姜黃素及其與化療藥物的納米遞藥系統協同抗腫瘤作用研究*

王薪淇，方玉秋，尚瑞鵬，汪子貴，齊學潔，紀巖

（天津中醫藥大學中藥學院，天津 301617）

目前，全世界范圍內癌癥的發病率仍連年居高不下且呈增長態勢，嚴重威脅人類的健康與發展，成為醫學界面臨的共同挑戰[1]。臨床上對于癌癥的治療主要是通過手術、放療、化療或將以上幾種方法相結合以達到消滅腫瘤的目的，此外骨髓移植、激素療法、干細胞療法以及免疫治療也是新興的有效抗腫瘤治療方式[2]。由于化療藥物可隨血液循環遍布全身，治療范圍較廣，使其成為癌癥中晚期較為普遍的治療手段。然而，腫瘤多藥耐藥（MDR）的發生早已成為化療過程中的主要障礙[3]。MDR 的特點是腫瘤細胞不僅對化療藥物產生耐藥性，還會對一系列結構、作用機制不同的其他抗癌藥物產生交叉耐藥性[4]。因此，多藥耐藥逆轉劑與化療藥物合用以提高治療效果成為癌癥治療的重中之重[5]。

由于中藥活性成分具有作用靶點多、副作用小、毒性低等優勢，因此，近年來中藥抗癌活性成分的研究備受矚目[6]。姜黃素是中藥姜黃屬植物姜黃、郁金、莪術的主要有效成分，具有抗氧化、抗炎、抗病原微生物、抗腫瘤等廣泛的藥理活性[7]。研究發現，姜黃素可以作為腫瘤MDR 有效的逆轉劑，擁有極大的治療潛力和應用前景[8]。其逆轉耐藥的機制包括：抑制腫瘤細胞DNA 損傷修復，從而增強細胞對抗腫瘤藥物的敏感性[9]；抑制腫瘤部位P 糖蛋白（P-gp）的高表達[10]；抑制腫瘤細胞中核因子κB（NF-κB）的活性[11]；提高抑癌基因P53 的表達[12]；下調B 淋巴細胞瘤-2（Bcl-2）在腫瘤細胞中的表達[13]；改變miRNA 在癌組織中的表達[14]等幾個方面。Wei等[15]研究表明，姜黃素通過抑制或激活一系列細胞通路，提高了癌細胞對5-氟尿嘧啶的敏感性，從而逆轉MDR，兩者聯合使用可以增強結直腸癌、乳腺癌、胃癌等多種癌癥的治療作用。Firouzi 等[16]研究發現，阿霉素、姜黃素、姜黃素與阿霉素聯合使用均能降低胃癌模型的細胞存活率、減少腫瘤細胞的生成、抑制癌細胞的遷移和侵襲能力，且姜黃素與阿霉素聯合使用對胃癌細胞AGS 的凋亡和抗癌作用明顯優于二者單獨使用。由此可見，姜黃素與其他化療藥物聯合使用在體內、外實驗中展現出了獨特的治療優勢。

然而，姜黃素由于水溶性低、穩定性差，一定程度上影響了其生物利用度和臨床治療效果[17]。因此，為了改善姜黃素水溶性、提高穩定性以及生物利用度，設計合理、能夠高效傳遞的藥物劑型成為藥劑學領域研究的熱點[18]。納米生物技術的蓬勃發展，促使納米藥物遞送系統的研發及成果轉化取得了巨大進步[19]。與傳統制劑相比，納米藥物遞送系統不僅能夠影響藥物外排機制，也是應對MDR 的優良載體[20]；而且在進入體內后還能夠增強難溶性藥物的穩定性，提高藥物在腫瘤部位的蓄積，延長藥物的滯留時間，增強藥物的治療效果并降低毒性，具有其他藥物輸送體系不可比擬的給藥優勢[21]。

依托納米系統達到協同載藥治療癌癥主要分為3種形式：1）將所有藥物一同包封于納米載體中；2）先將其中一種藥物包載進納米載體中，再與其他藥物聯合使用；3）不同藥物分別包載然后再聯合用藥[22]。目前，國內外研究者對于納米藥物遞送系統聯合載藥的研究十分廣泛，主要包括脂質體、納米粒、微球、微乳、膠束等。

1 姜黃素對不同癌癥的治療作用

癌癥，即惡性腫瘤，經考證距今3 500 多年前殷商時期出土的甲骨文中已有對“瘤”字的記載[23]。此外《黃帝內經》中的“腸覃”“石瘕”，《難經》中的“積聚”，《傷寒雜病論》中的“癥瘕”等都是對人體不同腫瘤部位的形容[24]。由此可見中醫對癌癥的認識歷史悠久，古往今來，隨著人們不斷地對中醫理論知識進行深入的了解和探索，近年來中醫在癌癥治療中發揮的獨特優勢備受關注[25]。結合臨床表現，中醫學認為，氣虛和血瘀兩者互為因果，相輔相成，對腫瘤的發生與轉移有著密不可分的關聯。因此活血化瘀療法成為現階段中醫治療癌癥的新思路，具有活血化瘀作用的中藥對于腫瘤的治療有積極意義[26]，其中姜黃因具有破血行氣，通經止痛的功效在中醫臨床上廣泛用于癌癥的治療[27]。

隨著對于姜黃的深入研究，其中具有二酮結構的酸性多酚類化合物姜黃素（圖1）因為具有廣譜的抗腫瘤活性而備受矚目[28]。姜黃素，化學式為C21H20O6[29]，具有抗炎[30]、抗腫瘤[31]、抗病毒[32]、抗氧化[33]等廣泛的藥理作用，還可以控制糖尿病及其并發癥[34]、改善心血管系統[35]、治療神經系統[36]疾病。除此之外，姜黃素還可以通過抑制腫瘤增殖、侵襲、轉移、抑制血管生成、調節腫瘤部位能量代謝、誘導腫瘤細胞自噬和凋亡、發揮免疫調節作用、逆轉細胞多藥耐藥性等機制對結直腸癌[37]、乳腺癌[38]、肺癌[39]、肝癌[40]等一系列癌癥發揮良好的治療作用。

圖1 姜黃素納米遞藥系統Fig.1 Curcumin-loaded nano-drug delivery system

Xiang 等[41]研究發現，姜黃素以劑量和時間依賴性抑制結腸癌細胞HCT116 地遷移、侵襲和增殖，可以通過旁分泌調節基因金屬蛋白酶-9（MMP-9）和細胞緊密連接，抑制NF-κB 信號通路，從而誘導Fas死亡受體信號通路的激活并抑制腫瘤上皮-間質轉化（EMT）。Zhang 等[42]發現姜黃素能夠通過上調Wnt通路中抑制基因裸露角質蛋白同源物2（NKD2）的表達，進而抑制Wnt 信號通路，最終抑制結腸癌細胞SW620 的侵襲和轉移。

雷鳴等[43]發現，姜黃素可以通過抑制雷帕霉素靶蛋白（m TOR）信號通路的表達，增強細胞內具有抑癌作用蛋白磷酸酯酶與張力蛋白同源物（PTEN）的表達，從而誘導乳腺癌細胞MCF-7 的凋亡。Moghtaderi等[44]研究表明，阿拉伯半乳聚糖和姜黃素聯合應用可顯著提高三陰性乳腺癌細胞MDA-MB-231 中BCL-2 相關X 蛋白（Bax）/Bcl-2 比值和天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）裂解水平，通過增加活性氧（ROS）水平，改變線粒體膜結構并減少谷胱甘肽等途徑促進細胞凋亡，還通過提高對P53的表達和降低Ki-67 水平來抑制乳腺腫瘤的進展。

Wu 等[45]研究發現，姜黃素可以抑制肺癌細胞NCI-H460 中的非受體型酪氨酸蛋白激酶2（JAK2）/重組人信號轉導與轉錄激活因子3（STAT3）信號通路，下調作為細胞周期進展調節因子cyclin D1 和轉錄因子C-myc 的表達，從而抑制腫瘤生長。Tang 等[46]發現，姜黃素能調節STAT3 信號通路，時間依賴性地增加叉頭框蛋白A2（FOXA2）表達來抑制肺癌細胞NCI-H292 的生長。鄭爽等[47]證實，姜黃素能抑制lncRNA HOTAIR 表達，實現有效抑制肺癌細胞A549中上皮細胞間質轉型（EMT）的發生。

Han 等[48]研究發現，姜黃素可顯著抑制肝癌細胞SMMC-7721 和HepG2 的增殖，提高Caspase-3 活性，通過下調DJ-1、上調PTEN 的表達，抑制磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）通路的激活，從而發揮抗肝癌作用。Ren 等[49]研究表明，姜黃素能通過降低HepG2 細胞中HSP70 水平抑制腫瘤細胞上TOLL 樣受體（TLR-4）的表達，從而抑制由TLR4信號傳導啟動的核因子-κB（NF-κB）通路。牟海軍等[50]研究表明，姜黃素可以下調肝癌模型小鼠Keap1表達，激活轉錄因子NF-E2 相關因子-2（Nrf2）/抗氧化反應元件（ARE）信號，改善肝功能和膽汁酸肝腸循環，降低癌變的可能。

2 姜黃素納米遞藥系統

雖然姜黃素在腫瘤治療方面體現出了極高的利用價值和顯著優勢，但其存在穩定性差、溶解度低、代謝速度快、靶向性差等限制因素[51]。為了克服這些缺點，通過構建合適的納米藥物遞送系統可以達到改善姜黃素的生物利用度，提高腫瘤治療效果的目的[52]。常用于提高姜黃素穩定性和生物利用度的載藥系統包括納米粒、脂質體、聚合物膠束、納米凝膠等（圖1）。

2.1 納米粒 固體脂質納米粒以天然或合成的類脂材料為載體，藥物被包裹在脂質材料內核，粒徑保持在10～1 000 nm 范圍內的固態納米顆粒[53]，其具有良好的包封能力，毒性低且生物相容性好，還可以提高藥物生物利用度[54]。Jourghanian 等[55]利用膽固醇為載體采用高壓勻質法制備了姜黃素固體脂質納米粒，該納米粒具有良好的緩釋作用，48 h 內釋放92%的姜黃素。Yallapu 等[56]將姜黃素封裝在聚乳酸-羥基乙酸共聚物納米粒中，通過抑制關鍵的抗凋亡蛋白Mcl-1、Bcl-x 和誘導多聚ADP-核糖聚合酶（PARP）裂解，導致細胞凋亡，抑制前列腺癌細胞的生長。

2.2 納米脂質體 脂質體是將藥物包封于類脂質雙分子層內而形成的微小囊泡，由于其結構類似于生物膜，又被稱為“人工生物膜”。因具有良好的生物相容性和靶向性，在醫學領域備受關注，已有多種脂質體藥物成功上市[57]。Basnet 等[58]研究發現，與游離姜黃素相比，脂質體能顯著增強姜黃素的抗氧化能力和抗炎活性。Chen 等[59]研究表明，以大豆磷脂為原料制備的姜黃素脂質體展現出了顯著的抗黑色素瘤活性，可以作為經皮給藥載體用于皮膚癌的治療。Zhao 等[60]研究發現，腦靶向肽RDP 修飾的姜黃素納米脂質體可以進入腦部膠質瘤區域，并通過乙酰膽堿受體介導的內吞途徑被膠質瘤細胞內化，能將荷瘤小鼠的生存期從23 d 延長到33 d。

2.3 聚合物膠束 聚合物膠束也是近年來備受關注的納米藥物載體之一，它是由一種兩親性高分子化合物在溶液中通過自組裝形成的具有內核-外殼結構的球形高分子膠束[61]。因其能夠起到增溶藥物、在體內不易被代謝、結構易被修飾、能夠輸送藥物至特定靶點等優勢常被用于抗癌藥物的遞送[62]。Li等[63]制備的姜黃素膠束不但提高了其水溶性和緩釋能力，而且更容易進入細胞內，可以顯著抑制腫瘤生長。Sarika 等[64]將姜黃素與阿拉伯膠偶聯，通過自組裝形成納米膠束對肝癌細胞HepG2 的抗癌活性更高，可能是阿拉伯膠中的半乳糖基團對肝癌細胞具有靶向作用，增強了其在HepG2 細胞中的蓄積和毒性。

2.4 納米凝膠 納米凝膠是一種由聚合物通過物理或化學手段交聯形成的具有三維立體網狀多孔結構的納米顆粒，可以在水中溶脹，擁有良好的膠體穩定性和比表面積，兼顧了水凝膠和納米粒的特性[65]。因其能夠提高藥物穩定性，延長藥物的體內滯留時間，通過修飾靶頭可以達到靶向治療的目的，成為藥物輸送的優良載體[66]。另有研究采用反向微乳技術制備了姜黃素納米凝膠，體外釋放實驗表明姜黃素可以在48 h 內持續釋放且在酸性條件下展現出了較高的釋放率，并且對乳腺癌細胞MCF-7 具有抗癌活性[67]。Niu 等[68]制備了絲素肽-透明質酸負載姜黃素的納米凝膠，結果表明納米凝膠能夠將姜黃素有效遞送至皮膚深層且具有良好的抗炎和鎮痛活性。

3 姜黃素與化療藥物的協同納米遞藥系統

隨著對姜黃素各種劑型研究的不斷深入，其可以作為腫瘤MDR 有效逆轉劑的報道得到了研究者的廣泛關注，姜黃素與化療藥物協同使用的納米遞藥系統的研究日新月異，已開發的納米遞藥系統包括納米粒、脂質體、聚合物膠束、聚合物-納米載體等。

3.1 納米粒 Jiang 等[69]采用溶劑注入法制備了負載依托泊苷和姜黃素的納米粒，結果表明該納米粒對胃癌細胞SGC7901 具有更好的抑制效果，在荷瘤小鼠的腫瘤部位分布濃度最高，抗腫瘤效果更加顯著。與兩者單獨給藥相比，雙載藥納米粒不僅減少兩藥用量且能更好的抑制腫瘤體積，說明依托泊苷和姜黃素具有協同作用。為了加強納米粒的靶向性和穩定性，提高治療效果，國內外學者不斷對其表面進行功能化修飾，用來克服納米載藥系統對非特異性細胞靶向的局限性，從而達到主動靶向的治療目的[70]。Hu 等[71]制備了經葉酸（FT）修飾的共載多西他賽和姜黃素的納米粒（FT-NPs），結果表明，腫瘤細胞膜表面的葉酸受體特異性識別FT-NPs，并且能夠顯著減少荷瘤小鼠的腫瘤體積，具有更好的抗腫瘤活性。為了進一步控制載藥納米粒在腫瘤部位的精準釋放，Cui 等[72]研制了一種具有負載姜黃素和阿霉素的pH 敏感和轉鐵蛋白雙重靶向作用的納米粒，納米粒能在腫瘤微酸性環境下斷裂，實現藥物的精準釋放[73]，而且納米粒中的聚乙二醇（PEG）具有長循環效應，延長了藥物在腫瘤部位的滯留時間，從而達到更好的癌癥靶向治療效果。

3.2 脂質體 由于脂質體磷脂分子一端為親水基，一端為親油基，形成一個雙層的中空囊泡，內部可以包裹水溶性藥物，脂質層又可以包裹脂溶性藥物[74]，因此基于脂質體雙載藥系統的開發逐漸受到關注（圖2）。

圖2 脂質體的結構Fig.2 Structure of liposomes

Cheng 等[75]采用反向微乳-薄膜分散法制備含順鉑和姜黃素的共載脂質體，結果表明兩藥在24 h內可以保持同步釋放，與單一藥物相比，共載脂質體能明顯提高肝癌細胞HepG2 的活性氧（ROS）水平，能延長其在腫瘤部位的滯留時間并增強抗腫瘤效果。Ruttala 等[76]研制了一種白蛋白結合紫杉醇納米粒共載姜黃素的脂質體，在較低的給藥劑量下仍表現出很好的細胞毒性，發揮良好的協同抗腫瘤作用。Jiang 等[77]設計了一種共載紫杉醇和姜黃素的RGD 肽修飾雙載藥脂質體用于肺癌的治療，結果表明，與單獨給藥相比，經RGD 修飾的雙載藥脂質體呈現出更好的體內抗腫瘤作用。Ye 等[78]制備了共遞送姜黃素和多西他賽的雙載藥脂質體用于乳腺癌的治療，細胞活性和增殖檢測（CCK-8）實驗證明雙載藥脂質體能逆轉MDR，增強多西他賽誘導的細胞毒性和細胞凋亡，而且與游離藥物相比雙載藥脂質體的生物半衰期顯著延長，生物利用度提高。

脂質體雙載藥的常規方式是將兩種藥物按一定比例共載進脂質體中，但由于脂質層空間限制使載藥量受到影響。因此，可以將其中一種藥物先制成環糊精包合物再包載進脂質體內水相中，另一種藥物包封在脂質層中，形成一種新型的環糊精包合物脂質體（DCL）[79]（圖3）。研究發現這種載體能夠改善藥物的治療效果，延長藥物釋放時間[80]。

圖3 環糊精包合物脂質體Fig.3 Drug-in-CD-in-liposome

陳仕紅[81]制備了一種具有cRGD 肽靶向作用的姜黃素包合物和阿霉素雙載藥靶向脂質體，與單獨使用阿霉素相比，雙載藥靶向脂質體對結腸癌細胞HCT-8 和耐藥結腸癌細胞HCT-8/TAX 均具有較高的細胞毒性，脂質體中的姜黃素不僅起到化療增敏劑的作用還能逆轉MDR。

3.3 聚合物膠束 Mohanty 等[82]以兩親性甲氧基聚乙二醇-聚己內酯共聚物為載體，制備了負載姜黃素和雷帕霉素兩種抗癌藥物的聚合物膠束，載藥膠束對人腦膠質細胞T98G 的攝取量約是游離藥物的3.3 倍，與單純藥物合用相比，載藥膠束能增強線粒體膜電位去極化從而導致更高的細胞凋亡。Abouzeid等[83]制備了聚乙二醇-磷脂酰乙醇胺聚合物和維生素E 共載紫杉醇和姜黃素的膠束用于克服卵巢癌的多藥耐藥性，結果表明兩藥聯合使用對卵巢癌細胞SKOV3 抑制作用提高了3 倍，在治療卵巢癌耐藥方面體現出了顯著的臨床優勢。Zeng 等[84]設計研制出了一種姜黃素與達沙替尼雙載藥pH 敏感性靶向膠束，結果表明雙載藥膠束能有效提高對肝癌細胞HepG2 細胞的殺傷作用，并且可以通過阻滯肝癌細胞HepG2 的G1/S 和G2/M 周期來誘導細胞凋亡，從而發揮協同作用。

3.4 聚合物-納米載體 高分子聚合物的納米載體有良好的生物相容性、能延長藥物在血液中的循環時間、無毒無害可降解，作為新型遞藥系統具有極大的優勢[85]。近年來，一系列基于pH 值、酶、光、磁、超聲敏感等環境刺激響應型聚合物納米載體被開發并用于多種癌癥的治療[86]。Guo 等[87]采用聚合物納米材料甲氧基聚乙二醇聚苯丙氨酸共負載阿霉素和姜黃素用于淋巴瘤的協同治療，此載藥系統通過增強淋巴瘤細胞BJAB 和Raji 線粒體凋亡的途徑達到治療效果。Muthoosamy 等[88]利用兩親性高分子共聚物普朗尼克對氧化石墨烯進行共價修飾，通過負載紫杉醇和姜黃素得到雙載藥系統，研究表明雙載藥系統中中姜黃素和紫杉醇均能夠促進肺癌細胞A549 和乳腺癌細胞MDA-MB-231 中ROS 的產生，誘導癌細胞凋亡，顯示出良好協同抗腫瘤活性。

4 總結和展望

相較于單一化療藥物制劑，雖然姜黃素配合的雙載藥納米制劑克服了諸如生物利用度低、靶向性差、滯留時間短、毒性大等問題，在體內外實驗中均產生了良好的抑制腫瘤效果，但從實驗研發到臨床試驗階段的成果轉化面臨諸多未知與挑戰。隨著人們對中藥活性成分的不斷研究探索，預計在不久的將來會有更多具有高效、低毒和多靶點的中藥小分子登上抗癌舞臺，進一步減小中藥與化療藥物合用所產生的藥物毒性和副作用。

隨著納米遞送系統的發展，納米載體經過功能化修飾，可以達到主動靶向和精準治療的目的。但是不同藥物的藥代動力學不盡相同，在體內釋放的趨勢難以保持一致，如何尋求合適的藥物配比以達到最佳的協同治療效果仍是現階段面臨的主要問題。相信在已有研究成果的基礎上，隨著對納米技術的深入探索以及國內外臨床試驗的陸續開展，能夠促進抗癌中藥活性成分納米遞藥系統的研發及成果轉化，為飽受癌癥痛苦的患者帶來福音。