姜黄素诱导肿瘤细胞凋亡机制的研究进展_李念

2007年 1 月 Journal of Science of Teachers′College and University Jan. 2007文章编号：1007-9831（2007）01-0027-04姜黄素诱导肿瘤细胞凋亡机制的研究进展李念，邵淑丽∗（齐齐哈尔大学 生命科学与工程学院， 黑龙江 齐齐哈尔 161006）摘要：姜黄素能够诱导多种肿瘤细胞系凋亡，其机制主要是调控癌基因和抑癌基因，下调多个转录因子活性，通过多种信号转导途径，诱发细胞周期停滞而诱导细胞凋亡．对近年来姜黄素诱导细胞凋亡的机制进行综述，以便更好地探求和开辟治疗恶性肿瘤的新途径．关键词：姜黄素；肿瘤；细胞凋亡；机制中图分类号：R282.71∶R730.5文献标识码：A姜黄素（curcumin）是从姜科姜黄属植物姜黄（curcuma longa）根茎中提取的一种酚性色素，是郁金粉（turmeric）及咖哩（curry）中主要黄色的成分．作为调味品和色素，目前广泛应用于食品添加剂、染料及化妆品中，同时又是一种用于治疗各种炎症（如肝炎）的传统中药．姜黄素作为姜黄的主要有效成分， 具有多方面的药理作用，尤其是作为一种具有良好发展前景的抗癌新药，具有抗癌谱广、毒副作用小的优点，还被肿瘤学家们认为是一种潜在的第３代抗肿瘤药．目前已进入临床前的毒理试验阶段．姜黄素的抗癌机理是多方面的，其中诱导肿瘤细胞凋亡的机制备受人们关注，并日益成为研究的焦点，但其中所涉及的机制仍然不十分明确．体外研究表明，姜黄素抑制癌细胞增殖和诱导凋亡是通过多条通路和调节多种肿瘤表面标记因子实现的，其作用靶点可以从DNA、mRNA 到蛋白水平．1 姜黄素诱导人白血病细胞株凋亡Anto 等[1]在对人类白血病细胞株HL-60 的研究中发现，姜黄素诱导凋亡是通过线粒体途径，包括激活caspase-8、caspase-3、CytC的释放、PARP的降解和BID断裂诱导凋亡，但转染Bcl-2，Bcl-xL基因的HL-60细胞对姜黄素诱导凋亡的这些途径呈对抗性，说明Bcl-2，Bcl-xL是关键的负调控因素．另外，姜黄素通过下调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[2]．姜黄素还能干扰细胞周期进程，诱导HL-60 细胞凋亡，其作用机制与上调p27kip1，p21waf1及下调CyclinD3 蛋白表达， 增加pRb p-表达水平， 调控G1/S和G2/M 期检测点功能有关[3]．最近的报道还证实，姜黄素通过线粒体途径诱导HL-60细胞凋亡并呈剂量依赖方式使线粒体膜电位降低．还发现当10μmol/L姜黄素分别和56 nmol/L~5.6μmol/L ascorbic acid（vitamin C）、浓度低至1μmol/L GSH均能够抑制姜黄素诱导的HL-60细胞凋亡，但浓度高达10，100μmol/L GSH则没有这样的作用．另外，当10 mol/L，10μmol/L姜黄素分别和Trolox（a water-soluble form of vitamin E）以及100μmol/L N-乙酰半胱氨酸（NAC）并用时反而能提高姜黄素的诱导作用，但浓度高达1 mmol/L的NAC则没有这种促进作用．此外，MAPKK/MEK抑制剂PD98059亦能提高姜黄素诱导HL-60凋亡的作用[4]．研究[5]发现，比较姜黄素对2种不同的白血病细胞系：K562和 Jurkat的作用，蛋白免疫印迹显示，姜黄素可通过降低pro-caspase 8和pro-caspase 9的表达，诱导凋亡蛋白Bid的剪切发挥诱导凋亡的作用．两者相比，Jurkat细胞对于姜黄素的作用更敏感，凋亡出收稿日期：2006-11-15基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目（C200624）；黑龙江省教育厅科学技术项目（11511447）作者简介：李念（1980-），女，黑龙江齐齐哈尔人，在读硕士，主要从事动物遗传学的研究．E-mail：ln198003@∗通讯作者：邵淑丽（1962-），女，教授，在读博士，硕士生导师，主要从事动物生理学及动物遗传学的研究．E-mail：shshl32@现的更早．2 姜黄素诱导淋巴瘤细胞株凋亡吴青等[6]应用Western blot 法定量测定姜黄素25μmol/L 作用 Raji 细胞24 h后caspase 8和caspase 9的表达，发现caspase表达明显高于对照组．结果表明，姜黄素诱导Raji细胞死亡受体Fas的表达增强，激活caspase 8，即而启动caspase级联反应，使线粒体下游caspase 9效应酶激活，最终诱导细胞凋亡．姜黄素的作用可能是抑制或诱导caspase酶活性而导致细胞凋亡．总之，本实验第１次证明了在姜黄素诱导Raji细胞凋亡中，胱冬蛋白酶（caspase）在细胞凋亡的内外信号途径中均参与了姜黄素诱导的细胞凋亡．随后又发现[7]，Raji 细胞在不同浓度姜黄素作用24 h 后，经RT-PCR检测发现，P300 mRNA 和蛋白水平下降，提示姜黄素抑制细胞增殖，诱导其凋亡，可能是通过下调P300mRNA 的表达及阻断其蛋白产物而起作用． Liu等[8]报道，姜黄素能抑制Raji淋巴瘤细胞增殖并能诱导其凋亡，36 h的IC50为（24.1±2.0）μmol/L．免疫印迹结果显示，姜黄素作为新型组蛋白脱乙酰基转移酶抑制剂，能够下调B细胞非霍奇金淋巴瘤（B-NHL）系Raji细胞中组蛋白脱乙酰基转移酶1，3，8（HDAC1，HDAC3，HDAC8）的表达，并且也能够上调组蛋白乙酰基转移酶4（acetylated-histone H4，HAT4）的表达．提示姜黄素抑制B-NHL系Raji淋巴瘤细胞增殖和诱导凋亡，机制可能与下调组蛋白脱乙酰基转移酶1，3，8蛋白表达和上调组蛋白乙酰基转移酶4蛋白表达有关．姜黄素刺激Raji细胞24 h内周期蛋白E和视网膜母细胞瘤基因Rb蛋白表达显著增强（P＜0.05），但随着姜黄素浓度增高呈剂量依赖性下调．其结论是：姜黄素能干扰细胞周期进程，诱导Raji细胞的凋亡，下调周期蛋白E的表达，从而抑制其相应视网膜母细胞瘤基因Rb的表达，可能是其作用机制之一[9]. 吴勇等[10]研究姜黄素对人类Burkitt淋巴瘤体外抗癌作用发现，姜黄素能够抑制CA46细胞增殖，并诱导其凋亡，推测可能是通过下调 C-myc、bcl-2、突变型p53，上调Fas mRNA及蛋白的表达而起作用．3姜黄素诱导人肺癌细胞株SPC-A1凋亡研究发现，姜黄素可引起人肺癌细胞内cAMP浓度升高，且高浓度姜黄素组细胞内cAMP浓度明显高于低浓度组[11-12]，可见姜黄素对 SPC-A1 细胞内cAMP影响具有一定的量效关系．细胞内cAMP浓度的上升可激活cAMP依赖性的蛋白激酶A，使其靶蛋白上某些丝氨酸和苏氨酸磷酸化，从而影响这些蛋白的生物学功能引起细胞凋亡．用20μmol/L 姜黄素作用于 SPC-A1 细胞后，1～4 h 内 Ca2+ 随作用时间增高而升高， 24 h后人肺癌细胞caspase8 mRNA表达也明显增高．提示姜黄素诱导肺癌细胞SPC-A1的凋亡可能与细胞内Ca2+，cAMP浓度升高以及caspase8 mRNA表达升高有关．4 姜黄素诱导人前列腺癌细胞株PC-3凋亡研究[13-14]发现，以 20μmol/L 的姜黄素作用于PC-3细胞，12 h以后bcl-2表达较对照组显著下降，抑制bcl-2的表达是姜黄素诱导凋亡的一个重要机制．IkBa作为核转录因子NF-KB的抑制蛋白，具有抑制细胞分裂增殖、促进细胞凋亡的作用．Western印迹法检测PC3 细胞内IkBa的表达后发现，随着姜黄素浓度的增加细胞内IkBa的表达也逐渐增强．由此认为，姜黄素抑制PC3细胞的增殖、诱导细胞凋亡的作用可能是通过上调IkBa的表达而实现的．5 姜黄素诱导人胃癌细胞株凋亡谭小平等[15]在研究姜黄素对人胃癌细胞SGC-7901作用时发现，姜黄素能抑制胃癌细胞增殖并且诱导其凋亡，Western blot检测进一步发现姜黄素作用后Survivin表达明显降低，提示姜黄素可通过下调Survivin 而诱导细胞凋亡．郑丽端等[16]在用姜黄素诱导人胃癌细胞株MKN-45凋亡过程中发现，在人的胃癌细胞株MKN-45中存在 Survivin，XIAP基因的高表达，姜黄素作用后，Survivin，XIAP 表达水平均显著降低，而Smac表达上调，细胞内活性Caspase-3的水平增高，即IAP家族成员Survivin，XIAP，Smac基因这3个与细胞凋亡活性调控有关的关键性分子均参与了姜黄素的诱导凋亡作用．第1期 李念等：姜黄素诱导肿瘤细胞凋亡机制的研究进展 29 6姜黄素诱导人卵巢癌细胞株凋亡郑丽端等[17]研究证实，用姜黄素诱导人卵巢癌细胞株A2780凋亡时，用SP 免疫组化法检测细胞内NF-kB 蛋白（P65）、caspase-3蛋白表达水平，发现姜黄素作用12 h后，细胞爬片上卵巢癌细胞中NF-kB 蛋白（P65）表达下调、caspase-3 上调，并呈时间和浓度依赖性．提示，姜黄素抑制NF-kB 的表达可导致体内许多细胞增殖关键性基因转录降低，考虑是其诱导卵巢癌细胞凋亡的分子机制之一，此外姜黄素能激活凋亡效应分子caspase-3的表达升高，具有诱导人卵巢癌细胞株A2780 凋亡的作用．另报道[18]，姜黄素能使HO-8910细胞积聚在S和G2/M期，并出现亚二倍体凋亡峰．Fas，Fas-L，Bcl-2表达均上调，Bax 加药前后均为阳性．提示，姜黄素对人卵巢癌细胞株HO-8910的增殖具有显著抑制作用；Fas，Fas-L，Bcl-2表达上调可能参与了诱导细胞凋亡．7其它赵敬等[19]在对姜黄素诱导人宫颈癌细胞株Hela凋亡的研究中，用SABC免疫组化法检测细胞内Bcl-2，Bcl-XL，Caspase-3蛋白的表达水平时发现，25μmol/L姜黄素作用48 h后，Bcl-2，Bcl-XL表达均下调，Caspase-3表达增强．在某些细胞中，细胞内粘着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）在细胞凋亡过程中发挥重要作用．细胞内FAK活化和磷酸化，可通过paxillin，Grb2，STAT 等与信号转导有关的分子，激活多条信号转导通路引起细胞凋亡[20]．2004年9月1日《国际癌症杂志》上的报道，姜黄素是在调味品姜黄中发现的一种化合物，对抵抗阿霉素的（B16-R）小鼠黑色素瘤细胞表现出了细胞毒性作用，而且与其它免疫药物联用时还抑制了B16-R黑色素瘤小鼠体内肿瘤的生长．法国UFR科学公司的奥多特（Johann Odot）和同事指出，黑色素瘤B16-R细胞的免疫原性很弱，对化学治疗有很高的抵抗性，而上述结果表明，姜黄素“可能是研制这种黑色素瘤免疫治疗药物的重要工具”．该小组报告，姜黄素通过激活Fas启动的FADD/ caspase-8 依赖性凋亡通路诱发了体外培养的小鼠黑色素瘤 B16-R 细胞的凋亡，而且呈时间和剂量依赖性关系．8 展望肿瘤的发生发展与细胞凋亡有关，诱导细胞凋亡已成为治疗肿瘤的热点和关键，亦成为评估抗癌药物作用能力的重要指标．因此，对姜黄素诱导细胞机制的进一步研究，具有非常重要的临床应用意义和药用价值．姜黄素诱导细胞凋亡的机制复杂，尚未完全明确．因此，在研究过程中，应注意运用更多的实验技术和手段，针对更广泛的细胞株进行研究，并以更新的角度探索其可能的机制．参考文献：[1] Anto R J，Mukhopadhyay A，Denning K，et al．Curcumin（diferuloyl -methane）induces apoptosis through activation of caspase 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Provides an overview of domestic and international apoptosis mechanisms of malign tumor cells induced by curcumin in order to better explore and open up new avenues of cancer treatment.Key words：curcumin；malign tumor；apoptosis；mechanism。