姜黃素逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥的機制及研究進展

彭莎綜述，鄭家法審校

（南華大學附屬南華醫(yī)院耳鼻喉科，湖南衡陽421001）

姜黃素逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥的機制及研究進展

彭莎綜述，鄭家法△審校

（南華大學附屬南華醫(yī)院耳鼻喉科，湖南衡陽421001）

姜黃素/藥理學；抗腫瘤藥；抗藥性，多藥；抗藥性，腫瘤；綜述

近年來，腫瘤，尤其是惡性腫瘤的發(fā)病率呈直線上升趨勢，現(xiàn)已成為危害人類健康的全球性問題。在我國，腫瘤死亡占全部死因的25%［1］。其治療方案多采用以放射治療（放療）和化學治療（化療）為主的綜合治療。但是多年來研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞能夠?qū)Y(jié)構(gòu)、藥理機制各異的化療藥物產(chǎn)生耐藥，使腫瘤細胞逐漸降低對化療藥物的敏感度，從而導致臨床治療的失敗。這種現(xiàn)象被稱為腫瘤的多藥耐藥（multi-drugresistance，MDR）。因此，努力尋求、開發(fā)腫瘤MDR的逆轉(zhuǎn)劑已成為廣大學者研究的熱點。研究者發(fā)現(xiàn)，中草藥的應用越來越普遍，已成為常規(guī)化療的輔助藥物，中草藥與傳統(tǒng)化療藥物聯(lián)合應用，能提高患者的生活質(zhì)量并延長生存時間。姜黃素（curcumin）是從姜黃科植物的根莖中提煉出來的一種植物多酚，具有抗感染、抗動脈粥樣硬化、抗氧化、抗凝等作用［2］，具有促進腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞擴散等藥理作用［3-4］。相關(guān)文獻報道，姜黃素還是一種有效的MDR逆轉(zhuǎn)劑［5］。本文就姜黃素逆轉(zhuǎn)腫瘤MDR的機制及研究進展作一綜述。

1　姜黃素的生物學特點

1.1姜黃素的結(jié)構(gòu)姜黃素是一種天然、安全、親脂性酚類化合物，源自姜黃科植物的根莖，其分子式為C21H20O6，相對分子質(zhì)量為0.368×103。物理性質(zhì)不溶于水，可溶于醇、堿、酸、酮等。姜黃素是一種酮-烯醇互變異構(gòu)化合物，在酸性和中性溶液中穩(wěn)定，在堿性介質(zhì)中形成一個占主導地位的烯醇酮式。姜黃素的生物活性與其2個鄰甲基化的酚基團和一個β-二酮基團高度相關(guān)［6］。

1.2姜黃素的功能1985年，Kuttan等［7］首次提出姜黃素具有抗腫瘤作用，并且證實姜黃素可以作為抗癌劑和抗突變劑使用。隨后，越來越多的包括美國國立腫瘤研究所在內(nèi)的機構(gòu)開始研究姜黃素，在亞洲傳統(tǒng)醫(yī)學中，姜黃素用于包括咳嗽、鼻竇炎、肝臟疾病和厭食癥等疾病的治療。近年來，臨床前研究和Ⅰ期臨床研究證實姜黃素具有廣泛的藥理活性，有抗細胞增殖、抗腫瘤血管生成、抗感染、抗氧化等作用［8］。姜黃素的抗腫瘤作用表現(xiàn)在其不僅可以作為化療藥物還能作為腫瘤預防藥物，其抗癌特性可以發(fā)生在癌癥發(fā)展的不同階段（包括啟動、促進和進展），能夠抑制不同途徑相關(guān)的分子，降低不同炎癥介質(zhì)。姜黃素作為抗氧化劑主要是由于其結(jié)構(gòu)特征，同時，其還能增強許多抗氧化酶如過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和血紅素加氧酶-1的活性，作為一種抗氧化劑，姜黃素的安全性高，相對安全的毒性可高達10 g/d；姜黃素的抗炎活性可與類固醇和非甾體類抗炎藥如吲哚美辛、阿司匹林相媲美，能抑制炎性細胞因子，如白介素、趨化因子及炎癥酶［如環(huán)氧化酶-2、誘導型一氧化氮合酶和其他分子細胞周期素1（CyclinD1）］等。不僅可以調(diào)節(jié)機體的抗藥性和耐輻射性，促進傷口愈合，還能對某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病、肺部疾病、心血管疾病、關(guān)節(jié)疾病等有顯著的治療效果。近年來研究表明，姜黃素的抗腫瘤作用廣，毒性低，不良反應小，目前已被列為第三代癌化學預防藥［9］。

2　姜黃素逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運蛋白介導的MDR

2.1P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）P-gp是第一個被證實的人類ABC轉(zhuǎn)運蛋白，人類和小鼠組織中P-gp表達類似，在排泄組織上皮細胞頂膜表達尤為突出，包括血-腦、胃腸道、腎、肝等。P-gp的特點是：位于細胞膜上，在跨膜區(qū)的疏水跨膜結(jié)構(gòu)域能與疏水性藥物相結(jié)合，通過腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）水解獲得的能量將P-gp磷酸化，使細胞內(nèi)藥物泵出，濃度降低，從而導致癌細胞對抗腫瘤藥物的抵抗力增加，是產(chǎn)生MDR的主要機制［10］。Wang等［11］將姜黃素應用于對紫杉醇耐藥的乳腺癌耐藥細胞株MCF-7/ADR，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，姜黃素可以使P-gp的表達得到有效抑制，使紫杉醇靶向作用腫瘤細胞內(nèi)的積累增加，從而促進紫杉醇誘導MCF-7/ADR細胞的凋亡。

2.2多藥耐藥相關(guān)蛋白（multidrug resistance associated protein，MRP）MRP是ABC超家族［即ATP結(jié)合盒式蛋白（ATP-bindingcassette transporter，ABC）］成員之一，是一種跨膜轉(zhuǎn)運蛋白，有9個成員：MRP1、MRP2、MRP3、MRP4（cMOAT-B）、MRP5（cMOAT-C）、MRP6、MRP7、MRP8、MRP9，它們都有自己獨特的生理功能及底物特異性。MRP與P-gp的藥物外排作用類似，但與P-gp并無協(xié)同作用。MRP1最初是在耐阿霉素小細胞肺癌細胞株中被發(fā)現(xiàn)，雖然能轉(zhuǎn)運疏水性化合物，但疏水性化合物外排高度依賴于谷胱甘肽，它可以刺激運輸或共同運輸。MRP在正常組織中分布廣泛，表達水平低，而在腫瘤組織如乳腺癌、肺癌、血液腫瘤和前列腺癌中的表達水平明顯上調(diào)，可與化療藥物特異性結(jié)合并將其泵到細胞外，從而產(chǎn)生耐藥。張洪軍等［12］將姜黃素作用于胰腺癌耐藥株BXPC-3細胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，吉西他濱聯(lián)合姜黃素組移植瘤體積、質(zhì)量與其他各組比較明顯減小，提示姜黃素可以抑制MRP1和MRP5的mRNA表達，并且抑制其蛋白表達量。表明姜黃素可通過抑制藥物外排泵的基因表達，減弱細胞的藥物外排作用，使細胞內(nèi)藥物濃度增加，從而逆轉(zhuǎn)腫瘤細胞的MDR。

2.3乳腺癌耐藥蛋白（breast cancer resistance protein，BCRP）BCRP是結(jié)合盒超家族轉(zhuǎn)運蛋白的成員之一，是一種跨膜蛋白，結(jié)合盒超家族轉(zhuǎn)運蛋白具有ATP結(jié)合區(qū)域的單向底物轉(zhuǎn)運泵，能以主動轉(zhuǎn)運方式完成多種分子的跨膜轉(zhuǎn)運，廣泛存在于人體多種正常組織和器官中。BCRP能夠運輸?shù)孜锏姆秶鷱V泛，包括重要的癌癥化療藥物如米托蒽醌、甲氨蝶呤、喜樹堿類、拓撲替康、伊立替康和蒽環(huán)類多柔比星等［13］。作為藥物外排泵，能積極從細胞中清除藥物和生產(chǎn)細胞內(nèi)藥物濃度低于有效濃度所需的細胞毒。BCRP通過ATP獲能使藥物外排，導致腫瘤細胞MDR的形成。ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白G2（ATP-bindingcassette super-family G member 2，ABCG2）的表達與急性髓細胞性白血病及一系列其他癌癥密切相關(guān)，包括急性淋巴細胞白血病、乳腺癌和肺癌等。Shah等［14］研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素與阿糖胞苷聯(lián)合使用，通過下調(diào)MDR1、肺耐藥蛋白、BCRP而抑制人急性粒細胞性白血病細胞耐藥基因的表達，達到化療增敏的效果。

3　姜黃素逆轉(zhuǎn)酶介導的MDR

3.1谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶即谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶（glutathione S-transferase，GST），屬于GST超基因家族，αGST、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶A1［（glutathione S-transferase A1，GSTA1）］屬于GST在人肝臟中最基本的家族。其中GSTP1基因在大多數(shù)組織（尤其在肺癌、食道癌及胎盤等）中廣泛表達。在腫瘤細胞中，GST與親脂性細胞藥物相結(jié)合，其水溶性增加，促進了藥物外排，降低了抗腫瘤藥物的作用，從而產(chǎn)生耐藥性［15］。李賀等［16］研究發(fā)現(xiàn)，GSTP1在腸癌耐藥細胞人結(jié)腸癌耐長春新堿細胞株HCT-8/VCR中高表達，用姜黃素處理后GSTP1 mRNA、GSTP1蛋白的表達明顯減少。證實姜黃素通過下調(diào)GSTP1使HCT-8/VCR細胞對腫瘤化療藥物的解毒性下降，療效增強，從而逆轉(zhuǎn)腫瘤的MDR。

3.2拓撲異構(gòu)酶Ⅱ拓撲異構(gòu)酶是能調(diào)節(jié)DNA超螺旋和使單鏈或雙鏈DNA斷裂的一種在生物體內(nèi)廣泛存在的一類必需核酶。在哺乳動物細胞中有3種類型的拓撲異構(gòu)酶，即拓撲異構(gòu)酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。拓撲異構(gòu)酶Ⅱ（topoismeraseⅡ，ToPoⅡ）又稱回旋酶，它能催化產(chǎn)生DNA分子上的雙鏈缺口，從而調(diào)控DNA的拓撲狀態(tài)，在基因復制、轉(zhuǎn)錄、重組、修復和染色體重塑過程中起著重要作用。ToPoⅡ介導的耐藥性主要與酶的水平下降、酶的磷酸化水平提高和基因的位點突變或缺失相關(guān)，而與mdr基因的擴增和過量表達無關(guān)［17］。在腫瘤細胞中，如乳腺癌、頭頸腫瘤等，ToPoⅡ的含量遠高于正常細胞，在低分化癌組織中較高分化癌組織高度表達。曹彥洋等［18］采用不同濃度姜黃素作用于人喉癌Hep-2細胞，克隆形成實驗觀察其對放射敏感性的影響。結(jié)果顯示，姜黃素對喉癌Hep-2有明顯抑制作用，且呈時間-劑量依賴性，使細胞阻滯在G2/M期，從而增強其對放療的敏感度。

3.3蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）PKC是一種Ca2+/磷脂依賴的同工酶，PKC家族分為三大類：（1）傳統(tǒng)的異構(gòu)體，包括α、β1、β2和γ；（2）需要Ca2+和二酰甘油（diacylglycerol，DAG）激活的新的亞型，包括δ、ε、η、θ和μ；（3）只需要DAG的非典型亞型，包括ζ、ι和λ。PKC在哺乳動物細胞及其他生物細胞中分布廣泛，其結(jié)構(gòu)中包含調(diào)節(jié)與催化2個功能區(qū)，二者相互作用以阻止底物進入催化區(qū)。姜黃素抑制PKC的活性與細胞內(nèi)Ca2+濃度的高低相關(guān)，在低濃度Ca2+環(huán)境下，姜黃素能特異性結(jié)合PKC，PKC的活性及功能受到抑制，進而逆轉(zhuǎn)腫瘤的MDR；而在高濃度Ca2+環(huán)境中，姜黃素不能競爭性結(jié)合PKC，而是由Ca2+結(jié)合PCK并將其激活［19］。

4　姜黃素逆轉(zhuǎn)凋亡基因介導的MDR

4.1p53基因p53基因是正常人體細胞內(nèi)的一種抑癌基因，參與細胞多種活動，包括生長停滯、衰老、凋亡、DNA修復等，可誘導腫瘤細胞的程序性死亡——凋亡。p53可發(fā)生突變，導致野生型p53失去正常的功能而成為突變型p53。突變型p53具有致癌特性，可作為活化劑上調(diào)核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）在腫瘤細胞中的κ，而NF-κB是一個在癌癥進展和化療藥物耐藥中起關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)錄因子，其失去對細胞的抗凋亡能力，對細胞的過度增殖達不到阻滯作用，就會導致細胞在致癌因素的刺激誘導下無限制地增殖，使癌細胞凋亡受阻而降低抗癌藥物的療效［20］。近年來研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能通過增加腫瘤細胞中p53的表達，從而促進腫瘤細胞凋亡。Sen等［21］發(fā)現(xiàn)，姜黃素能破壞突變型p53的結(jié)構(gòu)域，增加野生型p53基因轉(zhuǎn)錄，并引發(fā)腫瘤細胞內(nèi)在死亡級聯(lián)反應，以達到逆轉(zhuǎn)腫瘤MDR的目的。

4.2B細胞淋巴瘤/白血病-2基因（B cell lymphoma/ leukemia-2，Bcl-2）Bcl-2是一種凋亡調(diào)控基因，在正常細胞中，Bcl-2處于低表達狀態(tài)，但在腫瘤細胞中，Bcl-2呈過表達，不僅能夠抑制細胞凋亡，延長細胞壽命，還參與細胞的增殖調(diào)控，在腫瘤的形成及腫瘤MDR的形成中起重要作用。Zhao等［22］用制備的姜黃素-阿霉素脂質(zhì)納米粒作用于肝癌細胞，結(jié)果顯示，Bcl-2的表達呈下降趨勢，血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶水平、肝/體質(zhì)量值降低，減少了肝損傷。表明姜黃素能通過下調(diào)Bcl-2從而逆轉(zhuǎn)MDR。

4.3NF-κBNF-κB是一種分布和作用均十分廣泛的真核細胞轉(zhuǎn)錄因子，包括5種類型的亞基，即RelA（p65），Rel-B，c-Rel，p105-p50（NF-κB1）和p100-p52（NF-κB2或lyt-10）。異二聚體轉(zhuǎn)錄因子NF-κB在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用，能轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白，參與各種促生存信號通路的表達，如調(diào)節(jié)凋亡蛋白［半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Caspase-3和Bax）］、抗凋亡［Bcl-2和凋亡抑制蛋白（IAP）家族）］和影響細胞增殖（環(huán)氧化酶-2和細胞周期蛋白）等，腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor，TNF-α）作為一種磷酸化蛋白激酶B（Akt）依賴的信號轉(zhuǎn)導通路，負責NF-κB的活化，而NF-κB的活化則認為在MDR中起著重要作用［23］。有研究表明，姜黃素通過抑制NF-κB中κ的活性，下調(diào)NF-κB中κ基因產(chǎn)物在細胞的表達，從而抑制細胞增殖，使細胞周期阻滯，誘導細胞凋亡。Kang等［24］觀察了姜黃素聯(lián)合卡鉑用于人肺癌細胞，或姜黃素、卡鉑單獨應用的抗凋亡和影響細胞增殖的作用。結(jié)果顯示，人肺癌細胞的存活率呈劑量依賴性，姜黃素和卡鉑聯(lián)合使用對人肺癌細胞的增殖有較大的抑制作用，其中Akt磷酸化、蛋白NF-κB上游的κ減少，細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK1/2）活性增強，提示姜黃素可通過降低NF-κB協(xié)同卡鉑逆轉(zhuǎn)MDR。

4.4c-myc基因c-myc基因是一種細胞癌基因，人c-myc原癌基因位于染色體8q24上，由3個外顯子和2個內(nèi)含子組成，c-myc作為轉(zhuǎn)錄因子，在細胞周期調(diào)控、細胞增殖及腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移等病理生理過程中發(fā)揮重要作用。近期研究發(fā)現(xiàn)，c-myc與mdr1密切相關(guān)，而mdr1的表達與腫瘤細胞MDR有關(guān)［25］。c-myc基因產(chǎn)物能促進mdr1基因高表達而產(chǎn)生MDR。覃勇等［26］用姜黃素作用于人結(jié)腸癌耐藥細胞株HCT-8/VCR，經(jīng)25 μmol/L姜黃素處理后，增強HCT-8/VCR細胞對長春新堿的敏感度，通過抑制mdr1的表達來逆轉(zhuǎn)MDR。

5　其他

腫瘤MDR的產(chǎn)生機制不是單一的，而是多因素、多水平、多方面的，是機體和腫瘤細胞及腫瘤生長微環(huán)境在機體不同病理生理狀態(tài)下共同作用的結(jié)果。MDR的產(chǎn)生還與血管內(nèi)皮生長因子、生存素、DNA修復能力的增強、DNA的去甲基化等因素相關(guān)［27-28］。

6　小結(jié)及展望

姜黃素與以往的逆轉(zhuǎn)劑相比，具有不良反應小、毒性低、安全性好、價格便宜、容易獲得等優(yōu)點。但其主要局限性是快速系統(tǒng)消除，在堿性pH值下降，口服生物利用度有限。為了克服這些局限性，增加其水溶性、穩(wěn)定性、口服生物利用度和實現(xiàn)控制和靶向給藥，研究者發(fā)現(xiàn)了新技術(shù)——納米技術(shù)，其優(yōu)點是：增強化學穩(wěn)定性，提高滲透率，改善組織分布和增強其溶解度和生物利用度。目前常用類型包括脂質(zhì)體、納米或微乳液，聚合物納米顆粒和固體脂質(zhì)納米粒，納米晶體、納米凝膠等［29］。因此，借助納米傳遞載體將姜黃素與抗腫瘤藥物聯(lián)合應用，將是未來一個極具潛力的研究方向。

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（2016-05-31）