姜黃素治療甲狀腺癌的相關機制研究進展

李海濤，王輝，謝俊大

1北京市豐盛中醫骨傷專科醫院藥劑科，北京100033

2北京城市學院生物醫藥學部，北京100094

3首都醫科大學附屬北京友誼醫院中藥劑科，北京100050

甲狀腺癌（thyroid cancer，TC）是分泌系統中發病率和病死率最高的惡性腫瘤，主要病理類型為乳頭狀癌和濾泡狀癌。近年來伴隨著飲食習慣和生活方式的變化，中國TC以每年20%的速度持續增長。2016年全國255個腫瘤登記處提供的數據表明，2013年全國TC新發病例14.39萬例，病死病例0.65萬例，全國TC發病率為10.58/10萬，病死率為0.48/10萬。當前TC的臨床治療方法包括手術、放射性碘治療、化療和綜合療法。但目前的藥物在抑制腫瘤細胞生長的同時也會損傷正常細胞，嚴重影響治療效果，降低患者的生活質量。中藥具有多成分、多靶點、多途徑、高效低毒的優勢和特色，效優價廉，療效持久，復發率低，依從性高，安全有效。姜黃素是從姜黃屬植物根莖中提取的一種植物多酚，能影響腫瘤發生發展的多個環節與步驟，在腫瘤治療和預防中具有良好的研究前景。本文就姜黃素治療TC的效應及其機制作一綜述。

1 姜黃素的一般生物特性

姜黃素是從姜科、天南星科植物的根莖中提取的多酚類物質，1815年首次由Vogel分離，分子式為CHO，其結構主鏈由不飽和脂族及芳香族構成，易溶于二甲基亞砜、乙醇、氯仿等有機溶劑，在酸性pH值下穩定，難溶于水。姜黃素主要有抗炎、抗氧化、抗凝、降血脂、抗動脈粥樣硬化、免疫調節作用，廣泛應用于治療各種心血管和神經退行性疾病、代謝性疾病、囊性纖維化、自身免疫等多系統的慢性疾病。近來的體外和體內研究相繼證實姜黃素可以用于多種腫瘤的化學預防和治療，包括多發性骨髓瘤和結直腸癌、胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌、肺癌、頭頸癌，發揮抗增殖、抗氧化和致癌阻斷作用，影響腫瘤細胞周期，干擾基因的表達，參與多種分子信號轉導通路，促進腫瘤細胞自我凋亡，阻礙炎性微環境的形成，抑制腫瘤細胞的黏附與浸潤，逆轉腫瘤細胞的多藥耐藥，增強腫瘤對化療的敏感性。姜黃素藥物毒性極低，對肝腎功能具有保護作用。姜黃素對伊立替康所致的遲發性腹瀉起到保護作用，其機制可能通過上調丙二醛水平，增強脯氨酸4-羥化酶B亞基和過氧化物酶4等相關蛋白表達，從而減輕伊立替康對腸道黏膜的損傷。姜黃素還可通過抗氧化和清除自由基活性預防順鉑所致的腎毒性。

2 姜黃素治療TC的機制

2.1 姜黃素抑制腫瘤細胞增殖

信號通路在多種腫瘤中均有重要作用，對于細胞增殖、分化和凋亡的調節是必要的，影響腫瘤生成、組織器官的發育及疾病的發生發展，其活化與腫瘤發生及腫瘤侵襲轉移密切相關。姜黃素通過下調磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）信號通路抑制肝腫瘤細胞的增殖，誘導其凋亡，發揮其抗腫瘤作用。TC組織中核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）的表達明顯增強，其水平與腫瘤的直徑和淋巴結轉移均呈正相關，通過NF-κB信號通路激活參與調節細胞凋亡而促進TC的發生發展。Schwertheim等研究表明，姜黃素可增加TC細胞中再分化標志物的表達并誘導G/M期阻滯，調節細胞分化和遏制腫瘤進展和下調NF-κB活性。施丹麗和王和賢采用MTT法檢測姜黃素對TC SW579細胞增殖活力的影響，結果顯示，姜黃素顯著抑制SW579細胞的增殖活力，使腫瘤細胞生長滯留在G期，促進SW579凋亡，呈劑量、時間依賴性。而同時，TC細胞中CD147 mRNA表達明顯下降，p21 mRNA表達明顯升高，兩mRNA表達與姜黃素濃度呈明顯的量效依賴關系，藥物濃度越高CD147抑制作用越明顯，p21促進作用越顯著。姜黃素有效抑制TC細胞的增殖，可能通過下調CD147的表達抑制腫瘤細胞的遷移。嚴梅娣和岑雪英采用0～40 μmol/L的不同濃度姜黃素作用于SW579細胞株12、24、48 h后，MTT結果顯示姜黃素對SW579細胞增殖的抑制作用呈時間及濃度依賴性；平板克隆實驗提示，姜黃素作用于SW579細胞后克隆形成數目減少，形成集落變小，并且呈濃度依賴性；流式細胞儀分析顯示隨著姜黃素濃度的增加，對SW579細胞G/G期阻滯作用越來越顯著，細胞凋亡率逐漸升高；蛋白質印跡（Western blot）法檢測顯示姜黃素對細胞周期蛋白cyclin B1和凋亡相關蛋白Bcl-xl的下調呈濃度依賴性，而姜黃素對p21和BAD的表達無影響，提示姜黃素抑制TC細胞的增殖主要是通過下調cyclin B1抑制細胞周期進程并通過下調Bcl-xl促進細胞凋亡而實現的。孫巍對人B-CPAP細胞分別采用10、20、40 μmol/L的姜黃素培養基培養，MTT、膜聯蛋白 V（Annexin V）/碘化丙啶（propidium iodide，PI）實驗觀察結果顯示，隨著培養時間延長，各濃度下細胞生長抑制率、細胞凋亡率均逐漸增高（P﹤0.05）；且隨著濃度增加，相同時間點的細胞生長抑制率、細胞凋亡率亦逐漸增高（P﹤0.05）。Western blot法檢測結果顯示，姜黃素培養72 h后，B-CPAP細胞的H-Ras、p-Raf-B、p-細胞外信號調節激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）1/2、B細胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）蛋白表達水平均明顯低于空白組，BAX蛋白表達水平明顯高于空白組（P﹤0.05）。姜黃素能夠抑制人B-CPAP細胞生長，誘導細胞凋亡，且呈時間依賴性，其機制可能與抑制H-Ras蛋白、ERK信號通路蛋白表達及上調BAX表達、下調Bcl-2表達有關。Kocdor等研究顯示，姜黃素顯著抑制間變性甲狀腺癌（anaplastic thyroid cancer，ATC）腫瘤細胞的球狀體形成和細胞運動，阻滯腫瘤細胞在G/G期，腫瘤干細胞顯示出最大的腫瘤活性，降低氧化應激指數，通過抑制腫瘤干細胞表型改變ATC細胞的攻擊行為。

2.2 姜黃素抑制腫瘤細胞的侵襲和轉移

TC細胞侵襲與轉移是影響預后的一個重要原因。姜黃素通過調控凋亡相關基因、原癌基因的激活及抑癌基因的失活，抑制基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）表達，破壞腫瘤生長的高氧化微環境，抑制腫瘤細胞的遷移與侵襲能力，抑制、延緩或者逆轉癌變的過程，延長患者的生存期。

Xu等研究顯示，姜黃素抑制FTC133細胞的生長、遷移和侵襲，并促進其凋亡。Western blot法分析數據表明，姜黃素抑制PI3K和AKT信號通路的磷酸化，并隨后減弱FTC133中MMP1/7和環氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）蛋白的表達，表明姜黃素通過抑制PI3K和AKT信號通路抑制FTC133細胞的侵襲和遷移。Zhang等研究表明，姜黃素可顯著抑制缺氧K1細胞中ROS的產生以及缺氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）mRNA和蛋白質表達，阻斷HIF-1α與乏氧反應元件（hypoxia response element，HRE）的結合活性，增加E-鈣黏蛋白表達，抑制MMP9活性，并抑制缺氧條件下K1細胞的遷移能力。姜黃素通過清除K1細胞中的細胞內生物自由基影響HIF-1α，抑制缺氧誘導的K1細胞遷移和侵襲，可能是治療侵襲性甲狀腺乳頭狀癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）的有效抑瘤劑。孫麗靜等采用含不同姜黃素濃度的培養基干預PTC細胞，采用CCK8法、劃痕實驗和Transwell實驗檢測姜黃素對PTC細胞遷移和侵襲的影響，結果顯示，姜黃素以時間和劑量依賴的方式抑制PTC細胞增殖、遷移和侵襲，采用逆轉錄聚合酶鏈反應（reverse transcriptionpolymerase chain reaction，RT-PCR）和Western blot法檢測結果顯示，葡萄糖轉運蛋白1（glucose transporter 1，GLUT1）和膜型基質金屬蛋白酶-1（membrane type-1 matrix metalloproteinase，MT1-MMP）mRNA及蛋白的表達水平隨姜黃素濃度的增加而呈下降趨勢，表現為劑量依賴性。提示姜黃素抑制PTC的侵襲和轉移與下調GLUT1和MT1-MMP蛋白表達有關。

2.3 姜黃素增強放化療的敏感性

TC的治療以手術、I治療和促甲狀腺激素（thyroid stimulating hormone，TSH）長期抑制治療為主，但是ATC不能攝取I，部分分化型甲狀腺癌（differentiated thyroid carcinoma，DTC）患者碘代謝功能障礙，多次I治療后會出現失分化現象而不再攝I或攝碘但疾病進展。化療是當前消除腫瘤細胞最重要的一個手段，藥物療效往往取決于腫瘤細胞對化療藥物的敏感性。對于ⅣA期和ⅣB期ATC，可考慮在放療基礎上加用化療，主要藥物包括紫杉類、蒽環類和鉑類。腫瘤細胞耐藥性是化療失敗的主要原因。腫瘤耐藥性的分子機制是復雜和多因素的，如凋亡機制本身出現缺陷或抗凋亡能力增強、DNA損傷修復能力異常、藥物轉運泵的表達增加或活性增強，這其中涉及一系列抗凋亡通路的激活或抗凋亡基因的過表達。越來越多的基礎研究和臨床試驗證實，姜黃素從多途徑、多角度、多因素、多靶點上逆轉腫瘤多藥耐藥，對TC細胞的放射敏感性具有調控作用，從而提高治療效果。

趙永強等采用姜黃素和放射性碘處理TPC-1后，細胞增殖能力下降，細胞凋亡率上升，p50和p65蛋白表達下調，凋亡抑制蛋白Bcl-2表達下調，促凋亡蛋白BAX表達上調，并呈濃度依賴性，細胞存活分數下降，表明姜黃素可以抑制I放射后TPC-1細胞的增殖并促進其凋亡，抑制NF-κB通路的激活，增加TPC-1細胞的放射敏感性。NF-κB信號通路抑制劑PDTC加入TPC-1后，使腫瘤細胞增殖減少，凋亡增加，細胞存活分數降低，Bcl-2表達下調，BAX表達上調，抑制NF-κB信號通路活性，增加TCP-1細胞的放射敏感性。Khan等研究表明，姜黃素和傳統的化療藥物聯合用藥具有增效作用，研究將姜黃素和順鉑共同作用于PTC細胞后，PTC細胞形態學明顯改變，細胞周期停滯，線粒體膜電位降低，DNA雙鏈斷裂，兩者協同抑制JAK/信號轉導及轉錄激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）活性，抑制抗凋亡基因和誘導凋亡基因生成，通過下調STAT3、Bcl-2，上調BAX蛋白抑制了PTC細胞的生長和增殖，還通過下調MMP和磷酸酶抑制PTC細胞的增殖和遷移。姜黃素與化療藥物聯合可提供更好的治療效果。李興佳等以不同濃度多柔比星處理甲狀腺未分化癌細胞株HTH74及多柔比星耐藥株HTH74Rdox細胞48 h后，MTT檢測結果表明，HTH74、HTH74Rdox細胞活力受到抑制，并且呈現明顯的劑量依賴性，顯微鏡下清晰可見HTH74、HTH74Rdox細胞生長均受到顯著抑制，形態均有明顯改變，部分細胞開始皺縮變圓，逐漸失去貼壁形態，并且隨著姜黃素濃度的增加，細胞皺縮程度逐漸嚴重，貼壁細胞數量逐漸減少，細胞密度逐漸降低。姜黃素對HTH74、HTH74Rdox細胞也有明顯的增殖抑制作用，且均呈現典型的劑量依賴性，并且多柔比星耐藥株與敏感株相比對姜黃素更為敏感，在較低濃度時就受到了明顯抑制，在幾乎所有濃度姜黃素作用下，HTH74Rdox細胞活力抑制程度均高于HTH74細胞。不同濃度姜黃素作用于HTH74Rdox細胞6 h后，能夠抑制細胞中p-MTOR、p-S6K及p-AKT蛋白表達，且呈現明顯的劑量依賴性。姜黃素能夠增加多種耐藥腫瘤細胞株對化療藥物的敏感性可能是通過抑制AKT/MTOR/S6K信號通路而實現。

3 小結

已有的研究表明，姜黃素作為一種從天然植物中提取的中藥，藥理作用廣泛，毒性很低，通過多種途徑影響腫瘤發生發展的多個環節與步驟，可以抑制多種腫瘤細胞系的生長，在腫瘤的治療和預防中具有良好的應用前景。近年來，中國的TC發病率呈上升趨勢。本文總結了近幾年內姜黃素治療TC的研究成果，主要是體外細胞培養和動物模型研究，姜黃素治療TC的相關機制是多方面的，影響致癌基因和抑癌基因的表達，抑制腫瘤血管生成，誘導細胞周期停滯，誘導細胞凋亡與化療藥物的協同作用。隨著姜黃素治療TC的抗腫瘤活性及抗腫瘤機制研究逐漸深入，極大推動姜黃素的臨床應用研究，姜黃素是極有可能成為具有臨床應用價值的抗癌藥物。