姜黃素逆轉腫瘤多藥耐藥的機制及研究進展

彭莎綜述，鄭家法審校

（南華大學附屬南華醫院耳鼻喉科，湖南衡陽421001）

姜黃素逆轉腫瘤多藥耐藥的機制及研究進展

彭莎綜述，鄭家法△審校

（南華大學附屬南華醫院耳鼻喉科，湖南衡陽421001）

姜黃素/藥理學；抗腫瘤藥；抗藥性，多藥；抗藥性，腫瘤；綜述

近年來，腫瘤，尤其是惡性腫瘤的發病率呈直線上升趨勢，現已成為危害人類健康的全球性問題。在我國，腫瘤死亡占全部死因的25%［1］。其治療方案多采用以放射治療（放療）和化學治療（化療）為主的綜合治療。但是多年來研究發現，腫瘤細胞能夠對結構、藥理機制各異的化療藥物產生耐藥，使腫瘤細胞逐漸降低對化療藥物的敏感度，從而導致臨床治療的失敗。這種現象被稱為腫瘤的多藥耐藥（multi-drugresistance，MDR）。因此，努力尋求、開發腫瘤MDR的逆轉劑已成為廣大學者研究的熱點。研究者發現，中草藥的應用越來越普遍，已成為常規化療的輔助藥物，中草藥與傳統化療藥物聯合應用，能提高患者的生活質量并延長生存時間。姜黃素（curcumin）是從姜黃科植物的根莖中提煉出來的一種植物多酚，具有抗感染、抗動脈粥樣硬化、抗氧化、抗凝等作用［2］，具有促進腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞擴散等藥理作用［3-4］。相關文獻報道，姜黃素還是一種有效的MDR逆轉劑［5］。本文就姜黃素逆轉腫瘤MDR的機制及研究進展作一綜述。

1　姜黃素的生物學特點

1.1姜黃素的結構姜黃素是一種天然、安全、親脂性酚類化合物，源自姜黃科植物的根莖，其分子式為C21H20O6，相對分子質量為0.368×103。物理性質不溶于水，可溶于醇、堿、酸、酮等。姜黃素是一種酮-烯醇互變異構化合物，在酸性和中性溶液中穩定，在堿性介質中形成一個占主導地位的烯醇酮式。姜黃素的生物活性與其2個鄰甲基化的酚基團和一個β-二酮基團高度相關［6］。

1.2姜黃素的功能1985年，Kuttan等［7］首次提出姜黃素具有抗腫瘤作用，并且證實姜黃素可以作為抗癌劑和抗突變劑使用。隨后，越來越多的包括美國國立腫瘤研究所在內的機構開始研究姜黃素，在亞洲傳統醫學中，姜黃素用于包括咳嗽、鼻竇炎、肝臟疾病和厭食癥等疾病的治療。近年來，臨床前研究和Ⅰ期臨床研究證實姜黃素具有廣泛的藥理活性，有抗細胞增殖、抗腫瘤血管生成、抗感染、抗氧化等作用［8］。姜黃素的抗腫瘤作用表現在其不僅可以作為化療藥物還能作為腫瘤預防藥物，其抗癌特性可以發生在癌癥發展的不同階段（包括啟動、促進和進展），能夠抑制不同途徑相關的分子，降低不同炎癥介質。姜黃素作為抗氧化劑主要是由于其結構特征，同時，其還能增強許多抗氧化酶如過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和血紅素加氧酶-1的活性，作為一種抗氧化劑，姜黃素的安全性高，相對安全的毒性可高達10 g/d；姜黃素的抗炎活性可與類固醇和非甾體類抗炎藥如吲哚美辛、阿司匹林相媲美，能抑制炎性細胞因子，如白介素、趨化因子及炎癥酶［如環氧化酶-2、誘導型一氧化氮合酶和其他分子細胞周期素1（CyclinD1）］等。不僅可以調節機體的抗藥性和耐輻射性，促進傷口愈合，還能對某些神經系統疾病、肺部疾病、心血管疾病、關節疾病等有顯著的治療效果。近年來研究表明，姜黃素的抗腫瘤作用廣，毒性低，不良反應小，目前已被列為第三代癌化學預防藥［9］。

2　姜黃素逆轉轉運蛋白介導的MDR

2.1P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）P-gp是第一個被證實的人類ABC轉運蛋白，人類和小鼠組織中P-gp表達類似，在排泄組織上皮細胞頂膜表達尤為突出，包括血-腦、胃腸道、腎、肝等。P-gp的特點是：位于細胞膜上，在跨膜區的疏水跨膜結構域能與疏水性藥物相結合，通過腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）水解獲得的能量將P-gp磷酸化，使細胞內藥物泵出，濃度降低，從而導致癌細胞對抗腫瘤藥物的抵抗力增加，是產生MDR的主要機制［10］。Wang等［11］將姜黃素應用于對紫杉醇耐藥的乳腺癌耐藥細胞株MCF-7/ADR，結果發現，姜黃素可以使P-gp的表達得到有效抑制，使紫杉醇靶向作用腫瘤細胞內的積累增加，從而促進紫杉醇誘導MCF-7/ADR細胞的凋亡。

2.2多藥耐藥相關蛋白（multidrug resistance associated protein，MRP）MRP是ABC超家族［即ATP結合盒式蛋白（ATP-bindingcassette transporter，ABC）］成員之一，是一種跨膜轉運蛋白，有9個成員：MRP1、MRP2、MRP3、MRP4（cMOAT-B）、MRP5（cMOAT-C）、MRP6、MRP7、MRP8、MRP9，它們都有自己獨特的生理功能及底物特異性。MRP與P-gp的藥物外排作用類似，但與P-gp并無協同作用。MRP1最初是在耐阿霉素小細胞肺癌細胞株中被發現，雖然能轉運疏水性化合物，但疏水性化合物外排高度依賴于谷胱甘肽，它可以刺激運輸或共同運輸。MRP在正常組織中分布廣泛，表達水平低，而在腫瘤組織如乳腺癌、肺癌、血液腫瘤和前列腺癌中的表達水平明顯上調，可與化療藥物特異性結合并將其泵到細胞外，從而產生耐藥。張洪軍等［12］將姜黃素作用于胰腺癌耐藥株BXPC-3細胞，結果發現，吉西他濱聯合姜黃素組移植瘤體積、質量與其他各組比較明顯減小，提示姜黃素可以抑制MRP1和MRP5的mRNA表達，并且抑制其蛋白表達量。表明姜黃素可通過抑制藥物外排泵的基因表達，減弱細胞的藥物外排作用，使細胞內藥物濃度增加，從而逆轉腫瘤細胞的MDR。

2.3乳腺癌耐藥蛋白（breast cancer resistance protein，BCRP）BCRP是結合盒超家族轉運蛋白的成員之一，是一種跨膜蛋白，結合盒超家族轉運蛋白具有ATP結合區域的單向底物轉運泵，能以主動轉運方式完成多種分子的跨膜轉運，廣泛存在于人體多種正常組織和器官中。BCRP能夠運輸底物的范圍廣泛，包括重要的癌癥化療藥物如米托蒽醌、甲氨蝶呤、喜樹堿類、拓撲替康、伊立替康和蒽環類多柔比星等［13］。作為藥物外排泵，能積極從細胞中清除藥物和生產細胞內藥物濃度低于有效濃度所需的細胞毒。BCRP通過ATP獲能使藥物外排，導致腫瘤細胞MDR的形成。ATP結合盒轉運蛋白G2（ATP-bindingcassette super-family G member 2，ABCG2）的表達與急性髓細胞性白血病及一系列其他癌癥密切相關，包括急性淋巴細胞白血病、乳腺癌和肺癌等。Shah等［14］研究發現，姜黃素與阿糖胞苷聯合使用，通過下調MDR1、肺耐藥蛋白、BCRP而抑制人急性粒細胞性白血病細胞耐藥基因的表達，達到化療增敏的效果。

3　姜黃素逆轉酶介導的MDR

3.1谷胱甘肽轉移酶即谷胱甘肽S轉移酶（glutathione S-transferase，GST），屬于GST超基因家族，αGST、谷胱甘肽S轉移酶A1［（glutathione S-transferase A1，GSTA1）］屬于GST在人肝臟中最基本的家族。其中GSTP1基因在大多數組織（尤其在肺癌、食道癌及胎盤等）中廣泛表達。在腫瘤細胞中，GST與親脂性細胞藥物相結合，其水溶性增加，促進了藥物外排，降低了抗腫瘤藥物的作用，從而產生耐藥性［15］。李賀等［16］研究發現，GSTP1在腸癌耐藥細胞人結腸癌耐長春新堿細胞株HCT-8/VCR中高表達，用姜黃素處理后GSTP1 mRNA、GSTP1蛋白的表達明顯減少。證實姜黃素通過下調GSTP1使HCT-8/VCR細胞對腫瘤化療藥物的解毒性下降，療效增強，從而逆轉腫瘤的MDR。

3.2拓撲異構酶Ⅱ拓撲異構酶是能調節DNA超螺旋和使單鏈或雙鏈DNA斷裂的一種在生物體內廣泛存在的一類必需核酶。在哺乳動物細胞中有3種類型的拓撲異構酶，即拓撲異構酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。拓撲異構酶Ⅱ（topoismeraseⅡ，ToPoⅡ）又稱回旋酶，它能催化產生DNA分子上的雙鏈缺口，從而調控DNA的拓撲狀態，在基因復制、轉錄、重組、修復和染色體重塑過程中起著重要作用。ToPoⅡ介導的耐藥性主要與酶的水平下降、酶的磷酸化水平提高和基因的位點突變或缺失相關，而與mdr基因的擴增和過量表達無關［17］。在腫瘤細胞中，如乳腺癌、頭頸腫瘤等，ToPoⅡ的含量遠高于正常細胞，在低分化癌組織中較高分化癌組織高度表達。曹彥洋等［18］采用不同濃度姜黃素作用于人喉癌Hep-2細胞，克隆形成實驗觀察其對放射敏感性的影響。結果顯示，姜黃素對喉癌Hep-2有明顯抑制作用，且呈時間-劑量依賴性，使細胞阻滯在G2/M期，從而增強其對放療的敏感度。

3.3蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）PKC是一種Ca2+/磷脂依賴的同工酶，PKC家族分為三大類：（1）傳統的異構體，包括α、β1、β2和γ；（2）需要Ca2+和二酰甘油（diacylglycerol，DAG）激活的新的亞型，包括δ、ε、η、θ和μ；（3）只需要DAG的非典型亞型，包括ζ、ι和λ。PKC在哺乳動物細胞及其他生物細胞中分布廣泛，其結構中包含調節與催化2個功能區，二者相互作用以阻止底物進入催化區。姜黃素抑制PKC的活性與細胞內Ca2+濃度的高低相關，在低濃度Ca2+環境下，姜黃素能特異性結合PKC，PKC的活性及功能受到抑制，進而逆轉腫瘤的MDR；而在高濃度Ca2+環境中，姜黃素不能競爭性結合PKC，而是由Ca2+結合PCK并將其激活［19］。

4　姜黃素逆轉凋亡基因介導的MDR

4.1p53基因p53基因是正常人體細胞內的一種抑癌基因，參與細胞多種活動，包括生長停滯、衰老、凋亡、DNA修復等，可誘導腫瘤細胞的程序性死亡——凋亡。p53可發生突變，導致野生型p53失去正常的功能而成為突變型p53。突變型p53具有致癌特性，可作為活化劑上調核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）在腫瘤細胞中的κ，而NF-κB是一個在癌癥進展和化療藥物耐藥中起關鍵作用的轉錄因子，其失去對細胞的抗凋亡能力，對細胞的過度增殖達不到阻滯作用，就會導致細胞在致癌因素的刺激誘導下無限制地增殖，使癌細胞凋亡受阻而降低抗癌藥物的療效［20］。近年來研究發現，姜黃素能通過增加腫瘤細胞中p53的表達，從而促進腫瘤細胞凋亡。Sen等［21］發現，姜黃素能破壞突變型p53的結構域，增加野生型p53基因轉錄，并引發腫瘤細胞內在死亡級聯反應，以達到逆轉腫瘤MDR的目的。

4.2B細胞淋巴瘤/白血病-2基因（B cell lymphoma/ leukemia-2，Bcl-2）Bcl-2是一種凋亡調控基因，在正常細胞中，Bcl-2處于低表達狀態，但在腫瘤細胞中，Bcl-2呈過表達，不僅能夠抑制細胞凋亡，延長細胞壽命，還參與細胞的增殖調控，在腫瘤的形成及腫瘤MDR的形成中起重要作用。Zhao等［22］用制備的姜黃素-阿霉素脂質納米粒作用于肝癌細胞，結果顯示，Bcl-2的表達呈下降趨勢，血清丙氨酸氨基轉移酶和天門冬氨酸氨基轉移酶水平、肝/體質量值降低，減少了肝損傷。表明姜黃素能通過下調Bcl-2從而逆轉MDR。

4.3NF-κBNF-κB是一種分布和作用均十分廣泛的真核細胞轉錄因子，包括5種類型的亞基，即RelA（p65），Rel-B，c-Rel，p105-p50（NF-κB1）和p100-p52（NF-κB2或lyt-10）。異二聚體轉錄因子NF-κB在腫瘤的發生、發展中起著重要作用，能轉錄調節蛋白，參與各種促生存信號通路的表達，如調節凋亡蛋白［半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Caspase-3和Bax）］、抗凋亡［Bcl-2和凋亡抑制蛋白（IAP）家族）］和影響細胞增殖（環氧化酶-2和細胞周期蛋白）等，腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor，TNF-α）作為一種磷酸化蛋白激酶B（Akt）依賴的信號轉導通路，負責NF-κB的活化，而NF-κB的活化則認為在MDR中起著重要作用［23］。有研究表明，姜黃素通過抑制NF-κB中κ的活性，下調NF-κB中κ基因產物在細胞的表達，從而抑制細胞增殖，使細胞周期阻滯，誘導細胞凋亡。Kang等［24］觀察了姜黃素聯合卡鉑用于人肺癌細胞，或姜黃素、卡鉑單獨應用的抗凋亡和影響細胞增殖的作用。結果顯示，人肺癌細胞的存活率呈劑量依賴性，姜黃素和卡鉑聯合使用對人肺癌細胞的增殖有較大的抑制作用，其中Akt磷酸化、蛋白NF-κB上游的κ減少，細胞外信號調節激酶（ERK1/2）活性增強，提示姜黃素可通過降低NF-κB協同卡鉑逆轉MDR。

4.4c-myc基因c-myc基因是一種細胞癌基因，人c-myc原癌基因位于染色體8q24上，由3個外顯子和2個內含子組成，c-myc作為轉錄因子，在細胞周期調控、細胞增殖及腫瘤發生、轉移等病理生理過程中發揮重要作用。近期研究發現，c-myc與mdr1密切相關，而mdr1的表達與腫瘤細胞MDR有關［25］。c-myc基因產物能促進mdr1基因高表達而產生MDR。覃勇等［26］用姜黃素作用于人結腸癌耐藥細胞株HCT-8/VCR，經25 μmol/L姜黃素處理后，增強HCT-8/VCR細胞對長春新堿的敏感度，通過抑制mdr1的表達來逆轉MDR。

5　其他

腫瘤MDR的產生機制不是單一的，而是多因素、多水平、多方面的，是機體和腫瘤細胞及腫瘤生長微環境在機體不同病理生理狀態下共同作用的結果。MDR的產生還與血管內皮生長因子、生存素、DNA修復能力的增強、DNA的去甲基化等因素相關［27-28］。

6　小結及展望

姜黃素與以往的逆轉劑相比，具有不良反應小、毒性低、安全性好、價格便宜、容易獲得等優點。但其主要局限性是快速系統消除，在堿性pH值下降，口服生物利用度有限。為了克服這些局限性，增加其水溶性、穩定性、口服生物利用度和實現控制和靶向給藥，研究者發現了新技術——納米技術，其優點是：增強化學穩定性，提高滲透率，改善組織分布和增強其溶解度和生物利用度。目前常用類型包括脂質體、納米或微乳液，聚合物納米顆粒和固體脂質納米粒，納米晶體、納米凝膠等［29］。因此，借助納米傳遞載體將姜黃素與抗腫瘤藥物聯合應用，將是未來一個極具潛力的研究方向。

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（2016-05-31）