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人参皂苷抗胃癌作用研究进展

2022-11-30王冬雪吴新民蔺冬梅刘馨泽刘淑莹万茜淋吴巍

特产研究 2022年3期
关键词:抑制率皂苷人参

王冬雪,吴新民,蔺冬梅,刘馨泽,刘淑莹,4,万茜淋,5※,吴巍※

(1.长春中医药大学吉林省人参科学研究院,吉林 长春 130117;2.吉林大学第一医院神经肿瘤外科,吉林 长春 130021;3.吉林市中医院,吉林 吉林 132000;4.中国科学院长春应用化学研究所,吉林 长春 130022;5.吉林农业大学食药用菌教育部工程研究中心,吉林 长春 130118)

人参(Panax ginseng C.A.Mey.)为五加科多年生宿根草本植物的干燥根及根茎,是我国延用了多年的传统名贵药材。其所含化学成分较为复杂,主要有皂苷、多糖、挥发油、氨基酸、蛋白质、多肽和有机酸等[1]。作为药食同源的一味中药材其具有延缓衰老[2]、抗疲劳[3]、调节免疫功能[4]、抗肿瘤[5]、保护心脑血管[6,7]和保护神经系统[8]等多种生物活性。

胃癌是现如今发病率较高的恶性肿瘤之一,据我国国家癌症中心统计,2019 年以来我国胃癌的发病人数已处于所有癌症中第二名,是仅次于肺癌的主要癌症。胃癌也是全球常见的恶性肿瘤之一,每年新增病例超过100 万,而且,由于早期症状的不明显,常常导致发现即为晚期,因此死亡率很高。不论是手术治疗还是化疗等治疗方法,都对人体造成极大损害,且预后存活率并不十分理想。因人参皂苷良好的抗肿瘤活性以及一些研究表明其对胃癌具有良好的抑制作用[9,10],由此,共检索文献126 篇,从中选取51 篇(英文24 篇,中文27 篇),主要从人参皂苷对胃癌的抗肿瘤作用的角度展开论述。

1 胃癌的诱因及治疗方法

1.1 胃癌的诱因

胃癌是指发生于胃黏膜上皮的恶性肿瘤。经研究发现,胃癌的诱发因素如下:盐以及盐腌食品可能会是引发胃癌的原因[11]。多项实验表明[12-14],喜欢食用咸食品的人患胃癌的风险更高;蔬菜和水果的摄入偏少也会增加患胃癌的风险[15];同时,幽门螺杆菌(helicobacterpylori,Hp)与胃炎、胃溃疡[16]及胃癌[17]都有着密切的联系,流行病学将75 %的胃癌归因于Hp[18];生活习惯方面,吸烟会提高多种癌症的患病风险,当然也包括胃癌在内[19,20],戒烟者胃癌发生风险会降低,但是仍旧高于从不吸烟者[21]。此外,还有一些其他因素,如年龄的增长[22]、性别、肥胖、抗氧化剂以及他汀类药物的使用、社会经济地位等等[23,24]。

1.2 胃癌的治疗方法

目前,对于胃癌患者一般采用多模式、个体化的治疗方式,但是何为最佳治疗方法仍旧没有统一的标准。胃癌的治疗方法主要有分期治疗和靶向治疗等,其中分期治疗包括手术治疗和细胞毒性治疗。手术治疗一般较适用于早期胃癌患者,手术的类型因肿瘤发生位置和侵袭深度而异,一般包括内镜下黏膜切除术、远端食管切除术、胃次全切除术或全胃切除术等[25-27]。细胞毒性治疗适用于进展期胃癌,是指以手术治疗为主,在新辅助治疗前、辅助治疗后或围手术期使用化疗药物。靶向治疗是指明确致癌靶点后,设计出与致癌靶点能发生特异性结合的药物,使肿瘤细胞发生特异性死亡,而不对正常细胞造成不良影响。目前所使用的胃癌靶向药物主要有酪氨酸激酶抑制剂[28],细胞骨架成分抑制剂[29]等。

针对于胃癌诱发原因的多样性,除了建立良好的饮食习惯,调整作息时间,还要定期做好Hp 筛查,早发现早治疗,从各方面尽量避免胃癌的诱发。胃癌的治疗方法较多,手术治疗以及细胞毒性治疗都会对身体造成较大的伤害,靶向药物的出现,减少了化疗药物所带来的不良反应,降低了对身体的损害,但是单独凭借靶向药物是否可以完全清除胃癌细胞,或是针对胃癌最为有效的靶向药物是什么还有待研究发现。找寻或制造具有抗胃癌作用的低毒性或无毒性药物用于治疗或辅助治疗,是未来不断攻克胃癌的行之有效的途径之一。

2 人参皂苷抗胃癌作用及机制研究

人参作为一味药食同源中药材,其皂苷类成分具有良好的抗肿瘤活性,许多实验表明人参皂苷能够对胃癌细胞的增殖、侵袭及迁移起到良好的抑制作用,其中人参皂苷Rg3、Rg5、Rg1、Rh2及CK 的抗胃癌作用相关研究较多,本综述分别从以下几个方面进行分别阐述。

2.1 人参皂苷Rg3(GS-Rg3)抗胃癌作用及机制

汪彦君等[30]研究了GS-Rg3 对胃癌细胞生长的抑制作用,实验选取0.02mol/L、0.04mol/L 和0.08mol/L GS-Rg3 作用于体外培养的SNU-216 胃癌细胞,分别培养24 h、48 h 和72 h 后计算细胞的生长抑制率,结果显示,培养24h后生长抑制率分别为70.13%、79.22%和83.11%;48h 后,抑制率分别为72.37%、80.26%和85.53%;72 h 后,抑制率分别为70.97 %、78.71 % 和85.16 %,均与对照组具有显著差异(P <0.01),培养48 h 与72 h 两组间抑制率无显著差异,此研究表明GS-Rg3 对胃癌细胞的增长具有抑制作用,72 h内呈剂量和时间依赖性。Yang等[31]研究发现,GS-Rg3处理后胃癌SGC-7901 细胞与阴性组相比,增殖率、侵袭数量和迁移能力显著降低,凋亡率显著增加(P<0.05)。通过对PTEN、P53、p-PI3k 和AKT 蛋白的表达进行检测来探讨GS-Rg3 对SGC-7901 细胞的作用机制,发现PTEN、P53 蛋白表达水平显著升高,p-PI3k、AKT蛋白表达水平显著降低,且均呈剂量依赖关系(P <0.05),最后得出GS-Rg3可通过调节PTEN/p-PI3K/AKT 信号通路抑制胃癌SGC-7901 细胞的结论。楼亭等[32]通过使用实时荧光定量PCR(RealTime-Polymerase Chain Reaction,RT-PCR)方法检测了SGC-7901 胃癌细胞中长链非编码RNA(Longnon-codingRNA,LncRNA)CDKN2B-AS1 的表达水平,发现加有1mol/L GS-Rg3的LncRNA CDKN2B-AS1 表达量显著低于对照组,抗凋亡蛋白Bcl-2 的mRNA 表达量由对照组的1.12±0.23 降至给有GS-Rg3 组的0.65 ± 0.11,促凋亡蛋白Bax 的mRNA 的相对表达量由对照组的1.23±0.34 升至给有GS-Rg3 组的3.41±0.27。除此以外,实验中发现GS-Rg3抑制了上皮细胞与间质细胞的转换,一定程度上控制了胃癌病灶的转移。通过抑制细胞外调节蛋白激酶1/2(extracellular regulated protein kinases 1/2,ERK1/2)的磷酸化从而抑制了与癌症密切相关的MAPK 信号通路。唐立等[33]认为GS-Rg3 对胃癌细胞增殖及迁移的抑制作用与其下调LncRNA LINP1 的表达有关。

GS-Rg3的抗胃癌作用目前多通过使用体外胃癌细胞来进行实验和求证。从结果来看,GS-Rg3 可对胃癌细胞的增殖、侵袭及迁移起到良好的抑制作用。从机制角度分析,PTEN作为一种抑癌基因,其缺失可导致细胞增殖加速、凋亡减少以及细胞迁移和形态的改变,促进肿瘤的形成,而GS-Rg3可通过上调PTEN 的蛋白表达,抑制其下游通路PI3K/AKT 的活性,诱导胃癌细胞凋亡。对AKT 蛋白的抑制又可间接增强P53蛋白的表达,从而对细胞周期和细胞增殖实现调控,使胃癌细胞阻滞于G1 期,提升其凋亡率;MAPK 信号通路对细胞的生长、分化、应激及炎症反应等都有着重要的调节作用,与癌症也有着很高的关联度,GS-Rg3可通过降低ERK1/2 蛋白的表达,抑制MAPK 信号通路活性,减少胃癌细胞增殖;LncRNA是不能翻译为蛋白质的功能性RNA 分子,在发育和基因表达过程中起着重要的调控作用,实验表明胃癌细胞中LncRNA表达上调[34],通过在体外胃癌细胞中对其进行敲低,则可降低细胞活力,减少细胞的侵袭和迁移,提升凋亡率,目前所发现的LncRNA 种类繁多,其中大部分作用还不明确,GS-Rg3能够通过调节LncRNA CDKN2BAS1、LncRNA LINP1 的表达,对胃癌细胞的增殖和迁移起到抑制作用。GS-Rg3 基于以上几种不同机制都可对胃癌细胞产生抑制作用,但是体内实验相对较少,目前,也有将GS-Rg3应用于胃癌的临床试验,比如与新辅助放化疗的联合使用显示可有效提高胃癌患者的免疫力及生存率[35]。综上所述,GS-Rg3具有抗胃癌活性,可为治疗或辅助治疗胃癌提供新的药物选择。

2.2 人参皂苷Rg5(GS-Rg5)抗胃癌作用及机制

赵翔宇等[36]使用GS-Rg3 和GS-Rg5 对MKN-45胃癌细胞进行24 h 处理,测得半抑制浓度分别为(29.41±1.84)mol/L 和(22.50±1.60)mol/L(P <0.05),由此得出GS-Rg5对胃癌细胞株的抗癌活性强于GS-Rg3。此外,GS-Rg5 可抑制与胃癌密切相关Notch 1 信号通路的活性及其所在通路中CyclinA1、CDK2、PCNA 和P21 等多种周期相关蛋白的表达,使细胞发生S期阻滞,有效抑制癌细胞的增殖。在GS-Rg5浓度为20mol/L时,基质金属蛋白酶家族成员MMP-2 和MMP-9 两种与侵袭转移相关蛋白的表达量均有明显下降(P<0.01)。李为等[37]研究了GS-Rg5通过影响微小RNA-125b(microRNA-125b, miR-125b)/类固醇敏感性调节蛋白相关脂类转运体结构域13(StAR-related lipid transfer domain protein 13,STARD13)/唾液酸酶1(neuraminidase 1,NEU1)信号通路对BGC-823 胃癌细胞侵袭迁移的影响,结果表明当GS-Rg5 浓度由12.5mol/L 增至50mol/L时,miR-125b的相对表达量由0.904±0.032降至0.435±0.059,STARD13 和NEU1 的相对表达量分别由1.084±0.028 增至1.485±0.091、1.032±0.011增至1.713±0.040。当GS-Rg5浓度为12.5mol/L 时所引起的蛋白相对表达量与空白组无显著差异,当浓度升至50mol/L 时,具有显著差异(P <0.01)。后经进一步研究发现[38],GS-Rg5 对胃癌细胞增殖的抑制作用,其作用机制可能是源自对细胞中与线粒体凋亡途径相关的抗凋亡因子Bcl-2 的下调作用以及对促凋亡因子Bax 的上调作用实现的。此外,卓少华等[39]研究发现,GS-Rg5 还可通过抑制LncRNA-PCAT12 的表达抑制SNU-1 人胃癌细胞的增殖与迁移,促进其凋亡。

作用机制方面,GS-Rg5能够通过抑制Notch 1 信号通路活性、调节与线粒体凋亡途径相关的Bcl-2、Bax因子的表达来抑制胃癌细胞的增殖。癌细胞的侵袭和转移是导致患者死亡的因素之一,GS-Rg5 能够下调MMP-2、MMP-9 两种重要转移调控因子的表达、降低miR-125b 的表达,提高其靶基因STARD13,NEU1 的表达,从而起到抑制胃癌细胞侵袭和转移的作用,且其具有与GS-Rg3 相似的抑制胃癌细胞中LncRNA 的作用。GS-Rg5对胃癌细胞的抑制作用是多途径、多靶点的,不单只是抑制了胃癌细胞的增殖,还有效控制住了肿瘤细胞的侵袭和转移。虽然上述实验表明GS-Rg5的抗胃癌活性强于GS-Rg3,但其是否是抑制胃癌细胞活性最强的人参皂苷还有待进一步研究。

2.3 人参皂苷Rg1(GS-Rg1)抗胃癌作用及机制

Shang Y等[40]研究发现,GS-Rg1 对胃癌细胞的增殖具有抑制作用,且呈浓度和时间依赖性。在进展期胃癌中,GS-Rg1可通过上调调控因子p16INK4a、p21WAF1mRNA 的表达来影响细胞周期,抑制CDK4 的活性,阻止细胞进入S 期,从而抑制胃癌细胞的增长。赵保胜等[41]通过使用RT-PCR 和MTT 等方法,测定了不同浓度GS-Rg1 作用24 h 时BGC-823 胃癌细胞中促凋亡因子Bax和半胱天冬酶家族成员caspase-3 mRNA的表达,发现随着GS-Rg1 浓度的增加,Bax、caspase-3 mRNA 含量随之增加,当GS-Rg1浓度达到80 mg/L时,Bax 和caspase-3 mRNA 含量已接近于阳性药物紫杉醇(10 mg/L)作用下的效果,药效与阳性组相近,对细胞增殖的抑制率高达92.3%。李靖等[42]研究了主要有效成分为GS-Rg1的四君子汤对胃癌细胞SGC-7901中侧群(side population,SP)细胞、非侧群(non side population, NSP)细胞以及未经分选的所有细胞的抑制作用,最终发现,随着GS-Rg1浓度的升高,SP、NSP以及总细胞的增殖能力均有所降低,但是对SP 细胞增殖的抑制作用明显低于NSP 细胞和总细胞。

上述研究表明,GS-Rg1可通过诱导肿瘤细胞发生周期阻滞来实现抑制胃癌细胞的增殖。GS-Rg1 上调的p16INK4amRNA所编码的蛋白质可直接促进细胞内与细胞周期相关的固有蛋白与CDK4 结合,抑制CDK4活性,阻止细胞G1-S 周期转换。上调的p21WAF1mRNA所编码的蛋白质可抑制cyclin-CDK 复合物活性,减少Rb 蛋白磷酸化,抑制DNA 合成,使细胞周期阻滞于G1 期;另一方面,GS-Rg1 又可提升促凋亡因子Bax、caspase-3 mRNA含量,促进细胞凋亡。由此GS-Rg1可在诱导已有癌细胞凋亡的同时,通过对细胞周期的调控,减少新的癌细胞增殖,两种机制并存可放大其对胃癌细胞的抑制作用。而以GS-Rg1为主要有效成分的四君子汤可有效抑制对化疗药物不敏感的SP 细胞的增殖,虽然抑制效果低于NSP 细胞,但是这将为胃癌术后的药物治疗或与新辅助放化疗的联合使用提供新的思路。

2.4 人参皂苷Rh2(GS-Rh2)抗胃癌作用及机制

Qian J 等[43]研究发现在胃癌细胞株中SP 细胞增殖较快,因此着重研究了GS-Rh2对SGC-7901 胃癌细胞中SP 细胞增殖和凋亡的影响。在GS-Rh2 作用下,SP 细胞发生G1/G0 周期阻滞,当GS-Rh2浓度为20g/mL,处理时间24h 时,SP 细胞的凋亡率为(17.5±1.6)%,48 h 达到(39.4±1.0)%(P <0.05),GS-Rh2发挥抗胃癌作用的部分机制可能是与其使Bax 活性增加,Bcl-2 活性降低有关。李靖等[44]在分别考察了GS-Rh2和低浓度化疗药物奥沙利铂(Oxaliplatin,OHP)对人胃癌细胞SGC-7901 细胞周期增殖情况以及细胞增长抑制率的影响后,将不同浓度的GS-Rh2 与低浓度(1.45g/mL)L-OHP联合使用,发现随着GS-Rh2浓度的增高,细胞凋亡率也随之增高,当GS-Rh2 浓度达到30g/mL 时,细胞凋亡率为(46.58 ±3.13)%,这与单独使用低浓度L-OHP 的凋亡率(7.91±1.43)%具有显著差异。GS-Rh2在与阿霉素(Adriamycin, ADR)联合使用时可抑制人胃癌SGC7901/ADR 耐药细胞的增殖[45],使半数抑制浓度(IC50)由单独使用ADR 的54.52mol/L 减小至30.14mol/L,将细胞周期阻滞在G2/M 期,与单药组相比,GS-Rh2 与ADR 的联合使用进一步降低了抗凋亡蛋白的表达,抑制胃癌细胞增殖,促进其凋亡。

由此可见,GS-Rh2可通过对Bax、Bcl-2 蛋白的调节来促进胃癌细胞凋亡,以此起到抗胃癌作用,低浓度OHP 在与GS-Rh2一同使用后,对胃癌细胞的敏感性增强,可以更好地促进癌细胞的凋亡,两种药物的联合使用提升了单独药物的抗癌效果,同时降低了药物使用浓度。与ADR 的联合使用也同样提高了细胞的化疗敏感性。因此,GS-Rh2 未来也可能成为与其他抗癌药物联合使用的一种增敏剂。

2.5 人参皂苷CK(GS-CK)抗胃癌作用及机制

GS-CK 是天然二醇型人参皂苷在肠道内的代谢产物和在体内发挥作用的活性实体。目前,它是人们发现的人体中抗肿瘤活性较强的人参皂苷单体。李波等[46]发现GS-CK 可使BGC-823 胃癌细胞的增殖受到抑制,当浓度为5mol/L 作用48 h 时,可使细胞发生G2/M 期阻滞,细胞凋亡率为(21.17±3.16)%,显著高于对照组(4.09 ± 0.53)%(P <0.01),Bid 和Bcl-2 蛋白表达量随GS-CK 浓度增加而减少。邓晶等[47]在研究中发现,当GS-CK浓度达到50g/mL时,对SGC-7901胃癌细胞的抑制率可达到90%。除此以外,当GS-CK浓度为50g/mL作用96 h时,血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的含量为(11.67±1.59)g/mL,对照组为(24.36±1.74)g/mL(P<0.05),这表明GS-CK 通过影响VEGF 而发挥作用也是其抗胃癌的机制之一。

综上所述,GS-CK可通过调节线粒体介导的凋亡途径来抑制胃癌细胞的增殖,促进其凋亡。肿瘤生长和转移都需依赖新生血管,从其中获得营养供给,VEGF是促进肿瘤新生血管形成的主要因子,随着GS-CK给药浓度的升高以及药物作用时间的延长,对VEGF 的抑制作用也愈加明显,GS-CK 通过减少内源性VEGF的产生,抑制胃癌组织内新生血管的生成,从而发挥抑制胃癌发生发展的作用。GS-CK抗胃癌作用的多靶点和高活性为拓宽抗胃癌药物提供了更多思路。

2.6 其他人参皂苷抗胃癌作用及机制

人参皂苷Rd(GS-Rd)同样是二醇型人参皂苷在人体肠道内的主要代谢产物之一,具有多种生物活性。研究表明[48]GS-Rd可明显抑制胃癌细胞的增殖,作用48 h 时对SGC-7901 和MKN-45 两种胃癌细胞的IC50分别为(86.96±0.23)g/mL 和(71.70±2.16)g/mL,诱导细胞发生G0/G1 期阻滞,通过增加半胱天冬酶家族成员caspase-3、caspase-9 蛋白和bax/bcl-2 蛋白的比值以及降低周期蛋白D1 的表达来促进细胞凋亡。王小平等[49]研究发现,人参皂苷Ro(GS-Ro)可诱导MFC 胃癌细胞阻滞于G0/G1 期,当浓度在6~96g/mL范围内时,GS-Ro 对MFC 细胞的增殖抑制率由(14.5±1.18)%增长至(64.0±3.63)%,且呈浓度依赖性。人参皂苷F2(GS-F2)对人胃癌细胞SGC7901 在体内体外均有良好的抑制作用[50],当作用时间为24 h 时,GSF2 对体外SGC7901 细胞的IC50 为(49.9±4.2)M,使细胞受损发生萎缩,表现出较强的细胞毒性。对于胃癌异种移植的小鼠模型,当给药浓度为1.6 mg/kg 时,肿瘤体积增长降低47.14%。

GS-Rd 对胃癌细胞的抑制作用主要源自其对凋亡蛋白以及周期蛋白的调控;GS-Ro 作用于胃癌细胞的相关实验相对较少,其对胃癌细胞的抑制作用是通过诱导细胞发生周期阻滞,提升细胞增殖抑制率实现的;GS-F2 对胃癌细胞的体外抑制作用主要是通过诱导ROS 积累,激活线粒体凋亡途径,增加caspase-3、caspase-9 蛋白表达来促进细胞凋亡的。对胃癌的体内抑制作用则是诱导ROS 积累、激活ASK1/JNK 信号通路,从而诱导细胞凋亡。人参皂苷种类繁多,抑制胃癌细胞的机制和效果也各有不同,这将为以后的研究带来更多的可能。

3 前景与展望

胃癌是如今常见的恶性肿瘤之一,寻找有效的治疗方法多年来一直是科学研究的焦点。目前胃癌的治疗方法中较为常见的是手术治疗、化疗和放疗等,但是这些方法其中一部分免不了对身体造成巨大的损害,手术治疗并不能控制肿瘤后续的复发和转移,化疗和放疗的毒副作用又比较大,在杀伤肿瘤细胞的同时对正常细胞也有较大的损伤,这些方法的预后效果和生存率都不是十分理想[51]。因此,找到新的或可与新辅助治疗法联合应用的胃癌治疗方法和药物变得尤为重要。

人参皂苷具有良好的抗肿瘤活性,对胃癌的发展具有良好的控制作用。通过对文献的整理、归纳和分拆得知人参皂苷对胃癌细胞的干预作用是多途径多靶点的,可调节细胞凋亡相关蛋白、肿瘤抑制因子和细胞侵袭相关蛋白等多种分子以及基因的表达,例如LncRNA和VEGF的表达,进一步调控细胞内MAPK、miR-125b/STARD13/NEU1 和Notch 1 等多条信号通路中蛋白分子的表达,对胃癌细胞的凋亡、侵袭和转移等过程产生影响,有效抑制胃癌细胞的增殖,促进细胞凋亡,从而达到控制病情发展的目的。因此,研究表明单独使用人参皂苷或与化疗药物联合使用都可表现出较好的抑制胃癌发生发展的作用。进一步将人参皂苷开发成单体药物,或开发成与其他化疗药物联合使用的辅助药物,应用于胃癌的治疗领域,可能会有较好的应用前景。

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