中药标准品姜黄素对治疗胃癌的作用
姜黄素(curcumin)是从中药姜黄根茎中提取的一种植物多酚,多个研究表明姜黄素对胃癌等多种肿瘤具有较强的抑制作用,其抗胃癌的主要机制包括直接抑制增殖和侵袭、诱导凋亡、克服耐药、化疗增敏和抗幽门螺杆菌感染等作用,目前姜黄素的抗胃癌的作用已日益引起重视,成为肿瘤防治的一个研究热点,但姜黄素对胃癌作用的研究主要为体外实验,药物在体内的作用及药物动力学尚待进一步研究,以明确其体内作用的前景,从而深入挖掘其抗胃癌作用。
胃癌是一种常见的消化系统肿瘤,2012年全世界新诊断胃癌患者约952000人,占恶性肿瘤的6.8%,发病率仅次于肺癌、乳腺癌、结肠癌和前列腺癌,病死率占恶性肿瘤的8.8%。新诊断的胃癌约70%发生于发展中国家(男女比例约为2:1,其中,近50%的病例发生于中国,2012年中国的新发胃癌患者约405000名,约有325000名患者死于胃癌[1]。胃癌目前的治疗主要包括手术治疗、化疗、分子靶向治疗,然而,5年生存率仍较低。因此,寻找药物靶点、开发新药、探索耐药机制尤为重要。姜黄素(curcumin)是从姜黄根茎中提取的一种植物多酚,是中药姜黄的主要分,据文献报道,植物酚类物对胃癌的预防取得一定进展,主要包括茶多酚、姜黄素、丁香酚以及咖啡酚等物质[2-3]。本文就近年来姜黄素对胃癌的研究作一综述。
1 姜黄素的概述
姜黄素是从姜黄属中药姜黄、郁金等的块茎中提取出来的一种酚性色素,最初于1949年发现其抗菌活性,后证实具有抗炎、抗氧化、清除自由基、抗肿瘤等作用[4],其抗肿瘤机制主要包括直接抑制增殖和侵袭、诱导凋亡等作用。
2 姜黄素对胃癌的作用
2.1 体外实验
2.1.1 直接杀伤和细胞周期调节:国内外研究已证实姜黄素在体外对MGC-803、SGC-7901等胃癌细胞系均有抑制增殖的作用,并在一定范围内呈剂量和时间依赖性[5-6]。姜黄素处理AGS细胞后能引起剂量依赖性的形态学改变和增殖抑制,并造成细胞G2/S期阻滞,伴随cyclin B1升高,cyclin D1降低[7]。Cai等[8]发现姜黄素能通过p21活化酶1下调cyclin D1的mRNA和蛋白水平的表达,造成G1/S期阻滞。
2.1.2 凋亡信号通路:细胞凋亡与肿瘤发生、发展密切相关,涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用,人体存在多重机制来保证细胞在正常的范围内凋亡。根据细胞凋亡启动阶段的不同,可分为三条主要通路,即线粒体通路、内质网通路、死亡受体通路。
线粒体是细胞凋亡调控中心,Bcl-2家族成员在线粒体凋亡中起关键作用。有研究证实,姜黄素能诱导胃癌细胞株形态改变,导致线粒体膜电位下降、细胞色素C释放入细胞液,并引起bcl-2下调、Bax上调,导致capase-3激活,剪切化PARP增加,从而诱导细胞凋亡[5],随后多个研究证实了姜黄素能通过线粒体通路诱导胃癌细胞凋亡[6,9]。
另外,Liang等[10]发现姜黄素能激活ASK1(一种对氧化应激敏感的MAPKKK),上调MKK4的表达,促进JNK磷酸化,这种活化作用能够被抗氧化剂NAC拮抗,证实姜黄素通过诱ROS产生促进细胞凋亡。有研究者发现姜黄素的同源物WZ35也可通过促进ROS产生导致JNK激活,发生内质网应激而诱导凋亡[11]。另外,姜黄素衍生物EF24通过抑制硫氧还蛋白还原酶1(TrxR1)活性,增强氧化应激,促进ROS介导的内质网应激和线粒体功能障碍,最终导致胃癌细胞周期阻滞和凋亡[12]。
姜黄素除了能激活线粒体通路和内质网通路的凋亡,对死亡受体通路也有作用,Moragoda等[13]发现姜黄素能诱导胃癌细胞KATO-Ⅲ凋亡,并激活caspase-8,起始了Fas凋亡信号通路。综上,姜黄素可以通过诱导胃癌细胞凋亡而发挥肿瘤杀伤作用。
2.1.3 克服耐药和化疗增敏:耐药是目前肿瘤治疗中存在的重要问题,耐药发生极为普遍,对耐药机制的认识及策略极为不足,因此,如何避免和克服耐药仍是肿瘤治疗中的巨大挑战之一。NF-κB信号通路的改变与胃癌化疗耐药相关,NF-κB抑制剂姜黄素与化疗药联合处理胃癌细胞株,能增强化疗药的肿瘤杀伤作用,并减轻化疗药物对NF-κB信号通路的激活,降低抗凋亡基因bcl-2和bcl-xl的表达量[14]。在胃癌中survivin和STAT3信号的异常表达也被看作化疗耐药的主要因素,姜黄素对pSTAT3、survivin和胃癌细胞活性呈剂量依赖性的抑制作用,当与5-FU联用后产生协同作用,对胃癌细胞杀伤作用增强[15]。另外,姜黄素的结构类似物EF24可通过抑制TrxR1活性、增加细胞内ROS水平来诱导致死性的内质网应激,敲低TrxR1表达能使胃癌细胞对EF24增敏[12]。
姜黄素除了能克服耐药,在与其他化疗药物联用时也表现出协同杀伤肿瘤作用,姜黄素与FOLFOX方案联用可增强对胃癌细胞株的促凋亡作用[9],Zhang等[6]也证实姜黄素和Quercetin联用对胃癌细胞株的促凋亡作用增强。
2.1.4 对幽门螺杆菌的作用:幽门螺杆菌感染能引起以胃黏膜炎症为开始的胃部改变,有时可能参与胃癌的发生。研究发现应用姜黄素能够降低已感染幽门螺杆菌的小鼠的炎性因子和趋化因子表达,证实姜黄素对幽门螺杆菌感染黏膜的抗炎作用,有望减少幽门螺杆菌所致的胃癌发生[16]。幽门螺杆菌细胞毒素相关基因A(cytotoxic asso-ciated gene A,CagA)在胃癌发展中起重要作用,数据库分析结果显示姜黄素对CagA肿瘤蛋白的结合能力强于阿莫西林、泮托拉唑和甲硝唑,仅次于克拉霉素,有望成为治疗CagA和幽门螺杆菌感染的领军药物[17]。
2.1.5其他作用:2013年Cai等[18]对姜黄素处理前后的BGC-23细胞进行了蛋白质组学研究,确定有52种蛋白质在肿瘤的发生和进展中起到重要作用,其中包括细胞增殖、周期和凋亡、新陈代谢、核酸加工、细胞骨架的构造和运动、信号转导、蛋白折叠分解和翻译、免疫应答,通过蛋白与蛋白之间作用的分析,进一步说明姜黄素对胃癌细胞的杀伤机制可能是多通道综合作用的结果。Mahajanakatti等[19]通过计算机分析方法研究姜黄素对肿瘤恶性蛋白的抑制作用,查阅文献后选出22个受体用作分析。其中,姜黄素对胃癌的恶性蛋白表皮生长因子的结合能力较其自然配体更强,并且强于本研究中用到的litreol和triterpene两种抗肿瘤药物。
2.2 体内实验
多个研究结果显示,用姜黄素或其类似物处理胃癌细胞系建立的动物模型后,均表现为肿瘤体积和重量降低[11,20],另外,Sintara等[21]证实应用姜黄素的小鼠胃癌发生率较低,且磷酸化IκBα和8-羟脱氧鸟苷表达量降低,提示姜黄素为胃癌治疗提供了方向,并可能对胃癌的发生有预防作用。
2.3 临床应用
尽管已有众多临床前研究表明姜黄素可能具有抗胃癌的作用,目前尚缺乏姜黄素治疗胃癌的临床试验,其临床疗效尚待证实[22]。而且,姜黄素稳定性和溶解性低,限制了其应用,目前已发现及合成姜黄素的类似物,也有多个研究将姜黄素制成漂浮片、微海绵等剂型[23-24],从而增强药物的生物活性、降低毒性,达到更好的疗效。
3 展望
胃癌是一种常见的消化道肿瘤,多学科综合诊疗(multi disciplinary team,MDT)是实现个体化综合诊疗的有效形式[25],与此同时,寻找药物靶点、探索耐药机制也尤为重要[26]。尽管近年来对姜黄素的抗胃癌机制进行了大量深入的研究,迄今为止,其确切机制仍不清楚,但基本可以确定存在直接抑制增殖和调节细胞周期、凋亡的作用。那么,是否可能与抗幽门螺旋杆菌感染的作用有关目前还不清楚,需要进一步研究。此外,肿瘤的发生发展与NF-κB途径相关的基因突变、扩增密切相关,姜黄素作为NF-κB抑制剂,可通过影响其下游产物,参与细胞周期阻滞和凋亡。还可减轻化疗药物对NF-κB信号通路的激活,降低NF-κB调节的抗凋亡基因的表达量。因此,姜黄素对NF-κB途径的作用以及如何影响胃癌转归,可能仍是将来研究的方向之一。