当归及其活性成分癌症化学预防作用机制研究进展

刘葭 陈佳佳 郝逗逗 李婷婷 李鑫 梅凯 吴清

癌症化学预防这一概念于1976年由Sporn首次提出，系指应用天然或合成物质抑制或逆转癌症的发生发展过程[1]，是降低癌症发病率和死亡率的重要策略。药食同源中药兼具药品和食品的双重属性，具有较高的安全性，在癌症预防领域具有良好的应用前景，为化学预防药物的开发研究提供了新思路[2]。当归为伞形科植物当归Angelicasinensis(Oliv.) Diels的干燥根，属于药食同源中药范畴，味甘、辛，性温，归肝、心、脾经，具有补血活血、调经止痛、润肠通便的功效[3]。当归化学成分种类多样，主要包括挥发油类、有机酸类、多糖类和黄酮类等，其中藁本内酯和正丁烯基苯酞等苯酞类化合物是挥发油的主要成分，阿魏酸是代表性有机酸成分[4]。近年来，对当归及其化学成分的药理作用研究不断深入，抗氧化、抗炎、抗纤维化、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞转移、调节肿瘤微环境等药理活性为当归应用于癌症化学预防提供了依据。本文对当归及其活性成分的癌症化学预防相关研究进展进行综述，以期为癌症预防探寻新方法。

1 降低癌症发生率

癌症发生受多因素调控，具有多途径、多步骤发展的特点。炎症及氧化应激与癌症发生发展的关系密切，长期慢性炎症易引起组织纤维化，慢性纤维化是癌症的风险因素之一[5]。减少氧化应激、抑制炎症反应、干预治疗与癌症相关的慢性纤维化疾病是预防癌症发生的有效策略。

1.1 抗氧化与抑炎

氧化应激是机体内氧化作用与抗氧化作用失衡的状态，持续产生的活性氧(reactive oxygen species，ROS)会损伤细胞结构和功能，并可能诱导体细胞突变以及肿瘤性转化，同时肿瘤启动子能够募集炎症细胞并刺激其产生ROS[6-7]。炎症反应产生促生长细胞因子、抑制肿瘤抑制因子，刺激信号传导通路，是肿瘤产生的重要因素[8]。当归及其活性成分调控与氧化应激、炎症密切相关的信号通路，发挥抗氧化抑炎作用，从而预防癌症发生。

1.1.1 Nrf2/ARE通路 核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor，Nrf2)/抗氧化反应元件(antioxidant response element, ARE)通路是氧化应激重要的信号通路，与结直肠癌、肺癌、皮肤癌、乳腺癌等多种癌症密切相关[9]。Nrf2/ARE调节II相解毒酶表达，减轻氧化损伤，去除致癌物质及其产生的ROS，从而保护机体、预防癌症发生[10]。

美国罗格斯大学Tony Ah-Ng Kong教授长期从事癌症化学预防领域研究，其建立了稳定转染ARE荧光素酶报告基因的HepG2-ARE-C8细胞，为筛选能够调控Nrf2/ARE通路的潜在癌症化学预防剂奠定了研究基础。

Dietz等[11]以甲醇为溶剂采用浸渍法制备当归提取物，进一步分离得到石油醚洗脱部位，该部位含量最高的成分是藁本内酯。石油醚部位和藁本内酯作用于HepG2-ARE-C8细胞，能够剂量依赖性地诱导ARE荧光素酶活性。石油醚部位作用于小鼠肝癌细胞Hepa-1c1c7时，使II相解毒酶NAD(P)H：醌氧化还原酶1[NAD(P)H: quinone oxidoreductase 1, NQO1]酶活性加倍的浓度(concentrations to double the enzyme activity, CD)为(5.5 ± 3.7)μg/mL，藁本内酯CD为(6.9 ± 1.9)μmol/L，说明二者对NQO1活性具有良好的诱导作用。将半数抑制浓度(half maximal inhibitory concertration,IC50)与CD的比值定义为化学预防指数(chemopreventive index, CI)，则石油醚部位CI为19，藁本内酯CI为10，略低于经典癌症化学预防化合物莱菔硫烷(CI为26)。

超临界CO2萃取法是提取当归藁本内酯等挥发性、脂溶性成分的主要方法之一。有研究发现，当归超临界提取物作用于HepG2-ARE-C8细胞，可显著激活ARE荧光素酶活性，激活Nrf2表达，并诱导下游 NQO1表达；作用于小鼠前列腺癌TRAMP C1细胞，通过诱导Nrf2启动子去甲基化，能够提高Nrf2表达，并诱导Nrf2下游NQO1表达[12-13]。

当归参与调控Nrf2/ARE通路发挥抗氧化作用，具有开发为癌症化学药物的潜力。化学致癌剂氧化偶氮甲烷(azoxymethane, AOM)/化学致炎剂葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium, DSS)诱导的啮齿类动物炎症相关结直肠癌模型是研究“炎—癌转化”的经典模型，在筛选炎症相关结直肠癌预防药物方面应用广泛。基于此模型的研究发现当归超临界提取物(60 mg/kg)能够显著降低小鼠血清肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)水平，升高Nrf2水平，抑制结肠黏膜环氧合酶-2(cyclooxygenase-2, COX-2)和诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)表达，抑制增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen, PCNA)表达，降低肿瘤发生率，减少荷瘤个数，缩小瘤体积，延缓肿瘤发展速度[14-15]。此外，当归超临界提取物与当归多糖联用在预防肿瘤发生方面具有一定的协同作用[16]。当归超临界提取物与当归总酚酸联用能够有效抑制小鼠结直肠肿瘤发生发展，表现出剂量依赖性，降低结直肠组织细胞增殖活性，减轻DNA损伤，抑制炎性反应[17]。

1.1.2 NF-κB通路 核因子κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)通路是介导炎症反应的重要信号通路，调控细胞增殖、血管生成、肿瘤促进与转移、细胞凋亡等相关基因的转录激活。据文献报道，结直肠癌、肝癌、淋巴癌、前列腺癌等癌症的形成与慢性炎症激活NF-κB通路密切相关[18]。

脂多糖(lipopolysaccharides, LPS)诱导的RAW264.7细胞模型常用于评价药物的体外抗炎活性。当归乙酸乙酯提取物显著抑制LPS诱导的RAW264.7细胞的NF-κB荧光素酶活性，减少促炎细胞因子白介素-6(interleukin-6, IL-6)和TNF-α生成[19]。当归主要活性成分Z-藁本内酯可剂量依赖性抑制LPS诱导的RAW264.7细胞表达COX-2和iNOS，调节NF-κB通路，发挥抗炎活性[20]。

张庆[21]采用AOM/DSS小鼠模型研究了当归与苦参有效成分联用的结直肠癌化学预防作用，当归超临界提取物(60 mg/kg)与氧化苦参碱(30 mg/kg)联用能够延缓肿瘤发生过程，阻碍结直肠肿瘤从低级别内瘤变转变为高级别内瘤变，预防机制与降低COX-2和iNOS表达、抑制NF-κB通路有关。

1.2 抗纤维化

1.2.1 抑制特发性肺纤维化 特发性肺纤维化是一种慢性进行性纤维化性间质性肺炎，是肺癌独立的危险因素，患者的肺癌发病率显著高于普通人群[22]。特发性肺纤维化患者具有肺癌高发病率的发病机制涉及上皮间质转化、持续性成纤维细胞活化和细胞外基质重塑等，抑制肺纤维化一定程度上能够延缓肺癌发生[23]。

当归在防治肺纤维化方面具有一定疗效，其作用机制涉及抑制纤维组织增生、缓解氧化损伤[24]。阿魏酸通过调控Ⅰ型胶原、转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)、p-Smad2和p-Smad3表达，抑制TGF-β/Smad信号通路，预防上皮间质转化，剂量依赖地延缓肺纤维化进展[25]。阿魏酸和黄芪甲苷联用能够减少氧化应激，减少胶原蛋白合成，调节miRNA-29抑制TGF-β1/Smad信号通路，抑制纤维化发展[26]。

分化拮抗非编码RNA(differentiation antagonizing non-protein coding RNA，DANCR)是代表性长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)，能够促进上皮间质转化，在细胞增殖、迁移、侵袭和干细胞分化中发挥关键作用，在结直肠癌、乳腺癌等多种肿瘤中表达增加[27-28]。Qian等[27]研究发现当归多糖能够抑制大鼠肺纤维化，抑制肺泡Ⅱ型上皮细胞RLE-6TN的上皮间质转化，下调lncRNA DANCR表达，而lncRNA DANCR过表达会逆转当归多糖对纤维化的抑制作用，提示DANCR是当归多糖抗纤维化的潜在治疗靶点。

1.2.2 抑制口腔黏膜下纤维化 口腔黏膜下纤维化是口腔癌明确的癌前病变，其形成与肌成纤维细胞的持续活化密切相关，改善成纤维细胞的过度活化对于预防口腔癌变至关重要[29]。Su等[30]研究正丁烯基苯酞对颊黏膜成纤维细胞和多种肌成纤维细胞标志物的细胞毒性。结果表明，正丁烯基苯酞抑制胶原蛋白收缩、迁移、侵袭和伤口愈合能力等肌成纤维细胞活性，降低α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin, α-SMA)、纤连蛋白和Ⅰ型胶原A1表达，下调上皮间质转化相关标志物Twist、Snail和ZEB1水平，阻碍α-SMA与Snail结合，发挥抗纤维化作用。

2 预防癌症转移

癌症转移是临床癌症患者死亡的重要原因，防治肿瘤侵袭、转移是降低癌症死亡率的重要途径。王淙悦等[31]对1993～2012年中药用于肿瘤转移的文献进行整理分析，发现当归为常用内服中药(在统计的239种中药内使用频次排名第四，频率16.88%)。现代药理研究显示，当归既能够直接作用于肿瘤细胞，又可以参与调控肿瘤微环境，从而发挥抗癌症转移作用。

2.1 抑制肿瘤细胞增殖，诱导细胞凋亡

2.1.1 阻滞细胞周期 细胞周期是细胞生命活动的基本过程，当归不同提取物可阻滞细胞于不同时期，阻滞周期进程，抑制肿瘤细胞增殖。当归丙酮提取物作用于人肺癌A549细胞，诱导其细胞周期阻滞在G1期，减少S期细胞数量，抑制细胞增殖[32]。当归氯仿和甲醇提取物以70 μg/mL剂量作用于人胶质母细胞瘤DBTRG-05MG细胞，均可使超过90%的细胞阻滞在G0/G1期，并减少S期和G2/M期细胞数量[33-34]。当归多糖通过下调细胞周期调节因子Cyclin D1、Cyclin B和Cyclin E表达，可显著抑制人神经胶质细胞瘤U251细胞增殖[35]。

2.1.2 调控凋亡相关基因与蛋白表达 Bcl-2具有抑制细胞凋亡的作用，Bax可拮抗Bcl-2发挥促进细胞凋亡的作用，Caspase-9和Caspase-3在激活线粒体介导的细胞凋亡过程中发挥关键作用。当归丙酮提取物通过抑制Bcl-2表达，激活Caspase-9和Caspase-3，诱导细胞凋亡[32]。当归多糖可下调Bcl-2表达，上调Bax和Cleaved Caspase-3表达，诱导细胞凋亡[35]。正丁烯基苯酞(60 μg/mL)激活线粒体内在途径，上调Cleaved Caspase-9和Cleaved Caspase-3表达，诱导膀胱癌细胞凋亡[36]。

有证据表明手术切除原发肿瘤会促进转移性肿瘤发展。Feng等[37]构建转移性结肠癌小鼠模型，并采用当归补血汤进行干预，结果显示当归补血汤能够上调Caspase-3、Cleaved Caspase-3等促凋亡蛋白表达并下调抗凋亡蛋白Bcl-2表达，诱导细胞凋亡，抑制转移瘤生长，为围手术期肿瘤治疗提供了实验参考。

2.2 抑制肿瘤细胞转移

2.2.1 抑制肿瘤细胞上皮间质转化 上皮间质转化是上皮细胞获得间充质特征的过程，与恶性肿瘤发生侵袭、转移密切相关。在上皮间质转化过程中，伴随着细胞表型变化，一些典型细胞标志物也发生变化，出现E-钙黏蛋白表达下调、N-钙黏蛋白、波形蛋白和转录因子Twist表达上调[38]。

正丁烯基苯酞以60 μg/mL剂量作用24小时可有效抑制人前列腺癌 TCCSUP、5637、T24和BFTC 905细胞的体外转移，以50 μg/mL剂量作用24小时可有效抑制人乳腺癌MDA-MB-231和MCF-7细胞的体外转移，作用机制与抑制肿瘤细胞上皮间质转化、调控E-钙黏蛋白、N-钙黏蛋白、波形蛋白和转录因子Twist基因表达有关[36,39]。

Yang等[40]使用浓度10 ng/mL的TGF-β1处理SH-SY5Y细胞12小时诱导上皮间质转化发生，可见E-钙黏蛋白、N-钙黏蛋白、波形蛋白和ZEB1异常表达，当归多糖能够逆转上述蛋白的异常表达，抑制肿瘤细胞上皮间质转化过程。

2.2.2 抑制基质金属蛋白酶活性 基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是一类具有Zn2+、Ca2+依赖性的蛋白水解酶，能够降解细胞外基质，在肿瘤侵袭和转移中发挥关键作用。抑制MMPs活性是抑制原发肿瘤浸润转移的重要机制之一。

Gao等[41]通过尾静脉注射人肺癌A549细胞建立裸鼠肺转移模型，给药组以5 mg/g剂量腹腔注射当归注射液，每周3次，持续2周。与模型组相比，给药组动物的肺转移结节数和肺脏质量显著降低，说明当归具有抗肺癌转移作用，其作用机制与抑制A549细胞MMP-2、MMP-9活性、下调MMP-2、MMP-9表达有关。

受体酪氨酸激酶(anexelekto,Axl)在肿瘤细胞增殖、转移、血管生成及免疫调节等方面发挥重要作用，参与调控Akt、NF-κB和STAT等多条信号通路，目前已证实其在肺癌、乳腺癌、甲状腺癌等多种癌症组织高表达，是癌症治疗的潜在靶点[42]。正丁烯基苯酞可显著抑制人胶质瘤干细胞样1XM细胞和人胶质母细胞瘤DBTRG-05MG细胞Axl表达，降低MMP-2水平，抑制细胞体外迁移和侵袭，并且延长脑胶质瘤大鼠生存期，剂量依赖性减少脑组织侵袭性细胞，抑制肿瘤在体内的迁移和侵袭[43-44]。

当归多糖在100～400 μg/mL剂量范围内抑制人宫颈癌Hela细胞体外迁移和侵袭，其作用机制与抑制p38通路，进而抑制MMP-2和MMP-9表达有关[45]。

2.2.3 抑制肿瘤细胞与基质成分黏附 肿瘤细胞黏附于细胞外基质或血管内皮细胞，继而进入血液循环，才能发生癌症远端转移。因此，抑制肿瘤细胞与基质成分间的异质性黏附，有助于抑制肿瘤细胞侵袭转移[46]。

当归可以降低肿瘤细胞与基质成分的黏附能力，浓度为13.33 mg/mL的当归水提液能够显著抑制高转移性小鼠黑色素瘤B16-BL6细胞与基底膜成分层粘连蛋白的黏附性[47]。人肺癌A549细胞和结肠腺癌HT29-D4细胞经浓度梯度阿魏酸(50～200 μmol/L)预孵育后，对基质成分(Ⅰ型胶原、Ⅳ型胶原、层黏蛋白、纤连蛋白和玻连蛋白)的黏附性显著降低，其中A549和HT29-D4细胞对Ⅰ型胶原的黏附率可分别降低77.9%和79.8%[48]。

2.2.4 抑制肿瘤细胞迁移能力 肿瘤细胞的迁移运动是其浸润周围组织、进入血管的前提，是肿瘤发生侵袭转移的重要因素。因此，抑制肿瘤细胞的迁移能力，有助于抑制肿瘤侵袭转移[49]。

当归注射液在2.5～25 mg/mL剂量范围内干预人肺癌A549细胞24小时后，可剂量依赖性抑制肿瘤细胞迁移，25 mg/mL剂量下细胞迁移率降至19%[41]。Yang等[50]研究发现，当归多糖在300 μg/mL剂量时能够显著抑制SH-SY5Y细胞迁移。此外，多位研究者采用细胞划痕实验研究阿魏酸对A549细胞迁移能力的影响，结果均显示阿魏酸能够剂量依赖性抑制细胞迁移，其作用机制可能与抑制JAK2/STAT6通路磷酸化相关[48,51]。

2.3 调控肿瘤微环境

肿瘤微环境与肿瘤转移关系密切，肿瘤相关成纤维细胞(tumor-associated fibroblasts, TAFs)是肿瘤微环境内最主要的基质细胞，在肿瘤的生长、侵袭与转移过程中发挥重要的调控作用，是预防肿瘤转移的潜在作用靶点。

有研究显示，正丁烯基苯酞对小鼠纤维肉瘤细胞K-balb和正常成纤维细胞Balb-3T3均有增殖抑制作用，提示其可能通过作用于成纤维细胞调控肿瘤微环境，进而发挥抗肿瘤作用[52]。藁本内酯能够抑制TAFs增殖，并诱导细胞内源性凋亡，使细胞周期被阻滞在G2/M期，通过作用于Toll样受体4，下调TAFs的IL-10表达水平，改变TAFs的免疫抑制功能，恢复被TAFs上清抑制的T细胞增殖和T细胞IFN-γ表达[53,54]。

肿瘤微环境能够诱导骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells, BMSCs)分化为TAFs。武有明等[55]利用当归多糖干预以Transwell小室建立的BMSCs和小鼠Lewis肺癌细胞共培养体系，证实了当归多糖能够抑制肺癌微环境中BMSCs增殖及TAFs相关分子α-SMA表达。

3 总结与展望

当归及其活性成分具有抗炎、抗氧化、抗纤维化等药理作用，一定程度上能够预防或延缓肿瘤发生，是可用于癌症一级预防(降低癌症发病率)的潜在化学预防剂。通过诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞上皮间质转化、降低肿瘤细胞黏附性和侵袭力、调节肿瘤微环境基质细胞等方式，当归及其活性成分在防治肿瘤转移方面也具有良好效果，具备应用于癌症三级预防(预防癌症转移与复发)的潜力。然而，现阶段针对当归癌症化学预防的研究仍主要集中于单体成分在细胞水平的机制研究，当归用于癌症预防的药效物质基础尚不清晰，同时缺乏临床针对不同层次预防用法用量的数据支持。因此，后续研究还应充分利用现代研究技术方法，如采用血清药理学、“谱—效关系”，结合“成分配伍”“组分配伍”理念，进一步研究当归癌症预防药效物质基础，为临床应用提供坚实的数据支撑。同时，结合药效物质的理化性质，采用药剂学手段，开发可针对不同阶段癌症防治的中药现代制剂，为癌症防治提供新途径和新方法。