張曉云 許博文 仝 樂 閆金銀 蔡海峰

華北理工大學(xué)研究生學(xué)院;①附屬唐山市人民醫(yī)院乳腺二科 河北唐山 063000

蒜素抗腫瘤作用機制的研究進展

張曉云 許博文 仝 樂 閆金銀①蔡海峰①

華北理工大學(xué)研究生學(xué)院;①附屬唐山市人民醫(yī)院乳腺二科 河北唐山 063000

蒜素 惡性腫瘤 細(xì)胞增殖 細(xì)胞凋亡

大蒜為百合科，蔥屬植物的地下鱗莖，富含多種微量元素及生物活性成分。大蒜中的主要生物活性物質(zhì)被認(rèn)為是含硫化合物，也被稱為蒜素[1]。根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)，最常見的有機硫化物可分為兩類：水溶性化合物和脂溶性化合物。水溶性化合物包括S-稀丙基半胱氨酸(S-allylcaptocysteine，SAC)、S-烯丙基巰基半胱氨酸(S-allylmercaptocysteine，SAMC)、蒜氨酸等，此類化合物性質(zhì)穩(wěn)定，無刺激性氣味。脂溶性化合物主要有二烯丙基三硫化合物(diallyldisulfide，DADS)，二丙烯二硫化合物(diallylsulfide，DAS),二烯基三硫化物(diallyltrisulfide，DATS)等，具有獨特的臭味和刺激性，且不穩(wěn)定。蒜素因其具有抗炎、抗菌、保護心血管以及提高免疫力等作用已在臨床中應(yīng)用了幾十年[2～4]，最近相關(guān)研究表明，大蒜素還能減少癌癥風(fēng)險，蒜素通過抑制細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，發(fā)揮抗胃癌、乳腺癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤及肝細(xì)胞癌等多種惡性腫瘤作用[5～6]。本文就蒜素抗腫瘤作用的相關(guān)研究進展做一簡要綜述。

1 抑制腫瘤增殖

惡性腫瘤形成的主要特征之一是細(xì)胞失控性增殖而致的無限異常增殖。大蒜的多種水溶性及脂溶性有機硫化物成分均具有一定抗惡性腫瘤細(xì)胞增殖的作用[7]。蒜素中烯丙基含硫化物DADS、DAS、DATS可抑制人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤U87MG和T89G細(xì)胞增殖，呈劑量依賴性，且DATS的抑制作用活性最強[8]。董忠等[9]關(guān)于蒜素對體外培養(yǎng)的小鼠膀胱癌MBT-2細(xì)胞的增殖抑制作用實驗中發(fā)現(xiàn)，隨著蒜素濃度增加，MBT-2細(xì)胞胞體縮小，胞膜皺縮突起消失，胞質(zhì)濃縮，染色質(zhì)濃縮邊聚，細(xì)胞間間隙增寬，活細(xì)胞數(shù)逐漸減少，部分細(xì)胞脫落懸浮于培養(yǎng)基，結(jié)果表明蒜素可呈劑量依賴性抑制膀胱癌細(xì)胞MBT-2的增殖。邵淑麗[10]等在蒜素誘導(dǎo)結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞凋亡的實驗發(fā)現(xiàn)，HT-29細(xì)胞經(jīng)蒜素處理48小時后，透射電鏡下觀察到細(xì)胞表面的微絨毛減少，細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)呈斑塊狀邊集，并且線粒體內(nèi)出現(xiàn)空泡變性等改變，提示蒜素對惡性腫瘤細(xì)胞有直接殺傷作用。

細(xì)胞增殖核抗原(PCNA)是一種僅在增殖細(xì)胞中合成或表達的核內(nèi)多肽，在細(xì)胞中高表達時，提示細(xì)胞DNA復(fù)制或修復(fù)，而低表達時，提示細(xì)胞凋亡，故此PCNA表達水平可作為反映增殖細(xì)胞活性的標(biāo)志之一。廖前進等[11]用DADS干預(yù)裸鼠結(jié)腸癌SW480移植瘤模型，研究發(fā)現(xiàn)DADS可明顯抑制移植瘤的生長，DADS組相對腫瘤增殖抑制率為49.85%，平均移植瘤瘤體積明顯小于對照組，免疫組化顯示兩組移植瘤組織中均有PCNA蛋白陽性表達，但DADS組的PCNA蛋白表達與對照組相比較弱(P<0.05)，表明DADS具有較強的抑制腫瘤增殖活性。Xiao等[12]研究證實，水溶性蒜素SAMC不僅可以具有使人結(jié)腸癌細(xì)胞微管發(fā)生解聚及微管網(wǎng)狀系統(tǒng)分裂作用，還可干擾紡錘體形成使分裂期癌細(xì)胞中單極及多級紡錘體數(shù)量明顯增加，提示SAMC可干擾細(xì)胞有絲分裂及染色體形成，從而抑制癌細(xì)胞的有絲分裂。

2 影響腫瘤細(xì)胞的分裂周期

腫瘤細(xì)胞的有絲分裂周期可分為DNA合成前期(G1期) 、DNA合成期(S期)、DNA合成后期(G2期)和有絲分裂期(M期)。相關(guān)研究表明蒜素能夠作用于腫瘤細(xì)胞分裂周期的某個環(huán)節(jié) , 致使細(xì)胞增殖受阻 ,誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡。最近相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，水溶性蒜素中的SAC可下調(diào)MHCC97L肝癌細(xì)胞有絲分裂中細(xì)胞周期素B1和細(xì)胞分裂周期蛋白2的表達水平[13]。水溶性蒜素中的SAMC可以通過干擾微管組裝，導(dǎo)致細(xì)胞停滯在分裂周期的G2/M期，引起細(xì)胞的晚期凋亡[4]。細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)持續(xù)活化最終可促進細(xì)胞增殖以及向惡性轉(zhuǎn)化。Knowles等[15]發(fā)現(xiàn)DADS干預(yù)結(jié)腸癌HCT-15細(xì)胞后，HCT-15細(xì)胞同樣停滯于G2/M期，且EPK磷酸化的水平可呈劑量依賴性上升，表明DADS對細(xì)胞周期的影響可能是由細(xì)胞內(nèi)EPK活性增加引起。國內(nèi)學(xué)者張永奎等[16]研究發(fā)現(xiàn)，蒜素在一定范圍濃度內(nèi)可呈濃度及時間依賴性抑制人骨肉瘤Saos-2細(xì)胞的增殖，使Saos-2細(xì)胞停滯在G0/G1期。邵淑麗等[10]通過觀察蒜素對結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞凋亡的作用發(fā)現(xiàn)，蒜素作用后的細(xì)胞分裂周期中G1期峰值降低，S期和G2期峰值升高，凋亡峰同時也隨之升高，結(jié)果顯示，經(jīng)蒜素處理后細(xì)胞生長被阻滯于S期和G2期，細(xì)胞凋亡發(fā)生率增加。

3 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡(cellapotosis)是涉及基因調(diào)控、機體內(nèi)信號傳導(dǎo)以及免疫應(yīng)答等多因素參與的細(xì)胞程序性死亡的生理過程。惡性腫瘤細(xì)胞缺乏是一正常的生理特征，而蒜素可通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生而達到抗腫瘤作用[17]。細(xì)胞凋亡途徑主要包括兩條即細(xì)胞外死亡受體途徑及細(xì)胞內(nèi)線粒體途徑。死亡受體途徑主要是通過激活細(xì)胞內(nèi)P53、Bcl-2、Caspase-8、Fas和NF-κB等基因；線粒體途徑主要是通過影響線粒體的膜電位，促使線粒體內(nèi)細(xì)胞色素C的釋放，進而引起胞內(nèi)Ca2+含量升高，激活Caspase-9。上述兩途徑都最終導(dǎo)致Caspase-3活化。Caspase-3、Caspase-6和Caspase-7活化后可激活核酸內(nèi)切酶，促使雙鏈DNA的斷裂，最終導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的解體[18～20]。蒜素可通過多途徑、多靶點誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，包括調(diào)節(jié)Bcl-2/Bax、調(diào)節(jié)Caspase、JNK-MAPK等。

國內(nèi)外大量實驗研究表明，蒜素可通過調(diào)節(jié)抗凋亡蛋白Bcl-2家族相關(guān)蛋白和凋亡前體蛋白(Bax/Bak)等誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。在神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中蒜素可通過Bcl-2/Bax介導(dǎo)的線粒體途徑，MAPK/ERK信號傳導(dǎo)途徑以及抗氧化酶系統(tǒng)誘導(dǎo)凋亡[21]。在結(jié)腸癌中，蒜素可增加細(xì)胞色素C從線粒體釋放到胞漿的能力，促使細(xì)胞凋亡的發(fā)生。在研究DADS處理人胃腺癌AGS細(xì)胞的實驗中發(fā)現(xiàn)，DADS可降低細(xì)胞活力并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，DADS不僅可以激活Caspase-3蛋白的表達， 還可以通過下調(diào)抗凋亡基因Bcl-2及上調(diào)促凋亡基因Bax的表達促使細(xì)胞凋亡的發(fā)生[22]。 此外，蒜素可通過p38促分裂原活化蛋白激酶/胱天蛋白酶-3的信號通路以及引起p53介導(dǎo)的自噬細(xì)胞誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[23,24]。

Caspase家族在細(xì)胞凋亡發(fā)生中起著重要作用， 是細(xì)胞凋亡信號傳導(dǎo)途徑的關(guān)鍵因素。水溶性蒜素SAMC處理人結(jié)腸癌細(xì)胞可通過結(jié)合微管蛋白從而破壞微管組裝，激活Caspase-3，同時也可激活JNK信號傳導(dǎo)通路促進細(xì)胞凋亡[25]。Nagaraj等[26]研究報道DADS誘導(dǎo)人前列腺癌Pc-3、肺癌Calu-1、乳腺癌MCF-7細(xì)胞發(fā)生凋亡時，細(xì)胞Caspase-3、Caspase-9表達水平升高，同時檢測到Bcl-2減少，Bax促使線粒體轉(zhuǎn)位，細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位下降導(dǎo)致CytC釋放進入胞質(zhì)，結(jié)果顯示DADS可引起Caspase依賴性的細(xì)胞凋亡。蒜素能顯著抑制胃癌細(xì)胞增殖并促進其發(fā)生細(xì)胞凋亡，呈現(xiàn)一定的時間及濃度依賴性,促凋亡作用與蛋白激酶/Caspase-3信號傳導(dǎo)通路密切相關(guān)[27]。

4 抑制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲

腫瘤轉(zhuǎn)移是指腫瘤細(xì)胞從原發(fā)位通過血管或淋巴管等移行至轉(zhuǎn)移灶的過程，是導(dǎo)致腫瘤惡化及復(fù)發(fā)的主要原因。相關(guān)研究表明，蒜素對抑制腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移也具有顯著療效。張丹等[28]就蒜素對胃癌SGC-7901細(xì)胞遷移能力的影響進行了相關(guān)實驗研究，通過劃痕實驗證實12、24μg/mL蒜素對SGC-7901細(xì)胞遷移具有明顯抑制作用，且隨蒜素濃度的增加，抑制作用增強。Taylor等[29]通過注射不同濃度蒜素可以顯著減少黑色素瘤細(xì)胞B16BL6小鼠模型的肺轉(zhuǎn)移。Howard[30]對前列腺癌PC3細(xì)胞移植瘤小鼠模型給予SAMC(300mg/kg)處理，發(fā)現(xiàn)腫瘤肺轉(zhuǎn)移數(shù)目與對照組相比降低85.5%，并且腎轉(zhuǎn)移幾乎完全被抑制。

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelium-MesenchymalTransition，EMT)是惡性腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移發(fā)生的重要過程。惡性腫瘤發(fā)生侵襲及轉(zhuǎn)移之前，腫瘤細(xì)胞會通過EMT轉(zhuǎn)變過程獲得間質(zhì)細(xì)胞所具備的侵襲和運動能力，從而促進腫瘤的遠處轉(zhuǎn)移[31]。目前大量研究已經(jīng)證明，EMT是腫瘤發(fā)生浸潤轉(zhuǎn)移的重要機制。董益明等[32]用蒜素處理發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的HGC-27胃癌細(xì)胞，鏡下觀察到加入蒜素干預(yù)后的HGC-27細(xì)胞，細(xì)胞間粘附鏈接增多，狀態(tài)由分散向緊密變化，細(xì)胞特性逐漸由間質(zhì)細(xì)胞向上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化，免疫組化檢測EMT相關(guān)標(biāo)志蛋白E-cadherin及Vimentin在干預(yù)前后的表達情況，發(fā)現(xiàn)干預(yù)后E-cadherin的表達升高而Vimentin的表達降低，但均未達到無處理對照組細(xì)胞Ecadherin、Vimentin的表達水平，提示蒜素在一定程度上可抑制HGC-27胃癌細(xì)胞發(fā)生EMT。E-cadherin的表達下調(diào)也是腫瘤發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移的主要特征之一，蒜素中SAMC和SAC可以通過修復(fù)E-cadherin的表達抑制前列腺癌細(xì)胞的侵襲[33]。

大蒜作為一種天然常見植物，其作為調(diào)味食材與防治疾病藥物的歷史已有4000余年。在中醫(yī)經(jīng)典著作《本草綱目》中曾記載“胡蒜能通五臟，達諸竅，去寒濕，避邪惡，消臃腫，化癖積肉食”。現(xiàn)代藥學(xué)相關(guān)研究表明，大蒜中含有的含硫化合物擁有廣泛的生物活性，尤其是其抗腫瘤療效，抗腫瘤譜廣，且毒副作用小，使之成為國內(nèi)外研究者十分關(guān)注的焦點。

蒜素能通過多靶點、多信號途徑抑制腫瘤細(xì)胞增殖，其中包括細(xì)胞周期阻滯、細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)等。蒜素主要分為水溶性化合物和脂溶性化合物兩大類，前期大量研究結(jié)果表明，大蒜經(jīng)多途徑達到抗腫瘤與其親水性或親脂性作用靶點相關(guān)，例如蒜素中所含硫取代、巰基取代基等數(shù)目的多少與蒜素抗腫瘤作用能力呈一定相關(guān)性，這提示我們需要進一步研究篩選出蒜素中不同成分的優(yōu)勢作用強度及作用靶標(biāo)點，為臨床上合理利用蒜素治療惡性腫瘤提供理論基礎(chǔ)。目前關(guān)于蒜素治療惡性腫瘤的藥用療效研究大部分集中在體外細(xì)胞及動物模型水平上，未來應(yīng)該側(cè)重于蒜素對腫瘤的預(yù)防和臨床治療效果的觀察。此外，大蒜中所含的有機硫化物成分極不穩(wěn)定，容易降解，研發(fā)具有更高穩(wěn)定性的制劑有待于更加深入和系統(tǒng)的研究。因此，在現(xiàn)有大量研究的基礎(chǔ)上，進一步系統(tǒng)深入的研究蒜素抗腫瘤作用的機制及其他應(yīng)用中的相關(guān)問題，對新藥物的研發(fā)與其臨床應(yīng)用具有十分重要的意義。

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(2016-09-23 收稿)(庫雪飛 編輯)

張曉云(1989-),男，碩士研究生。研究方向：乳腺腫瘤外科。

蔡海峰。

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2095-2694(2017)02-165-5