師瑞紅，陳文超，劉 芳

(河南醫(yī)學高等?？茖W校生理學教研室，河南 鄭州 451191)

大蒜素誘導腫瘤細胞凋亡的研究進展

師瑞紅，陳文超，劉 芳

(河南醫(yī)學高等專科學校生理學教研室，河南 鄭州 451191)

腫瘤是當前威脅人類生命的主要疾病之一。細胞的增殖和凋亡關系失調是腫瘤發(fā)生、發(fā)展的重要因素。大蒜素既對腫瘤細胞的增殖有抑制作用，也能誘導腫瘤細胞凋亡。大蒜素對腫瘤細胞的凋亡誘導作用是多因素、多水平的復雜的生物學過程，但其具體機制還不十分清楚。本文就大蒜素誘導腫瘤細胞凋亡的研究進展進行綜述，包括抗氧化作用、調控基因表達、調控蛋白表達、改變信號轉導通路和阻滯細胞周期等方面。

腫瘤；大蒜素；細胞凋亡

大蒜素是大蒜中主要生物活性成分的總稱，是多種烯丙基有機硫化物復合體，主要成分為二烯丙基二硫化物(又稱大蒜辣素)和二烯丙基三硫化物(又稱大蒜新素)[1]。新鮮大蒜中并沒有大蒜素，當大蒜被破碎后，其中的蒜氨酸酶被激活，催化蒜氨酸轉化為大蒜素。大蒜素具有多種生物學功能，如抗菌、降低膽固醇、抗血小板聚集、護肝、預防心血管疾病、降低血壓和抗腫瘤等。

腫瘤是機體在各種致癌因素作用下，局部組織的某一個細胞在基因水平上失去對其生長的正常調控，導致其克隆性異常增生而形成的異常病變。正常情況下，細胞的增殖和凋亡并存，并且兩者相互協調，維持在一個動態(tài)的平衡狀態(tài)，細胞的增殖和凋亡關系失調是腫瘤發(fā)生、發(fā)展的重要因素。

多項研究[2]證實大蒜素能夠降低多種不同類型腫瘤的風險，包括肺癌、胃癌、結腸癌和肝癌。大蒜素既對腫瘤細胞的增殖有抑制作用，也能誘導腫瘤細胞凋亡。大蒜素對腫瘤細胞的凋亡誘導作用是多層次、多靶點的[3]?，F從抗氧化作用、調控基因表達、調控蛋白表達、改變信號轉導通路和阻滯細胞周期這幾個方面的研究進行綜述。

1 抗氧化作用

多種氧化物都是惡性腫瘤的誘導因子。許多促癌劑或致癌劑導致細胞產生過多的活性氧并且超過細胞的清除能力時，細胞DNA分子的氧化性損傷就成了癌變的始發(fā)因素。大蒜素所含的巰基和親電子基團具有清除活性氧自由基的功能。Louis等[4]發(fā)現，大蒜提取物能抑制去甲腎上腺素誘導的大鼠心肌細胞肥厚和凋亡，具有抗氧化應激的作用，其機制可能與產生一氧化氮和硫化氫有關。梁宗英等[5]的結果表明，大蒜素能降低人肺癌H460細胞的增殖率，并促進其凋亡，有良好的抗腫瘤效應，其機制可能與對抗氧自由基有關。大蒜素一方面可以通過維持線粒體細胞膜蛋白的功能，提高ATP的產生，降低細胞色素C的釋放等多種途徑維持線粒體生物學功能，進而清除氧自由基，另一方面可以減少活性氧的產生和脂質過氧化，維持內生性過氧化物酶的活性，緩解組織氧化壓力，保護DNA、脂質、蛋白質，減少細胞癌變的誘發(fā)因素[6]。

2 調控基因表達

P53基因是正常細胞內重要的抑癌基因，P53基因突變可導致細胞癌變。P53基因在正常情況下對細胞分裂起著減慢或監(jiān)視的作用。引起腫瘤形成或細胞轉化的P53蛋白是P53基因突變的產物，是一種腫瘤促進因子。陳永東等[7]的研究發(fā)現大蒜素前藥(大蒜組織損傷時釋放的蒜氨酸)通過干擾食管癌細胞Eca9706的P53基因mRNA表達，從而阻斷了基因的逆轉錄和蛋白質表達，達到抑制腫瘤細胞的目的，其原理可能是提高腫瘤組織內cAMP水平從而抑制腫瘤的過度增殖，也可能是直接殺傷腫瘤細胞或者增強免疫細胞活性。

P21基因為抑癌基因，在多數腫瘤組織中表達減少甚至缺失，其表達下調對于腫瘤的發(fā)生具有重要的意義。P27基因屬于P21家族成員，是作用于細胞周期的負性調控因子，亦能通過阻滯細胞周期而抑制腫瘤細胞發(fā)生并誘導細胞凋亡。魏萬敏等[8]的研究表明，大蒜能抑制人白血病細胞系K562細胞的增殖并誘導其凋亡，其作用機制可能與上調P27基因的表達有關。

P16基因也是抑癌基因，其表達下調對于腫瘤的發(fā)生、發(fā)展具有重要的促進作用。P16直接參與細胞周期調控，能阻斷細胞周期從G1到S期轉換，抑制細胞增殖與分裂。相關研究[8-9]發(fā)現，大蒜素處理后的腫瘤細胞P16基因的表達增加，推測其抑制細胞的增殖并誘導凋亡的作用機制可能與該基因的上調有關。王琰等[9]在對大腸癌細胞系LoVo的研究中還發(fā)現，大蒜素下調COX-2基因表達后，P16表達上調，兩者共同發(fā)揮作用，抑制細胞增殖并誘導細胞凋亡，推測COX-2可能是Bcl-2表達的上游調控因子。

Bcl-2家族基因在細胞凋亡過程中均發(fā)揮著重要的調控作用[10]。Bcl-2家族基因可以分為兩大類，一類是抗凋亡的，主要有Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-W、Mcl-1、Ced-9等，另一類是促凋亡的，主要包括Bax、Bak、Bcl-xS、Bad等。Bax是極重要的促細胞凋亡基因之一，Bax編碼的Bax蛋白可與Bcl-2形成異二聚體，對Bcl-2產生抑制作用。Bax/Bcl-2兩者之間的比例關系是決定對細胞凋亡抑制作用強弱的關鍵因素。相關研究[11-13]發(fā)現一定濃度大蒜素作用于腫瘤細胞一定時間，能上調Bax基因表達，下調Bcl-2基因表達，誘導細胞凋亡，Bax/Bcl-2比值越高則促凋亡作用越強。

Caspase家族基因在細胞凋亡過程中均發(fā)揮著重要的調控作用[14]，Caspase-3參與細胞凋亡啟動以及整個凋亡過程的調節(jié)[11]。王菊巖等[15]的實驗表明，大蒜素可誘導Caspase-3 mRNA(哺乳動物細胞凋亡的關鍵酶)的表達增強來干擾胃癌MKN45細胞的正常細胞周期,促使細胞凋亡。

Survivin基因是迄今發(fā)現的最強有效的凋亡抑制因子，能夠抑制腫瘤細胞的增值、遷移能力。有研究[16]發(fā)現，Survivin在肺癌、乳腺癌、胰腺癌、直腸癌、前列腺癌等人類多數腫瘤中均呈現出高表達。王先坤等[17]研究發(fā)現，大蒜素對二甲肼誘導的實驗性大鼠大腸癌具有良好的防治作用，可有效抑制大腸癌的發(fā)展與轉移，其機制可能與抑制Survivn基因的表達有關。

3 調控Caspase蛋白、Bax蛋白和Survivn因子的表達

Caspase家族的成員有10余種，該家族的激活在細胞凋亡過程中起到了至關重要的作用，被認為是凋亡發(fā)生的直接效應物。Caspase-9是線粒體凋亡途徑的關鍵蛋白酶，其活化后可進一步激活Caspase-3。Caspase-3是Caspase家族的重要成員，是細胞凋亡過程的關鍵酶，其活化標志著凋亡進入不可逆階段，Caspase-3活化后可裂解DNA修復相關分子、凋亡抑制蛋白、細胞外基質蛋白和骨架蛋白等，促進細胞凋亡[8]。

徐嵐等[18]的研究發(fā)現大蒜素提高了人子宮內膜癌細胞株HEC-1中Caspase-3和Caspase-9蛋白的表達。王琰等[9]在對大腸癌細胞系LoVo的研究中也發(fā)現大蒜素增加了腫瘤細胞Caspase-3活性，推測其抑制腫瘤細胞的增殖并誘導凋亡的機制可能與Caspase蛋白的表達增加有關。陳傳軍等[19]研究大蒜素對人肝癌細胞HepG-2生長的影響，發(fā)現大蒜素誘導肝癌細胞凋亡與對G0/G1期的阻滯有關，其分子機制涉及上調Bax、Caspase-3表達。有研究[8,20]表明，大蒜素除了能增加細胞Caspase-3、Caspase-9活性外還能降低線粒體膜電位。正常細胞中線粒體膜電位維持在一定水平，當線粒體膜電位耗散時，線粒體呼吸鏈受損，ATP合成受抑制，線粒體釋放細胞色素C等線粒體蛋白，通過信號轉導，激活Caspase級聯反應和其他凋亡相關蛋白，伴隨活性氧水平升高，使DNA斷裂，并產生凋亡小體，導致細胞凋亡。

Bax蛋白是一種Bcl-2家族的前凋亡蛋白，它可構成跨線粒體外膜的孔，并導致膜電位的降低和細胞色素C及凋亡誘導因子的外流，進一步引起細胞凋亡級聯反應的發(fā)生[21-22]。賈麗等[23]的研究表明大蒜素對荷子宮內膜癌裸小鼠移植瘤生長具有抑制作用，機制可能與大蒜素能夠下調Bcl-2表達、上調Bax和Caspase-3表達、提高Bax/Bcl-2表達比值進而促進腫瘤細胞凋亡有關。有研究[20,24]發(fā)現，大蒜素處理后腫瘤細胞內Bax的蛋白表達上調，推測可能通過細胞色素C的釋放及其相關通路活化發(fā)揮促凋亡的作用。張文陸等[20]的研究還發(fā)現大蒜素能夠促進Fas、Caspase-8蛋白的表達，誘導胃癌細胞凋亡，即死亡受體通路也參與了大蒜素誘導胃癌細胞的凋亡。

Survivin是凋亡抑制蛋白家族的新成員，Survivin具有腫瘤特異性，只表達于腫瘤和胚胎組織，且與腫瘤細胞的分化增殖及浸潤轉移密切相關。邵樂寧等[25]的報道稱Survivn可通過抑制線粒體細胞色素C的釋放，直接或間接抑制凋亡下游效應分子Caspase-3和Caspase-7蛋白的表達來促進腫瘤進展。王先坤等[17]的研究發(fā)現，大蒜素對二甲肼誘導的實驗性大鼠大腸癌具有良好的防止作用，可能是由于抑制Survivn基因的表達﹑上調Caspase-3和Caspase-7水平，從而促進腫瘤細胞的凋亡。

4 改變信號轉導通路

大蒜素能夠通過改變信號通路誘導腫瘤細胞的凋亡。JAK/STAT3信號通路與多種腫瘤的病理過程密切相關，是細胞內最主要的信號通路。董志剛等[26]在對肝細胞性肝癌的腫瘤進展和預后的相關研究中發(fā)現此信號通路的過度激活在肝癌的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用。張彬等[27]探討了大蒜素誘導人子宮內膜癌細胞株RL-952細胞凋亡的相關機制，結果表明大蒜素能夠劑量和時間依從性抑制腫瘤細胞增殖，推測其機制可能是通過抑制JAK/STAT3信號轉導通路而實現的。徐嵐等[18]對大蒜素誘導人子宮內膜癌細胞株HEC-1細胞凋亡相關機制進行研究，結果顯示大蒜素能夠有效提高ERK1/2蛋白的表達，表明異常的ERK信號通路也參與了人子宮內膜癌細胞株HEC-1的增殖過程，且大蒜素可能是通過調節(jié)異常的ERK信號通路發(fā)揮對腫瘤細胞的增殖抑制作用。孔春芳等[28]的報道表明，現已證實NF-κB、JNK、ERK1/2、P38 MAPK及血管內皮生長因子等信號傳導通路在多種實體瘤及血液系統(tǒng)腫瘤中均異?；罨?，通過影響這些信號傳導通路可以抑制腫瘤細胞增殖及誘導凋亡。

5 阻滯細胞周期

細胞周期可分為間期和M期2個階段，其間期包括G1期、S期與G2期。細胞周期是一個復雜有序并受嚴格調控的過程，其調控因子主要有細胞周期蛋白(Cyclin)和周期依賴性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinase，CDK)。

近年來國內外大量研究[29]表明，大蒜素能通過多種途徑使腫瘤細胞阻滯在G2/M期，誘導腫瘤細胞凋亡，這種作用效果可能與大蒜素調控活性氧簇、檢查點激酶細胞CDK 1、CDK 7、Cyclin B1激酶、細胞分裂周期蛋白和X連鎖凋亡抑制蛋白等的表達水平有關，而這些因子在細胞周期進程中都起著重要作用[30]。

李永生等[29]探討了大蒜素聯合長春新堿對膀胱癌BIU-87細胞增殖和凋亡的影響。大蒜素可增強長春新堿對膀胱癌BIU-87細胞增殖抑制作用；同時，RT-PCR結果顯示，大蒜素聯合長春新堿能有效降低膀胱癌BIU-87細胞株CDK 1和Cyclin B1 mRNA的表達，并有效地降低膀胱癌BIU-87細胞株CDK 1和Cyclin B1蛋白的表達，大蒜素誘導細胞凋亡的機制可能與下調CDK 1和Cyclin B1的表達有關。叢利家等[31]的報道稱大蒜素誘導細胞凋亡的機制可能與下調CDK 1和Cyclin B1的表達有關。有研究表明大蒜素可下調Cyclin D1蛋白的表達，同時上調P21kip1蛋白的表達，大蒜素所誘導的Cyclin D1蛋白表達的減少,使腫瘤細胞中Cyclin D1-CDK 4/6復合物的形成也減少；而同時大蒜素所誘發(fā)的P21kip1蛋白表達的增加將抑制CDKs的活性，2條途徑共同作用阻滯了細胞周期[32]。張永奎等[33]的研究結果表明，Saos-2細胞中有27個大蒜素敏感蛋白，其中下調18個，上調9個。其中有將近一半的蛋白質(13/27)與細胞周期和(或)細胞凋亡相關。

Wang等[34]用大蒜素處理人黑色素瘤A375細胞和基底細胞癌細胞，結果發(fā)現細胞被阻滯在G2/M期，從而誘導腫瘤細胞凋亡。Kelker等[35]研究發(fā)現應用大蒜素后B細胞淋巴瘤的微管蛋白解聚阻止了正常紡錘體微管的形成，從而導致腫瘤細胞有絲分裂停滯在G2/M期。王保才等[36]研究發(fā)現,大蒜素將人胰腺癌細胞株PANC-1的細胞周期阻滯于G2/M期。賈利剛等[37]在對人子宮內膜癌Ishikawa細胞的研究中發(fā)現，大蒜素能明顯抑制Ishikawa細胞的生長，誘導其凋亡，表現為G2/M期阻滯。

除此之外，研究還發(fā)現大蒜素對宮頸癌HeLa細胞[38]、人食管癌EC9706細胞[39]、人骨肉瘤細胞株的細胞周期都有阻滯作用[40]。

總之，大蒜素對腫瘤細胞的凋亡誘導作用是多因素、多水平的復雜生物學過程，其機制還有待更進一步的研究。

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師瑞紅(1982-),女，碩士，講師，主要從事生理學教學和科研工作。E-mial：269584749@qq.com

10.3969/j.issn.1673-5412.2017.03.035

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1673-5412(2017)03-0274-04

2016-01-20)