黄芪多糖的抗肿瘤作用机制研究进展*

李 瑞，王 宇

1 陕西中医药大学第二临床医学院,陕西 咸阳 712046；2 陕西中医药大学医学科研实验中心

黄芪作为一种历史悠久且临床应用具有多重 功效的补气中药，含有多糖、皂苷类、黄酮类等化学成分。黄芪多糖（astragalus polysaccharides，APS）为黄芪的主要化学成分之一，目前已经被分离出30 多种，主要分为葡聚糖和杂多糖［1］。APS具有抗病毒、抗辐射、抗衰老、抗氧化、抗肿瘤等多种生物活性，可促进RNA 和蛋白质合成，从而延长细胞寿命。已有许多研究报道了APS 在多种肿瘤中发挥抗癌作用，本文综述近几年APS 在各种肿瘤中的抗癌机制。

1 APS与肺癌

肺癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，由于其起病隐匿，约70%的患者确诊时已到晚期。非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）约占肺癌相关死亡率的85%，转移在NSCLC患者中较常见，早期转移是导致大多数患者死亡的原因［2］。化疗作为NSCLC 的重要治疗手段，找到有效控制NSCLC 的化疗药物尤为重要。APS 作为近年来NSCLC 患者的辅助治疗药物，具有促血管新生和抗炎作用，且对各器官均有保护作用［3］。于海艳等［4］收集783 例NSCLC 患者，最终纳入9 个随机对照试验（randomized controlled trial，RCT），采用Meta 分析方法系统评价了注射用APS 联合放、化疗作为NSCLC 患者辅助治疗的有效性和安全性，结果表明APS 联合放、化疗可提高患者免疫能力，增强治疗效果，减少不良反应，其疗效优于单纯放、化疗。

大量研究显示，APS 的抗癌机制涉及一系列复杂的调控过程，而不是某种单一机制。尽管APS的研究机制尚未阐明，但已有研究表明APS的抗癌机制可能与其诱导肿瘤细胞凋亡有关。李蓉［5］研究证实，APS 可抑制人肺癌A549 细胞增殖及促进细胞凋亡。应用流式细胞术检测经APS 处理48 h 后的人肺癌A549 细胞，发现APS 可阻滞肿瘤细胞于G1期，延缓肿瘤细胞周期进程，且与顺铂联用后肿瘤细胞的G1和S 期均受到阻滞，两药联合使用后效果增加。ZHANG YM 等［6］经体外研究发现APS对A549肺癌细胞诱导的骨髓间充质干细胞（bone mesenchymal stem cells，BMSC）的细胞增殖和形态变化具有保护作用，APS 可逆转A549 肺癌细胞和BMSC 共同培养中的细胞异常形态变化，减少细胞增殖并促进细胞周期停滞。这些作用可能与丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase,MAPK)/核转录因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)信号通路及p53、Caspase-3、乙酰化H4K5、乙酰化H4K8 和乙酰化H3K9 调节有关。金安粉是由APS组成的复方中药，有研究发现其能诱导人肺癌A549细胞发生凋亡，机制可能是上调Caspase-3表达，下调Survivin蛋白表达［7］。

近些年研究发现炎症细胞包括巨噬细胞（Macrophages）、树突状细胞（dendritic cells，DC）和细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）通过直接或间接作用影响肿瘤微环境平衡，调节肿瘤细胞增殖、血管生成和转移［8］。巨噬细胞的不同表型决定了其在肿瘤生长中的作用，M1 表型巨噬细胞可抑制肿瘤生长，M2 表型巨噬细胞可促进肿瘤生长。BAMODU OA等［8］证实APS增强了NSCLC 患者巨噬细胞由M2 表型向M1 表型极化，激活树突状细胞促进DC 功能成熟以及加强T 细胞介导的抗癌免疫反应。ZHAO L 等［9］发现APS能够抑制小鼠Lewis肺癌的生长及转移，改善免疫器官功能，抑制癌细胞中血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和表皮生长因子受体（epithelial growth factor receptor，EGFR）的表达，并具有量效关系。Notch蛋白是一种参与转录调控的跨膜受体，已被证实在肺癌中具有调节细胞增殖、凋亡和分化的作用。WEI W等［10］从黄芪中分离出一种名为RAP的多糖，能够诱导巨噬细胞中SOCS3基因表达，经RAP处理的巨噬细胞降低了生长肿瘤的重量和体积，具有肿瘤抑制作用，其作用机制可能为RAP刺激Notch信号通路的激活从而促进M1 极化，而Notch 信号通路可通过SOCS3 来改变巨噬细胞表型。近些年，促炎性细胞因子被越来越多研究者证实与晚期癌症患者的疼痛、疲劳、认知功能障碍等相关。HUANG WC 等［11］在23 个有转移的癌症患者双盲随机对照试验中发现经APS 注射液治疗，患者的总体生活质量得到改善的同时，降低了主要促炎细胞因子［白细胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)、白细胞介素6(interleukin-6，IL-6)、IL-12、干扰素γ(interferonγ，IFN-γ)和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)］水平，表明APS 可通过下调炎症级联反应，降低其相关信号调节，有效改善晚期癌症患者生活质量。

研究显示，许多癌基因或抑癌基因参与了细胞周期调控。APS 还可下调NF-κB 等凋亡相关信号分子表达，抑制NF-κB 活性，从而促进人肺癌细胞A549凋亡。同样，APS还能通过抑制细胞自身的自噬机制起到抗肿瘤作用，这可能与其下调PI3K/Akt 信号通路的自噬作用有关。PI3K-Akt-mTOR 是癌症中重要的3种主要信号通路之一，被认为是治疗失败、肿瘤复发、转移的根源。王雪林等［12］采用黄嘌呤氧化酶作用人肺癌A549 细胞24 h 来建立自噬模型，发现APS 可能通过降低LC3B 表达干扰自噬小泡形成双层膜，降低PI3K蛋白表达，从而阻断自噬小泡进入溶酶体，抑制癌细胞自噬程度。APS 还可上调Akt 蛋白表达，可能是PI3K 蛋白表达降低减弱了其下游AKT 蛋白活化。表明APS 能下调PI3K/Akt 信号通路，使人肺癌A549 细胞处在缺氧和营养缺乏环境，为肺癌的治疗提供了潜在靶点。ZHOU Y等［13］发现APS结合10-羟基喜树碱（10-hydroxycamptothecin，HCPT）通过MAP4K3/mTOR 信号通路抑制NSCLC 的转移，表明MAP4K3 可能为NSCLC治疗的另一个潜在靶点。

2 APS与乳腺癌

乳腺癌是危害全球女性最常见的恶性肿瘤之一。三阴性乳腺癌（triple negative breast cancer，TNBC）占所有乳腺癌的10%～20%，与其他乳腺癌亚型相比，其恶性程度最高，预后最差［14］。虽然许多研究为其发病机制和治疗策略提供了帮助，但TNBC 的发病率和死亡率依然居高不下。化疗药物治疗的副作用和耐药性严重限制了TNBC的治疗效果。因此，更有效、更安全的药物对于改善TNBC 患者的预后和生存质量显得尤为重要。APS 通过诱导肿瘤细胞发生凋亡，从而影响TNBC的发展。LIU C 等［15］的体外研究结果证实，APS 能有效减少TNBC 肿瘤细胞活性，减少肿瘤细胞的侵袭，加速人乳腺癌MDA-MB-231 细胞凋亡，进而以剂量依赖的方式对抗TNBC症状。LIU C等［16］利用TCGA（the cancer genome atlas）疾病数据和分子靶标数据证实APS 对乳腺癌的干预可能通过调节细胞分裂周期蛋白6（Cdc6）、细胞周期蛋白B1（CyclinB1，CCNB1）和p53 来实现。此外，谷俊朝等［17］经体内实验发现APS 可以有效增加乳腺癌荷瘤小鼠淋巴细胞的免疫活性，抑制肿瘤血管的生成并减少癌细胞中热休克蛋白70（Heat Shock Protein 70，HSP70）和Bcl-2 的表达水平，从而抑制乳腺癌肿瘤的生长。LI W 等［18］发现，APS 可以激活巨噬细胞释放NO 和TNF-α，诱导肿瘤细胞发生凋亡，从而直接阻断癌细胞的生长。张虹等［19］发现，APS 对人乳腺癌细胞的抑制作用可能与诱导细胞周期阻滞于G0/G1期有关，且抑制作用呈量效关系。谢荣丹［20］建立人乳腺癌裸鼠移植瘤模型，并将其分为3组（模型组、APS低剂量组、APS高剂量组），另将一组正常裸鼠设为正常组，连续21天灌胃给药，结果显示，APS 干预后乳腺癌裸鼠移植瘤体的质量和体积与模型组比较均显著减小，肿瘤组织细胞发生明显凋亡，未见肝、肺组织有肿瘤细胞转移，癌细胞中Bcl-2 蛋白表达量减少，Bax、Caspase-9 及Caspase-7 蛋白表达量增加。同时，APS 干预组的脾指数与模型组相比有所增加，且与正常组相比无明显差异，而脾指数在一定程度上反映了机体的免疫水平，反映出APS 可有效减缓机体炎症反应，抑制肿瘤生长。

Toll 样受体（Toll-like receptors，TLR）是一类跨膜蛋白，在天然免疫中发挥重要作用。ZHOU L［21］的研究表明APS 可通过TLR4 激活TLR4-MyD88依赖型信号通路，激活TRAF-6、NF-κB和AP-1等关键节点，促进IL-6 和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα，TNF-α)的生成从而发挥APS的免疫调节作用，可显著改善乳腺癌患者的生活质量。APS 还可能作用于PIK3CG/Akt/Bcl-2 途径。有研究表明［22］，Caspase-9 和Bax 在TNBC 患者癌细胞中呈现低表达，而Bcl-2 呈现高表达。APS 可通过上调Bax、Caspase-7、Caspase-9 表达，同时下调Bcl-2 表达，参与线粒体凋亡途径促进乳腺癌肿瘤细胞的凋亡，为乳腺癌的临床治疗提供了新思路。

3 APS与头颈部肿瘤

头颈部是恶性肿瘤的好发部位之一，且头颈部涉及较多的重要器官，故手术方案常常受到限制。适形调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）作为目前头颈部肿瘤患者的常用治疗手段，与传统放疗相比可控制放疗的剂量分布，并最大程度保护正常组织，但IMRT引起的毒副作用仍然不可避免。已被证实APS 可以改善IMRT 所引起的免疫功能下降，减少患者毒副反应，从而提高患者生存质量［23］。同时，APS 注射液联合替吉奥在头颈部肿瘤的放疗中可起到增效作用，提高患者总缓解率，增强患者免疫，减轻毒副作用，使患者明显受益［24］。ZHOU Z 等［25］评估了APS 对鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma，NPC）细胞的抗肿瘤和化学增敏活性，并探讨了其潜在机制。结果表明，不同浓度的APS 在体内、体外均对鼻咽癌细胞有明显的抑制作用，能显著增强了顺铂的抗增殖和凋亡作用，上调Bax/Bcl-2 比值和Caspases 的表达可能为其机制之一。石丰榕等［26］发现注射用APS 对人鼻咽癌细胞株CNE-2 的生长有明显抑制作用，可诱导CNE-2 细胞发生自噬，其机制可能是上调Beclin-1基因的表达。上述结果为APS的临床应用提供了更多可能。

4 APS对其他肿瘤的抑制作用

越来越多的证据表明，APS 对其他肿瘤同样具有促进癌细胞凋亡，抑制细胞增殖的作用。数据表明miRNA-27a 参与了APS 对卵巢癌（ovarian cancer，OC）细胞的抗癌作用。GUO Y 等［27］研究证实APS 可在体外通过靶向调节抑癌基因FBXW7 抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡。其机制可能为APS通过下调miRNA-27a 表达，从而上调FBXW7 表达，最终抑制了卵巢癌细胞的增殖并诱导了其凋亡。YU J 等［28］发现APS 可以抑制人胃癌MGC-803 细胞的增殖，其机制可能是通过阻滞细胞于S 期并诱导线粒体凋亡途径来促进细胞凋亡，这可能与细胞内活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的累积，Bax/Bcl-2比值的增加，细胞色素c的释放，激活Caspase-9/-3 的表达以及DNA 修复酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）的裂解有关。另外，APS 还能诱导人肝癌细胞HepG2发生凋亡，可能是通过抑制MAPK信号通路，下调ERK1/2 的表达［29］。此外，APS 还可上调HepG2 中Bax的表达，下调Bcl-2的表达，促进Caspase-9、Caspase-3 的表达，从而使癌细胞发生凋亡［30］。CHU Y C 等［31］发现APS 可上调miR-133a，诱导JNK 途径从而发生失活，抑制骨肉瘤MG63细胞的增殖、迁移和侵袭，同时诱导其凋亡。刘美平［32］经实验得出APS 可调控p53、Bcl-2、Bax 的表达，从而调控子宫肌瘤模型大鼠性激素水平，促进癌细胞凋亡，阻滞细胞周期。这些结果进一步完善了APS的抗癌机制。

5 APS的其他抗癌机制

由于天然药材往往是多靶向调节，因此APS的具体作用机制至今尚未阐明。许多学者在过去十几年间证实了APS有许多生物活性，包括抗炎、抗氧化、抗病毒和免疫调节等作用。近年来，研究者们的研究集中在APS 的抗癌活性。研究发现，APS在多种实体瘤中均发挥了抑制作用，其作用机制多为诱导肿瘤细胞发生凋亡、阻滞细胞于某一周期、免疫调节等。活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）参与多种细胞的存活、增殖、凋亡和迁移，低ROS 浓度可以促进细胞存活，而过量的ROS 容易引起DNA 损伤并诱导细胞凋亡。临床证实，APS 的抗氧化能力，可清除细胞内氧化应激所产生的ROS、活性氮自由基（reactive nitrogen species，RNS）等，减少高浓度的自由基对DNA、蛋白质和脂质等的损害，从而减少细胞发生癌变［33］。此外，APS 还能通过红细胞免疫发挥其抗癌活性。红细胞表面补体受体（complement receptor 1，CR1）能黏附循环免疫复合物来发挥携带、运输及清除的作用，有效减缓癌细胞的血行传播，从而抑制肿瘤的扩散与转移。研究发现［34］，APS可提高红细胞表面CR1的数量同时间接促进T淋巴细胞的增殖活性，有效提高机体细胞免疫功能，发挥抗癌活性。廖大忠［35］还发现APS可以促进淋巴细胞的增殖和IFN-γ的分泌，这可能是APS抗肿瘤的药理机制之一。

6 问题与展望

APS 作为一种天然中药单体，经过大量科学研究，其药理作用逐步清晰，例如抗病毒、抗辐射、抗衰老、抗氧化、抗肿瘤等作用。近年来由于肿瘤严重威胁了人类健康，单一的治疗往往难以达到良好治疗效果，APS 作为肿瘤的一种辅助治疗药物，其抗肿瘤机制也得到了更多关注。目前，对APS 的抗癌机制的研究大多停留在离体细胞或动物实验，用于人体的研究大多利用的是APS 的协同抗癌作用，需要联合其他治疗，虽然APS 协同化疗药物的疗效优于单纯用药，但其联合机制还有待研究。且APS 的抗癌作用多随浓度和时间的增加而增加，用于临床患者的剂量和时间还有待明确。随着对中药的不断深入研究，APS 等中药单体必将成为更多研究者的努力方向。