黃芪多糖的抗腫瘤作用機制研究進展*

李 瑞，王 宇

1 陜西中醫藥大學第二臨床醫學院,陜西 咸陽 712046；2 陜西中醫藥大學醫學科研實驗中心

黃芪作為一種歷史悠久且臨床應用具有多重 功效的補氣中藥，含有多糖、皂苷類、黃酮類等化學成分。黃芪多糖（astragalus polysaccharides，APS）為黃芪的主要化學成分之一，目前已經被分離出30 多種，主要分為葡聚糖和雜多糖［1］。APS具有抗病毒、抗輻射、抗衰老、抗氧化、抗腫瘤等多種生物活性，可促進RNA 和蛋白質合成，從而延長細胞壽命。已有許多研究報道了APS 在多種腫瘤中發揮抗癌作用，本文綜述近幾年APS 在各種腫瘤中的抗癌機制。

1 APS與肺癌

肺癌是全球最常見的惡性腫瘤之一，由于其起病隱匿，約70%的患者確診時已到晚期。非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）約占肺癌相關死亡率的85%，轉移在NSCLC患者中較常見，早期轉移是導致大多數患者死亡的原因［2］。化療作為NSCLC 的重要治療手段，找到有效控制NSCLC 的化療藥物尤為重要。APS 作為近年來NSCLC 患者的輔助治療藥物，具有促血管新生和抗炎作用，且對各器官均有保護作用［3］。于海艷等［4］收集783 例NSCLC 患者，最終納入9 個隨機對照試驗（randomized controlled trial，RCT），采用Meta 分析方法系統評價了注射用APS 聯合放、化療作為NSCLC 患者輔助治療的有效性和安全性，結果表明APS 聯合放、化療可提高患者免疫能力，增強治療效果，減少不良反應，其療效優于單純放、化療。

大量研究顯示，APS 的抗癌機制涉及一系列復雜的調控過程，而不是某種單一機制。盡管APS的研究機制尚未闡明，但已有研究表明APS的抗癌機制可能與其誘導腫瘤細胞凋亡有關。李蓉［5］研究證實，APS 可抑制人肺癌A549 細胞增殖及促進細胞凋亡。應用流式細胞術檢測經APS 處理48 h 后的人肺癌A549 細胞，發現APS 可阻滯腫瘤細胞于G1期，延緩腫瘤細胞周期進程，且與順鉑聯用后腫瘤細胞的G1和S 期均受到阻滯，兩藥聯合使用后效果增加。ZHANG YM 等［6］經體外研究發現APS對A549肺癌細胞誘導的骨髓間充質干細胞（bone mesenchymal stem cells，BMSC）的細胞增殖和形態變化具有保護作用，APS 可逆轉A549 肺癌細胞和BMSC 共同培養中的細胞異常形態變化，減少細胞增殖并促進細胞周期停滯。這些作用可能與絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase,MAPK)/核轉錄因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)信號通路及p53、Caspase-3、乙酰化H4K5、乙酰化H4K8 和乙酰化H3K9 調節有關。金安粉是由APS組成的復方中藥，有研究發現其能誘導人肺癌A549細胞發生凋亡，機制可能是上調Caspase-3表達，下調Survivin蛋白表達［7］。

近些年研究發現炎癥細胞包括巨噬細胞（Macrophages）、樹突狀細胞（dendritic cells，DC）和細胞毒性T淋巴細胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）通過直接或間接作用影響腫瘤微環境平衡，調節腫瘤細胞增殖、血管生成和轉移［8］。巨噬細胞的不同表型決定了其在腫瘤生長中的作用，M1 表型巨噬細胞可抑制腫瘤生長，M2 表型巨噬細胞可促進腫瘤生長。BAMODU OA等［8］證實APS增強了NSCLC 患者巨噬細胞由M2 表型向M1 表型極化，激活樹突狀細胞促進DC 功能成熟以及加強T 細胞介導的抗癌免疫反應。ZHAO L 等［9］發現APS能夠抑制小鼠Lewis肺癌的生長及轉移，改善免疫器官功能，抑制癌細胞中血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和表皮生長因子受體（epithelial growth factor receptor，EGFR）的表達，并具有量效關系。Notch蛋白是一種參與轉錄調控的跨膜受體，已被證實在肺癌中具有調節細胞增殖、凋亡和分化的作用。WEI W等［10］從黃芪中分離出一種名為RAP的多糖，能夠誘導巨噬細胞中SOCS3基因表達，經RAP處理的巨噬細胞降低了生長腫瘤的重量和體積，具有腫瘤抑制作用，其作用機制可能為RAP刺激Notch信號通路的激活從而促進M1 極化，而Notch 信號通路可通過SOCS3 來改變巨噬細胞表型。近些年，促炎性細胞因子被越來越多研究者證實與晚期癌癥患者的疼痛、疲勞、認知功能障礙等相關。HUANG WC 等［11］在23 個有轉移的癌癥患者雙盲隨機對照試驗中發現經APS 注射液治療，患者的總體生活質量得到改善的同時，降低了主要促炎細胞因子［白細胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)、白細胞介素6(interleukin-6，IL-6)、IL-12、干擾素γ(interferonγ，IFN-γ)和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)］水平，表明APS 可通過下調炎癥級聯反應，降低其相關信號調節，有效改善晚期癌癥患者生活質量。

研究顯示，許多癌基因或抑癌基因參與了細胞周期調控。APS 還可下調NF-κB 等凋亡相關信號分子表達，抑制NF-κB 活性，從而促進人肺癌細胞A549凋亡。同樣，APS還能通過抑制細胞自身的自噬機制起到抗腫瘤作用，這可能與其下調PI3K/Akt 信號通路的自噬作用有關。PI3K-Akt-mTOR 是癌癥中重要的3種主要信號通路之一，被認為是治療失敗、腫瘤復發、轉移的根源。王雪林等［12］采用黃嘌呤氧化酶作用人肺癌A549 細胞24 h 來建立自噬模型，發現APS 可能通過降低LC3B 表達干擾自噬小泡形成雙層膜，降低PI3K蛋白表達，從而阻斷自噬小泡進入溶酶體，抑制癌細胞自噬程度。APS 還可上調Akt 蛋白表達，可能是PI3K 蛋白表達降低減弱了其下游AKT 蛋白活化。表明APS 能下調PI3K/Akt 信號通路，使人肺癌A549 細胞處在缺氧和營養缺乏環境，為肺癌的治療提供了潛在靶點。ZHOU Y等［13］發現APS結合10-羥基喜樹堿（10-hydroxycamptothecin，HCPT）通過MAP4K3/mTOR 信號通路抑制NSCLC 的轉移，表明MAP4K3 可能為NSCLC治療的另一個潛在靶點。

2 APS與乳腺癌

乳腺癌是危害全球女性最常見的惡性腫瘤之一。三陰性乳腺癌（triple negative breast cancer，TNBC）占所有乳腺癌的10%～20%，與其他乳腺癌亞型相比，其惡性程度最高，預后最差［14］。雖然許多研究為其發病機制和治療策略提供了幫助，但TNBC 的發病率和死亡率依然居高不下。化療藥物治療的副作用和耐藥性嚴重限制了TNBC的治療效果。因此，更有效、更安全的藥物對于改善TNBC 患者的預后和生存質量顯得尤為重要。APS 通過誘導腫瘤細胞發生凋亡，從而影響TNBC的發展。LIU C 等［15］的體外研究結果證實，APS 能有效減少TNBC 腫瘤細胞活性，減少腫瘤細胞的侵襲，加速人乳腺癌MDA-MB-231 細胞凋亡，進而以劑量依賴的方式對抗TNBC癥狀。LIU C等［16］利用TCGA（the cancer genome atlas）疾病數據和分子靶標數據證實APS 對乳腺癌的干預可能通過調節細胞分裂周期蛋白6（Cdc6）、細胞周期蛋白B1（CyclinB1，CCNB1）和p53 來實現。此外，谷俊朝等［17］經體內實驗發現APS 可以有效增加乳腺癌荷瘤小鼠淋巴細胞的免疫活性，抑制腫瘤血管的生成并減少癌細胞中熱休克蛋白70（Heat Shock Protein 70，HSP70）和Bcl-2 的表達水平，從而抑制乳腺癌腫瘤的生長。LI W 等［18］發現，APS 可以激活巨噬細胞釋放NO 和TNF-α，誘導腫瘤細胞發生凋亡，從而直接阻斷癌細胞的生長。張虹等［19］發現，APS 對人乳腺癌細胞的抑制作用可能與誘導細胞周期阻滯于G0/G1期有關，且抑制作用呈量效關系。謝榮丹［20］建立人乳腺癌裸鼠移植瘤模型，并將其分為3組（模型組、APS低劑量組、APS高劑量組），另將一組正常裸鼠設為正常組，連續21天灌胃給藥，結果顯示，APS 干預后乳腺癌裸鼠移植瘤體的質量和體積與模型組比較均顯著減小，腫瘤組織細胞發生明顯凋亡，未見肝、肺組織有腫瘤細胞轉移，癌細胞中Bcl-2 蛋白表達量減少，Bax、Caspase-9 及Caspase-7 蛋白表達量增加。同時，APS 干預組的脾指數與模型組相比有所增加，且與正常組相比無明顯差異，而脾指數在一定程度上反映了機體的免疫水平，反映出APS 可有效減緩機體炎癥反應，抑制腫瘤生長。

Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLR）是一類跨膜蛋白，在天然免疫中發揮重要作用。ZHOU L［21］的研究表明APS 可通過TLR4 激活TLR4-MyD88依賴型信號通路，激活TRAF-6、NF-κB和AP-1等關鍵節點，促進IL-6 和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factorα，TNF-α)的生成從而發揮APS的免疫調節作用，可顯著改善乳腺癌患者的生活質量。APS 還可能作用于PIK3CG/Akt/Bcl-2 途徑。有研究表明［22］，Caspase-9 和Bax 在TNBC 患者癌細胞中呈現低表達，而Bcl-2 呈現高表達。APS 可通過上調Bax、Caspase-7、Caspase-9 表達，同時下調Bcl-2 表達，參與線粒體凋亡途徑促進乳腺癌腫瘤細胞的凋亡，為乳腺癌的臨床治療提供了新思路。

3 APS與頭頸部腫瘤

頭頸部是惡性腫瘤的好發部位之一，且頭頸部涉及較多的重要器官，故手術方案常常受到限制。適形調強放射治療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）作為目前頭頸部腫瘤患者的常用治療手段，與傳統放療相比可控制放療的劑量分布，并最大程度保護正常組織，但IMRT引起的毒副作用仍然不可避免。已被證實APS 可以改善IMRT 所引起的免疫功能下降，減少患者毒副反應，從而提高患者生存質量［23］。同時，APS 注射液聯合替吉奧在頭頸部腫瘤的放療中可起到增效作用，提高患者總緩解率，增強患者免疫，減輕毒副作用，使患者明顯受益［24］。ZHOU Z 等［25］評估了APS 對鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma，NPC）細胞的抗腫瘤和化學增敏活性，并探討了其潛在機制。結果表明，不同濃度的APS 在體內、體外均對鼻咽癌細胞有明顯的抑制作用，能顯著增強了順鉑的抗增殖和凋亡作用，上調Bax/Bcl-2 比值和Caspases 的表達可能為其機制之一。石豐榕等［26］發現注射用APS 對人鼻咽癌細胞株CNE-2 的生長有明顯抑制作用，可誘導CNE-2 細胞發生自噬，其機制可能是上調Beclin-1基因的表達。上述結果為APS的臨床應用提供了更多可能。

4 APS對其他腫瘤的抑制作用

越來越多的證據表明，APS 對其他腫瘤同樣具有促進癌細胞凋亡，抑制細胞增殖的作用。數據表明miRNA-27a 參與了APS 對卵巢癌（ovarian cancer，OC）細胞的抗癌作用。GUO Y 等［27］研究證實APS 可在體外通過靶向調節抑癌基因FBXW7 抑制細胞增殖和誘導細胞凋亡。其機制可能為APS通過下調miRNA-27a 表達，從而上調FBXW7 表達，最終抑制了卵巢癌細胞的增殖并誘導了其凋亡。YU J 等［28］發現APS 可以抑制人胃癌MGC-803 細胞的增殖，其機制可能是通過阻滯細胞于S 期并誘導線粒體凋亡途徑來促進細胞凋亡，這可能與細胞內活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的累積，Bax/Bcl-2比值的增加，細胞色素c的釋放，激活Caspase-9/-3 的表達以及DNA 修復酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）的裂解有關。另外，APS 還能誘導人肝癌細胞HepG2發生凋亡，可能是通過抑制MAPK信號通路，下調ERK1/2 的表達［29］。此外，APS 還可上調HepG2 中Bax的表達，下調Bcl-2的表達，促進Caspase-9、Caspase-3 的表達，從而使癌細胞發生凋亡［30］。CHU Y C 等［31］發現APS 可上調miR-133a，誘導JNK 途徑從而發生失活，抑制骨肉瘤MG63細胞的增殖、遷移和侵襲，同時誘導其凋亡。劉美平［32］經實驗得出APS 可調控p53、Bcl-2、Bax 的表達，從而調控子宮肌瘤模型大鼠性激素水平，促進癌細胞凋亡，阻滯細胞周期。這些結果進一步完善了APS的抗癌機制。

5 APS的其他抗癌機制

由于天然藥材往往是多靶向調節，因此APS的具體作用機制至今尚未闡明。許多學者在過去十幾年間證實了APS有許多生物活性，包括抗炎、抗氧化、抗病毒和免疫調節等作用。近年來，研究者們的研究集中在APS 的抗癌活性。研究發現，APS在多種實體瘤中均發揮了抑制作用，其作用機制多為誘導腫瘤細胞發生凋亡、阻滯細胞于某一周期、免疫調節等。活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）參與多種細胞的存活、增殖、凋亡和遷移，低ROS 濃度可以促進細胞存活，而過量的ROS 容易引起DNA 損傷并誘導細胞凋亡。臨床證實，APS 的抗氧化能力，可清除細胞內氧化應激所產生的ROS、活性氮自由基（reactive nitrogen species，RNS）等，減少高濃度的自由基對DNA、蛋白質和脂質等的損害，從而減少細胞發生癌變［33］。此外，APS 還能通過紅細胞免疫發揮其抗癌活性。紅細胞表面補體受體（complement receptor 1，CR1）能黏附循環免疫復合物來發揮攜帶、運輸及清除的作用，有效減緩癌細胞的血行傳播，從而抑制腫瘤的擴散與轉移。研究發現［34］，APS可提高紅細胞表面CR1的數量同時間接促進T淋巴細胞的增殖活性，有效提高機體細胞免疫功能，發揮抗癌活性。廖大忠［35］還發現APS可以促進淋巴細胞的增殖和IFN-γ的分泌，這可能是APS抗腫瘤的藥理機制之一。

6 問題與展望

APS 作為一種天然中藥單體，經過大量科學研究，其藥理作用逐步清晰，例如抗病毒、抗輻射、抗衰老、抗氧化、抗腫瘤等作用。近年來由于腫瘤嚴重威脅了人類健康，單一的治療往往難以達到良好治療效果，APS 作為腫瘤的一種輔助治療藥物，其抗腫瘤機制也得到了更多關注。目前，對APS 的抗癌機制的研究大多停留在離體細胞或動物實驗，用于人體的研究大多利用的是APS 的協同抗癌作用，需要聯合其他治療，雖然APS 協同化療藥物的療效優于單純用藥，但其聯合機制還有待研究。且APS 的抗癌作用多隨濃度和時間的增加而增加，用于臨床患者的劑量和時間還有待明確。隨著對中藥的不斷深入研究，APS 等中藥單體必將成為更多研究者的努力方向。