠癌是由Wnt/β-catenin信号通路的异常激活引起的，在结肠癌细胞系HCT116异种移植瘤模型中，He等[23]通过实验验证了Rg3能有效抑制结肠癌细胞增殖，并提出Rg3阻断了Wnt/β-catenin信号通路机制，提供了新的治疗方案和方向。目前抗血管生已成功用于结直肠癌的治疗之中，人参皂苷Rg3无论在体外还是在体内实验都能抑制结直肠癌细胞的生长，并下调血管生成相关基因的表达程度，抑制了结直肠癌血管化，此外Rg3还增强了5-氟尿嘧啶和奥沙利铂对于肿瘤细胞的毒性[24]。同时Yang等[25]发现，Rg3可通过抑制C/EBPβ和NF-κB信号传导，展现强烈的细胞增殖抑制作用；腹腔注射RG3 3周可显著抑制裸鼠移植肿瘤的生长。人参皂苷RGh2也能有效抑制结肠癌细胞的增殖，并通过与HCT116结直肠癌高表达的PDZ结合激酶/T-LAK细胞源性蛋白激酶(PBK/TOPK)直接结合，抑制PBK/TOPK活性，诱导HCT116结直肠癌细胞的死亡[26]。

2.4.2 阻止结肠癌细胞周期

人参总皂苷(TGCG)对HT-29细胞的增殖具有剂量依赖性抑制作用，TGCG在G0/G1和G2/M阶段诱导细胞周期停滞，并通过C-Myc和p53介导的信号通路诱导HT-29细胞凋亡[27]。人参皂苷Rb1的肠道微生物代谢产物——人参皂苷化合物K(C-K),可以以剂量和时间依赖性的方式显著抑制人结直肠癌细胞株HCT-116、SW-480和HT-29的增殖，同时观察到C-K在G1期抑制了细胞，并显著诱导了细胞凋亡[28-29]。

2.4.3 诱导结肠癌细胞凋亡

Wu等[30]在结直肠癌细胞异种移植瘤模型实验中发现，Rh4对肿瘤生长有明显的抑制作用，将结肠癌细胞周期阻断于G0/G1期、并诱导Caspase依赖性细胞凋亡和自噬，有效抑制了结直肠癌细胞的增殖，并且对正常结肠上皮细胞无明显的细胞毒性。Rh2处理HCT116和SW480结直肠癌细胞可激活p53通路，显著提高促凋亡调节因子Bax的水平，同时降低抗凋亡调节因子Bcl-2的水平,诱导细胞的凋亡[31]。与此同时Rg3也能通过上调细胞凋亡相关蛋白p53、Bax和Caspase-3的表达，加速癌症细胞的死亡[32]。

2.4.4 诱导结肠癌细胞自噬

研究报道，C-K不仅能诱导结肠癌细胞的凋亡，还可以通过激活性氧物种c-jun NH2末端激酶途径介导癌症细胞的自噬[33]，随之产生的自噬体将逐步损毁细胞核。在新近的实验研究中，WU等首次证实Rh4可通过激活结直肠癌细胞中的ROS/JNK/P53途径引发细胞的自噬和凋亡。

3 展望

我国科研人员对于人参皂苷的药理活性已有较深刻的理解，并可以从分子水平阐述人参皂苷药理的机制，尤其是人参皂苷通过抑制结肠癌细胞增殖、阻滞细胞周期、诱导细胞凋亡、诱导细胞自噬等方式体现抗肿瘤的作用，同时证实与化疗药物联合应用，能降低化疗药物的毒副作用并增强抗癌作用。

随着细胞焦亡的理论被逐步认知，最近研究为我们揭示了化疗药物通过激活Caspase-3通路诱导正常细胞焦亡的机制。相关实验研究表明,人参皂苷类药物能下调正常组织在异常及应激状态下Caspase-3的表达，从而保护各脏器组织；相反的人参皂苷类药物能上调癌细胞中Caspase-3的表达，进而介导细胞凋亡及焦亡的产生，加强药物抗癌作用。

值得注意的是，GSDME作为Caspase介导的细胞焦亡的关键底物蛋白，在其下游起着不可替代的作用，并广泛表达于正常组织中。但是目前国内现鲜有实验研究报道人参皂苷类药物抑制化疗药物所介导正常细胞焦亡的机制，因此探索抑制细胞焦亡的机制并寻找小分子化合物抑制GSDME介导正常细胞的焦亡过程，为减轻化疗药物的毒副作用提供理论基础，具有巨大的临床应用价值。