人参皂苷抗结直肠癌作用机制的研究进展

王领, 倪敏, 江滨

结直肠癌是消化道常见恶性肿瘤之一,已成为癌症致死的第三大主要原因,且发病率逐年升高[1]。目前对于结直肠癌的治疗主要是以外科手术及传统放化疗为主的综合治疗[2],但其不良反应多,恢复时间长,有一定的局限性,因此需要寻求预防或治疗结直肠癌的新方法。

中药在我国有得天独厚的优势,中药联合手术及化疗在临床治疗结直肠癌中显示出一定的疗效[3]。人参皂苷作为人参的主要活性成分,有着广泛的药理作用。研究显示人参皂苷主要可分为达玛烷型和齐墩果酸型[4],而达玛烷型人参皂苷作为人参皂苷的主要抗癌活性成分,可分为原人参二醇型和原人参三醇型皂苷。原人参二醇型皂苷包括Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd、Rg3、Rh2等;原人参三醇型皂苷有Rg1、Rh1等[5]。本文将对人参皂苷抗结直肠癌的作用机制做一综述。

1 诱导肿瘤细胞周期停滞及细胞凋亡

细胞凋亡在生物体发育和组织稳态中起重要作用。然而,在病理条件下,尤其是在肿瘤中,细胞丧失了凋亡的能力[6],因此诱导肿瘤细胞凋亡可有效地抑制结直肠癌的发展。Liu等[7]研究了人参皂苷Rh2对耐药结直肠癌细胞周期及凋亡相关分子表达的影响,发现一定浓度的人参皂苷Rh2可以降低细胞周期蛋白D1, CDK2, p-Rb及Bcl-2的水平,同时还能提高耐药结直肠癌细胞系HCT-8/5-FU以及LoVo/5-FU中 cleaved-caspase 3的蛋白质水平,从而预示着人参皂苷Rh2通过调节细胞周期和凋亡相关蛋白而诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡。Wang等[8]为了探索人参皂苷C-K抑制肿瘤细胞生长的潜在机制,通过流式细胞术测定细胞周期谱并对细胞凋亡进行评估,在低至20 μmol/L的浓度下观察到人参皂苷C-K对细胞周期分布产生影响,即人参皂苷C-K抑制结直肠癌细胞中的G1期到S期的转换。用50 μmol/L的人参皂苷C-K处理48 h后,HCT-116细胞的早期和晚期凋亡细胞百分比分别为39.9%±2.5%和32.0%±4.2%,对照组分别为4.0%±1.3%和1.4%±0.3%,差异均有统计学意义(P<0.05)。人参皂苷C-K可诱导肿瘤细胞凋亡。此外,Wu等[9]发现人参皂苷Rh4通过激活结直肠癌细胞中的ROS/JNK/p53途径诱导肿瘤细胞凋亡和自噬,提供了Rh4作为抗癌剂的巨大潜力的基本科学依据。

2 抑制肿瘤细胞增殖

正常细胞的生长依赖于生长因子的调节,但肿瘤细胞可以在很少甚至完全没有生长因子的条件下,保持其持续增殖的能力,大量研究都表明人参皂苷可以通过抑制肿瘤细胞的增殖来发挥抗肿瘤作用。张龙江等[10]研究了人参皂苷Rg1对结肠癌的体外及体内的增殖抑制作用,体外研究通过将不同浓度的人参皂苷Rg1作用于人结肠癌细胞系SW480,结果显示浓度为10 μg/ml时抑制作用最显著,抑制体为47.6% ±2.2%(P<0.05)。体内以Lewis结肠癌小鼠为模型,发现当给药浓度为300 mg/kg时,人参皂苷Rg1对肿瘤抑制率最大,为26.4%±0.2%(P<0.05)。这提示Rg1可有效的抑制结直肠癌细胞的增殖。Kim等[11]对人参皂苷Rp1(一种衍生自人参皂苷Rk1的新型人参皂苷)抗结直肠癌细胞增殖的作用机制进行研究,结果显示人参皂苷Rp1以剂量依赖性方式通过上调载脂蛋白A-1(Apo-A1)的水平抑制结直肠癌细胞的增殖。He等[12]以人参皂苷Rg3对结肠癌细胞的抗癌活性为研究方向,观察到人参皂苷Rg3在体外以剂量依赖性的方式抑制人结肠癌HCT116细胞的增殖,抑制作用最明显的是在100～150 μmol/L之间。同时观察人参皂苷Rg3对HCT 116细胞集落形成的影响,发现浓度在100 μmol/L时,人参皂苷Rg3能有效地抑制HCT 116细胞集落形成。这些结果表明人参皂苷Rg3可有效地抑制人结肠癌细胞的增殖。

3 抑制肿瘤新生血管形成

血管的营养供给与肿瘤的发生发展密不可分,它作为肿瘤生长的重要因素之一,参与并影响着肿瘤的侵袭和转移[13]。新血管的产生为肿瘤提供代谢需要,而血管内皮生长因子(VEGF)是最关键的促血管生成生长因子之一,对肿瘤新生血管的形成有重要作用[14]。曾东香等[15]使用人参皂苷Rg3联合FOLFOX4方案治疗35例晚期结直肠癌患者,通过对治疗组(人参皂苷Rg3联合FOLFOX4方案)和对照组(单纯FOLFOX4方案化疗)的VEGF水平变化进行测定,结果显示治疗组的VEGF水平下降相对于对照组差异有统计学意义,而VEGF对新生血管形成及肿瘤生长起重要作用,提示人参皂苷Rg3可有效地抑制肿瘤新生血管形成。Tang等[16]为了研究人参皂苷Rg3是否也可以影响结直肠癌原位异种移植物的血管形成。使用抗CD34抗体对组织中的内皮细胞进行阳性染色,通过测定微血管密度水平,发现人参皂苷Rg3可以有效抑制肿瘤新生血管生成;同时,通过实时pCR 分析了41种血管生成相关基因的表达,结果发现22种促血管生成基因的mRNA水平下调,说明人参皂苷Rg3的抗肿瘤新生血管生成的作用可能是通过下调某些血管生成相关基因的表达来实现。

4 抑制肿瘤细胞侵袭和转移

恶性肿瘤最重要的特点是其具有局部浸润和远处转移的能力,这也是其致死的主要原因[17]。LTH等[18]通过使用小鼠转移模型,将HT-29细胞注射到免疫受损小鼠中,观察人参皂苷Rb2对肿瘤转移的影响,结果发现人参皂苷Rb2明显减少肝、肺以及肾中肿瘤转移结节的数量,表明人参皂苷Rb2可以有效的抑制结直肠癌细胞的转移。Han等[19]的研究表明人参皂苷20(S)-Rh2降低了癌细胞的侵袭活力;同时,人参皂苷20(S)-Rh2有效抑制IL-6诱导的信号转导、转录激活因子3(STAT3)磷酸化以及基质金属蛋白酶(MMPs)的表达,包括MMP-1、MMP-2和MMP-9,这些影响因子与肿瘤细胞的侵袭与转移密切相关。这些研究结果提示人参皂苷20(S)-Rh2抑制结直肠癌细胞的侵袭和转移的作用机制与其抑制肿瘤细胞的侵袭活力、调节与结直肠癌的侵袭与转移相关影响因子的表达相关。

5 增强机体免疫力

免疫系统有免疫监督功能,这种功能的降低与结直肠癌的发生、发展、复发率以及生存期等都有密切联系。张才军等[20]研究人参皂苷Rh1对免疫功能降低的小鼠的免疫调节的作用机制,结果发现人参皂苷Rh1增加小鼠的脾及胸腺指数、增强巨噬细胞的吞噬功能,促进T淋巴细胞增殖等作用,使免疫功能低下模型小鼠的免疫功能上调。周英武等[21]以BALB/c小鼠为模型,通过测定IgG抗体反应、脾细胞增殖和相关细胞因子来观察人参皂苷Rg1对小鼠免疫功能的影响,实验结果显示人参皂苷Rg1可提高小鼠的免疫力。

6 提高化疗药物的疗效

肿瘤细胞多次与化疗药物接触之后,对药物的敏感性下降甚至消失,产生耐药性。耐药性一旦产生,药物的化疗作用就明显下降,导致药物的疗效降低或无效。5-氟尿嘧啶(5-FU)和奥沙利铂是临床治疗中两种广泛使用的一线化疗药物,Tang等[16]首先研究5-FU和奥沙利铂可以抑制结直肠癌异种移植物的生长，然而,人参皂苷Rg3和5-FU或Rg3和奥沙利铂的组合将肿瘤的体积降低到更显著的水平。表明Rg3联合5-FU或奥沙利铂的化疗方案更为有效。吴迪等[22]研究人参皂苷Rg3联合5-FU化疗对抑制大肠癌生长和转移能否起到协同作用,通过对抑瘤率进行测定,结果显示5-FU及人参皂苷Rg3联合治疗组的抑瘤率为34.82%,相较于5-FU组25.00%的抑瘤率来说,人参皂苷Rg3与5-FU联合应用能够明显提高抑制效果,即两者的联合作用更加有效。

7 抗炎

在结直肠癌的发展中,慢性炎症已被确定为关键的诱发因素[23]。结肠的炎症状态可以强烈影响结直肠癌的过程[24]。Yu等[25]通过使用肠道特异性炎症和致癌作用的Apcmin/+小鼠模型,结果发现低剂量人参皂苷明显降低基因表达炎症细胞因子IL-1α、IL-1β、IL-6、TNF-α、G-CSF以及来自小肠和结肠组织中的GM-CSF的水平,说明人参皂苷减少了肠道炎症和肿瘤的发生与发展。Yao等[26]使用酶联免疫吸附测定法(ELISA)分析人参皂苷C-K对结直肠癌细胞系HT-29分泌的炎性细胞因子IL-8的作用,结果人参皂苷C-K显著降低了HT-29细胞中IL-8的产生,这表明人参皂苷C-K可能在预防炎症相关结直肠癌中具有潜在的临床价值。

8 调节肠道微生物群

人体肠道微生物至少有1000种,这些肠道微生物群对于消化食物,控制肠上皮稳态以及肠道发育至关重要。最近,已有研究表明肠道微生物群通过改变肠道细菌生物膜,微环境稳态和免疫反应促进结直肠癌的发展[27]。Huang等[28]评估了人参皂苷 Rb3/Rd对Apcmin/+小鼠肠道微生物群和肠道微环境的影响,发现人参皂苷Rb3/Rd下调与结直肠癌发展相关的生物标志物(磷酸化信号转导子和转录激活因子3)的表达、促进有益细菌的生长以及下调与恶病质相关细菌的丰度,这些结果表明人参皂苷Rb3/Rd可以通过调节肠道微生物群以及改善肠道微生态来发挥抗癌作用。刘艳艳等[29]通过研究PCR-DGGE 技术使饲喂人参总皂苷的小鼠粪便产生菌群结构的多样性以及相似性后发现,小鼠肠道菌群的结构发生改变,而菌群及其代谢模式与结直肠癌的发生与发展密切相关[30],提示人参皂苷可能以肠道菌群为靶点发挥抗结直肠癌作用。

9 小结与展望

综上所述,人参皂苷有着显著的抗肿瘤活性,现已证明人参皂苷可以通过抑制肿瘤细胞增殖,促进肿瘤细胞凋亡,诱导细胞周期停滞,抑制肿瘤血管生成以及与化疗药物联合增效等机制达到抗肿瘤的目的,而且人参皂苷可以调节机体的免疫力,其通过不同途径来激活机体的免疫力,从而增强机体对抗肿瘤的能力。但是现阶段人参皂苷通过肠道菌群介导作用于结直肠癌的机制尚未明确,是否可以通过肠道菌群在早期阶段检测结直肠癌或通过肠道微生物组寻找肿瘤生物标记物,甚至通过改善肠道微生态来增强机体的免疫力来发挥抗结直肠癌作用等有着广阔的前景,需要进一步的研究探索。

此外,结直肠癌作为一种常见的恶性肿瘤,主要以手术及化疗治疗为主,而人参皂苷有着较好的抗肿瘤作用,且可以增强化疗的效果,但是人参皂苷的临床应用尚处在起步阶段,现只有人参皂苷Rg3(参一胶囊)运用于临床治疗,因此大规模的临床试验还有待于进一步的开展,尽管有多种人参皂苷复合物[31-32]的出现,其中包括人参皂苷药物纳米复合物以及人参皂苷混合胶束等,但是将这些基础实验的研究成果转化为临床治疗结直肠癌方法的道路仍然很漫长,因此还需要大量的基础以及临床研究进一步深入了解人参皂苷的抑癌作用机制,并将研究成果转化为可以应用于临床的抗肿瘤药物。