黃芪抗腫瘤藥理作用機制與臨床應用研究進展

葉懿祥 陳冬梅 賈立群 婁彥妮

(1 中日友好醫院,北京,100029; 2 北京中醫藥大學,北京,100029)

腫瘤被認為是現階段世界上最常見的疾病之一,根據國際癌癥研究機構(International Agency for Research on Cancer,IARC)最新公布的數據顯示,2020年全球新增癌癥患者1 929萬例,死亡996萬例,其中中國新增癌癥患者457萬例、占23.7%,死亡300萬例、占30%[1]。隨著腫瘤發病率和致死率的逐年遞增,放療、化療、分子靶向治療和免疫檢查點抑制劑等抗腫瘤治療研究日漸成為現代醫學的焦點。近年來免疫治療在腫瘤領域中取得了突破性進展,與中醫“養正積自除”的理念有異曲同工之處。中醫認為“邪之所湊,其氣必虛”“正復邪自去”,正氣虧虛是影響腫瘤發生發展的根本原因,外邪侵襲是促使腫瘤發生的關鍵因素[2],因此常以扶正與祛邪作為防治腫瘤的總治則。黃芪是一種傳統扶正藥材,被稱為“補氣之最”,有補氣升陽、固表止汗、利水消腫、行滯通痹、排膿斂瘡之效[3],在臨床防治腫瘤中具有較高使用頻率[4]。《本經逢原》記載:“黃芪能補五臟諸虛。”歷代中醫名家用其治療腫瘤,也多取其補虛益氣之功。近年來研究者對黃芪抗腫瘤的作用機制展開了更深入的研究。現基于黃芪抗腫瘤的最新基礎及臨床研究成果,將其藥物作用機制、臨床應用情況等進行梳理歸納并綜述如下。

1 黃芪抗腫瘤的有效成分

黃芪的活性成分比較復雜,近年來分離、提純工藝取得了很大的進展,已鑒定出200多種化合物,主要包括多糖類、皂苷類、黃酮類、氨基酸類,還包括了少量的生物堿類、木脂素類、甾醇類化合物及多種微量元素[5-6]。目前對黃芪抗腫瘤活性成分的實驗研究主要集中于黃芪多糖(Astragalus Polysaccharides,APS)、黃芪皂苷(Astragaloside,AS)上。APS是黃芪藥理作用中起決定性的一類大分子物質,主要由葡聚糖和雜多糖組成,由于APS分子結構的多樣化,其化學結構很難被確定,其生物活性與化學結構之間的關系也仍未得到很好的確定[7]。AS的種類也十分豐富,主要包括AS-Ⅰ～Ⅷ,異ASⅠ、Ⅱ、Ⅲ,乙酰基AS及大豆皂苷Ⅰ等[8],而AS中最主要的化學成分為AS-Ⅳ,即黃芪甲苷。AS-Ⅳ與黃芪總苷均具有顯著的抗癌活性。

2 黃芪抗腫瘤的作用機制

2.1 增強機體免疫功能 免疫細胞與腫瘤細胞相互協調,在腫瘤的病理變化過程中處于一個動態變化的狀態。腫瘤細胞會改變表面抗原的結構,并產生免疫抑制因子,來使自身避免受到免疫系統的識別和攻擊。因此,激活免疫應答、抑制相關免疫因子的產生,提高免疫功能,對抗腫瘤具有重要意義。

黃芪及其活性成分可以增強T、B淋巴細胞的功能,升高CD3+、CD4+水平及CD4+/CD8+比值,減少CD8+水平,并能提高免疫球蛋白(Immunoglobulin,Ig)G、IgM、IgA及IgE的表達水平,增強免疫功能[9-10]。樹突狀細胞(Dendritic Cell,DC)可以呈遞腫瘤細胞特異性抗原,并能參與T、B細胞的激活,調節機體免疫應答。王俊濤等[11]體外培養DC,發現經APS誘導后,DC與細胞因子誘導的殺傷(Cytokine Induced Killers,CIK)細胞的增殖增加,對食管癌Eca-109細胞的殺傷效應也大大提高。自然殺傷(Natural Killer,NK)細胞既能殺傷腫瘤細胞,又能調節免疫。CHEN等[12]通過細胞共培養體系和CT26結腸癌小鼠模型研究發現,AS-Ⅲ在體外和體內都對NK細胞有活化作用,增加了NK細胞中自然殺傷群NKG2D、γ干擾素(Interferon-Gamma,IFN-γ)的表達,從而提高腫瘤殺傷能力。

腫瘤相關巨噬細胞(Tumor-associated Macrophages,TAMs)參與調節腫瘤免疫微環境。活化的TAMs主要包括具有抗腫瘤作用的M1型和能促進腫瘤增殖和轉移的M2型。研究表明,APS文獻13說的是RAP,polysaccharide isolated from Radix Astragali,誘導的與乳腺癌細胞一起移植到小鼠體內時,腫瘤體積和腫瘤重量都減小了,進一步發現APS可以激活Notch通路抑制腫瘤增殖,逆轉了M2型TAMs的表達,促進了巨噬細胞RAW264.7細胞表達表面M1型標志物[13]。AS-Ⅳ也能通過抑制M2極化抑制肝癌細胞,其作用機制可能與TLR4/NF-κB/STAT3信號通路有關[14]。還有研究發現,APS通過激活TAMs,上調一氧化氮(Nitric Oxide,NO)和腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)的水平,發揮其抗癌活性[15]。ZHU等[16]發現,當TAMs中TNF-α誘導蛋白8樣分子2(TNF-αInduced Protein 8 Like 2,TIPE2)沉默時,用APS刺激RAW264.7細胞,炎癥介質TNF-α、白細胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)、IL-1β和細胞毒性分子NO產生了上調,絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated Protein Kinase,MAPK)信號通路被激活,提示MAPK信號通路可能參與了這一過程。以上研究提示,黃芪有效成分可以促進巨噬細胞極化,并誘導其產生殺傷因子,從而調控腫瘤微環境,提高機體抗腫瘤免疫。

2.2 誘導腫瘤細胞凋亡 正常細胞受基因調控,通過細胞凋亡自我更新,腫瘤細胞會因細胞凋亡減少而無限增殖。目前,誘導腫瘤細胞凋亡是抗腫瘤最直接的方法[17]。經典的凋亡途徑分為:線粒體調控途徑和細胞表面死亡受體調控的途徑[18]。

在內源性凋亡方面,Bcl-2家族蛋白、胱天蛋白酶(Caspase)家族、細胞色素C(Cytochrome C,CytC)起重要作用。促凋亡蛋白(Bax、Bak等)和抗凋亡蛋白B細胞淋巴瘤2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2),Bcl-xL等相互協調,開啟腫瘤細胞的凋亡程序。線粒體釋放CytC并激活Caspase后,可啟動凋亡信號或執行凋亡。研究表明,AS-Ⅳ可提高Bax/Bcl-2比值,上調Capase-3、Caspase-9的表達,誘導多種類型癌癥的內源性細胞凋亡,包括結直腸癌、乳腺癌、肺癌和肝細胞癌等[19-23],而且該作用具有濃度和時間依賴性。還有大量研究發現,使用黃芪有效成分處理腫瘤細胞后,細胞凋亡率升高的同時,可以觀察到核因子κB、蛋白激酶B(Protein Kinase B,AKT)、磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphatidylinositol-3 Kinase,PI3K)、糖原合成酶激酶-3(Glycogen Synthase Kinase-3 Beta,GSK-3β)、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian Target of Rapamycin,mTOR)的表達水平下降,而且PI3K、β-連環素(β-catenin)、GSK-3β和AKT的磷酸化也被抑制,推測其機制可能與AS-Ⅳ抑制了AKT/GSK-3β/β-Catenin、NF-κB、PI3K/AKT/mTOR等抗凋亡信號通路有關[22,24-25]。在外源性凋亡方面,細胞表面死亡受體,如腫瘤壞死因子受體1(Tumor Necrosis Factor Receptor 1,TNFR1)、TNFR2及Fas等,啟動依賴于Caspase-8的外在凋亡途徑,并激活Caspase級聯反應,最終觸發細胞凋亡。AS-Ⅳ和順鉑(10 μmol/L)聯合作用可通過Fas/FasL信號通路顯著促進MG-63和143B細胞中Caspase-8、Caspase-3和多腺苷二磷酸核糖聚合酶(Poly(ADP-ribose)Polymerase,PARP)的裂解,從而使骨肉瘤細胞對順鉑的作用相當敏感[22]。X連鎖凋亡抑制蛋白(X-linked Inhibitor of Apoptosis Protein,XIAP)、凋亡抑制基因存活蛋白等也是內源性和外源性細胞凋亡途徑中最重要的凋亡調節因子,研究表明,AS-Ⅳ可顯著降低肝癌細胞XIAP和存活蛋白的表達[25]。

2.3 干擾腫瘤細胞周期,抑制增殖 腫瘤細胞具有增殖失控、無限生長的特點,究其原因,可能與連續的細胞周期相關。通常,細胞周期受細胞周期蛋白依賴性激酶(Cyclin-dependent Kinase,CDK)、細胞周期蛋白(Cyclin)等多種分子調控,如劉曉麗等[26]體外實驗表明,不同濃度的黃芪注射液均能有效抑制乳腺癌細胞的增殖,并觀察到大量腫瘤細胞的周期停留在G1期。使用APS進行干預,也能延緩小鼠腫瘤細胞從G0/G1期進入S期,抑制瘤體生長[27]。此外,黃芪注射液也能下調細胞周期蛋白D1表達,抑制腫瘤細胞增殖及分裂擴增過程[28]。以上實驗表明黃芪有效成分可通過阻滯腫瘤細胞的周期,從而抑制腫瘤增殖。

2.4 抑制腫瘤細胞遷移、侵襲和血管生成 腫瘤細胞具有運動性、侵入性和浸潤性,抑制惡性腫瘤細胞的侵襲及轉移,對防止惡性腫瘤患者的病情惡化也具有十分重要的研究意義。上皮-間充質轉化(Epithelial Mesenchymal Transition,EMT)、腫瘤新生血管形成等在細胞的轉移和侵襲中起著重要作用,研究發現AS-Ⅳ、APS對此可有效抑制。李文等[29]探討了AS-Ⅳ能否抑制宮頸癌Hela細胞的增殖和侵襲遷移,發現AS-Ⅳ可能通過下調基質金屬蛋白酶-2(Matrix Metalloproteinase-2,MMP-2)、MMP-9的表達,抑制腫瘤細胞侵襲遷移。ZHAO等[30]、崔新剛等[31]研究表明APS可抑制腫瘤組織中血管內皮生長因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)、表皮生長因子受體(Epidermal Growth Factor Receptor,EGFR)的表達水平,抑制腫瘤血管形成,減少腫瘤細胞的浸潤和轉移,并存在量效關系。

最近的研究發現黃芪有效成分通過MAPK、Wnt/β-catenin、AKT/GSK-3β/β-catenin、PI3K/AKT/NF-κB信號通路參與介導了腫瘤的轉移過程。ZHANG等[32]發現AS-Ⅳ對宮頸癌SiHa細胞P38 MAPK、PI3K、AKT和mTOR的磷酸化有抑制作用,可通過干擾PI3K/AKT/NF-κB信號通路來抑制轉化生長因子-β1(Transforming Growth Factor,TGF-β1)誘導的子宮內膜間質轉化,并通過體內小動物成像技術證明AS-Ⅳ可抑制宮頸癌細胞的轉移。在U251細胞中,HAN等[33]發現AS-Ⅳ通過阻斷Wnt/β-Catenin信號通路來抑制TGF-β1誘導的EMT。AS-Ⅳ還被證明通過調節AKT/GSK-3β/β-catenin信號通路來減弱肝癌和非小細胞肺癌的EMT[22,34]。除了上述信號轉導通路外,miRNAs、長非編碼RNA(LncRNAs)也參與抑制了EMT信號。來自miRNA基因家族的miR-134已被證明能抑制EMT[35]。lncRNA-ATB通過連接miR-200家族促進EMT,通過IL-11/STAT3信號維持惡性細胞的生存,這可以被AS-Ⅳ[36]阻止。以上研究表明,黃芪及其有效成分在體內和體外都有抗腫瘤和抗轉移的作用,是潛在的抑制腫瘤新生血管生成和轉移的治療藥物。

2.5 逆轉腫瘤細胞耐藥 腫瘤多藥耐藥性(Multidrug Resistance,MDR)是導致化療失敗和腫瘤復發的主要原因。抗MDR的關鍵是阻斷多藥耐藥途徑,提高腫瘤細胞的化療敏感性[37]。APS可顯著抑制5-氟尿嘧啶耐藥的人肝癌細胞Bel7402/FU增殖,降低耐藥基因GST-π和多藥耐藥相關蛋白1(Multidrug Resistance-associated Protein,MRP-1)的表達,逆轉耐藥[38]。WANG等[39]證實AS-Ⅳ可能通過抑制Bel-7402/FU細胞的Jun激酶/c-Jun氨基端激酶/激活蛋白-1(Jun Kinase/c-Jun N-terminal Kinase/Activating Protein-1,JNK/c-Jun/AP-1)通路,抑制耐藥基因MDR-1、P-gp的表達,逆轉MDR。陷窩蛋白-1(Caveolin-1,CAV-1)被認為是逆轉MDR的潛在靶點。ZHENG等[40]發現AS-Ⅳ以劑量依賴的方式抑制CAV-1的表達,并逆轉紫杉醇誘導的CAV-1的表達上調,此外,AS-Ⅳ可啟動eNOS/NO/ONOO-途徑,從而誘導嚴重的氧化應激和細胞凋亡,提高化療敏感性。NOTCH3在腫瘤細胞中高表達,還有研究發現AS-Ⅳ通過抑制NOTCH3的表達來增強結直腸癌對順鉑的化療敏感性[41]。細胞自噬也是MDR的一個原因。翟秋麗等[42]發現APS還可以促進腫瘤細胞自噬相關蛋白的產生,提高宮頸癌HeLa細胞對化療藥物的敏感性。沉默信息調節因子6(Silent Information Regulator,SIRT6)會在人類癌細胞中觸發致命的自噬。DAI等[43]研究表明,AS-Ⅳ作用于SIRT6,增強了NCI-H1299、HCC827和A549肺癌細胞系對吉非替尼的敏感性。目前逆轉腫瘤細胞耐藥的作用機制逐漸明確,有可能成為腫瘤治療的新策略。

3 黃芪在臨床的應用

臨床上有眾多以黃芪為主藥的經方及中成藥,以湯劑、注射液、顆粒劑等劑型的應用最為常見,不僅僅局限于單純中醫治療模式,還常與化療等方法聯合應用。

3.1 經方 黃芪是中藥經典復方的重要組成成分之一,黃芪桂枝五物湯、黃芪建中湯、補中益氣湯等是常見的黃芪經典復方,常用于治療腫瘤相關癥狀,在提高患者免疫能力,減輕不良反應,提高生命質量方面具有顯著的治療效果。

黃芪桂枝五物湯常外用來治療化療所致的周圍神經毒性。李明珠等[44]發現對腫瘤術后接受奧沙利鉑化療的患者,給予蠟療聯合黃芪桂枝五物湯封包手足部位,可有效防止周圍神經毒性發生,緩解患者中醫癥狀。沈慧等[45]研究發現,對大腸癌術后化療患者應用黃芪桂枝五物湯,能顯著下調患者血清中VEGF、TGF-β1、MMP-9等炎癥介質水平,改善CD4+、CD8+水平,進一步表明該方可抑制腫瘤血管生成和全身炎癥反應,并改善機體免疫功能。黃芪建中湯常用于治療辨證以脾虛為主的消化道腫瘤。王其進等[46]研究發現,黃芪建中湯聯合應用化療藥物,治療脾胃虛寒型胃癌患者,其療效明顯比單獨使用化療藥物更優。于賀等[47]運用黃芪建中湯變方治療脾胃虛弱型惡性腫瘤患者,治療后顯示黃芪建中湯組患者軀體功能及乏力、惡心嘔吐、食欲減退等癥狀均有改善,且效果比西藥組更顯著。補中益氣湯在氣虛發熱證及脾虛氣陷證的患者身上應用較為廣泛。研究發現服用補中益氣湯,可明顯改善患者機體免疫功能,并能減輕化療后出現的骨髓抑制、惡心嘔吐、癌性疲乏、發熱的不良反應,改善患者的生命質量[48-50]。

3.2 黃芪制劑 單味黃芪制劑主要有黃芪注射液、黃芪水提物以及黃芪提取物所制成的注射液,臨床應用相對廣泛。黃芪復方制劑主要有參芪扶正注射液(黃芪、黨參)、貞芪扶正膠囊(黃芪、女貞子)、康艾注射液(黃芪、人參、苦參素)等。黃芪制劑在臨床應用相對廣泛,其增效減毒的作用也大同小異。大量臨床實踐證明,黃芪相關制劑輔助化療能夠降低患者體內炎癥反應及腫瘤標志物,增強癌癥患者自身免疫功能,還能有效緩解晚期患者軀體疲乏癥狀,減輕放化療治療后骨髓抑制、消化道反應、皮疹、口腔潰瘍等不良反應,提高患者的生命質量[51-55]。周宏博等[54]發現黃芪注射液還可以輔助提高患者2年生存率,并且可以降低患者復發及遠處轉移的概率。對于腫瘤術后的患者,穴位注射黃芪制劑還能促進腫瘤患者術后胃腸功能恢復[55]。

3.3 黃芪常用配伍及量效關系 黃芪的炮制方法較多,如蜜炙、酒制、發酵炮制、醋制等,以蜜炙為主流,但臨床上多用生黃芪。因炮制方法的不同,生黃芪與炙黃芪之間的功效也有所區別。生黃芪長于益衛固表、利水消腫,炙黃芪更善補氣升陽。由于蜜炙后黃芪的甘溫之性增強,且生黃芪補氣之速及托毒之力優于炙黃芪,再考慮到腫瘤患者還存在熱毒邪實的表現,臨床上生黃芪更適用于腫瘤的治療。

多數醫家治療腫瘤時遵循攻補兼施、扶正祛邪的治療原則。扶正和祛邪之力在疾病的不同階段,側重有所不同,黃芪的用量及配伍也常有所差異:1)腫瘤早期,人體的正氣雖然虛弱,但還未衰減,仍然可以與邪氣斗爭,疾病進展不快,此時以攻邪為主,加入黃芪扶正的力度可以稍弱,常在白花蛇舌草、半枝蓮、雞血藤、三棱、莪術、全蝎、水蛭等清熱解毒、破血消癥的抗癌方藥中加用少量生黃芪,取其輔佐正氣,防苦寒敗胃、防破血藥更傷氣血之意,使得行中有補,補中有行,攻破并不傷正,用量一般以12～30 g為宜。2)中晚期腫瘤惡化,“邪長正消”或在手術及化療前后,人體正氣虧損嚴重之時,當加大黃芪扶助正氣的力度,當代醫家臨床用量多為30～60 g,有時可達80～100 g[56-57],常與黨參、女貞子、當歸、山藥、牛膝之品配伍使用以大補元氣、扶正培本。3)當氣虛水停出現水腫或大量腹水等并發癥時,有醫家認為生黃芪化瘀利水的功效與其補氣作用正相關,因此生黃芪的用量常可達120 g[58],常配伍桂枝等溫藥溫陽利水、配伍澤瀉與澤蘭等逐瘀利水、配伍生薏苡仁與枸杞子健脾滲濕。4)放化療、靶向及免疫治療常用黃芪以增效減毒。虛火灼陰,口腔潰瘍經久難愈,常以生黃芪配伍當歸養血益氣,生肌斂瘡,配伍牡丹皮、生地黃、天花粉、栝樓根等清熱涼血滋陰;自汗、盜汗者常以生黃芪配伍煅牡蠣、浮小麥、防風等益氣固表、收斂止汗;手足麻木、肢體不仁者,常以生黃芪配伍桂枝、白芍等益氣溫經,和血通痹。

4 小結

黃芪治療腫瘤療效肯定,有中西醫雙重理論支撐。一方面,黃芪的傳統藥性與腫瘤的中醫病機有相應之處;另一方面,黃芪的藥理學作用與腫瘤的現代研究成果對應,臨床上運用黃芪經方及中成藥制劑治療也能明顯改善患者的客觀醫學指標。但考慮到腫瘤病機的復雜性,虛與毒、瘀、痰等因素之間能夠相互轉化,甚至形成惡性循環,正邪勝負往往存在動態變化,扶正與祛邪在不同的疾病階段當有不同的側重。

本文基于相關研究探討發現,針對不同的腫瘤細胞種類、動物模型以及通過整體、分子、基因等不同層面研究,黃芪的抗腫瘤活性和機制在逐漸明確。但現在的研究也存在不足之處,大多數實驗都是從APS、AS展開研究,可能與其他成分分離提純不易、生物利用度不高有關;其次,因中醫藥辨證施治的復雜性,大部分研究均是停留在體外細胞實驗、動物實驗階段,臨床應用研究的質量并不高;此外,還應關注黃芪的毒理學以及藥代動力學性質。總而言之,黃芪在中醫扶正抗腫瘤的治療中已取得階段性的成就,但還需要突破,中藥黃芪及其復方的應用及其作用機制仍值得進一步研究。

利益沖突聲明:無。