姜黃素單獨及聯合防治口腔鱗癌機制的研究進展

于藝偉，高 麗，李春明

口腔鱗狀細胞癌(oral squamous cell carcinoma, OSCC)是十分常見的口腔上皮來源惡性腫瘤，在所有口腔惡性腫瘤中，有高達超過90%的發病率，此外，口腔處在人體頜面部與頭頸部特殊交界位置，與鄰近重要組織器官息息相關，血供、淋巴回流極其豐富，早期頸淋巴結轉移率和復發率居高不下，患者預后較差[1]。目前臨床上，OSCC患者的常規治療是根據腫瘤分期決定手術治療是否與放化療相結合。OSCC患者的5年總生存率大概僅有60%，局部區域復發和遠處轉移仍然是主要致命因素[2]。

天然藥物以其多個成分及多個靶點的獨特優勢，在惡性腫瘤治療和預防中發揮重要作用。研究顯示，姜黃素在抗炎、抗凝、抗癌及抗氧化方面具有不可替代的功效，因其自身具有毒副作用小，多重調節通路等特點，被譽為是第3代抗癌藥物[3]。

姜黃素(curcumin, Cur)是從姜科植物根莖中提取的天然具有二酮結構的活性成分[4]，姜黃素常用于食品生產，價格低廉、低毒無害、來源廣泛。與此同時具有抗菌、抗炎、抗癌等藥理特性，引起了醫學研究者的重視[5]。

1 姜黃素的理化性質及提取方法

姜黃素的分子式為C21H20O6，常溫下為橙黃色結晶性粉末，堿使其呈棕紅色，熔點為183.0 ℃，易溶于乙醇等有機溶劑，不溶于水，其結構式見圖1。天然姜黃素大多取自植物根莖，提取的方法有很多，例如，乙醇萃取、閃式提取、浸漬、脈沖超聲輔助、酶輔助、反向高效液相色譜、微波輔助、高效液相色譜和亞臨界水萃取[6]。

2 姜黃素抗OSCC的相關分子機制

姜黃素抗口腔鱗癌的分子機制是通過調控各種細胞因子、癌基因與抑癌基因、蛋白激酶、活性蛋白等來實現的，分為以下幾類進行介紹。

2.1 調控Caspase家族

細胞凋亡是機體通過調控基因、傳遞信號實現細胞程序性死亡的正常生理活動，當機體組織細胞增殖和凋亡的平衡被打破，細胞不再按照程序進行自然死亡，就有極大可能導致惡性腫瘤的發生。

細胞凋亡的實現依靠的是凋亡酶Caspase的活化，Caspase是一類半胱氨酸蛋白酶家族，介導細胞的凋亡，其存在于細胞質中，Caspase家族成員都富含半胱氨酸，會在被激活后切割靶蛋白的特異天冬氨酸殘基。其中一類是起始就被切割激活，稱之為啟動酶；另一類被啟動酶切割從而激活，稱之為效應酶。

外源性細胞凋亡與內源性途徑的區別在于喚醒凋亡酶的方式，前者通過接收胞外信號刺激，后者通過線粒體釋放凋亡酶激活因子激活。

Wilken等[7]研究顯示，姜黃素介導外源性的細胞凋亡，是通過上調Fas、Fas相關死亡結構域蛋白(Fas-associated protein with death domain, FADD)、Caspase-8和Caspase-3的表達實現。

Caspase-8作為啟動酶，率先被激活，Caspase-3位于細胞凋亡反應的下游，在正常情況下無活性，被切割從而激活后才會發揮促進凋亡的作用[8]，活化后的Caspase-3與特定的凋亡底物結合，誘導細胞凋亡。

Chang等[9]研究發現，姜黃素納米顆粒可誘導靶細胞，使其線粒體膜的通透性改變，跨膜電位丟失，釋放凋亡相關因子，線粒體細胞色素C(cytochrome C，CytC)與凋亡酶激活因子-1(apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1)和Caspase-9組成凋亡小體，活化Caspase-9，從而激活Caspase-3，啟動一系列連鎖反應。在內源性細胞凋亡途徑中，Caspase-3在反應的下游，起到效應酶的作用。

姜黃素誘導腫瘤細胞凋亡能力突出，由一系列錯綜復雜的生物學反應組成，根據調控路徑的不同，表現形式不盡相同，有交叉、有重疊。Hu等[10]研究顯示，姜黃素并非只能調控單一路徑的細胞凋亡，可以通過激活Caspase-8和Caspase-9，做到同時激活內源性及外源性細胞凋亡。

2.2 調控Wnt/β-連環蛋白通路和Notch通路

Wnt/β-連環蛋白信號通路，參與多種腫瘤發生發展。β-連環蛋白，作為重要組分，起到調節細胞黏附作用，在OSCC中具有區別于正常細胞的定位點，其表達水平與口腔鱗癌的分化水平有關。此外，因和Notch等有著相似調控方向，調控路徑也密切交聯。研究發現，高濃度姜黃素作用于OSCC，通過上調活化Notch1信號，顯著抑制β-連環蛋白的表達，從而抑制腫瘤細胞的增殖[11]。

有學者研究發現，頭頸部鱗狀細胞癌中Wnt通路的激活增加了腫瘤干細胞的成球能力和侵襲性[12]。

2.3 調控EGFR通路

表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)是上皮生長因子(EGF)的受體，在OSCC中通常表現為過表達。實驗結果顯示，姜黃素對口腔鱗癌SCC-25細胞總EGFR表達無影響，但可以劑量依賴性抑制口腔鱗癌SCC-25細胞EGFR分子磷酸化，通過抑制其活化，抑制EGFR信號通路下游轉錄因子蛋白激酶B、細胞外調節蛋白激酶和活化因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)磷酸化，從而實現抑制OSCC細胞的增殖和侵襲[13]。

2.4 抑制基質金屬蛋白酶表達

口腔鱗癌極易發生早期轉移，是導致治療失敗的重要因素。細胞外基質從原發灶位置脫離，侵入淋巴管及血管，到達全身相應的靶向器官和組織。基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)等可以降解富含蛋白質的細胞外基質，是OSCC轉移和侵襲的第一道防線[14]。

腫瘤細胞侵襲和轉移重要的一環是溶解、穿過基底膜。MMP-2和MMP-9以酶原的形式分泌到細胞外，被激活后形成Ⅳ型膠原酶，通過降解、破壞基底膜的主要纖維成分——Ⅳ型膠原，向周圍組織浸潤。此外，還可以通過促進腫瘤新生血管的形成，加速腫瘤的侵襲和轉移[15-16]。

Siddappa等[17]研究表明，姜黃素可以抑制MMP-2和MMP-9的表達來抑制侵襲性。

2.5 調控p53基因的表達

p53基因是一種抑癌基因，參與細胞周期的調控、細胞凋亡等，p53基因發生突變可導致機體腫瘤的發生[18]。多項研究表明，在早期OSCC中p53基因經常發生表達異常，p53 mRNA表達率超過75%[19]。另有研究顯示，OSCC患者p53基因突變率與年齡沒有關聯，60～70歲組的p53表達水平明顯降低，可能是p53轉基因治療的敏感人群，這提示應該將這個年齡段的患者p53表達水平重視起來[20]。

上皮間充質化(epithelial mesenchymal transition，EMT)是上皮細胞通過一定程序，獲得間質細胞特定運動能力的過程。上皮來源的惡性腫瘤細胞由此獲得遷移和侵襲能力[21]。研究顯示[17]，姜黃素能夠通過減少p53的表達來抑制twist和snail轉錄因子的表達，從而阻止OSCC細胞中的上皮-間充質轉化過程。

研究表明，姜黃素可以誘導OSCC細胞株HN4的凋亡，抑制生長。姜黃素對OSCC細胞周期的調控，表現為劑量依賴性不一致的阻滯作用。機制可能與調控上皮標志物E-鈣黏蛋白(E-cadherin)和p53蛋白的表達相關[22]。

2.6 調控Rho/ROCK信號通路

細胞骨架，顧名思義參與維持細胞的基本形態，如果發生異常或者改變，對腫瘤細胞的黏附、侵襲具有重要影響。研究發現，姜黃素可以通過抑制Rho/ROCK信號通路中ROCK2的磷酸化及活化引起OSCC細胞骨架的變化，且濃度越高，引起的變化越多[23]。Rho/ROCK信號通路與實體腫瘤侵襲和轉移關系密切。研究顯示，在OSCC細胞中，ROCK2的位置聚集區別于正常細胞，位于細胞邊緣，分布與侵襲性偽足吻合。ROCK2是Rho下游的靶效應分子，可以誘導細胞進行阿米巴樣運動，在沉默ROCK2基因后，MMP-2和MMP-13活性顯著降低，此外，腫瘤細胞侵襲性也顯著降低[24]。

2.7 調控轉錄因子NF-κB的表達

核因子-κB(NF-κB)廣泛存在于各種動物細胞中，參與細胞受到外界刺激的應答，參與誘導和調節相關基因、細胞因子等的轉錄[25]，例如周期蛋白D1、周期蛋白依賴激酶Cdk2等。D型細胞周期蛋白(Cyclin)中的Cyclin D1是一個由人類CCND1基因所編碼的蛋白質，在調控細胞G1期、細胞增殖及分裂過程中起到核心作用，其過度表達可致細胞增殖失控而惡性化。

一項研究結果表明[26]，姜黃素具有顯著抑制NF-κB活化的作用，其機制是通過減少OSCC中Cyclin D1的表達，阻止癌細胞由DNA合成前期向DNA合成期轉化，從而抑制OSCC細胞生長增殖，其抑制作用與姜黃素濃度呈正相關。

OSCC晚期患者常規應用放化療及靶向治療，但藥物耐藥導致的腫瘤治療抵抗已成為臨床治療中不可避免的問題[27]。研究發現，中藥成分可以發揮提高抗癌藥物敏感性和緩解腫瘤耐藥的作用[28-29]。

姜黃素和番茄紅素協作可通過抑制NF-κB的活化來降低OSCC患者對放療的抵抗。此外，姜黃素也是抑癌基因HPV16/E6的抑制劑，伴HPV感染的OSCC患者選用姜黃素治療效果明顯提升[30]。

另有研究發現，姜黃素可以通過改變和調節OSCC細胞周期、抑制DNA損傷修復從而起到放療增敏作用[31]。此外，還可以清除健康組織中高劑量X射線輻射誘導產生的活性氧，充當放療保護劑，增強放射對OSCC的作用力，減輕多次放射治療所帶來的副作用。

3 聯合其他中藥抗OSCC的機制

3.1 姜黃素聯合紫杉醇

紫杉醇是一種抗惡性腫瘤的天然珍稀藥物，在抑制腫瘤增殖和促進腫瘤細胞凋亡等方面發揮重要作用。

研究顯示，姜黃素和紫杉醇都可以抑制口腔鱗癌CAL27細胞增殖，抑制作用具有一定的劑量依賴和時間依賴性[32]。姜黃素或紫杉醇是通過調控Bcl-2蛋白家族的相應蛋白表達，下調Bcl-2蛋白的表達，上調Bax蛋白及活性Caspase-3蛋白的表達，從而實現抑制OSCC腫瘤增殖和促進腫瘤細胞凋亡。聯合用藥作用更加顯著，并可以降低蛋白Bcl-2/Bax的比率。

3.2 姜黃素聯合乳香酸

OSCC具有多種發病因素，長期慢性炎癥刺激與癌前病變疊加無疑推進癌癥的發生進程，例如發生口腔白斑病變的同時感染念珠菌、口腔扁平苔蘚多次破潰和褥瘡性潰瘍。花生四烯酸(arachidonic acid，AA)，是眾所周知的炎癥介質，其代謝與多種腫瘤發生有明確的因果關系。在AA代謝途徑中，兩個最重要的限速酶分別是環氧化物酶(cyclooxygenase，Cox-2)和5-脂氧化物酶(lipoxygenase，5-Lox)，其相關代謝產物前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)和白三烯(leukotriene B4，LTB4)是最關鍵的炎癥調節介質，前者與前列腺素E受體(prostaglandin E receptor，EP)相互作用；后者作用于白三烯B4受體(leukotriene B4 receptor,BLT)，推動炎癥進展，改變炎癥區域內細胞的生物學行為導致惡性腫瘤的發生[33]。

研究發現，姜黃素和乳香酸都可以抑制口腔鱗癌細胞Tca8113的增殖，并促進其凋亡。乳香酸只能抑制5-Lox通路，姜黃素可以抑制炎癥代謝雙通路，二者聯合應用的抑制效果最佳。二者聯合使用可以在預防OSCC方面起到突破性進展[34]。

4 小 結

綜上所述，姜黃素的藥理作用十分廣泛，可以調控對OSCC細胞發生發展至關重要的多條信號通路，對正常細胞不良反應低，還可與其他藥物共同作用于OSCC細胞。姜黃素調控OSCC細胞潛在的靶向蛋白也經常有新的發現，例如Annexin A2和CDKN2B[35]，充分說明姜黃素在治療和預防OSCC方面展現了巨大的潛力和優勢。但目前姜黃素生物利用度低、溶劑和載體具有毒性的問題亟待解決[36]，且存在姜黃素作用于OSCC細胞的其他信號通路、靶向作用更好的姜黃素衍生物、姜黃素的最佳治療濃度等問題。期待未來進一步研究，早日攻克這些難題，為姜黃素應用于OSCC及更多癌癥的臨床防治中提供新的思路。