大蒜素藥理學作用機制及研究進展

彭 敏

(湖北省武漢市中醫醫院,湖北 武漢 430014)

大蒜載于《神農本草經》, 為百合科植物大蒜( Allium sativum L.)的鱗莖,別名獨蒜、獨頭蒜、胡蒜。大蒜味辛，性溫；歸脾、胃、肺經，具有暖脾胃、行滯氣、解毒功能。大蒜素是大蒜中含硫有機化合物的主要有效成分，化學名為二烯丙基三硫化物，其分子式為C6H9S3,結構式為CH2=CH-CH2-S-S-S-CH2-CH=CH2。近年來大量國內外研究表明，大蒜素具有多種藥理學作用，對腫瘤、心血管系統疾病有良好的治療作用[1]。此外，還具有抗炎、抗菌、抗氧化作用。本文基于目前國內外關于大蒜素的研究綜述其在各種疾病中的藥理學作用機制。

1 抗腫瘤作用

1.1皮膚癌 研究表明，大蒜素通過調控JNK和Akt信號通路抑制佛波酯(TPA)誘導小鼠皮膚腫瘤中AP-1活化和COX-2表達，進而起到抵抗小鼠皮膚癌的作用。Shrotriya等[2]用不同的大蒜烯丙基硫化物衍生物干預TPA誘導的小鼠皮膚癌，發現大蒜素抑制TPA誘導的COX-2表達最有效，并伴隨調控COX-2的轉錄因子AP-1DNA結合活性降低。同時,大蒜素減少TPA誘導c-Jun和c-Fos(AP-1主要組成成分)表達,抑制JNK和Akt的活性。分別給予JNK或Akt抑制劑SP600125或LY294002,發現TPA誘導的小鼠皮膚癌中AP-1DNA結合活性降低,c-Jun和c-Fos表達減弱，COX-2表達被抑制。以c-Jun融合蛋白作為底物的JNK或Akt激酶活性分析表明，大蒜素或SP600125或LY294002顯著減弱TPA誘導小鼠皮膚癌中JNK或Akt介導c-Jun磷酸化。提示大蒜素抗小鼠皮膚癌是通過調控JNK和Akt信號通路,抑制TPA誘導AP-1活化和COX-2表達實現。在Wang等[3]研究中發現大蒜素能有效促進基底細胞癌(BCC)細胞凋亡，并呈現出劑量依賴性，表現為上調p53磷酸化和促凋亡基因Bax表達，下調抗凋亡基因Bcl-2 和Bcl-xl表達。同時，大蒜素促進細胞色素C、促凋亡因子和HtrA2/Omi(線粒體促凋亡因子)釋放到細胞質，激活通過依賴機制和非依賴機制凋亡的下游因子，包括凋亡因子核轉位，核酸內切酶G和Caspase級聯反應。此外，大蒜素誘發內源性內質網(ER)應激標志物和細胞內Ca2+釋放，上調Bip/GRP78 和CHOP/GADD153表達，激活Caspase-4活性。提示大蒜素通過ER應激和線粒體通路改變BCC細胞中相關化學勢來誘導其細胞凋亡。

1.2肝癌 Zou等[4]用適宜濃度大蒜素、二甲基亞砜(DMSO)、5-氟尿嘧啶(5-Fu)及大蒜素+5-Fu分別處理肝癌細胞, 大蒜素+5-Fu組能顯著促進裸鼠肝癌(HCC)細胞凋亡，抑制移植瘤生長。實驗表明，大蒜素與5-Fu合用時，與單獨使用組相比，細胞內活性氧簇(ROS)水平明顯上升，線粒體膜電位(ΔΨm)水平下降，Caspase-3和PARP表達激活， Bcl-2表達下調。實驗進一步證實，ROS抑制劑抗氧化劑N-acetyl cysteine (NAC)抑制Caspase-3和PARP表達。提示大蒜素通過ROS介導線粒體途徑來增強HCC細胞對5-Fu誘導的細胞凋亡敏感性。Chu等[5]通過蛋白印跡法觀察到大蒜素下調HepG2肝癌細胞中胞質p53，PI3K/mTOR信號通路及Bcl-2蛋白水平，上調AMPK/TSC2和Beclin-1信號通路。這表明大蒜素抗肝癌作用是通過誘導p53介導細胞自噬實現的。

1.3胃癌 哈敏文等[6]研究大蒜素對MGC-803胃癌細胞株細胞周期影響及相關作用機制。分別用濃度依次為3 μg/mL、6 μg/mL、9 μg/mL大蒜素干預MGC-803細胞株24 h，觀察到G0/G1期細胞比例顯著下降，G2/M期細胞比例顯著上升，其中，6 μg/mL大蒜素組細胞分裂指數大幅度增高；并伴隨p21WAF1、p16INK4 mRNA和蛋白表達水平顯著上調。這表明，大蒜素上調p21WAF1和p16INK4表達使細胞周期阻滯于M期從而抑制胃癌發生。Tao等[7]用流式細胞儀檢測發現大蒜素能將人胃癌SGC-7901細胞周期阻滯于G2/M期。另外，有研究表明大蒜素通過p38絲裂原活化蛋白激酶/Caspase-3信號通路誘導MGC-803胃癌細胞凋亡[8]。Cosentino等[9]用不同濃度大蒜素處理MGC-803細胞，結果顯示其凋亡率呈現出時間和濃度依賴性，并伴隨p38和cleaved-Caspase-3表達增加。

1.4前列腺癌 Bax和Bak是線粒體通路誘導細胞凋亡的關鍵調控因子[9]。Dong等[10]在對PC-3前列腺癌移植瘤體內研究中發現大蒜素能顯著抑制裸鼠體內PC-3移植瘤生長。治療20 d后，與對照組相比，大蒜素組中腫瘤平均體積約為對照組3倍，并呈現出大量細胞凋亡小體。用免疫印跡法檢測對照組和大蒜素組中腫瘤Bax、Bak、Bcl-xL、Bid和Bcl-2蛋白表達,結果顯示，與對照組相比，大蒜素組腫瘤中Bax和 Bak表達顯著上調,二者分別為對照組的2.1倍和3.7倍,與體外細胞培養實驗結果一致。表明大蒜素介導前列腺癌移植瘤生長抑制作用與誘導凋亡蛋白Bax和Bak表達有關。 另有研究表明,大蒜素誘導PC-3和DU145前列腺癌細胞凋亡與c-Jun氨基末端激酶(JNK)和細胞外信號調節激酶介導Bcl-2磷酸化有關[11]。

1.5卵巢癌 在研究大蒜素誘導SKOV3卵巢癌細胞凋亡作用機制的研究中，Xu等[12]用適宜濃度的大蒜素和JNK抑制劑SP600125處理SKOV3，與對照組相比,發現兩者合用或者單獨使用大蒜素時，均能有效誘導SKOV3細胞凋亡；而單獨使用SP600125時，SKOV3細胞凋亡率和JNK磷酸化無明顯變化。用人磷酸化激酶陣列篩選相關信號通路,25 μg/mL大蒜素處理SKOV3細胞15 min后檢測到JNK磷酸化峰值，且JNK磷酸化呈現出時間和劑量依賴性,提示JNK MAPK信號通路是大蒜素抗卵巢癌作用最主要通路。研究者還發現JNK活化激活Bcl-2基因家族，線粒體介導信號通路，導致大量Bax基因和細胞色素C釋放。表明大蒜素誘導人卵巢細胞凋亡作用與JNK活化和線粒體Bax(促凋亡蛋白)易位有關。

1.6結腸癌 高勇等[13]研究了大蒜素對LoVo結腸癌細胞侵襲和轉移作用并探討其作用機制。用適宜濃度大蒜素干預LoVo細胞，發現大蒜素顯著抑制LoVo細胞黏附、遷移和侵襲，并呈現出劑量、時間依賴性。實驗結果顯示，3 μg/mL、6 μg/mL大蒜素處理LoVo細胞24 h后，其黏附抑制率分別為19%和28%，遷移抑制率分別為28%和46%，侵襲抑制率分別為44%和65%，并伴隨著VEGF、uPAR和HPA表達下調。以上結果表明非細胞毒性濃度大蒜素通過下調VEGF、uPAR及HPA mRNA表達抑制LoVo細胞黏附、遷移和侵襲從而抑制結腸癌發生。

1.7胰腺癌 研究表明,用100 μmol/L大蒜素處理含野生型p53基因Capan-2胰腺癌細胞，發現大蒜素能有效抑制其增殖[14]。Western印跡分析顯示在大蒜素干預下，Capan-2細胞中Fas,抑癌基因蛋白p21,抑癌基因蛋白p53和cyclin B1表達增強,Akt、cyclin D1、MDM2和Bcl-2(抗凋亡蛋白)表達減弱。大蒜素使Capan-2細胞中G2/M期細胞比例顯著增加，細胞增殖周期停滯于G2/M期，伴隨上調cyclin B1和p21表達,下調cyclin D1表達。提示大蒜素通過阻滯細胞周期抑制Capan-2細胞增殖。

1.8鼻咽癌 Ji等[15]研究用不同濃度大蒜素處理CNE2鼻咽癌細胞，大蒜素表現出劑量依賴性抑制鼻咽腫瘤細胞生長作用，CNE2細胞凋亡率最高可達62.4%，并伴隨著p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)和Caspase-8高表達。研究者通過對比發現，當僅向CNE2鼻咽癌細胞中加入SB203580(p38MAPK抑制劑)和 Z-LETD-FMK(Caspase-8抑制劑)時,CNE2鼻咽癌細胞的凋亡率分別下降了9.1%和10%。提示大蒜素通過激活p38MAPK和Caspase-8表達誘導CNE2鼻咽癌細胞從而抑制鼻咽癌發生。

2 心血管保護作用

2.1高血脂 有研究表明80 mg/(kg·d)大蒜素可顯著降低大鼠血三酰甘油(TG)水平，使TG從(96±25)mg/dL下降到(71±19)mg/dL[16]。Zhou等[17]研究發現,20～50 μmol/L大蒜素可有效地降低HepG2細胞總膽固醇(TC)和三酰甘油(TG),且無顯著細胞毒性。同時,大蒜素上調過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPAR-α)和肝細胞核因子4α(HNF-4α) mRNA表達,下調膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1) mRNA表達。提示大蒜素可作為一種潛在降血脂藥物用來調節脂質代謝紊亂，其降脂部分機制可能是通過PPAR-α依賴性通路來介導實現的。

2.2心律失常 在大蒜素對正常大鼠HEK293心室肌細胞HERG電流作用研究中,張建成等[18]發現大蒜素顯著阻滯HEK293細胞HERG電流,呈濃度依賴性；降低HERG電流-電壓曲線，呈電壓依賴性；通過研究門控機制表明：在大蒜素干預下，當HEK293細胞中通道激活曲線移向更正方向時，延遲被激活；當通道穩態失活移向更負方向時，失活被加速。由于通道滅活慢時間常數被縮短, 通道滅活被極大加速。以上結果表明大蒜素具有抗心律失常作用,該作用的細胞電生理基礎可能是與其抑制HEK293心室肌細胞上HERG電流有關。

2.3糖尿病性心肌病 研究表明, 高糖誘導活性氧(ROS)可導致糖尿病心肌病[19]。Kuo等[19]用5.5/33 mmol/L葡萄糖處理H9c2細胞36 h，發現大蒜素降低H9 c2細胞中ROS水平，p22 phox、gp91 phox、JNK磷酸化和c-Jun磷酸化水平，且呈現劑量依賴性。此外，大蒜素還抑制高糖誘導caspase3活化和NF-κB的核轉位。實驗結果表明JNK/NFκB信號通路是影響大蒜素抵抗高糖誘導心肌病作用的最主要通路。大蒜素通過抑制NADPH氧化酶相關ROS及其下游JNK/NFκB信號通路來抑制高糖誘導心肌細胞凋亡。

2.4自發性高血壓 在Elkayam等[16]研究大蒜素對自發性高血壓大鼠心血管危險因素影響研究中,發現向自發性高血壓大鼠飲食中連續6周添加80 mg/kg大蒜素可顯著降低大鼠收縮壓(SBP)，使SBP從(190±7.5)mmHg下降到(168±5.7)mmHg。Shouk等[20]從PubMed中篩選大量相關文獻并系統綜述了大蒜和其生物活性成分S-烯丙基半胱氨酸和大蒜素在細胞水平和分子水平上降壓作用機制。研究結果表明S-烯丙基半胱氨酸和大蒜素的降壓作用與氧化應激、NO生物利用度、H2S生成、血管緊張素轉換酶活性這些因素有關；同時，與核因子-κB和血管平滑肌細胞增殖的表達密切相關。

3 其 他

3.1抗氧化 Horev-Azaria等[21]用大蒜素處理血管內皮細胞，發現大蒜素能有效增加細胞中谷胱甘肽水平。10～20 μmol/L大蒜素干預血管內皮細胞28 h，細胞中谷胱甘肽含量與干預前比較增加了8倍，并呈現出濃度和時間依賴性。同時，大蒜素上調Ⅱ相解毒酶硫氧還蛋白還原酶1和2，血紅素加氧酶-1和谷胱甘肽生物合成限速酶表達。提示大蒜素是通過上調Ⅱ相解毒酶和增加細胞谷胱甘肽含量阻止活性氧損傷。

3.2抗炎 NF-κB是誘導細胞凋亡、介導細胞增殖分化、介導炎癥免疫的關鍵性轉錄因子[22]。在三硝基苯磺酸誘導的結腸炎研究中， Li等[23]發現大蒜素能有效改善三硝基苯磺酸所致大鼠結腸炎癥，降低血清TNF-α、血清IL-1β，血清IL-4水平和結腸IL-1βmRNA水平。研究者通過對比試驗發現，當用1 ng/mL IL-1β處理Caco-2細胞時，IL-1β激活P38，ERK和JNK通路；當用大蒜素處理Caco-2細胞時，大蒜素僅激活ERK通路，抑制p38和JNK通路。以上結果提示大蒜素抗炎癥機制為下調NF-κB表達、抑制P38和JNK通路。

3.3抗菌 Sharifi-Rad等[24]研究大蒜素、Ag NPs及大蒜素和Ag NPs的組合對耐甲氧西林金葡菌(MRSA)誘導小鼠皮膚感染影響。體外細胞試驗顯示，大蒜素組MIC和MBC分別為2.2 mg/mL和3.1 ppm，Ag NPs組MIC和MBC分別為5.6 mg/mL和7.5 ppm，大蒜素和Ag NPs組合組MIC和MBC分別為0.4 mg/mL和1.1 ppm。在體內試驗中，大蒜素和Ag NPs組合組中小鼠感染皮膚細菌計數低至0 CFU/mL。該實驗表明大蒜素和Ag NPs可協同提高MRSA導致皮膚感染治療效果；其可能抗菌作用機制為大蒜素和Ag NPs協同產生抗生物膜活性，以抵抗抗生素對MRSA菌株耐藥性[25-26]。

4 結 語

大蒜作為一種藥食同源植物，在我國已有幾千年應用歷史。大蒜素作為大蒜主要活性成分之一，儼然成為現代醫藥學研究中一個炙手可熱的焦點。大量國內外文獻證實，大蒜素具有較強抑制腫瘤作用，對鼻咽癌、肝癌、胃癌、卵巢癌、前列腺癌、皮膚癌、胰腺癌、結腸癌均有很好地預防及治療作用，且毒副作用小，是一種極具有前景的抗癌藥物。此外，大蒜素對心血管具有良好的保護作用，對高血脂、心律失常、自發性高血壓和糖尿病性心肌病皆具有治療作用。隨著研究的逐步深入，大蒜素在其他方面潛在的藥理學作用及價值將被逐一發掘。

[參考文獻]

[1] 楊俊峰. 大蒜素研究進展[J]. 廣州化工，2011，39(1)：32-34

[2] Shrotriya S,Kundu JK,Na HK,et al. Diallyl trisulfide inhibits phorbol ester-induced tumor promotion,activation of AP-1,and expression of COX-2 in mouse skin by blocking JNK and Akt signaling[J]. Cancer Res,2010,70(5):1932-1940

[3] Wang HC,Hsieh SC,Yang JH,et al. Diallyl trisulfide induces apoptosis of human basal cell carcinoma cells via endoplasmic reticulum stress and the mitochondrial pathway[J]. Nutr Cancer,2012,64(5):770-780

[4] Zou X,Liang J,Sun J,et al. Allicin sensitizes hepatocellular cancer cells to anti-tumor activity of 5-fluorouracil through ROS-mediated mitochondrial pathway[J]. J Pharmacol Sci,2016,131(4):233-240

[5] Chu YL,Ho CT,Chung JG,et al. Allicin induces p53-mediated autophagy in Hep G2 human liver cancer cells[J]. J Agric Food Chem,2012,60(34):8363-8371

[6] 哈敏文，袁媛. 大蒜素誘導人胃癌細胞M期阻滯的研究[J]. 中華腫瘤雜志,2004,26(10):585-589

[7] Tao M,Gao L,Pan J,et al. Study on the inhibitory effect of allicin on human gastric cancer cell line SGC-7901 and its mechanism[J]. Afr J Tradit Complement Altern Med,2013,11(1):176-179

[8] Zhang X,Zhu Y,Duan W,et al. Allicin induces apoptosis of the MGC-803 human gastric carcinoma cell line through the p38 mitogen-activated protein kinase/caspase-3 signaling pathway[J]. Mol Med Rep,2015,11(4):2755-2760

[9] Cosentino K,García-Sáez AJ. Bax and bak pores:Are we closing the circle?[J]. Trends Cell Biol,2017,27(4):266-275

[10] Xiao D,Lew KL,Kim YA,et al. Diallyl trisulfide suppresses growth of PC-3 human prostate cancer. xenograft in vivo in associationwith bax and bak induction[J]. Clin Cancer Res,2006,12(22):6836-6843

[11] Dong Xiao，Shivendra V. Singh. Diallyl trisulfide,a constituent of processed garlic,inactivates Akt to trigger mitochondrial translocation of BAD and caspase-mediated apoptosis in human prostate cancer cells[J]. Carcinogenesis,2006,27(3):533-540

[12] Xu L,Yu J,Zhai DX,et al. Role of JNK activation and mitochondrial bax translocation in allicin-induced apoptosis in human ovarian cancer SKOV3 cells[J]. Evid Based Complement Alternat Med,2014(2014)：378684

[13] 高勇，劉揚清，曹維克，等. 大蒜素抗人結腸癌LoVo細胞侵襲轉移作用及其機制[J]. 中華醫學雜志，2009,89(20):1382-1386

[14] Ma HB,Huang S,Yin XR,et al. Apoptotic pathway induced by diallyl trisulfide in pancreatic cancer cells[J]. World J Gastroenterol,2014,20(1):193-203

[15] Ji C,Ren F,Xu M. Caspase-8 and p38MAPK in DATS-induced apoptosis of human CNE2 cells[J]. Braz J Med Biol Res,2010,43(9):821-827

[16] Elkayam A,Peleg E,Grossman E,et al. Effects of allicin on cardiovascular risk factors in spontaneously hypertensive rats[J]. Isr Med Assoc J,2013,15(3):170-173

[17] Zhou Z,Tan HL,Xu BX,et al. Microarray analysis of altered gene expression in diallyl trisulfide-treated HepG2 cells[J]. Pharmacol Rep,2005,57:818-823

[18] 張建成，林琨，魏芝雄，等. 大蒜素對HEK293細胞HERG電流的阻滯作用[J]. 南京醫科大學學報，2015,35(8):1128-1132

[19] Kuo WW,Wang WJ,Tsai CY,et al. Diallyl trisufide (DATS) suppresses high glucose-induced cardiomyocyte apoptosis by inhibiting JNK/NFκB signaling via attenuating ROS generation[J]. Int J Cardiol,2013,168(1):270-280

[20] Shouk R,Abdou A,Shetty K,et al. Mechanisms underlying the antihypertensive effects of garlic bioactives[J]. Nutr Res,2014,34(2):106-115

[21] Horev-Azaria L,Eliav S,Izigov N,et al. Allicin up-regulates cellular glutathione level in vascular endothelial cells[J]. Eur J Nutr,2009,48(2):67-74

[22] Harari OA,Liao JK. NF-κB and innate immunity in ischemic stroke[J]. Ann N Y Acad Sci，2010,1207(1):32-40

[23] Li C,Lun W,Zhao X,et al. Allicin alleviates inflammation of trinitrobenzenesulfonic acid-induced rats and suppresses P38 and JNK pathways in Caco-2 cells[J]. Mediators Inflamma,2015,2015：434692

[24] Sharifi-Rad J,Hoseini Alfatemi S,Sharifi Rad M,et al. Antimicrobial synergic effect of allicin and silver nanoparticles on skin infection caused by methicillin-resistant staphylococcus aureus spp[J]. Ann Med Health Sci Res,2014,4(6):863-868

[25] Yanagisawa K,Tago K,Hayakawa M. A novel splice activates nuclear factor-κB(NF-κB) and c-Jun N-terminal kinase(JNK)[J]. Biochem J,2003,370(1):159-166

[26] Yagasaki Y,Sudo T,Osada H. Exip,a splicing variant of p38α,participates in interleukin-1 receptor proximal complex and downregulates NF-κB pathway[J]. FEBS Letters,2004,575(1/3):136-140