大蒜素抗肿瘤作用及其机制的研究进展

陶庆霞 张鹏 吴翠莹 孙恺 郑江华 王翀

大蒜素抗肿瘤作用及其机制的研究进展

陶庆霞1张鹏2吴翠莹2孙恺2郑江华3王翀4

大蒜素是从新鲜大蒜中提取的挥发性油状物，为多种烯丙基有机硫化合物复合体，是大蒜中主要的有效生物学活性成分。具有多种生物学功能，降血脂、抗菌消炎、提高免疫力，预防心血管疾病等生理学作用。与传统药物相比大蒜素具有在人和动物体内残留量低，不易造成环境污染，来源广泛的优点，近期研究证实大蒜素还具有抗癌作用，对多种肿瘤细胞如肝癌、胃癌、结肠癌、肺癌等具有明显的抑制作用。本文就大蒜素的抗肿瘤作用及其机制的研究进展做一综述。

大蒜素；抗肿瘤；药理作用

近年来，植物提取物的研究越来越多，并且取得了很多可喜的成果。在中国中医中药学，大蒜素作为方剂入药已有悠久的历史。近期研究发现，大蒜素中的含硫化合物是发挥抗癌、防癌作用的重要成分[1]，可以通过多种途径、多个作用靶点来抑制细胞生长，诱导细胞凋亡。

一、大蒜素的主要成分、性质

大蒜素是多种烯丙基有机硫化物的复合体，一类是脂溶性烯丙基硫化物，如二烯丙基硫化物、二烯丙基二硫化合物和二烯丙基三硫化合物；另一类是水溶性化合物γ-谷氨酰胺和S-稀丙半胱氨酸，如S-稀丙半胱氨酸和S-稀丙巯基半胱氨酸[2]。成品大蒜素为无色油状物，有较浓的气味[3]。有研究发现从大蒜中提取的高浓度蒜氨酸本身并不能抑制细胞的增值，然而加入含有蒜氨酸酶的大蒜粉末可以抑制肿瘤细胞的生长，且该作用具有浓度依赖性，推测大蒜素可能是依赖其分解产物如蒜辣素、聚硫化物来发挥抗肿瘤作用的[4]。

二、大蒜素对肿瘤细胞的直接作用

（一）对肿瘤细胞凋亡的影响

细胞凋亡和细胞的程序性死亡通常会出现细胞皱缩、核浓缩、DNA裂解以及特殊蛋白的激活。细胞凋亡与原癌基因和抑癌基因的表达异常有关，另外，线粒体细胞色素c的释放，引发含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（cyssteinyl aspartate specific proteinase,caspases）级联反应也可以诱发细胞凋亡。大蒜素可以诱导肿瘤细胞凋亡体的形成，使细胞核浓缩，DNA裂解。Oommen等[4]用TUNEL法检测大蒜素对宫颈癌Siha细胞株的影响，对照组未见凋亡细胞，结果为阴性，而经过50 μg大蒜素处理后出现大量凋亡细胞，提取的DNA电泳结果发现大蒜素处理组与阳性对照组都出现明显的DNA断裂条带，而对照组未出现典型条带。通过免疫荧光检测caspase-3的活性，结果表明大蒜素处理后的Siha细胞株和L-929（小鼠成纤维细胞）荧光强度明显高于对照组，接着用Western blotting对caspase-3特异性底物多聚ADP-核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）的表达和 caspase-8和-9的活性进行检测，发现PARP含量明显降低，而caspase-8和-9活性增高，以上结果显示大蒜素可能是通过增强caspase-3，-8和-9活性，降低PARP的表达来诱导Siha细胞凋亡[4]。夏磊等[5]在研究大蒜素对胃癌细胞 BGC-823、SGC-7901和MKN-28时也证实大蒜素可以活化三种肿瘤细胞中的Caspases-3，而BGC-823还可以活化Caspases-8，原因可能为大蒜素对不同的胃癌细胞诱导其凋亡的通路不同。但在诱导细胞凋亡的作用中Caspases家族都发挥了重要作用。

Bcl-2蛋白家族是调节细胞程序性死亡的关键元件，它们受自身基因表达量的高低及蛋白质磷酸化的调控。可分为Bcl-2、Bax及BH3三个亚族。Bcl-2蛋白是bcl-2原癌基因的编码产物，属膜整合蛋白，定位于线粒体、内质网和连续的核周膜。Bcl-2、bax等能够阻止c从线粒体释放到细胞质，从而抑制了细胞凋亡，是细胞存活促进因子，在胚胎组织中广泛表达。此外，Bcl-2阴性膀胱肿瘤者比Bcl-2阳性者对顺铂敏感性更高，患者膀胱肿瘤治疗后的复发率和进展率也都降低，说明Bcl-2能过阻止多种刺激物和治疗方法如化疗药物，放射治疗等引起的细胞凋亡。已有研究证实人膀胱癌细胞株BIU-87中有Bcl-2的异常高表达[6]。Zhang等[7]研究发现Bcl-2还可以降低端粒酶的活性，抑制细胞生长。Xu等[8]证实卵巢癌细胞bax表达增加，而经大蒜素处理后表达下降且具有剂量和时间依赖性。还有学者发现，大蒜素可以诱导人胃癌SGC-7901细胞和人骨肉瘤Saos-2细胞的凋亡，且该作用也呈浓度和时间依赖性[9,10]，抑制细胞抑癌基因p16INK4的表达来抑制人胃癌细胞系MGC-803细胞的增值等[11]。这些报道都说明大蒜素可能是通过改变多种癌基因和抑癌基因mRNA的表达和蛋白的产生来发挥抗肿瘤作用。

MARK信号通路是细胞内重要的细胞转导系统，其中P38/MARK信号通路是由应激事件引起的主要信号转导途径，P38/MARK可以磷酸化多种转录因子，调节特定基因的表达，影响蛋白合成和细胞受体的表达，从而引起细胞凋亡。廖洋等[12]免疫组化结果发现随着大蒜素药物浓度的提高，P38/ MARK在细胞核中的表达逐渐增加，发生核易位，凋亡基因Fas的表达也增加，因此推测大蒜素可能是通过激活P38/ MARK信号通路后上调凋亡基因Fas的表达，从而诱导THP-1细胞凋亡。可见，大蒜素抑制细胞生长，诱导细胞凋亡的作用是多水平、多靶点的。

（二）对细胞周期的影响

细胞周期包括间期（G1，S，G2期）和有丝分裂期（M期），很多化疗药物可以将细胞阻滞在细胞分裂的某一时期，从而导致细胞凋亡。在真核细胞中，参与细胞周期调控的蛋白有细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂、Rb蛋白和P53蛋白等。很多化疗药物也是通过调整上述多种蛋白的表达量，将细胞阻滞于某一时期，进而抑制肿瘤的发展[13]。国内李永生等[14]研究发现，大蒜素可增强长春新碱对膀胱癌BIU-87细胞增殖的抑制作用，两者具有协同抗肿瘤作用，免疫细胞化学法和Western blot法结果显示，大蒜素联合长春新碱组中的膀胱癌BIU-87细胞株CDK1和CyclinB1蛋白的表达明显降低，提示大蒜素阻滞细胞周期、诱导细胞凋亡的机制可能与下调CDK1和CyclinB1的表达有关。将大蒜素处理人胃癌细胞BGC823后，细胞周期阻滞于G1期，在这一作用中CyclinD1的低表达和p27Kip1蛋白稳定性的增加起着关键作用，而大蒜素并不影响人胃癌细胞BGC823中CyclinD1和p27Kip1基因水平的表达，推测大蒜素可能通过氧化磷酸化途径、细胞内泛素-蛋白酶系统等多种途径在转录后水平上影响CyclinD1，p27Kip1的表达[15]。

（三）对微管蛋白的影响

Prager-Khoutorsky等[16]探讨了大蒜素对微管蛋白的影响，发现大蒜素直接作用于微管蛋白二聚体，在体外培养的纤维母细胞中加入大蒜素后数分钟就可以导致微管蛋白的解聚，而不影响肌动蛋白骨架的形成。由此推测，大蒜素可以在一定程度上影响细胞微管形成来抑制细胞分化、迁移和分裂，而这一作用与临床上抑制细胞分裂药诺考达唑的作用相似[16]。

三、大蒜素间接抗肿瘤作用

（一）对机体免疫功能的影响

机体免疫功能分为T淋巴细胞及B淋巴细胞介导的特异性免疫，单核-巨噬细胞、粒细胞、树突状细胞、NK细胞、LAK细胞、内皮细胞等基质细胞介导的非特异性免疫以及红细胞免疫系统，这些细胞可以释放炎症因子抵御外来病原体以及损伤因子而参与炎症反应。促炎因子和抗炎因子的稳定状态是维持机体正常功能的重要条件，而炎症微环境的破坏可以导致正常细胞发生基因突变与DNA损伤，参与肿瘤的发生发展[17-19]。白介素-1β（Interleukin-1β，IL-1β）是一种致炎细胞因子，广泛参与人体组织的破坏，水肿等多种病理损害过程，其破坏作用大于防御作用。大蒜素具有调节炎症反应的作用，抑制促炎因子，上调抗炎因子，增强机体免疫力，降低炎症因子肿瘤坏死因子-α （tumor necrosis factor-α，TNF-α）和IL-1β的表达，改善炎症性肠病模型小鼠的溃疡充血、水肿程度，且与美沙拉秦或柳氮磺胺吡啶联合应用效果更强，而单用美沙拉秦组和单用柳氮磺胺吡啶组不能完全抑制溃疡炎症反应。Li等[20]研究还发现10和25 μg/mL的大蒜素并不能抑制IL-8的表达水平。但是IL-1β诱导的Caco-2（人克隆结肠腺癌细胞）经大蒜素分别作用12 h和48 h后，p38和JNK信号通路受到抑制，NF-κB p65的表达明显降低，炎症反应减弱，机体组织的炎症损伤程度得到改善。Pandurangan等[21]在大蒜素缓解右旋糖酐磷酸酯钠（DSS-）诱导的溃疡性结肠炎的研究也在不同程度上证实了大蒜素可以通过上述机制发挥抗炎作用，提高机体非特异性免疫。

红细胞表面的C3b受体可以与抗原-抗体复合物结合，并将其转运至肝脾等免疫体统，清除免疫复合物。恶性肿瘤患者常出现红细胞粘附功能降低，导致继发性红细胞免疫功能低下，而有报道显示，服用大蒜素的恶性肿瘤患者红细胞C3b受体花环率明显提高，而红细胞免疫功能的提高又可进一步增强其他细胞的免疫功能，如淋巴细胞、粒细胞，进而增强机体抗肿瘤免疫能力[22]。

（二）对氧化应激的影响

人们很早就发现肿瘤的发生发展与体内氧负荷增加有着密切的关系。活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）是具有较高氧化活性的分子和离子的统称，化学性质活泼，包括氧自由基和非自由基活性氧物质如超氧阴离子（O-2）、过氧化氢（H2O2）、羟自由基（HO）、一氧化氮（NO）等，过量的ROS可以导致细胞基因突变，诱发肿瘤的形成[23,24]。Ili等[25]用DPPH氧自由基清除实验检测大蒜素抗氧化作用，结果显示，大蒜素浓度为2 mg/m l时，氧自由基清除能力达到最大，可达到90%。可见，大蒜素可以通过对抗氧自由基，而提高肿瘤患者的细胞免疫功能。大量文献报道，大蒜素一方面可以通过维持线粒体细胞膜蛋白的功能，提高三磷酸腺甘（adenosine triphosphate，ATP）的产生，降低细胞色素c的释放等多种途径维持线粒体生物学功能，进而清除氧自由基，另一方面可以减少ROS的产生和脂质过氧化，维持内生性过氧化物酶的活性，缓解组织氧化压力，保护DNA、脂质、蛋白质，减少细胞癌变的诱发因素。

（三）对肿瘤细胞耐药性的影响

目前化疗已经成为临床上治疗肿瘤的主要手段，但化疗药物在杀伤肿瘤细胞的同时还可以改变肿瘤细胞的代谢、导致基因重组，使其残存为肿瘤干细胞，肿瘤干细胞是肿瘤复发和转移的一个重要因素。此外，肿瘤干细胞又可以大量表达特异性 ATP结合盒转运蛋白（ATP-binding cassette transporter，ABC transporter），如ABCB1、ABCG2等肿瘤多药耐药基因，ABCB1编码P-gp，ABCG2编码BCRP，这些蛋白可以将细胞内的抗肿瘤药转运到细胞外，降低细胞内化疗药物的浓度，从而对抗药物对肿瘤细胞的杀伤作用，是肿瘤产生交叉耐药和多重耐药的另一重要因素[26]。MDR1和Bcl2是产生肿瘤耐药性的另一重要因素。将甲氨蝶呤加入人骨肉瘤Saos-2细胞作用一段时间后可以诱导出耐药型Saos-2（Saos-2/R），对Saos-2/R进行分析发现CD133+（一种肿瘤干细胞）细胞比例增加，并且CD133+Saos-2与CD133-Saos-2相比，MDR1（P-gp）表达量明显增加。Li等[27]接着向Saos-2/R细胞中加入不同浓度的大蒜素，结果显示随着大蒜素浓度的提高CD133+Saos-2细胞比例明显降低、MDR1（P-gp）的表达也逐渐减少，推测大蒜素可以调节肿瘤细胞对化疗药物的反应，逆转肿瘤细胞的耐药性。

（四）与其他药物联合应用

大蒜素在临床上作为治疗癌症的辅助用药已经得到广泛的应用。最近，大量文献报道，大蒜素对多种恶性肿瘤细胞具有抑制作用。Gao等[28]建立了成神经细胞瘤小鼠模型，单用环磷酰胺组肿瘤生长抑制率为而63.1%而大蒜素与环磷酰胺联合应用组为92.6%，结果显示联合应用大蒜素可以增强环磷酰胺的药物作用，明显降低肿瘤的生长，提高成神经细胞瘤小鼠的生存率。研究还发现，大蒜素可以使人类肿瘤细胞在培养过程中，通过氧化转换引起肿瘤细胞死亡。Wang等[29]联合应用大蒜素，rIL-2治疗胰腺肿瘤小鼠模型，结果显示联合用药后肿瘤生长受到抑制，CD4+细胞、CD8+细胞、NK细胞的干扰素水平明显提高，肿瘤小鼠的生存时间较单药组也明显延长，谢军等[30]也观察到，大蒜素联合环磷酰胺对体外人神经母细胞株SK-N-SH的增值抑制作用也明显高于单一用药组，这可能与大蒜素将SK-N-SH细胞阻滞于G0/G1期有关。因此，大蒜素具有化疗保护作用，联合用药可以使化疗药物发挥最大限度的杀伤作用而又不损伤或低损伤正常细胞。

综上所述，大蒜素的抗肿瘤作用是多种途径、多个方面的，对多种肿瘤细胞如胃癌、结肠癌、宫颈癌、肝癌等的生长、侵袭等都有抑制作用。一方面大蒜素可以特异性阻滞细胞周期，调节癌基因和抑癌基因的表达，影响端粒酶活性等途径直接作用于肿瘤细胞，诱导细胞凋亡，另一方面还可以通过提高机体免疫力，抗炎抗氧化作用，改善机体耐药性等途径发挥间接抗肿瘤作用。对不同肿瘤细胞可能通过不同的作用方式或多条途径发挥作用，具体机制尚需要进一步研究。但与传统抗肿瘤药物相比，大蒜素在体内无残留，对人体没有毒副作用已经得到证实，因此值得在临床上推广应用。

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Recent research progress in the anti-tumor effect and mechanism of allicin

Tao Qingxia1,Zhang Peng2,Wu Cuiying2,Sun Kai2,Zheng Jianghua3,Wang Chong4.1Weifang Medical University,Weifang 261053,China;2The Affiliated Bayi Brain Hospital,PLA Army General Hospital,Beijing 100700,China;3Ji’ning Medical University,Ji’ning 272000,China;4Ji’ning No.1 People’s Hospital,Ji’ning 200700, China

Wang Chong,Email:wangch2408@163.com

Allicin as a volatile oil content extracted from freshly garlic which is a complx includes a variety of allyl organosulfur components.One of the most biologically active ingredient of garlic.Allicin contents abundant of biological functions,lipid-lowering,anti-bacterial,alleviates inflammation,immune-enhancing,to prevent heart vascular disease and other physiological function. Compared with traditional chemical theropy,allicin is low residues in human and animals,non environmental pollution and has a broad resource.Recent study verify that allicin is able to obviously inhibite cancer cell proliferation,such as liver cancer,gastric cancer,colon carcinoma,lung cancer. Author briefly summarized recent research progress in the anti-tumor effect and mechanism of allicin.

Allicin;Anticancer;Pharmacological action

2016-05-26）

（本文编辑：张丽）

10.3877/cma.j.issn.2095-9141.2016.06.010

国家自然科学基金青年项目（81401031）

261053 潍坊，潍坊医学院1；100700 北京，中国人民解放军陆军总医院附属八一脑科医院2；272000 济宁，济宁医学院神经外科3；200700 济宁，济宁市第一人民医院神经外科4

王翀，E-mail：wangch2408@163.com

陶庆霞,张鹏,吴翠莹,等.大蒜素抗肿瘤作用及其机制的研究进展[J/CD].中华神经创伤外科电子杂志,2016,2(6):365-368.