姜黄素抗食管癌的分子作用机制及研究进展*

徐单单

广东食品药品职业学院健康管理与生物技术学院,广东省广州市 510520

食管癌是世界第六大致死性肿瘤性疾病,在肿瘤发病率排在第七位[1]。食管癌包括两种病理学类型:鳞癌与腺癌[2]。发达国家发生的食管癌类型主要是食管腺癌:鳞癌主要发生在发展中国家,如东南亚、非洲。引起食管癌的主要因素有巴雷特食管(Barrett’s esophagus)、反流性食管疾病以及其他因素,如肥胖、烟草。尽管食管癌的诊断与治疗有了长足的进步,但是5年生存率还是很低。

姜黄素是提取于姜黄属植物的酸性多酚化合物,味苦、辛,性温,分子结构式见图1。研究表明,姜黄素具有广泛的抗肿瘤、抗炎、抗凋亡、抗氧化、抗病毒等生物学功能。作为研究比较多的天然化合物,其显著的抗肿瘤活性受到越来越多的关注。本文着重综述姜黄素抗食管癌的分子作用机制及研究进展。

图1 姜黄素分子结构式

1 姜黄素抑制食管癌细胞的机制

1.1 诱导凋亡与抑制增殖 肿瘤细胞具有无限增殖的特性,因此诱导其凋亡是抗肿瘤的方法之一。Liu的报道显示[3],姜黄素通过快速抑制信号转导子与转录激活子3(Signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)信号通路磷酸化、封闭STAT3介导的信号通路激活,诱导食管癌细胞凋亡和周期阻滞。Subramaniam等人的研究显示,姜黄素对食管癌细胞增殖与克隆形成具有剂量依赖性的抑制效果。在该研究中,姜黄素处理组食管癌细胞,凋亡信号通路caspase-3发生了激活,凋亡蛋白Bax表达增加,抗凋亡蛋白Bcl-2表达减少[4-5]。另外,姜黄素的胶体物Theracurmin引起食管癌细胞产生活性氧(Reactive oxygen species,ROS),这会诱导自噬产生,加剧肿瘤细胞凋亡[6]。在Ushida的报道研究中,课题组使用化学致癌诱导物硝基甲基苄胺(N-nitrosomethylbenzylamine)在兔子体内建立食管癌模型,发现姜黄素有保护的效果,抑制肿瘤细胞增殖[7]。这些研究结果表明,姜黄素抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡的效果是十分明显的[8]。根据Amin等人的研究,姜黄素通过多种信号途径诱导上消化道肿瘤细胞凋亡,激活抑癌基因p73,抑制p-AKT、Bcl-2表达[9]。

1.2 阻滞细胞周期 阻止肿瘤细胞分裂是有效的抗肿瘤手段。根据Subramaniam等人的研究,姜黄素诱导食管癌细胞周期阻滞在G2/M期,细胞周期蛋白cyclin D1表达水平降低,并诱导细胞死亡。经过姜黄素处理的食管癌细胞,其成球能力大大降低,如成球数量与成球大小。进一步研究表明,Notch信号通路参与到其中,姜黄素作用食管癌细胞后,导致Notch-1激活水平降低、Jagged-1与其下游靶基因Hes-1表达水平降低[4],这些研究表明姜黄素是有效的天然抗肿瘤化合物。Liu的研究结果显示[3],姜黄素阻滞食管癌细胞在S期,细胞凋亡比例大大提高,细胞凋亡蛋白PARP(poly ADP-ribose polymerase)有剂量依赖性提高,抗凋亡蛋白XIAP明天下调。凋亡抑制剂Z-VAD-FMK会抑制姜黄素诱导的食管癌细胞凋亡。除了食管癌,姜黄素诱导其他肿瘤细胞周期阻滞,如结肠癌细胞(G2/M)、垂体癌细胞(G2/M)[4]。

1.3 抗炎 除了肿瘤疾病,炎症也是姜黄素研究的重要疾病。研究表明,众多疾病都伴随着炎症的发生,如动脉粥样硬化、肥胖、糖尿病等。肿瘤也不例外,在肿瘤发生发展过程中,炎症现象同样出现。Tumor necrosis factor α(TNF-α)是重要的炎症因子,其介导肿瘤起始、促进与转移。TNF-α的促炎效果主要是激活NF-κB。姜黄素有效抑制TNF-α转录以及转录后的表达水平、抑制肥大细胞的TNF-α分泌水平。此外,TNF-α还会下调慢性髓性白血病细胞K562细胞TNF-α的mRNA表达。其他研究显示,姜黄素与其他化合物的联用同样会有抗炎的效果,降低诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、前列腺素E2、白介素IL-1。此外,姜黄素作用食管癌干细胞,NF-κB表达水平亦有所降低[10]。

1.4 抗多药耐药 多药耐药(multi-drug resistance)是化疗失败的重要原因之一,提高化疗药物效果的重要途径是克服多药耐药。有研究显示,姜黄素能够逆转肿瘤细胞的多药耐药特性。有研究显示,对于具有耐药性的胃癌细胞,姜黄素能有效提高其凋亡率[11-12]。姜黄素能有效逆转肿瘤细胞多药耐药特性得益于降低P-gp的表达水平以及提高caspase-3表达水平。此外,姜黄素还能够提高耐药性结肠癌细胞对5-氟尿嘧啶(5-FU)的敏感性。在前列腺癌细胞,发现姜黄素通过降低药物排外逆转肿瘤细胞的多药耐药性质,主要是抑制多药耐药相关蛋白5(MRP5)的表达[13]。

1.5 抗肿瘤干细胞 多数类型的肿瘤细胞对化疗具有抵抗性,重要原因认为是肿瘤干细胞(cancer stem cell)或肿瘤干细胞样细胞(cancer stem-like cell)的存在。因此,找到具有靶向肿瘤干细胞的药物具有至关重要的意义。姜黄素对多种细胞株来源的食管癌干细胞具有抑制效果。如,有研究显示,食管癌干细胞被姜黄素作用后,食管癌干细胞的标志物乙醛脱氢酶A1(Aldehyde dehydrogenase-1A1,ALDHA1)、CD44、NF-κB表达水平降低[14]。研究显示,姜黄素会剂量依赖性降低食管癌细胞原代与次代克隆球生长[14]。这些研究结果显示,姜黄素对消化道肿瘤干细胞具有显著的抑制效果[15]。

2 姜黄素的动物体内抗肿瘤研究

以上综述多数都是姜黄素的细胞实验研究,关于其体内研究同样有报道。Singletary等人建立兔子肿瘤模型,发现腹腔注射姜黄素会显著性降低化学致癌物二甲基苯并蒽(7,12-dimethylbenz-[a]-anthracene,DMBA)诱导的腺癌细胞生长[16]。此外,姜黄素对机体还有抗化学致癌物的保护效果,Ushida等人的研究显示,对于硝基甲基苄胺建立的小鼠食管癌模型,不管是肿瘤起始阶段还是肿瘤启动之后的阶段,姜黄素都有对机体的保护效果[7]。在大鼠体内建立的肝癌细胞模型,姜黄素会阻止苯巴比妥诱导的肝癌细胞生长,降低脂质氧化作用,补充肝脏内谷胱甘肽的抗氧化效果[17]。在Liu等人建立的小鼠体内食管癌细胞模型中,姜黄素抑制食管癌细胞导致的肿瘤移植物生长[3]。

像其他的天然药物一样,在动物体内研究中,姜黄素与其他药物联用同样会有良好的小鼠体内抗肿瘤效果。Ye的研究结果显示,姜黄素、没食子酸盐(-)-epigallocatechin-3-gallate与lovastatin联用抑制食管癌细胞生长、降低Ki-67表达水平;免疫组织化学结果显示,肿瘤细胞生长重要信号分子p-ERK1/2、环氧合酶2(cyclooxygenase-2)表达水平降低[18]。

3 姜黄素的主要临床研究进展

目前姜黄素的主要利用缺陷是水溶性不佳,导致化学稳定性低、口服利用度低、细胞摄入量减少。目前,主要是把姜黄素做成各种形式,如纳米颗粒、脂质体、胶体等。纳米姜黄素的安全性与毒性已经通过晚期肿瘤临床检测(Clinical Trials,NCT01201694)[10]。临床上包含多种晚期肿瘤疾病(有胃癌、肺癌、胰腺癌等)的研究发现,除腹泻外姜黄素没有明显的毒性。姜黄素其他的临床研究也显示同样的结果,如用于结肠癌的研究(NCT00027495)、皮肤性T淋巴细胞瘤(NCT 00969085)、晚期胰腺癌(NCT00094445)。这些研究结果表明,纳米姜黄素并没有明显的毒性,其效果是安全的、可耐受的(NCT01201694)[10]。但是,纳米姜黄素对食管癌的效果还待研究。

在其他类型肿瘤也有研究,Dhillon等人研究发现,25例晚期胰腺癌患者每天按照8g/d的剂量服用姜黄素,患者是能够耐受的,并没有发现显著的毒性[19]。采集患者的外周血研究发现,与肿瘤发现的标志物显著降低,如NF-κB、p-STAT3、环氧合酶2。另外,在2例患者姜黄素有限的生物学活性以及其潜在的抗肿瘤效果。He等人评价了姜黄素抗结肠癌的临床效果。手术前有63例患者按照剂量360mg/kg口服姜黄素胶囊,发现患者体内炎症因子TNF-α显著降低。另外,病理学研究发现,服用姜黄素后,患者结肠癌组织细胞出现明显的凋亡、p53表达水平显著提高。在晚期转移性乳腺癌模型中,姜黄素有辅助治疗的效果,患者每天服用6g,服用7d,癌胚抗原与血管内皮细胞生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)呈降低的水平。在结肠癌患者研究中,126例结肠癌患者每天服用1 080mg姜黄素,服用10～30d,研究发现,姜黄素提高了抑癌基因p53、凋亡蛋白Bax的表达,降低了抗凋亡蛋白Bcl的表达,加速了细胞凋亡速度[20]。Mahammedi等人的临床二期研究,在26例前列腺患者评价姜黄素与抗肿瘤药物多西他赛的抗肿瘤效果[21]。他们的研究发现,接受多西他赛/姜黄素联合治疗的患者血清前列腺特异性抗原显著性降低了59%。这些研究表明,姜黄素对肿瘤具有治疗效果。

4 小结

姜黄素通过多条信号通路抗食管癌,诱导细胞凋亡、抑制增殖,阻滞细胞周期,抑制食管癌细胞相关的炎症,逆转食管癌细胞多药耐药特性,靶向肿瘤干细胞。此外,动物实验显示,姜黄素亦有抗食管癌移植物效果。这些研究结果表明,姜黄素抗食管癌具有较大的研究潜力。随着姜黄素研究的深入,有望成为临床抗食管癌用药。