生姜抗乳腺癌作用研究进展

★ 陈雨然 刘志勇（1.江西中医药大学实验动物科技中心 南昌 330004；2.江西省中药药理学重点实验室 南昌 330004）

乳腺癌是女性中最常见的癌症，也是女性死于癌症的首要原因。据世界卫生组织下属的国际癌症研究所发布的2020年全球癌症数据报告显示，女性乳腺癌首次超过肺癌，成为全球最常见的癌症，约占新发癌症病例的11.70%，是威胁女性健康的一个重大的公共卫生问题［1］。根据我国2019发布的全国癌症统计数据表明，2014和2015的发生率为7.33%和7.74%，仍居前十位，乳腺癌发病率位于城乡女性首位，随着社会经济发展，人口老龄化等因素，其发病率和死亡率总体呈上升趋势［2］。目前，乳腺癌仍采用以手术为主的综合治疗，包括手术，化疗，放疗，内分泌治疗及分子靶向治疗，其中药用治疗应用较广［3］。但是乳腺癌治疗药物存在疗效不足与副作用较大等问题，因此，寻找机制新颖，作用更强，安全性更高的治疗药物是当前面临的首要问题。在寻找新的乳腺癌治疗药物的过程中，植物来源的天然化学产物再次成为新方向，具有抗癌活性的膳食植物可能成为化学治疗剂的安全替代品［4］。

生姜是姜科多年生草本植物生姜的新鲜根茎，是世界上最常见、食用最多的饮食调味品之一［5］。研究表明，生姜及其活性化合物具有抗炎、镇痛及抗氧化等药理作用，对包括癌症在内的多种疾病具有治疗潜力［6］。生姜的活性化合物可以通过对抑癌基因，细胞周期，细胞凋亡，转录因子，血管生成和生长因子的调节作用，最终抑制多种肿瘤的生长，发挥抗肿瘤作用［7-11］。生姜作为一种膳食天然产品，影响着乳腺癌的发生与发展。本文通过对文献的查阅、归纳、整理分析，概述国内外关于生姜抗乳腺癌的常见作用机制及生姜抗乳腺癌作用研究的最新进展，以期生姜能在乳腺癌防治中发挥更大的作用。

1 生姜抗乳腺癌作用机制

大量研究表明，生姜及其活性化合物通过调节细胞信号通路在杀死乳腺癌细胞中发挥作用。生姜及其主要成分在癌症抑制和预防中的可能分子机制如下。

1.1 阻滞肿瘤细胞增殖周期

细胞在受各种信号通路控制的细胞周期中前进和分裂复制［12］。诱导细胞周期停滞是抑制癌症的重要步骤，在这方面，生姜及其活性化合物在诱导乳腺癌细胞周期停滞中发挥重要作用。Bernard M M等［13］研究发现，10-姜油酚通过下调细胞周期调节蛋白及丝裂原诱导的细胞周期蛋白依赖性激酶（Cdks）的表达，抑制了细胞周期从G1期到S期的转变，导致G1期阻滞，从而抑制了MDA-MB-231人乳腺癌细胞的增殖。在杨崇等［14］最新的研究中发现，8-姜酚具有明显的抑制乳腺癌细胞增殖的作用。其作用机制可能为8-姜酚通过诱导乳腺癌细胞产生ROS，进而导致 MAPK信号通路中P38磷酸化激活，最终引起乳腺癌细胞的G1期阻滞，发挥抗乳腺癌作用。

1.2 诱导细胞凋亡

肿瘤细胞对细胞凋亡的抗性是致癌过程中必不可少的部分，并且还与对化学治疗药物的抗性有关。细胞凋亡既可以提高细胞存活率，又可以促进肿瘤的形成［15］。已被证明可通过调节促凋亡和抗凋亡分子来抑制癌细胞系的体外生长。Elkady A I等［16］用生姜提取物处理MCF-7和MDA-MB-231细胞时发现生姜会导致乳腺癌细胞活力丧失，染色质浓缩，DNA片段化，胱天蛋白酶3的活化以及聚ADP-核糖聚合酶裂解等一系列以细胞凋亡为特征的事件。研究证实，姜介导的细胞凋亡可能部分归因于Bax的上调和Bcl-2蛋白的下调。一方面，生姜下调了生存基因（例如NF-κB，Bcl-X，Mcl-1和Survivin），细胞周期调节蛋白（包括细胞周期蛋白D1和细胞周期蛋白依赖性激酶4（CDK-4）的表达。另一方面，它增加了CDK抑制剂p21的表达。它还抑制了癌症的两个主要分子靶标c-Myc和人类端粒酶逆转录酶（hTERT）的表达，从而发挥促进乳腺癌细胞凋亡的作用。于杰滨等［17］也发现6-姜辣素可以诱导乳腺癌细胞凋亡。研究表明，6-姜辣素作用于乳腺癌细胞后，促进Bad和Bax表达的同时，抑制了Bcl-2的表达。最终通过激活AMPK/mTOR信号通路，抑制乳腺癌细胞增殖并促进其凋亡，发挥抗肿瘤功能。

1.3 抑制肿瘤细胞转移作用

乳腺癌的转移是由很多基因共同参与，相互影响，相互作用的一个连续复杂的过程，控制肿瘤细胞转移扩散是影响患者预后状态和生命质量的重要因素［18］。Lee H S等［19］首次发现生姜中的6-姜油酚能显著抑制MDA-MB-231人乳腺癌细胞的转移过程。肿瘤细胞的侵袭和转移过程需要与血管定界基底膜（BM）和间质性结缔组织相关的结缔组织降解，通过BM侵入是转移的关键步骤。基质金属蛋白酶（MMP）是一种重要的细胞外基质（ECM）降解酶，可催化细胞周围BM和ECM的降解。研究证实，6-姜油酚处理通过降低MMP-2和MMP-9的活性，抑制MDA-MB-231人乳腺癌细胞系中的细胞粘附，侵袭，运动。Ling H等［20］发现6-姜烯酚能抑制由佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯（PMA）诱导的MDA-MB-231和MCF-7人乳腺癌细胞的侵袭作用。PMA通过激活NF-kB及ERK依赖性AP-1的转录，诱导MMP-9的表达，促进癌细胞发生侵袭。研究表明，6-姜烯酚通过抑制IκBα的磷酸化和降解来靶向上游IKK信号通路，从而导致p65核易位阻滞，最终抑制NF-κB的转录激活。因此6-姜烯酚可通过靶向NF-κB激活级联来抑制乳腺癌细胞的侵袭作用。

1.4 过氧化物酶体增殖物激活受体γ

生姜及其组分通过调节过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ），最终抑制乳腺癌细胞的生长或直接杀伤癌细胞。PPARγ属于核激素受体超家族，调节基因表达，在细胞分化、增殖、炎症反应和脂质代谢中发挥重要作用［21］。最近的报道表明，PPARγ在许多人类癌症中过表达，PPARγ配体通过改变分化和/或诱导凋亡抑制多种癌症的生长［22-23］，最近一项基于6-姜烯酚处理MDAMB-468，MDA-MB-231，MCF-7和T47D人乳腺癌细胞的研究显示了PPARγ激动剂的表达特征。在微阵列基因谱分析和连通性图分析结果中显示，用6-姜烯酚处理的乳腺癌细胞显示PPARγ激动剂的特征性基因表达特征。6-姜烯酚是一种PPARγ激动剂，具有与PPARγ的天然配体15-δ前列腺素J2相当的PPARγ结合亲和力。用6-姜烯酚处理乳腺癌细胞诱导了PPARγ依赖性的PPARγ转录活性，抑制了NF-κB活性，最终诱导了乳腺癌细胞的凋亡［24］。

1.5 NOTCH信号通路

NOTCH信号通路可调控细胞的增殖、分化和凋亡等多种生理过程，Notch配体与受体间异常的相互作用也可诱导肿瘤的发生，同时调控肿瘤血管生成，为肿瘤的形成、维持、发展和转移提供条件。大量研究表明，Notch通路在乳腺肿瘤进展过程中具有主要参与和多重作用，可能成为乳腺癌治疗的潜在靶点［25-26］。Bawadood A S等［27］的研究中证实生姜中的活性成分6-姜烯酚通过靶向Notch信号通路诱导细胞凋亡和抑制自噬来抑制乳腺癌细胞的生长。Ray A等［28］发现，6-姜烯酚通过改变Notch信号通路来抑制类球体的大小和集落形成能力，从而发挥对乳腺癌细胞和类球体的抗增殖活性。研究表明，6-姜烯酚通过抑制γ-分泌酶来下调Notch信号通路，从而降低Notch1下游产物如Hes1和cyclin D1的表达，最终诱导MCF-7癌症干细胞样球体自噬死亡。

1.6 非凋亡性细胞程序性死亡

大量研究发现细胞死亡除了细胞坏死和凋亡外，还存在一种非凋亡性细胞程序性死亡。内质网（ER）和线粒体肿胀引起细胞质空泡化并最终导致细胞死亡是非凋亡性细胞程序性死亡的显著特征。在整个过程中，胞浆和胞核密度增加、线粒体肿胀、但细胞膜和细胞器仍保持完整［29-30］。Nedungadi D等［31］发现了姜提取物诱导的乳腺癌细胞死亡的新机制。研究表明生姜中的成分6-姜烯酚有效地阻断了蛋白酶体，引起蛋白酶体功能障碍，最终导致内质网应激与细胞质空泡化，通过癌细胞的非凋亡性细胞程序性死亡引起乳腺癌细胞死亡。Divya N等［32］也证实了生姜诱导的乳腺癌细胞非凋亡性细胞程序性死亡。结果显示生姜提取物使细胞线粒体膜电位和ATP产量急剧下降以及ROS过量生成，引起线粒体功能障碍。并通过内质网应激和内质网扩张诱导细胞质空泡化，最终引起乳腺癌细胞的非凋亡性细胞程序性死亡。这些研究显示了生姜提取物诱导癌细胞死亡的一种新机制，可能成为乳腺癌治疗与预防的潜在靶点。

生姜的抗乳腺癌作用在先前的大量实验中已经获得证实。主要通过诱导细胞周期阻滞，诱导肿瘤细胞凋亡，抑制肿瘤转移等作用机制而发挥抗肿瘤作用。最新研究发现，生姜可以通过改变能量代谢的途径来发挥抗乳腺癌作用，为进行生姜抗乳腺癌作用机制研究提供了新思路。

2 生姜抗乳腺癌作用研究新思路

2011年，美国科学家Douglas Hanahan和Robert A.Weinber提出肿瘤细胞能量代谢异常是肿瘤细胞的十大特征之一，使得肿瘤细胞得以快速增殖所必需的能量供给及代谢通路逐渐成为肿瘤特性研究的核心，越来越多的研究者将此作为标靶来研究肿瘤的预防和治疗。早在1924年，Rodrigo D R等［33］就提出了氧糖酵解的概念，即使氧合良好的癌细胞也具有较高的葡萄糖消耗和较高的乳酸生成，这表明糖酵解被上调。与正常细胞相比，癌细胞的糖酵解上调的观察结果导致了这样的假设，即氧化磷酸化（OXPHOS）在癌症中普遍下调。事实上每一种肿瘤都有自己的代谢特点，即使同一肿瘤内的不同肿瘤细胞在代谢方式上也是有差别的，有氧糖酵解还不足以完全取代OXPHOS来产生能量。越来越多的证据表明，某些癌症严重依赖于OXPHOS，使用OXPHOS抑制剂可有效的靶向这些癌症亚型［34］。为肿瘤的临床治疗提供了新的思路与方法。

研究发现，三阴性乳腺癌细胞系表现为活跃的OXPHOS和低糖酵解活性［35］。Diana W M等［36］对2 000例乳腺癌患者的基因表达数据的分析中也显示人类乳腺肿瘤中线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）的转录明显上调，并且与转移有特定的关联。因此，上皮性肿瘤细胞中OXPHOS的上调是人类乳腺癌的共同特征，OXPHOS途径可能是乳腺癌的潜在靶标。

Lei D等［37］的最新研究中发现生姜可通过抑制氧化磷酸化途径来发挥抗乳腺癌的作用。实验采用同位素相对标记与绝对定量技术来确定生姜精油（GEO）和双酚A（BPA）联合处理对MCF-7蛋白质组学谱的影响。与对照组相比，GEO-BPA，BPA和GEO处理组显示了34、481和220个差异表达的蛋白质。通过GO注释和KEGG途径分析，确定了GEO-BPA治疗过程中的具体调控机制和信号转导途径。GO功能注释显示与对照组相比，GEOBPA治疗组总共表达了34种差异蛋白。KEGG指出，氧化磷酸化可能是GEO-BPA抑制MCF-7乳腺癌细胞的重要途径之一。分析显示GEO-BPA治疗组中有10种差异表达的蛋白质可调节氧化磷酸化途径，其中七个与氧化磷酸化有关的差异表达蛋白（即COX2，NDUFA8，NDUFS4，ND2，SDHB，SDHC，SOD2）显著减少。这些差异表达的蛋白质可能是GEO-BPA对MCF-7细胞起到抑制作用的关键。GEO-BPA可能通过氧化磷酸化途径起作用，降低SDHB和SDHC的表达，影响三羧酸循环，同时降低SOD的表达，发生氧化应激，发挥抗乳腺癌作用。生姜基于能量代谢途径的研究为其抗乳腺癌作用机制研究提供了新的思路与方法。

3 结语

综上所述，生姜是一种历史悠久、资源丰富的防病治病的药物，具有较高的的社会价值与经济效益。近年来，生姜抗乳腺癌的作用日益受到研究人员的青睐，研究发现生姜及其活性化合物通过调节基因活性在杀死乳腺癌细胞中发挥关键作用。生姜除了在诱导细胞周期阻滞，诱导肿瘤细胞凋亡，抑制肿瘤转移等常见抗肿瘤作用机制上发挥抗乳腺癌作用外，在能量代谢途径上，生姜能通过抑制氧化磷酸化途径而发挥抗乳腺癌作用，此项研究提供了新的思路与方法。需要从氧化磷酸化的途径出发，对生姜抗乳腺癌作用进行更加深入的研究。在对生姜抗乳腺癌机制的总结与归纳中，发现当前生姜抗乳腺癌作用机制的研究多集中于体外实验，临床试验的研究仍然不足，需要进一步的研究，明确生姜及其活性化合物在乳腺癌治疗中的确切作用机理和安全剂量，为生姜的开发利用以及临床应用提供理论依据。