姜黄素的抗肿瘤作用研究进展
【文献标识码】 A 【文章编号】 1726-7587(2003)10-0895-03
姜黄素(Curcumin，Cur)是从姜科姜黄属植物姜黄(Curˉcuma longa L.)的根茎中提取的一种酚类色素，主要药理作用包括抗炎、抗氧化、降血脂、抗动脉粥样硬化、抗肿瘤、抗HIV病毒等，且毒性很低。研究表明，Cur对人白血病HL60、人红白血病K562、人胃癌SGC 7902 和MGC 803、人肝癌Bel 7402 细胞和小鼠S 180 肉瘤及艾氏实体瘤等多种肿瘤细胞均具有明显的抑制作用 [1，2] 。Cur具有光化学反应特性并能显著诱导细胞凋亡 [3] ，有望开发成为光动力学治疗肿瘤的新型光敏剂。在临床应用方面，Cur与叶绿素联用可用于中晚期胃癌病人辅助化疗 [4] ，与γ-干扰素(IFN-γ)联用具有协同效应，能显著增强Cur抑制人卵巢癌细胞株3AO增殖的作用 [5] ，为临床应用提供了依据。Cur的抗肿瘤作用及机制已经成为研究热点，美国国立肿瘤所已将其列为第三代癌化学预防药 [6] 。本文就Cur诱发肿瘤细胞凋亡、阻断肿瘤细胞的生长信号传导通路和抑制肿瘤血管生成等方面作一综述。
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1 诱发肿瘤细胞凋亡
Cur诱导肿瘤细胞凋亡这一现象可见于各种不同的肿瘤研究中，多数都可发生“经典性”凋亡———细胞皱缩、染色质浓缩与断裂、DNA梯带及特异性18s、28s rRNA碎片。但在某些肿瘤细胞如T-淋巴细胞白血病(Jurkat细胞)，却出现“非经典性”凋亡———DNA仅裂解成50～300kb的大分子片段，其原因与核内被称为“死亡底物”的多聚腺苷二磷酸核糖多聚酶(poly ADP ribose polymerase PARP)未发生降解有关，PARP的降解是早期凋亡的标志。Moragoda [7] 等报道，Cur能抑制胃癌KATO-Ⅲ和结肠癌HCT-116细胞增殖并诱导凋亡，使HCT-116细胞的细胞周期停止于G 2 /M，免疫印迹结果显示两种细胞cyclin D、E水平下降，其诱导凋亡的机理是导致PARP断裂，激活caspase8活性，启动Fas凋亡途径。近来研究表明，Cur能抑制4种野生型和4种p53突变型的黑色素瘤细胞，阻断NF-kB的细胞增殖过程，通过Fas/FasL途径诱导凋亡，由于黑色素瘤细胞带有突变型p53基因，对传统的化疗有抗性，Cur可克服这些细胞的抗药性，提供具有潜力的新疗法 [8] 。Cur具有氧化强化剂的活性，它实际上通过氧原子团诱导DNA损伤，且这种作用可被亲脂性的抗氧化剂如α-生育酚所阻断 [9]。而在U937细胞系，Cur却抑制其凋亡 [10] 。可见，Cur诱导肿瘤细胞凋亡这一作用可能具有选择性。Cur对线粒体功能的影响也不容忽视，通过线粒体CytC的释放和caspases途径的激活，Cur可诱导HL60细胞凋亡 [11] ;Cur诱导小鼠肝线粒体膜通透性增高，膜电位降低，ATP合成抑制，这些影响是由线粒体膜通透性的孔隙开放介导的，而Cur诱导孔隙开放涉及到膜蛋白硫醇的氧化作用及需要低浓度Ca 2+ 参与 [12] ，这些结果提示线粒体可能是Cur诱导肿瘤细胞凋亡的新靶点。最近研究表明，Cur通过激活HL60细胞线粒体途径的casˉpase-8、caspase-3、CytC、PARP的降解和BID断裂诱导凋亡，但转染Bcl-2、Bcl-xL基因的HL60细胞对Cur诱导凋亡的这些途径呈对抗性，说明Bcl-2、Bcl-xL是关键性的负性调节因素 [13] 。Cur通过下调Bcl-2蛋白的表达而诱导白血病耐药细胞HL60/ADR凋亡，且与阿霉素之间无交叉耐药 [14] 。
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2 阻断肿瘤细胞的生长信号传导通路
细胞的通讯信息通过跨膜信号传导过程可从胞外环境传入细胞或实现胞间通讯，细胞通讯过程中平衡的丧失可以导致致癌性、肿瘤的侵袭和转移。研究表明，蛋白激酶活性、钙自稳及ras活化是重要的信号。Cur能通过抑制蛋白激酶C(PKC)和蛋白酪氨酸激酶(PTK)活性，进而抑制c-myc、Bcl-2mRNA的表达而诱导细胞凋亡。由于PKC独特的结构特点使它对氧化性修饰非常敏感，PKC的N端调节性结构域含有锌指(zinc-binding)结构和富含易被过氧化物氧化的半胱氨酸基序(motif)，各种氧化剂选择性的与调节性结构域反应，刺激细胞的PKC，从而促进细胞增殖和肿瘤形成;而PKC的C端催化性结构域包括一些反应性的半胱氨酸，各种抗氧化剂如Cur、VitE等通过修饰半胱氨酸可抑制细胞内PKC活性，从而干扰肿瘤细胞增殖过程。Cur作为c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)的抑制剂可明显减低caspase活性及甲基乙二醛(Methylglyˉoxal，MG)诱导的细胞凋亡发生率，由于JNK通路可促进细胞凋亡，JNK可能是caspase依赖性凋亡信号转导通路的上游调控分子。Cur也可明显抑制佛波醇酯(PMA)、UV-C、γ-射线、TNF-α和钒酸钠对JNK的激活作用，这可能是Cur具有抑制蛋白活性因子(activator protein1，AP-1)和核因子(nuclear factor-κB，NF-κB)的活性，从而起到抗癌作用 [15] 。近年研究发现，c-fos和c-jun的基因表达产物构成杂二聚体即AP-1，它是一个转录因子，该因子激活后，作用于基因的增强子上，启动靶基因的表达，从而调节细胞增殖、分化和凋亡相关基因的表达。Cur是AP-1和NF-kB的抑制剂。国外学者报道，Cur通过干扰雄激素依赖与非依赖的前列腺癌的生长因子信号传导途径可诱导人类前列腺癌细胞凋亡 [16] 。
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3 抑制肿瘤血管生成
血管新生(angiogenesis)是一个受严格调控的多步骤过程，原发肿瘤的生长和转移依赖于血管生成，肿瘤即可通过肿瘤血管从宿主获取营养，又可通过肿瘤血管源源不断地向宿主提供转移细胞，最终导致肿瘤转移。抑制血管新生已成为近年来一种治疗肿瘤及其它与病理性血管生成有关的人类疾病的新策略。Cur具有抗肿瘤侵袭和抗肿瘤血管 新生的特征，它能抑制H-ras基因转染的高侵袭表型的人乳腺癌上皮细胞(H-ras MCF10A)，下调MMP-2 [17] ，从而抑制癌细胞转移。基质金属蛋白酶(matrix metalloproˉteinases，MMPs)是由11种酶组成的家族，能水解构成基底膜的所有成分和大部分基质成分，因此MMPs在癌的侵袭和转移中起重要作用。此外，血管内皮细胞生长因子(VEGF)在肿瘤的血管新生方面起十分重要的作用，VEGF强烈促进血管内皮细胞的增殖，增加血管的通透性，诱导肿瘤组织的新血管生成，有利于肿瘤细胞进入循环。国外学者报道，50μmol/L Cur作用2h，就能降低HL60和Hela细胞内由c-Jun介导的VEGF的升高，使VEGF下降水平达75% [18] 。
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动物实验证明，给予大鼠5g/kg剂量灌胃，无不良影响，连续三代喂饲Cur，未对大鼠表现出任何致畸性或致癌性;人每日口服1200mg/kg也是安全的。用Cur进行长期毒性实验，用较大剂量给大鼠连续口服80天，对大鼠的进食量和生长发育均无影响，病理学检查证实体内各器官未见损伤性改变，说明Cur在上述剂量下连续服用是安全的 [19] 。综上所述，众多细胞试验和动物试验证明Cur具有明确的抗肿瘤活性，抗癌谱较广，毒副作用小，是一种具有广泛应用前景的新药。
参考文献
1 崔淑香，金东庆，周玲，等.姜黄素抗肿瘤作用试验观察.肿瘤防治杂志，2002，9(1):50-52.
2 许建华，赵蓉，柯丹如.姜黄素的体外抗癌作用及其水溶液的稳定性.中国药理学通报，1998，14(5):415-417.
3 陈瑞川，苏金华，马胜平，等.光敏化姜黄素诱导胃癌细胞凋亡.癌症，2000，19(4):321-324.
, 百拇医药
4 焦广宇，周春凌，徐桂强，等.姜黄素、叶绿素辅助治疗胃癌的临床研究.营养学报，2001，23(3):237-238.
5 梁华茂，姜洁，孔北华，等.γ-干扰素对姜黄素抑制人卵巢癌细胞株3AO增殖的影响.山东大学学报(医学版)，2002，40(4):307-309.
6 韩锐.抗癌药物研究与实验技术.北京:北京医科大学中国协和医科大学联合出版社，1997，13.
7 Moragoda L，Jaszewski R，Majumdar AP.Curcumin induced modulation of cell cycle and apoptosis in gastric and colon cancer cells.Anticancer Res，2001，21(2A):873-878.
8 Bush JA，Cheung KJ，Li G.Curcumin induces apoptosis in human melanoma cells through a Fas receptor/caspase-8pathway independent of p53.Exp Cell Res，2001，271(2):305-314.
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9 KellyMR，Xu J，Alexander KE，et al.Disparate effects of similar phenoˉlic
phytochemicals as inhibitors of oxidative damage to cellular DNA.Mutat Res，2001，485(4):309-318.
10 Watabe M，Ito K，Masuda Y，et al.Activation of Ap-1is required for Bufalin-induced apoptosis in human leukemia U937cells.Oncogene，1998，16:779.
11 Pan MH，Chang WL，Lin-Shiau SY，et al.Induction of apoptosis by garcinol and curcumin through cytochrome C release and activation of caspases in human Leukemia HL-60cells.J Agric Food Chem，2001，49(3):1464-1474.
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12 Moria D，Barthelemy S，Zini R，et al.Curcumin induces the mitochonˉdrial
permeability transition pore mediated by membrane protein thiol oxidation.Febs Lett，2001，495(1-2):131-136.
13 Anto RJ，Mukhopadhyay A，Denning K，et al.Curcumin(diferuloylˉmethane)
induces apoptosis through activation of caspase-8，BID cleavage and cytochrome Crelease:its suppression by ectopic expresˉsion of Bcl-2and Bcl-xl.Carcinogenesis，2002，23(1):143-150.
, 百拇医药
14 黄俊琼，孙万邦.姜黄素对白血病耐药细胞HL60/ADR的抑制作用.中国免疫学杂志，2002，18(5):334-337.
15 Chen YR，Tan TH.Inhibition of the c-Jun N-terminal kinase(JNK)signaling
pathway by curcumin.Oncogene，1998，17:173-178.
16 Dorai T，Gehani N，Katz A.Therapeutic potential of curcumin in human prostate cancer.Mol Urol，2000，4(1):1-6.
17 Kim MS，Kang HJ，Moon A.Inhibition of invasion and induction of apoptosis
, 百拇医药
by curcumin in H-ras-transformed MCF10A human breast epithelial cells.Arch Pharm Res，2001，24(4):349-354.
18 Pollmann C，Huang X，Mall J，et al.The constitutive photomorphoˉgenesis 9
signalosome directs vascular endothelial growth factor producˉtion in tumor cells.Cancer Res，2001，61(23):8416-8421.
19 沃兴德，洪行球，高承贤，等.姜黄素长期毒性试验.浙江中医学院学报，2000，24(1):61-62.
作者单位:730000兰州医学院生物化学与分子生物学教研室
(收稿日期:2003-09-13)
(编辑 刘娜), 百拇医药(闵智慧)
姜黄素(Curcumin，Cur)是从姜科姜黄属植物姜黄(Curˉcuma longa L.)的根茎中提取的一种酚类色素，主要药理作用包括抗炎、抗氧化、降血脂、抗动脉粥样硬化、抗肿瘤、抗HIV病毒等，且毒性很低。研究表明，Cur对人白血病HL60、人红白血病K562、人胃癌SGC 7902 和MGC 803、人肝癌Bel 7402 细胞和小鼠S 180 肉瘤及艾氏实体瘤等多种肿瘤细胞均具有明显的抑制作用 [1，2] 。Cur具有光化学反应特性并能显著诱导细胞凋亡 [3] ，有望开发成为光动力学治疗肿瘤的新型光敏剂。在临床应用方面，Cur与叶绿素联用可用于中晚期胃癌病人辅助化疗 [4] ，与γ-干扰素(IFN-γ)联用具有协同效应，能显著增强Cur抑制人卵巢癌细胞株3AO增殖的作用 [5] ，为临床应用提供了依据。Cur的抗肿瘤作用及机制已经成为研究热点，美国国立肿瘤所已将其列为第三代癌化学预防药 [6] 。本文就Cur诱发肿瘤细胞凋亡、阻断肿瘤细胞的生长信号传导通路和抑制肿瘤血管生成等方面作一综述。
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1 诱发肿瘤细胞凋亡
Cur诱导肿瘤细胞凋亡这一现象可见于各种不同的肿瘤研究中，多数都可发生“经典性”凋亡———细胞皱缩、染色质浓缩与断裂、DNA梯带及特异性18s、28s rRNA碎片。但在某些肿瘤细胞如T-淋巴细胞白血病(Jurkat细胞)，却出现“非经典性”凋亡———DNA仅裂解成50～300kb的大分子片段，其原因与核内被称为“死亡底物”的多聚腺苷二磷酸核糖多聚酶(poly ADP ribose polymerase PARP)未发生降解有关，PARP的降解是早期凋亡的标志。Moragoda [7] 等报道，Cur能抑制胃癌KATO-Ⅲ和结肠癌HCT-116细胞增殖并诱导凋亡，使HCT-116细胞的细胞周期停止于G 2 /M，免疫印迹结果显示两种细胞cyclin D、E水平下降，其诱导凋亡的机理是导致PARP断裂，激活caspase8活性，启动Fas凋亡途径。近来研究表明，Cur能抑制4种野生型和4种p53突变型的黑色素瘤细胞，阻断NF-kB的细胞增殖过程，通过Fas/FasL途径诱导凋亡，由于黑色素瘤细胞带有突变型p53基因，对传统的化疗有抗性，Cur可克服这些细胞的抗药性，提供具有潜力的新疗法 [8] 。Cur具有氧化强化剂的活性，它实际上通过氧原子团诱导DNA损伤，且这种作用可被亲脂性的抗氧化剂如α-生育酚所阻断 [9]。而在U937细胞系，Cur却抑制其凋亡 [10] 。可见，Cur诱导肿瘤细胞凋亡这一作用可能具有选择性。Cur对线粒体功能的影响也不容忽视，通过线粒体CytC的释放和caspases途径的激活，Cur可诱导HL60细胞凋亡 [11] ;Cur诱导小鼠肝线粒体膜通透性增高，膜电位降低，ATP合成抑制，这些影响是由线粒体膜通透性的孔隙开放介导的，而Cur诱导孔隙开放涉及到膜蛋白硫醇的氧化作用及需要低浓度Ca 2+ 参与 [12] ，这些结果提示线粒体可能是Cur诱导肿瘤细胞凋亡的新靶点。最近研究表明，Cur通过激活HL60细胞线粒体途径的casˉpase-8、caspase-3、CytC、PARP的降解和BID断裂诱导凋亡，但转染Bcl-2、Bcl-xL基因的HL60细胞对Cur诱导凋亡的这些途径呈对抗性，说明Bcl-2、Bcl-xL是关键性的负性调节因素 [13] 。Cur通过下调Bcl-2蛋白的表达而诱导白血病耐药细胞HL60/ADR凋亡，且与阿霉素之间无交叉耐药 [14] 。
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2 阻断肿瘤细胞的生长信号传导通路
细胞的通讯信息通过跨膜信号传导过程可从胞外环境传入细胞或实现胞间通讯，细胞通讯过程中平衡的丧失可以导致致癌性、肿瘤的侵袭和转移。研究表明，蛋白激酶活性、钙自稳及ras活化是重要的信号。Cur能通过抑制蛋白激酶C(PKC)和蛋白酪氨酸激酶(PTK)活性，进而抑制c-myc、Bcl-2mRNA的表达而诱导细胞凋亡。由于PKC独特的结构特点使它对氧化性修饰非常敏感，PKC的N端调节性结构域含有锌指(zinc-binding)结构和富含易被过氧化物氧化的半胱氨酸基序(motif)，各种氧化剂选择性的与调节性结构域反应，刺激细胞的PKC，从而促进细胞增殖和肿瘤形成;而PKC的C端催化性结构域包括一些反应性的半胱氨酸，各种抗氧化剂如Cur、VitE等通过修饰半胱氨酸可抑制细胞内PKC活性，从而干扰肿瘤细胞增殖过程。Cur作为c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)的抑制剂可明显减低caspase活性及甲基乙二醛(Methylglyˉoxal，MG)诱导的细胞凋亡发生率，由于JNK通路可促进细胞凋亡，JNK可能是caspase依赖性凋亡信号转导通路的上游调控分子。Cur也可明显抑制佛波醇酯(PMA)、UV-C、γ-射线、TNF-α和钒酸钠对JNK的激活作用，这可能是Cur具有抑制蛋白活性因子(activator protein1，AP-1)和核因子(nuclear factor-κB，NF-κB)的活性，从而起到抗癌作用 [15] 。近年研究发现，c-fos和c-jun的基因表达产物构成杂二聚体即AP-1，它是一个转录因子，该因子激活后，作用于基因的增强子上，启动靶基因的表达，从而调节细胞增殖、分化和凋亡相关基因的表达。Cur是AP-1和NF-kB的抑制剂。国外学者报道，Cur通过干扰雄激素依赖与非依赖的前列腺癌的生长因子信号传导途径可诱导人类前列腺癌细胞凋亡 [16] 。
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3 抑制肿瘤血管生成
血管新生(angiogenesis)是一个受严格调控的多步骤过程，原发肿瘤的生长和转移依赖于血管生成，肿瘤即可通过肿瘤血管从宿主获取营养，又可通过肿瘤血管源源不断地向宿主提供转移细胞，最终导致肿瘤转移。抑制血管新生已成为近年来一种治疗肿瘤及其它与病理性血管生成有关的人类疾病的新策略。Cur具有抗肿瘤侵袭和抗肿瘤血管 新生的特征，它能抑制H-ras基因转染的高侵袭表型的人乳腺癌上皮细胞(H-ras MCF10A)，下调MMP-2 [17] ，从而抑制癌细胞转移。基质金属蛋白酶(matrix metalloproˉteinases，MMPs)是由11种酶组成的家族，能水解构成基底膜的所有成分和大部分基质成分，因此MMPs在癌的侵袭和转移中起重要作用。此外，血管内皮细胞生长因子(VEGF)在肿瘤的血管新生方面起十分重要的作用，VEGF强烈促进血管内皮细胞的增殖，增加血管的通透性，诱导肿瘤组织的新血管生成，有利于肿瘤细胞进入循环。国外学者报道，50μmol/L Cur作用2h，就能降低HL60和Hela细胞内由c-Jun介导的VEGF的升高，使VEGF下降水平达75% [18] 。
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动物实验证明，给予大鼠5g/kg剂量灌胃，无不良影响，连续三代喂饲Cur，未对大鼠表现出任何致畸性或致癌性;人每日口服1200mg/kg也是安全的。用Cur进行长期毒性实验，用较大剂量给大鼠连续口服80天，对大鼠的进食量和生长发育均无影响，病理学检查证实体内各器官未见损伤性改变，说明Cur在上述剂量下连续服用是安全的 [19] 。综上所述，众多细胞试验和动物试验证明Cur具有明确的抗肿瘤活性，抗癌谱较广，毒副作用小，是一种具有广泛应用前景的新药。
参考文献
1 崔淑香，金东庆，周玲，等.姜黄素抗肿瘤作用试验观察.肿瘤防治杂志，2002，9(1):50-52.
2 许建华，赵蓉，柯丹如.姜黄素的体外抗癌作用及其水溶液的稳定性.中国药理学通报，1998，14(5):415-417.
3 陈瑞川，苏金华，马胜平，等.光敏化姜黄素诱导胃癌细胞凋亡.癌症，2000，19(4):321-324.
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4 焦广宇，周春凌，徐桂强，等.姜黄素、叶绿素辅助治疗胃癌的临床研究.营养学报，2001，23(3):237-238.
5 梁华茂，姜洁，孔北华，等.γ-干扰素对姜黄素抑制人卵巢癌细胞株3AO增殖的影响.山东大学学报(医学版)，2002，40(4):307-309.
6 韩锐.抗癌药物研究与实验技术.北京:北京医科大学中国协和医科大学联合出版社，1997，13.
7 Moragoda L，Jaszewski R，Majumdar AP.Curcumin induced modulation of cell cycle and apoptosis in gastric and colon cancer cells.Anticancer Res，2001，21(2A):873-878.
8 Bush JA，Cheung KJ，Li G.Curcumin induces apoptosis in human melanoma cells through a Fas receptor/caspase-8pathway independent of p53.Exp Cell Res，2001，271(2):305-314.
, http://www.100md.com
9 KellyMR，Xu J，Alexander KE，et al.Disparate effects of similar phenoˉlic
phytochemicals as inhibitors of oxidative damage to cellular DNA.Mutat Res，2001，485(4):309-318.
10 Watabe M，Ito K，Masuda Y，et al.Activation of Ap-1is required for Bufalin-induced apoptosis in human leukemia U937cells.Oncogene，1998，16:779.
11 Pan MH，Chang WL，Lin-Shiau SY，et al.Induction of apoptosis by garcinol and curcumin through cytochrome C release and activation of caspases in human Leukemia HL-60cells.J Agric Food Chem，2001，49(3):1464-1474.
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12 Moria D，Barthelemy S，Zini R，et al.Curcumin induces the mitochonˉdrial
permeability transition pore mediated by membrane protein thiol oxidation.Febs Lett，2001，495(1-2):131-136.
13 Anto RJ，Mukhopadhyay A，Denning K，et al.Curcumin(diferuloylˉmethane)
induces apoptosis through activation of caspase-8，BID cleavage and cytochrome Crelease:its suppression by ectopic expresˉsion of Bcl-2and Bcl-xl.Carcinogenesis，2002，23(1):143-150.
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14 黄俊琼，孙万邦.姜黄素对白血病耐药细胞HL60/ADR的抑制作用.中国免疫学杂志，2002，18(5):334-337.
15 Chen YR，Tan TH.Inhibition of the c-Jun N-terminal kinase(JNK)signaling
pathway by curcumin.Oncogene，1998，17:173-178.
16 Dorai T，Gehani N，Katz A.Therapeutic potential of curcumin in human prostate cancer.Mol Urol，2000，4(1):1-6.
17 Kim MS，Kang HJ，Moon A.Inhibition of invasion and induction of apoptosis
, 百拇医药
by curcumin in H-ras-transformed MCF10A human breast epithelial cells.Arch Pharm Res，2001，24(4):349-354.
18 Pollmann C，Huang X，Mall J，et al.The constitutive photomorphoˉgenesis 9
signalosome directs vascular endothelial growth factor producˉtion in tumor cells.Cancer Res，2001，61(23):8416-8421.
19 沃兴德，洪行球，高承贤，等.姜黄素长期毒性试验.浙江中医学院学报，2000，24(1):61-62.
作者单位:730000兰州医学院生物化学与分子生物学教研室
(收稿日期:2003-09-13)
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