大蒜素抗癌作用与信号传导通路

孔春芳，丁江华 综述，陈国安审校

（南昌大学第一附属医院血液科，江西南昌330006）

大蒜素（Allicin）是百合科葱属指望大蒜最重要的有效成分。作为多种烯丙基有机硫化物复合体，主要成分包括20%～50%二烯丙基二硫化物（DADS，也称大蒜辣素）和50%～80%二烯丙基三硫化物（DATS，也称大蒜新素）。大量研究表明，大蒜素具有抗菌、抗病毒、降血脂、降血压、降血糖、抗血栓及调节免疫等多种活性，还有良好的抗癌、防癌效应［1］。流行病学调查和实验研究均发现，大蒜素对实体肿瘤和血液系统肿瘤均有明显的抑制作用［2－3］。关于大蒜素的抗癌作用，目前认为包括抗氧化、诱导肿瘤细胞凋亡、影响细胞周期、免疫调节、阻断致癌物合成、增强肿瘤细胞对抗癌药物的敏感性等［4］。近年来研究发现大蒜素的抗瘤效应还与细胞信号传导通路密切相关，现综述如下。

1 核转录因子kappa－B（NF－κB）信号通路

NF－κB是1986年Sen和Baltimore首先发现的转录因子家族中的新成员，是一种广泛分布而且十分重要的核转录因子。哺乳动物 NF－κB家族包括5种成员：p65（RelA）、RelB、c－Rel、p50／p105（NF－κB1）和 p52／p100（NF－κB2）。NF－κB 在未受刺激时以同源或异源二聚体形式与抑制性蛋白IkB相结合形成无活性的三聚体，存在于胞浆内。细胞内外刺激直接激活IkB激酶（IkK），诱使IkB发生磷酸化，使IkB的三维结构发生改变，发生泛素化后IkB蛋白迅速被水解释放，解除了IkB抑制作用的NF－κB二聚体在核定位信号的介导下转位入核，与多种基因启动区的特异的DNA结合序列结合，诱导靶基因mRNA的合成，参与感染、炎症、免疫反应、肿瘤发生和发展的调节［5］。

现已发现在人类实体肿瘤（如肝癌［6］、结直肠癌［7］、乳腺癌等［8］）及血液系统肿瘤［9］（多发性骨髓瘤、白血病、淋巴瘤等）中存在持续活化的NF－κB。实验研究表明抑制NF－κB活性，可诱导细胞凋亡，抑制肿瘤细胞的增殖。

扈启宽等［10］将大蒜素作用人胃癌细胞系BGC－823细胞后，发现肿瘤细胞增殖明显减慢，进一步研究发现大蒜素可使NF－κB与DNA的结合活性显著降低，使NF－κB通路受到抑制，抑制胃癌细胞增殖。吴星等［11］发现5、10、15mg／L大蒜素均能抑制Jurkat白血病细胞增殖，其抑制作用呈时间－浓度依赖性，大蒜素处理后 NF－κB的DNA结合活性显著降低。Keiss等［12］发现大蒜素还可通过减少脂多糖诱导的促炎因子如白细胞介素－1（IL－1）、肿瘤坏死因子（TNF－α）因子的水平，间接抑制NF－κB的活性。Ide等［13］也发现大蒜素可抑制 H2O2与TNF－α诱导的NF－κB的激活，从而保护内皮细胞免受Ox－LDL（氧化的低密度脂蛋白）的损害，起到了抗动脉粥样硬化的效应。

2 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen－activated protein kinase，MAPK）信号通路

MAPK是细胞内的一种丝／苏氨酸蛋白激酶。MAPK活化前位于胞浆内，受物理应激、炎性细胞因子、生长因子、细菌复合物等所刺激磷酸化而活化，后进入核内激活靶基因，参与细胞增殖、分化、转化及凋亡的调节，并与炎症、肿瘤等多种疾病的发生密切相关。MAPK家族的信号通路主要包括c－Jun N端激酶（JNK）／应激激活的蛋白激酶（SAPK）、细胞外信号调控的蛋白激酶（ERK）、P38MAPK及ERK5／BMK1 4条途径。MAPK信号转导通路是多级蛋白激酶的级联反应，典型的MAPK信号通路包括3个连续的酶促反应，即MAPK激酶的激酶（MAPK kinase kinase，MAPKKK）－MAPK 激酶（MAPK kinase，MAPKK）－MAPK［14］。

2.1 JNK 信 号 通 路 c－Jun氨 基 末 端 激 酶 （c－Jun N－terminal kinase，JNK）家族也被称为应激活化蛋白激酶（stress－activated MAPkinase，SAPK），是1990年发现的相对分子质量为46×103和54×103的MAPK家族的主要成员之一。目前在哺乳动物细胞中发现的编码JNK的基因包括jnk1、jnk2和jnk3，其相应的编码产物JNK1和JNK2表达广泛，JNK3则仅限表达于大脑、心脏、睾丸等组织［15］。JNK 是 MAPK、MAPKK、MAPKKK3个激酶模块中的一部分。JNK信号通路可被细胞因子、生长因子、应激等多种因素激活，参与细胞增殖与分化、细胞形态维持、细胞骨架构建、细胞凋亡和细胞恶变等多种生物学反应［16］。关于JNK与肿瘤发生的关系，目前尚存在争议。尽管有实验发现JNK与抑制肿瘤有关系，但大多研究发现JNK 的活性在肿瘤中增高［17－18］。

电离辐射被广泛应用于癌症的治疗，但它也可通过上调内皮细胞表面黏附分子的表达，产生损害性效应如炎症反应［19］。Son等［20］发现预先用（0.01～1.00μg／mL）大蒜素处理脐静脉内皮细胞20h，然后将内皮细胞暴露在8Gy的辐射环境中，大蒜素可抑制辐射诱导的细胞间黏附分子－1（ICAM－1）及ICAM－mRNA的表达，且呈浓度依赖性。而且大蒜素预处理后减少了辐射诱导的活化蛋白转录因子－1（activator protein transcription factor－1，AP－1）的活化和JNK 磷酸化。表明大蒜素可通过抑制AP－1的活性及JNK信号传导通路下调辐射诱导的ICAM－1的表达。Liu等［21］发现大蒜素能阻断活性氧依赖的JNK1／2信号转导通路的激活。

2.2 MER1／2－ERK1／2信号通路 细胞外调节蛋白激酶（extra cellular regulated protein kinases，ERK）信号转导通路是MAPK超家族中最早鉴定出且研究较为透彻的亚通路，是一系列的磷酸化级联反应，其主要途径是Ras／Raf／MEK／ERK通路。外界刺激物与受体结合形成复合物后再与Ras－GDP结合，促使GTP取代Ras上的GDP而活化Ras，活化的Ras作为衔接蛋白与Raf（即 MAPKKK）结合，可使 MEK1／2（MAPKK）磷酸化并激活，随后经双磷酸化使ERK1／2激活，最终参与调节细胞生长、增殖、分化、侵袭及肿瘤的发生、发展、转移。

ERK信号转导通路在肿瘤细胞生长、恶变和肿瘤浸润转移中起重要作用，与肿瘤的发生、发展密切相关。研究表明，ERK在许多恶性肿瘤中如实体瘤及血液系统肿瘤均呈现过表达［22－23］，抑制ERK通路可以明显抑制多种肿瘤细胞的增殖。

Liu等［21］首次证明了在体内外大蒜素的心肌保护作用是通过减少活性氧的产生及抑制活性氧依赖的蛋白激酶B（AKT）、ERK1／2、JNK1／2、NF－κB等信号传导通路［21］。Cha等［24］通过实验发现，大蒜素能够抑制人类恶性胶质瘤细胞株U87MG的生长，诱导细胞凋亡，并呈时间及浓度依赖性，其诱导凋亡的机制也与抑制MAPK／ERK信号传导有关。

2.3 p38MAPK信号通路 p38MAPK（p38mitogen activated protein kinases，p38MAPK）是于1993年发现一种由360个氨基酸组成的相对分子质量为38×103的酪氨酸磷酸化蛋白激酶。p38MAPK通路也是通过3级激酶的级联反应把细胞外信号向细胞内传递。通路模式为一些促炎因子、应激刺激、脂多糖和革兰阳性细菌细胞壁成分通过某种中间环节，激活MAPKKK，MAPKKK磷酸化激活MAPKK，再由MAPKK对MAPK双位点磷酸化，从而激活p38MAPK，激活的p38可进入细胞核或转移到其他部位，主要参与细胞应激反应和炎症反应。越来越多的研究发现，p38MAPK主要在细胞凋亡过程中起重要作用［25］。

廖洋等［26］在实验中证明大蒜素可诱导急性单核细胞白血病细胞株THP－1凋亡，并呈时间－剂量依赖性，免疫细胞化学法检测大蒜素处理后p38MAPK表达增加，主要分布于细胞核与细胞质，而对照组仅弱表达。Western blotting结果分析p38MAPK、Fas蛋白表达量随大蒜素浓度的增加而增加，呈剂量依赖性。据此认为大蒜素对THP－1细胞的促凋亡作用可能是通过激活p38MAPK／Fas途径实现的。

3 血管内皮细胞生长因子

血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）家族包括 VEGF－A、VEGF－B、VEGF－C、VEGF－D等，其生物学特性表现在VEGF与血管内皮细胞受体特异性结合，可强烈促使血管内皮细胞生长，增加血管通透性，最后形成新的血管。VEGF是目前已知的促进肿瘤血管生成最强的细胞因子，对于新生血管是必要的。VEGF－C、VEGF－D还可促进淋巴管形成，在肿瘤扩散过程中发挥作用［27］。研究表明，乳腺癌，结肠癌，肺癌，前列腺癌、黑素瘤、多发性骨髓瘤中过表达VEGF。通过阻断VEGF信号传导通路，抑制VEGF表达，可作为肿瘤的治疗靶标［28］。

VEGF在大蒜素抗肿瘤作用机制中也有重要的作用。高艳景等［29］发现大蒜素明显抑制人肝癌细胞VEGF－mRNA表达，与对照组相比，其VEGF mRNA表达水平降低了约66.36%（P＜0.05）。徐兴华等［30］也发现20mg／L的大蒜素可显著抑制对人乳腺癌高转移细胞株MDA－MB－231细胞的侵袭能力，侵袭抑制率为33.27%，此作用与降低肿瘤细胞的基质金属蛋白酶29（matrix metalloproteinases 29，MMP29）和VEGF表达有关。Gao等［31］表明大蒜素能够通过下调VEGF mRNA的表达抑制结肠癌细胞的浸润和转移。上述研究表明大蒜素可下调VEGF的表达，达到抑制肿瘤的效应。

4 小 结

现已证实 NF－κB、JNK、ERK1／2、p38MAPK 及 VEGF等信号传导通路在多种实体瘤及血液系统肿瘤中均异常活化，通过影响这些信号传导通路可以抑制肿瘤细胞增殖及诱导凋亡。大蒜素作为一种高效低毒的天然化合物，其抗癌机制目前认为与抗氧化、诱导肿瘤细胞凋亡，影响细胞周期，免疫调节，阻断致癌物合成，增强肿瘤细胞对抗癌药物的敏感性等有关。近年来实验发现大蒜素还可通过调控信号传导通路发挥抗癌效应。与其他化疗药物相比，大蒜素无骨髓抑制等不良反应，有望成为高龄患者及不能耐受化疗药物不良反应的新选择。

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