黄芪甲苷抗肿瘤作用机制研究进展

孟丹丹，李宗新，贾瑞雪，包兴勋，王万涛，宋素花*

1.山东中医药大学中医学院，山东 济南 250355

2.济南血液病医院 血液二科，山东 济南 250014

3.上海中医药大学基础医学院，上海 201203

近年来，肿瘤的发病率和致死率不断增长，据统计全球每年新生肿瘤病例高达1810 万例，死亡约960 万例，已成为人类死亡的主要原因之一[1]。肿瘤的预防和治疗一直以来是医学界的难题与挑战，因此探究肿瘤的发病机制寻找一种安全、有效的抗肿瘤药物尤为重要。研究发现，中医药在改善肿瘤患者临床症状、提高生活质量、改善预后等方面疗效显著，逐渐成为肿瘤防治的重要手段[2-3]。

黄芪Astragali Radix又名黄耆、箭芪，最初载于《神农本草经》，有健脾益气固表、脱毒生肌、利尿排脓等作用，是临床上最常见的补气类药物之一[4]，其中皂苷类、黄酮类及多糖类等活性物质是黄芪的主要成分[5]。黄芪甲苷（astragaloside IV）又名黄芪皂苷IV，是黄芪中的主要单体活性物质，也是评价黄芪质量的主要指标和发挥药效的物质基础[6]。近年来研究发现，黄芪甲苷可以通过调控肿瘤微环境及免疫系统、调节肿瘤细胞生长周期等多种方式发挥抗肿瘤作用。黄芪甲苷药理作用丰富，包括抗癌[7-8]、抗炎及免疫调节[9-11]、抗氧化[12-13]、抗细胞凋亡[14]、代谢调节[15-16]等作用。研究发现黄芪甲苷在抗肿瘤方面潜力较大，且抑瘤效果广谱，对肺癌[17]、肝癌[18]、结直肠癌[19]、乳腺癌[20]等均有较好的抑制作用。中药单体的抗肿瘤机制在体内和体外被广泛研究，其抗肿瘤机制包括抑制肿瘤细胞增殖分化、诱导细胞凋亡、抑制细胞侵袭、增强机体免疫力和提高抗肿瘤药物的耐药性。目前有关黄芪甲苷在肿瘤相关靶点的系统分析方面有所欠缺，故本文通过检索近年来黄芪甲苷在抗肿瘤方面的相关文献，系统综述黄芪甲苷抗肿瘤的相关机制和靶点，以期为临床抗肿瘤治疗提供新的思路和理论基础。

1 抑制肿瘤细胞增殖

肿瘤的主要特点是肿瘤细胞增殖和代谢活跃[21]，因此抑制肿瘤细胞的增殖是肿瘤治疗的重要方式。体内外研究发现，黄芪甲苷能有效抑制结直肠癌、肺癌、肝癌细胞的增殖[22-24]。

侯本超等[25]通过体外研究发现黄芪甲苷能以浓度相关方式抑制结直肠癌HCT116 细胞的增殖、迁移和侵袭，促进细胞凋亡，进一步抑制结直肠癌的发展；Sun 等[24]发现黄芪甲苷在体外以剂量相关方式抑制结直肠癌HT29 和SW480 细胞的增殖，在体内抑制结直肠癌异种移植瘤的生长，进一步研究发现其抗癌机制是诱导结直肠癌细胞凋亡和细胞周期阻滞；Dai 等[26]研究发现黄芪甲苷可以抑制非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）细胞的增殖，且黄芪甲苷联合化疗可以通过调节NSCLC 细胞中的沉默调节蛋白6（sirtuin 6，SIRT6）来增加肿瘤细胞对吉非替尼的敏感性。

黄芪甲苷能通过调节多个信号通路对肿瘤细胞增殖起抑制作用。1 项研究发现黄芪甲苷可能通过调节Toll 样受体4（toll-like receptor 4，TLR4）/核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）/信号转导和转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信号通路，抑制巨噬细胞M2极化来抑制肝癌细胞的增殖、侵袭和迁移能力[27]。转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGFβ）是一种可调节细胞生长和分化的多功能细胞因子，TGF-β/Smad（small mothers against decapentaplegic）信号通路在细胞增殖中起重要调控作用，研究证实TGF-β/Smad 通路在各种类型癌症中表达失调[28-29]。Zhao 等[30]研究发现黄芪甲苷通过TGF-β/Smad 信号通路抑制外阴鳞状细胞癌细胞增殖，诱导凋亡和自噬。综上，黄芪甲苷在多种类型肿瘤中均有抑制肿瘤细胞增殖的作用，是抗肿瘤治疗中的一个潜在药物，值得更深入研究。

2 诱导肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡是一种细胞的程序性死亡方式，对于维持机体内环境稳态有关键作用[31]，诱导细胞死亡是临床抗肿瘤药物的主要作用机制之一[32]。其中B淋巴细胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）蛋白及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（cysteine aspartic protease，Caspase）是调控细胞凋亡的主要蛋白家族，一般情况下抗肿瘤药物能使B 淋巴细胞瘤-2 相关X 蛋白（B-cell lymphoma-2 associated X protein，Bax）蛋白表达升高，Bcl-2 表达降低[33]。研究表明黄芪甲苷可以下调磷酸化蛋白激酶 B（phosphorylated protein kinase B，p-Akt）、上调裂解Caspase-3（cleaved Caspase-3）蛋白表达，诱导人食道癌HCE-4 细胞凋亡，其作用机制可能是通过调控Akt 介导的凋亡通路调控HCE-4 细胞凋亡[34]；杨苏钰等[35]研究发现黄芪甲苷配伍姜黄素能下调卵巢癌组织中基质金属蛋白酶 2（matrix metalloproteinase 2，MMP2）、Bcl-2 和miR21 的表达，上调miR15a、miR200a 表达进而抑制肿瘤细胞生长，促进凋亡；Su 等[23]研究发现黄芪甲苷可以诱导人肝癌SK-Hep1 和Hep3B 细胞的G1细胞周期阻滞，还能以剂量相关方式诱导肝癌细胞凋亡，抑制肝癌的进一步发展；杨晶源等[36]通过实验发现黄芪甲苷能影响人肺癌SPC-A-1 细胞中Bcl-2 和Bax 蛋白水平，降低Bcl-2/Bax 值，促进肺癌细胞凋亡，进一步研究发现黄芪甲苷可以增强细胞中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，清除细胞中氧自由基，调节机体的氧化平衡，这可能是其诱导SPC-A-1 细胞凋亡的作用机制之一。

肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages，TAMs）在肿瘤生长转移以及治疗耐药过程中起关键作用，通常TAMs 分为MI 和M2 亚型，近年来备受关注并已成为研究热点。研究发现，M2 巨噬细胞能促进肿瘤生长，M1 巨噬细胞能抑制肿瘤生长，促进TAMs 向M1 型极化是一种重要的肿瘤治疗方式[37-38]。Xu 等[39]研究发现经黄芪甲苷治疗后肺癌组织中M2 巨噬细胞百分比显著降低，进一步研究发现黄芪甲苷能通过腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）信号通路显著抑制白细胞介素-13（interleukin-13，IL-13）和IL-4 诱导的巨噬细胞M2极化，从而减少肺癌细胞的侵袭、迁移和血管生成，抑制肿瘤生长，减少Lewis 肺癌的转移数量。Liu等[19]通过体内外研究发现黄芪甲苷可剂量相关性地抑制结肠癌CT26 细胞的增殖和诱导细胞凋亡，并显著减少M2 巨噬细胞和增加M1 巨噬细胞，且与免疫检查点抑制剂的结合有望成为治疗结直肠癌的潜在新策略。

3 抑制肿瘤细胞侵袭和迁移

肿瘤细胞脱离原发病灶向周围侵袭、转移，继而向周围组织侵袭甚至全身扩散的过程，称为肿瘤的侵袭和转移，肿瘤细胞的迁移和侵袭能力在肿瘤的转移和复发中起着重要作用，抑制肿瘤细胞的侵袭和转移可有效减少癌症的发生和复发[40-41]。Cheng等[42]发现黄芪甲苷可以通过抑制蛋白激酶Cα（protein kinase C-α，PKC-α）-细胞外信号调节激酶 1/2（extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2）-NF-κB 信号通路来调节上皮细胞钙黏蛋白（E-cadherin）、整合素β1 和MMPs 等迁移和侵袭相关蛋白的表达，从而抑制人肺癌A549 细胞的迁移和侵袭，阻止肺癌的进一步发展。Zhu 等[43]研究发现黄芪甲苷能显著抑制胃癌细胞的侵袭和迁移，通过Transwell 分析显示，与对照组相比，黄芪甲苷可明显降低人胃癌BGC-823 细胞的侵袭和迁移能力，减少侵袭和迁移的胃癌MKN-74 细胞的数量。此外，黄芪甲苷还能抑制TGF-β1 诱导的磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol-3-hydroxykinase，PI3K）/Akt/NF-κB 活化，逆转TGF-β1 诱导的上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），这些结果表明黄芪甲苷可能通过抑制胃癌细胞中PI3K/Akt/NF-κB 通路从而抑制 TGF-β1 诱导的EMT，黄芪甲苷有望成为治疗胃癌的候选药物。

妇科肿瘤是一种常见的恶性肿瘤，对于全球妇女的健康构成严重威胁。Zhang 等[44]通过体内外研究发现，黄芪甲苷能剂量相关性抑制宫颈癌SiHa 细胞的侵袭和迁移，其机制可能是通过TGF-β1 介导的PI3K 和酪氨酸激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）途径抑制宫颈癌SiHa 细胞的侵袭和转移，且进一步发现黄芪甲苷以剂量相关方式抑制MAPK、PI3K 信号通路中p38、PI3K、Akt 和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的磷酸化。Xia 等[45]通过蛋白组学分析发现黄芪甲苷可以通过诱导宫颈癌细胞自噬来抑制宫颈癌细胞的侵袭，且进一步研究发现不同剂量的黄芪甲苷处理宫颈癌HeLa 和SiHa 细胞12 h 后，HeLa 和SiHa 细胞侵袭受到显著抑制，以上结果表明黄芪甲苷可以抑制宫颈癌细胞的生长，尤其是抑制人乳头瘤病毒 16 型（human papillomavirus type 16，HPV-16）感染的人宫颈细胞的生长，且通过诱导自噬抑制异种移植瘤的生长。另一项研究发现黄芪甲苷抑制与卵巢癌细胞共同培养的巨噬细胞中高迁移率族蛋白B1（high mobility group box 1，HMGB1）和TLR4 的高表达，同时减少M2 标记物TGF-β、MMP-9 和IL-10 的释放，进一步研究发现黄芪甲苷可剂量相关性地抑制IL-4/IL-13 处理的巨噬细胞中CD14+CD206+M2 型巨噬细胞比率及其产生的炎症因子，这说明黄芪甲苷可抑制IL-4/IL-13 诱导的巨噬细胞M2 极化，逆转M2巨噬细胞诱导的卵巢癌细胞侵袭和迁移，因此，黄芪甲苷可能通过抑制HMGB1-TLR4 轴调节肿瘤微环境中巨噬细胞M2 极化来缓解卵巢癌的进展[46]。

Jiang 等[47]通过体内外研究发现黄芪甲苷可以通过浓度相关方式显著抑制人肝癌 HepG2 和Hep3B 细胞的迁移和侵袭，Transwell 和伤口愈合实验表明，经黄芪甲苷处理后的细胞中E-cadherin 的表达上调，神经型钙黏蛋白（N-cadherin）和波形蛋白（Vimentin）表达下调，且进一步发现黄芪甲苷在体内外能显著减弱Wnt（一类分泌型糖蛋白）、β-连环蛋白（β-catenin）和转录因子4（transcription factor 4，TCF-4）的表达，以上结果表明黄芪甲苷可通过调节Wnt/β-catenin 途径抑制肝癌细胞的侵袭和迁移。Qin 等[48]通过肝癌体外细胞实验发现，不同剂量的黄芪甲苷干预会导致Akt 和糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）的磷酸化形式显著减少，相反又抑制了β-catenin 的表达。提示黄芪甲苷通过靶向Akt/GSK-3β/β-catenin 途径抑制EMT，从而减弱肝癌细胞的侵袭和迁移能力，阻止肝癌的进一步发展。

4 增强抗肿瘤药物敏感性

癌症患者随着化疗次数的不断增加，会逐渐产生耐药现象。当肿瘤细胞产生耐药后，化疗药物的作用会明显降低，因此关注耐药机制，抑制肿瘤细胞耐药性是肿瘤治疗过程的关键。顺铂是一种有效的抗癌药物，通常用于治疗多种癌症。Lai 等[49]通过体外研究发现顺铂能上调自噬相关蛋白Beclin1和内质网应激相关蛋白GRP78 水平，说明顺铂在NSCLC 细胞中引起自噬和内质网应激，而应用黄芪甲苷治疗抑制了GRP78 和Beclin1 的表达，以上说明黄芪甲苷通过抑制内质网应激和自噬使NSCLC细胞对顺铂敏感，为顺铂联合黄芪甲苷治疗非NSCLC 患者提供了一种新的策略。

EMT 在肿瘤耐药性的发展中起着关键作用，因此靶向EMT相关信号通路可能是克服癌细胞耐药性的一种方法。Ye 等[50]研究了黄芪甲苷对结直肠癌细胞耐药性的机制及影响，结果发现黄芪甲苷显著下调结直肠癌细胞迁移、侵袭和药物敏感性所需的环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）响应性元件结合蛋白1（cAMP responsive elementbinding protein 1，CREB1），黄芪甲苷诱导的miR-134通过抑制结肠癌SW-480 细胞中CREB1 的表达，显著抑制了EMT 信号传导并增强了化疗敏感性。He等[51]通过体内外实验发现卡铂激活了前列腺癌细胞株中的Akt/NF-κB 信号通路，黄芪甲苷可以诱导细胞凋亡，抑制了卡铂诱导的EMT，从而增强了前列腺癌细胞系LNCap 和PC-3 对卡铂的敏感性。

质膜微囊蛋白1（caveolin-1，CAV-1）是与应激相关的肿瘤靶点，与化疗耐药性密切相关，活性氧增多在触发癌细胞死亡和化疗中起着关键作用，因此靶向CAV-1可能是一种通过调节氧化应激克服耐药性的新策略。Zheng 等[52]研究了CAV-1 在介导黄芪甲苷增加紫杉醇对乳腺癌的化学敏感作用中的关键作用，结果表明黄芪甲苷可以提高紫杉醇的化疗敏感性，进一步证明可增强紫杉醇诱导的细胞凋亡和G2/M 期阻滞作用。黄芪甲苷以剂量相关方式抑制CAV-1 表达，并逆转紫杉醇给药诱导的CAV-l 上调。体内实验进一步证实，黄芪甲苷通过抑制CAV-1 表达，然后激活内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）/NO/过氧亚硝基（ONOO）通路，增加紫杉醇对乳腺癌的化疗敏感性，这说明黄芪甲苷有希望成为增强化疗敏感性的候选药物，CAV-1 有可能成为逆转癌症耐药性的靶点。

5 增强免疫功能

免疫力是机体抵御病原微生物侵袭及抵抗多种疾病的能力，机体免疫系统能通过多种途径和方式在一定程度上抑制肿瘤细胞的增长。研究发现黄芪甲苷有强大的免疫调节特性[53]，能一定程度上增强机体免疫力从而治疗各种癌症。各种免疫细胞亚群和细胞产物在促进和抑制肿瘤发展和进展方面有关键作用[54]，其中T 细胞可以作为获得性肿瘤耐受的关键成分，从而抑制大多数类型的免疫反应[55-56]。吲哚胺2,3-双加氧酶（indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO）作为一种可以抑制T 细胞效应的免疫调节酶，在肿瘤发展过程中能抑制免疫应答，介导免疫逃逸使肿瘤恶化[57]。Zhang 等[58]研究发现，黄芪甲苷在体内外均可以有效上调T 细胞并下调细胞毒性T 淋巴细胞（cytotoxic T lymphocytes，CTLs）比例，同时又能下调IDO 表达，这说明了黄芪甲苷可能通过干扰IDO 介导T 细胞和CTLs 的免疫功能从而抑制肺癌的进展，IDO 可能是黄芪甲苷的潜在靶点。鸟苷酸结合蛋白1（guanylate-binding protein 1，GBP1）是鸟苷酸结合蛋白家族超家族成员，参与肿瘤的进展，GBP1 高表达与各种肿瘤的预后密切相关。Meng等[59]发现IDO1 可以与GBP1 结合，并在GBP1 的帮助下增加IDO1 的细胞外分泌，从而促进肺癌的恶性增殖和转移，在体内黄芪甲苷通过阻断IDO1与GBP1 的相互作用减少IDO1 的细胞外分泌，从而减少T 细胞衰竭并抑制肿瘤进展。

综上，黄芪甲苷抗肿瘤相关作用机制见图1 和表1。

图1 黄芪甲苷抗肿瘤作用机制Fig.1 Antitumor mechanism of astragaloside IV

表1 黄芪甲苷抗肿瘤作用及机制Table 1 Antitumor effects and mechanisms of astragaloside IV

续表1

6 结语和展望

近年来肿瘤发病率和死亡率的不断上升给人类健康造成了严重威胁，其发病机制复杂，且化疗后的副作用和生活质量等问题一直困扰患者，因此寻找一种安全、高效、不良反应小的抗肿瘤药物非常重要，中医药以其多活性、多靶点的优势在肿瘤的治疗过程中发挥了独特作用。肿瘤在中医学中属于“积聚”“岩”的范畴，《医宗必读·积聚篇》曰：“积之成也，正气不足，而后邪气踞之”[60]；《活法机要》曰：“壮人无积，虚人有之，脾胃虚弱…皆能成积”；《外证医案汇编》曰：“正气虚则成岩”[61]；均说明脾气虚弱，正气不足、邪气外侵易生积聚。《素问·刺法论》云：“正气存内，邪不可干”，中医学中强调“正气”在积聚发病过程中的作用，正气的盛衰往往对肿瘤的发展和预后起着关键作用，故“补气健脾”法可以贯穿肿瘤治疗过程的始终。刘嘉湘教授认为益气健脾可以培补中焦，使气血生化有源，从而使机体“正气存内，邪不可干”，达到扶正治癌的效果[62]。

黄芪有益气固表、脱毒生肌之效，是临床上常用的补气药之一，又可以作为一种调节免疫系统并减轻细胞毒性的膳食补充剂。经现代药理学研究证实，黄芪主要是通过提升肿瘤患者的免疫功能从而发挥抗肿瘤作用，进一步发现黄芪和其他补气药物（党参、白术、茯苓）配伍应用可以提高患者机体免疫应答，增强免疫发挥抗肿瘤作用[63]。临床上四君子汤对于肿瘤防治、减轻化疗后不良反应、提高机体免疫功能有一定效果[64]。由此推断经方中的药物成分可以相互作用，抗肿瘤中药单体间也可以联合发挥疗效。其他补气类药物如党参、白术、茯苓中的有效单体成分和黄芪甲苷配伍也能增强机体免疫力发挥抗肿瘤作用，在临床上应用中药复方抗肿瘤治疗时可以按照方剂的“君臣佐使”配伍，观察中药间的联合应用是否可以增强抗肿瘤效果以及相应地扩大应用范围。

黄芪甲苷作为黄芪的主要成分，被证明有广谱的抗肿瘤作用，对于肺癌、肝癌、乳腺癌、卵巢癌、宫颈癌等相关癌症均有抵抗作用。研究表明黄芪甲苷的抗癌作用主要通过抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞的侵袭和迁移来实现的，此外还能通过增强免疫和逆转肿瘤细胞耐药性[65]发挥作用。随着实验技术、数据挖掘、生物信息学等技术的不断发展与完善，黄芪甲苷的抗肿瘤作用在实验中得到了充分证实，其药效机制也在多个层面得以阐述，然而对于提高中药单体生物利用度以及通过化学修饰提高单体特异靶向肿瘤组织的研究还很缺乏。经文献检索后发现相关研究中使用的黄芪甲苷剂量有很大差异，并没有统一的使用剂量，因此需要在后续的研究中进一步确定黄芪甲苷的安全性和有效剂量，制定更安全的用药方案。为了充分证明黄芪甲苷在临床治疗中的有效性和更广泛的抗肿瘤机制，使其更高效的服务于癌症患者，仍需更进一步的实验探索和研究加以佐证。

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