黄芪抗肿瘤药理作用机制与临床应用研究进展

叶懿祥 陈冬梅 贾立群 娄彦妮

(1 中日友好医院,北京,100029; 2 北京中医药大学,北京,100029)

肿瘤被认为是现阶段世界上最常见的疾病之一,根据国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer,IARC)最新公布的数据显示,2020年全球新增癌症患者1 929万例,死亡996万例,其中中国新增癌症患者457万例、占23.7%,死亡300万例、占30%[1]。随着肿瘤发病率和致死率的逐年递增,放疗、化疗、分子靶向治疗和免疫检查点抑制剂等抗肿瘤治疗研究日渐成为现代医学的焦点。近年来免疫治疗在肿瘤领域中取得了突破性进展,与中医“养正积自除”的理念有异曲同工之处。中医认为“邪之所凑,其气必虚”“正复邪自去”,正气亏虚是影响肿瘤发生发展的根本原因,外邪侵袭是促使肿瘤发生的关键因素[2],因此常以扶正与祛邪作为防治肿瘤的总治则。黄芪是一种传统扶正药材,被称为“补气之最”,有补气升阳、固表止汗、利水消肿、行滞通痹、排脓敛疮之效[3],在临床防治肿瘤中具有较高使用频率[4]。《本经逢原》记载:“黄芪能补五脏诸虚。”历代中医名家用其治疗肿瘤,也多取其补虚益气之功。近年来研究者对黄芪抗肿瘤的作用机制展开了更深入的研究。现基于黄芪抗肿瘤的最新基础及临床研究成果,将其药物作用机制、临床应用情况等进行梳理归纳并综述如下。

1 黄芪抗肿瘤的有效成分

黄芪的活性成分比较复杂,近年来分离、提纯工艺取得了很大的进展,已鉴定出200多种化合物,主要包括多糖类、皂苷类、黄酮类、氨基酸类,还包括了少量的生物碱类、木脂素类、甾醇类化合物及多种微量元素[5-6]。目前对黄芪抗肿瘤活性成分的实验研究主要集中于黄芪多糖(Astragalus Polysaccharides,APS)、黄芪皂苷(Astragaloside,AS)上。APS是黄芪药理作用中起决定性的一类大分子物质,主要由葡聚糖和杂多糖组成,由于APS分子结构的多样化,其化学结构很难被确定,其生物活性与化学结构之间的关系也仍未得到很好的确定[7]。AS的种类也十分丰富,主要包括AS-Ⅰ～Ⅷ,异ASⅠ、Ⅱ、Ⅲ,乙酰基AS及大豆皂苷Ⅰ等[8],而AS中最主要的化学成分为AS-Ⅳ,即黄芪甲苷。AS-Ⅳ与黄芪总苷均具有显著的抗癌活性。

2 黄芪抗肿瘤的作用机制

2.1 增强机体免疫功能 免疫细胞与肿瘤细胞相互协调,在肿瘤的病理变化过程中处于一个动态变化的状态。肿瘤细胞会改变表面抗原的结构,并产生免疫抑制因子,来使自身避免受到免疫系统的识别和攻击。因此,激活免疫应答、抑制相关免疫因子的产生,提高免疫功能,对抗肿瘤具有重要意义。

黄芪及其活性成分可以增强T、B淋巴细胞的功能,升高CD3+、CD4+水平及CD4+/CD8+比值,减少CD8+水平,并能提高免疫球蛋白(Immunoglobulin,Ig)G、IgM、IgA及IgE的表达水平,增强免疫功能[9-10]。树突状细胞(Dendritic Cell,DC)可以呈递肿瘤细胞特异性抗原,并能参与T、B细胞的激活,调节机体免疫应答。王俊涛等[11]体外培养DC,发现经APS诱导后,DC与细胞因子诱导的杀伤(Cytokine Induced Killers,CIK)细胞的增殖增加,对食管癌Eca-109细胞的杀伤效应也大大提高。自然杀伤(Natural Killer,NK)细胞既能杀伤肿瘤细胞,又能调节免疫。CHEN等[12]通过细胞共培养体系和CT26结肠癌小鼠模型研究发现,AS-Ⅲ在体外和体内都对NK细胞有活化作用,增加了NK细胞中自然杀伤群NKG2D、γ干扰素(Interferon-Gamma,IFN-γ)的表达,从而提高肿瘤杀伤能力。

肿瘤相关巨噬细胞(Tumor-associated Macrophages,TAMs)参与调节肿瘤免疫微环境。活化的TAMs主要包括具有抗肿瘤作用的M1型和能促进肿瘤增殖和转移的M2型。研究表明,APS文献13说的是RAP,polysaccharide isolated from Radix Astragali,诱导的与乳腺癌细胞一起移植到小鼠体内时,肿瘤体积和肿瘤重量都减小了,进一步发现APS可以激活Notch通路抑制肿瘤增殖,逆转了M2型TAMs的表达,促进了巨噬细胞RAW264.7细胞表达表面M1型标志物[13]。AS-Ⅳ也能通过抑制M2极化抑制肝癌细胞,其作用机制可能与TLR4/NF-κB/STAT3信号通路有关[14]。还有研究发现,APS通过激活TAMs,上调一氧化氮(Nitric Oxide,NO)和肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)的水平,发挥其抗癌活性[15]。ZHU等[16]发现,当TAMs中TNF-α诱导蛋白8样分子2(TNF-αInduced Protein 8 Like 2,TIPE2)沉默时,用APS刺激RAW264.7细胞,炎症介质TNF-α、白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)、IL-1β和细胞毒性分子NO产生了上调,丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated Protein Kinase,MAPK)信号通路被激活,提示MAPK信号通路可能参与了这一过程。以上研究提示,黄芪有效成分可以促进巨噬细胞极化,并诱导其产生杀伤因子,从而调控肿瘤微环境,提高机体抗肿瘤免疫。

2.2 诱导肿瘤细胞凋亡 正常细胞受基因调控,通过细胞凋亡自我更新,肿瘤细胞会因细胞凋亡减少而无限增殖。目前,诱导肿瘤细胞凋亡是抗肿瘤最直接的方法[17]。经典的凋亡途径分为:线粒体调控途径和细胞表面死亡受体调控的途径[18]。

在内源性凋亡方面,Bcl-2家族蛋白、胱天蛋白酶(Caspase)家族、细胞色素C(Cytochrome C,CytC)起重要作用。促凋亡蛋白(Bax、Bak等)和抗凋亡蛋白B细胞淋巴瘤2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2),Bcl-xL等相互协调,开启肿瘤细胞的凋亡程序。线粒体释放CytC并激活Caspase后,可启动凋亡信号或执行凋亡。研究表明,AS-Ⅳ可提高Bax/Bcl-2比值,上调Capase-3、Caspase-9的表达,诱导多种类型癌症的内源性细胞凋亡,包括结直肠癌、乳腺癌、肺癌和肝细胞癌等[19-23],而且该作用具有浓度和时间依赖性。还有大量研究发现,使用黄芪有效成分处理肿瘤细胞后,细胞凋亡率升高的同时,可以观察到核因子κB、蛋白激酶B(Protein Kinase B,AKT)、磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphatidylinositol-3 Kinase,PI3K)、糖原合成酶激酶-3(Glycogen Synthase Kinase-3 Beta,GSK-3β)、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian Target of Rapamycin,mTOR)的表达水平下降,而且PI3K、β-连环素(β-catenin)、GSK-3β和AKT的磷酸化也被抑制,推测其机制可能与AS-Ⅳ抑制了AKT/GSK-3β/β-Catenin、NF-κB、PI3K/AKT/mTOR等抗凋亡信号通路有关[22,24-25]。在外源性凋亡方面,细胞表面死亡受体,如肿瘤坏死因子受体1(Tumor Necrosis Factor Receptor 1,TNFR1)、TNFR2及Fas等,启动依赖于Caspase-8的外在凋亡途径,并激活Caspase级联反应,最终触发细胞凋亡。AS-Ⅳ和顺铂(10 μmol/L)联合作用可通过Fas/FasL信号通路显著促进MG-63和143B细胞中Caspase-8、Caspase-3和多腺苷二磷酸核糖聚合酶(Poly(ADP-ribose)Polymerase,PARP)的裂解,从而使骨肉瘤细胞对顺铂的作用相当敏感[22]。X连锁凋亡抑制蛋白(X-linked Inhibitor of Apoptosis Protein,XIAP)、凋亡抑制基因存活蛋白等也是内源性和外源性细胞凋亡途径中最重要的凋亡调节因子,研究表明,AS-Ⅳ可显著降低肝癌细胞XIAP和存活蛋白的表达[25]。

2.3 干扰肿瘤细胞周期,抑制增殖 肿瘤细胞具有增殖失控、无限生长的特点,究其原因,可能与连续的细胞周期相关。通常,细胞周期受细胞周期蛋白依赖性激酶(Cyclin-dependent Kinase,CDK)、细胞周期蛋白(Cyclin)等多种分子调控,如刘晓丽等[26]体外实验表明,不同浓度的黄芪注射液均能有效抑制乳腺癌细胞的增殖,并观察到大量肿瘤细胞的周期停留在G1期。使用APS进行干预,也能延缓小鼠肿瘤细胞从G0/G1期进入S期,抑制瘤体生长[27]。此外,黄芪注射液也能下调细胞周期蛋白D1表达,抑制肿瘤细胞增殖及分裂扩增过程[28]。以上实验表明黄芪有效成分可通过阻滞肿瘤细胞的周期,从而抑制肿瘤增殖。

2.4 抑制肿瘤细胞迁移、侵袭和血管生成 肿瘤细胞具有运动性、侵入性和浸润性,抑制恶性肿瘤细胞的侵袭及转移,对防止恶性肿瘤患者的病情恶化也具有十分重要的研究意义。上皮-间充质转化(Epithelial Mesenchymal Transition,EMT)、肿瘤新生血管形成等在细胞的转移和侵袭中起着重要作用,研究发现AS-Ⅳ、APS对此可有效抑制。李文等[29]探讨了AS-Ⅳ能否抑制宫颈癌Hela细胞的增殖和侵袭迁移,发现AS-Ⅳ可能通过下调基质金属蛋白酶-2(Matrix Metalloproteinase-2,MMP-2)、MMP-9的表达,抑制肿瘤细胞侵袭迁移。ZHAO等[30]、崔新刚等[31]研究表明APS可抑制肿瘤组织中血管内皮生长因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)、表皮生长因子受体(Epidermal Growth Factor Receptor,EGFR)的表达水平,抑制肿瘤血管形成,减少肿瘤细胞的浸润和转移,并存在量效关系。

最近的研究发现黄芪有效成分通过MAPK、Wnt/β-catenin、AKT/GSK-3β/β-catenin、PI3K/AKT/NF-κB信号通路参与介导了肿瘤的转移过程。ZHANG等[32]发现AS-Ⅳ对宫颈癌SiHa细胞P38 MAPK、PI3K、AKT和mTOR的磷酸化有抑制作用,可通过干扰PI3K/AKT/NF-κB信号通路来抑制转化生长因子-β1(Transforming Growth Factor,TGF-β1)诱导的子宫内膜间质转化,并通过体内小动物成像技术证明AS-Ⅳ可抑制宫颈癌细胞的转移。在U251细胞中,HAN等[33]发现AS-Ⅳ通过阻断Wnt/β-Catenin信号通路来抑制TGF-β1诱导的EMT。AS-Ⅳ还被证明通过调节AKT/GSK-3β/β-catenin信号通路来减弱肝癌和非小细胞肺癌的EMT[22,34]。除了上述信号转导通路外,miRNAs、长非编码RNA(LncRNAs)也参与抑制了EMT信号。来自miRNA基因家族的miR-134已被证明能抑制EMT[35]。lncRNA-ATB通过连接miR-200家族促进EMT,通过IL-11/STAT3信号维持恶性细胞的生存,这可以被AS-Ⅳ[36]阻止。以上研究表明,黄芪及其有效成分在体内和体外都有抗肿瘤和抗转移的作用,是潜在的抑制肿瘤新生血管生成和转移的治疗药物。

2.5 逆转肿瘤细胞耐药 肿瘤多药耐药性(Multidrug Resistance,MDR)是导致化疗失败和肿瘤复发的主要原因。抗MDR的关键是阻断多药耐药途径,提高肿瘤细胞的化疗敏感性[37]。APS可显著抑制5-氟尿嘧啶耐药的人肝癌细胞Bel7402/FU增殖,降低耐药基因GST-π和多药耐药相关蛋白1(Multidrug Resistance-associated Protein,MRP-1)的表达,逆转耐药[38]。WANG等[39]证实AS-Ⅳ可能通过抑制Bel-7402/FU细胞的Jun激酶/c-Jun氨基端激酶/激活蛋白-1(Jun Kinase/c-Jun N-terminal Kinase/Activating Protein-1,JNK/c-Jun/AP-1)通路,抑制耐药基因MDR-1、P-gp的表达,逆转MDR。陷窝蛋白-1(Caveolin-1,CAV-1)被认为是逆转MDR的潜在靶点。ZHENG等[40]发现AS-Ⅳ以剂量依赖的方式抑制CAV-1的表达,并逆转紫杉醇诱导的CAV-1的表达上调,此外,AS-Ⅳ可启动eNOS/NO/ONOO-途径,从而诱导严重的氧化应激和细胞凋亡,提高化疗敏感性。NOTCH3在肿瘤细胞中高表达,还有研究发现AS-Ⅳ通过抑制NOTCH3的表达来增强结直肠癌对顺铂的化疗敏感性[41]。细胞自噬也是MDR的一个原因。翟秋丽等[42]发现APS还可以促进肿瘤细胞自噬相关蛋白的产生,提高宫颈癌HeLa细胞对化疗药物的敏感性。沉默信息调节因子6(Silent Information Regulator,SIRT6)会在人类癌细胞中触发致命的自噬。DAI等[43]研究表明,AS-Ⅳ作用于SIRT6,增强了NCI-H1299、HCC827和A549肺癌细胞系对吉非替尼的敏感性。目前逆转肿瘤细胞耐药的作用机制逐渐明确,有可能成为肿瘤治疗的新策略。

3 黄芪在临床的应用

临床上有众多以黄芪为主药的经方及中成药,以汤剂、注射液、颗粒剂等剂型的应用最为常见,不仅仅局限于单纯中医治疗模式,还常与化疗等方法联合应用。

3.1 经方 黄芪是中药经典复方的重要组成成分之一,黄芪桂枝五物汤、黄芪建中汤、补中益气汤等是常见的黄芪经典复方,常用于治疗肿瘤相关症状,在提高患者免疫能力,减轻不良反应,提高生命质量方面具有显著的治疗效果。

黄芪桂枝五物汤常外用来治疗化疗所致的周围神经毒性。李明珠等[44]发现对肿瘤术后接受奥沙利铂化疗的患者,给予蜡疗联合黄芪桂枝五物汤封包手足部位,可有效防止周围神经毒性发生,缓解患者中医症状。沈慧等[45]研究发现,对大肠癌术后化疗患者应用黄芪桂枝五物汤,能显著下调患者血清中VEGF、TGF-β1、MMP-9等炎症介质水平,改善CD4+、CD8+水平,进一步表明该方可抑制肿瘤血管生成和全身炎症反应,并改善机体免疫功能。黄芪建中汤常用于治疗辨证以脾虚为主的消化道肿瘤。王其进等[46]研究发现,黄芪建中汤联合应用化疗药物,治疗脾胃虚寒型胃癌患者,其疗效明显比单独使用化疗药物更优。于贺等[47]运用黄芪建中汤变方治疗脾胃虚弱型恶性肿瘤患者,治疗后显示黄芪建中汤组患者躯体功能及乏力、恶心呕吐、食欲减退等症状均有改善,且效果比西药组更显著。补中益气汤在气虚发热证及脾虚气陷证的患者身上应用较为广泛。研究发现服用补中益气汤,可明显改善患者机体免疫功能,并能减轻化疗后出现的骨髓抑制、恶心呕吐、癌性疲乏、发热的不良反应,改善患者的生命质量[48-50]。

3.2 黄芪制剂 单味黄芪制剂主要有黄芪注射液、黄芪水提物以及黄芪提取物所制成的注射液,临床应用相对广泛。黄芪复方制剂主要有参芪扶正注射液(黄芪、党参)、贞芪扶正胶囊(黄芪、女贞子)、康艾注射液(黄芪、人参、苦参素)等。黄芪制剂在临床应用相对广泛,其增效减毒的作用也大同小异。大量临床实践证明,黄芪相关制剂辅助化疗能够降低患者体内炎症反应及肿瘤标志物,增强癌症患者自身免疫功能,还能有效缓解晚期患者躯体疲乏症状,减轻放化疗治疗后骨髓抑制、消化道反应、皮疹、口腔溃疡等不良反应,提高患者的生命质量[51-55]。周宏博等[54]发现黄芪注射液还可以辅助提高患者2年生存率,并且可以降低患者复发及远处转移的概率。对于肿瘤术后的患者,穴位注射黄芪制剂还能促进肿瘤患者术后胃肠功能恢复[55]。

3.3 黄芪常用配伍及量效关系 黄芪的炮制方法较多,如蜜炙、酒制、发酵炮制、醋制等,以蜜炙为主流,但临床上多用生黄芪。因炮制方法的不同,生黄芪与炙黄芪之间的功效也有所区别。生黄芪长于益卫固表、利水消肿,炙黄芪更善补气升阳。由于蜜炙后黄芪的甘温之性增强,且生黄芪补气之速及托毒之力优于炙黄芪,再考虑到肿瘤患者还存在热毒邪实的表现,临床上生黄芪更适用于肿瘤的治疗。

多数医家治疗肿瘤时遵循攻补兼施、扶正祛邪的治疗原则。扶正和祛邪之力在疾病的不同阶段,侧重有所不同,黄芪的用量及配伍也常有所差异:1)肿瘤早期,人体的正气虽然虚弱,但还未衰减,仍然可以与邪气斗争,疾病进展不快,此时以攻邪为主,加入黄芪扶正的力度可以稍弱,常在白花蛇舌草、半枝莲、鸡血藤、三棱、莪术、全蝎、水蛭等清热解毒、破血消癥的抗癌方药中加用少量生黄芪,取其辅佐正气,防苦寒败胃、防破血药更伤气血之意,使得行中有补,补中有行,攻破并不伤正,用量一般以12～30 g为宜。2)中晚期肿瘤恶化,“邪长正消”或在手术及化疗前后,人体正气亏损严重之时,当加大黄芪扶助正气的力度,当代医家临床用量多为30～60 g,有时可达80～100 g[56-57],常与党参、女贞子、当归、山药、牛膝之品配伍使用以大补元气、扶正培本。3)当气虚水停出现水肿或大量腹水等并发症时,有医家认为生黄芪化瘀利水的功效与其补气作用正相关,因此生黄芪的用量常可达120 g[58],常配伍桂枝等温药温阳利水、配伍泽泻与泽兰等逐瘀利水、配伍生薏苡仁与枸杞子健脾渗湿。4)放化疗、靶向及免疫治疗常用黄芪以增效减毒。虚火灼阴,口腔溃疡经久难愈,常以生黄芪配伍当归养血益气,生肌敛疮,配伍牡丹皮、生地黄、天花粉、栝楼根等清热凉血滋阴;自汗、盗汗者常以生黄芪配伍煅牡蛎、浮小麦、防风等益气固表、收敛止汗;手足麻木、肢体不仁者,常以生黄芪配伍桂枝、白芍等益气温经,和血通痹。

4 小结

黄芪治疗肿瘤疗效肯定,有中西医双重理论支撑。一方面,黄芪的传统药性与肿瘤的中医病机有相应之处;另一方面,黄芪的药理学作用与肿瘤的现代研究成果对应,临床上运用黄芪经方及中成药制剂治疗也能明显改善患者的客观医学指标。但考虑到肿瘤病机的复杂性,虚与毒、瘀、痰等因素之间能够相互转化,甚至形成恶性循环,正邪胜负往往存在动态变化,扶正与祛邪在不同的疾病阶段当有不同的侧重。

本文基于相关研究探讨发现,针对不同的肿瘤细胞种类、动物模型以及通过整体、分子、基因等不同层面研究,黄芪的抗肿瘤活性和机制在逐渐明确。但现在的研究也存在不足之处,大多数实验都是从APS、AS展开研究,可能与其他成分分离提纯不易、生物利用度不高有关;其次,因中医药辨证施治的复杂性,大部分研究均是停留在体外细胞实验、动物实验阶段,临床应用研究的质量并不高;此外,还应关注黄芪的毒理学以及药代动力学性质。总而言之,黄芪在中医扶正抗肿瘤的治疗中已取得阶段性的成就,但还需要突破,中药黄芪及其复方的应用及其作用机制仍值得进一步研究。

利益冲突声明:无。