张晓云 许博文 仝 乐 闫金银 蔡海峰

华北理工大学研究生学院;①附属唐山市人民医院乳腺二科 河北唐山 063000

蒜素抗肿瘤作用机制的研究进展

张晓云 许博文 仝 乐 闫金银①蔡海峰①

华北理工大学研究生学院;①附属唐山市人民医院乳腺二科 河北唐山 063000

蒜素 恶性肿瘤 细胞增殖 细胞凋亡

大蒜为百合科，葱属植物的地下鳞茎，富含多种微量元素及生物活性成分。大蒜中的主要生物活性物质被认为是含硫化合物，也被称为蒜素[1]。根据其化学性质，最常见的有机硫化物可分为两类：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-烯丙基巯基半胱氨酸(S-allylmercaptocysteine，SAMC)、蒜氨酸等，此类化合物性质稳定，无刺激性气味。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，具有独特的臭味和刺激性，且不稳定。蒜素因其具有抗炎、抗菌、保护心血管以及提高免疫力等作用已在临床中应用了几十年[2～4]，最近相关研究表明，大蒜素还能减少癌症风险，蒜素通过抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡，发挥抗胃癌、乳腺癌、胶质母细胞瘤及肝细胞癌等多种恶性肿瘤作用[5～6]。本文就蒜素抗肿瘤作用的相关研究进展做一简要综述。

1 抑制肿瘤增殖

恶性肿瘤形成的主要特征之一是细胞失控性增殖而致的无限异常增殖。大蒜的多种水溶性及脂溶性有机硫化物成分均具有一定抗恶性肿瘤细胞增殖的作用[7]。蒜素中烯丙基含硫化物DADS、DAS、DATS可抑制人胶质母细胞瘤U87MG和T89G细胞增殖，呈剂量依赖性，且DATS的抑制作用活性最强[8]。董忠等[9]关于蒜素对体外培养的小鼠膀胱癌MBT-2细胞的增殖抑制作用实验中发现，随着蒜素浓度增加，MBT-2细胞胞体缩小，胞膜皱缩突起消失，胞质浓缩，染色质浓缩边聚，细胞间间隙增宽，活细胞数逐渐减少，部分细胞脱落悬浮于培养基，结果表明蒜素可呈剂量依赖性抑制膀胱癌细胞MBT-2的增殖。邵淑丽[10]等在蒜素诱导结肠癌HT-29细胞凋亡的实验发现，HT-29细胞经蒜素处理48小时后，透射电镜下观察到细胞表面的微绒毛减少，细胞核内染色质呈斑块状边集，并且线粒体内出现空泡变性等改变，提示蒜素对恶性肿瘤细胞有直接杀伤作用。

细胞增殖核抗原(PCNA)是一种仅在增殖细胞中合成或表达的核内多肽，在细胞中高表达时，提示细胞DNA复制或修复，而低表达时，提示细胞凋亡，故此PCNA表达水平可作为反映增殖细胞活性的标志之一。廖前进等[11]用DADS干预裸鼠结肠癌SW480移植瘤模型，研究发现DADS可明显抑制移植瘤的生长，DADS组相对肿瘤增殖抑制率为49.85%，平均移植瘤瘤体积明显小于对照组，免疫组化显示两组移植瘤组织中均有PCNA蛋白阳性表达，但DADS组的PCNA蛋白表达与对照组相比较弱(P<0.05)，表明DADS具有较强的抑制肿瘤增殖活性。Xiao等[12]研究证实，水溶性蒜素SAMC不仅可以具有使人结肠癌细胞微管发生解聚及微管网状系统分裂作用，还可干扰纺锤体形成使分裂期癌细胞中单极及多级纺锤体数量明显增加，提示SAMC可干扰细胞有丝分裂及染色体形成，从而抑制癌细胞的有丝分裂。

2 影响肿瘤细胞的分裂周期

肿瘤细胞的有丝分裂周期可分为DNA合成前期(G1期) 、DNA合成期(S期)、DNA合成后期(G2期)和有丝分裂期(M期)。相关研究表明蒜素能够作用于肿瘤细胞分裂周期的某个环节 , 致使细胞增殖受阻 ,诱导细胞发生凋亡。最近相关研究发现，水溶性蒜素中的SAC可下调MHCC97L肝癌细胞有丝分裂中细胞周期素B1和细胞分裂周期蛋白2的表达水平[13]。水溶性蒜素中的SAMC可以通过干扰微管组装，导致细胞停滞在分裂周期的G2/M期，引起细胞的晚期凋亡[4]。细胞外信号调节激酶(ERK)持续活化最终可促进细胞增殖以及向恶性转化。Knowles等[15]发现DADS干预结肠癌HCT-15细胞后，HCT-15细胞同样停滞于G2/M期，且EPK磷酸化的水平可呈剂量依赖性上升，表明DADS对细胞周期的影响可能是由细胞内EPK活性增加引起。国内学者张永奎等[16]研究发现，蒜素在一定范围浓度内可呈浓度及时间依赖性抑制人骨肉瘤Saos-2细胞的增殖，使Saos-2细胞停滞在G0/G1期。邵淑丽等[10]通过观察蒜素对结肠癌HT-29细胞凋亡的作用发现，蒜素作用后的细胞分裂周期中G1期峰值降低，S期和G2期峰值升高，凋亡峰同时也随之升高，结果显示，经蒜素处理后细胞生长被阻滞于S期和G2期，细胞凋亡发生率增加。

3 诱导肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡(cellapotosis)是涉及基因调控、机体内信号传导以及免疫应答等多因素参与的细胞程序性死亡的生理过程。恶性肿瘤细胞缺乏是一正常的生理特征，而蒜素可通过诱导细胞凋亡的发生而达到抗肿瘤作用[17]。细胞凋亡途径主要包括两条即细胞外死亡受体途径及细胞内线粒体途径。死亡受体途径主要是通过激活细胞内P53、Bcl-2、Caspase-8、Fas和NF-κB等基因；线粒体途径主要是通过影响线粒体的膜电位，促使线粒体内细胞色素C的释放，进而引起胞内Ca2+含量升高，激活Caspase-9。上述两途径都最终导致Caspase-3活化。Caspase-3、Caspase-6和Caspase-7活化后可激活核酸内切酶，促使双链DNA的断裂，最终导致细胞结构的解体[18～20]。蒜素可通过多途径、多靶点诱导肿瘤细胞凋亡，包括调节Bcl-2/Bax、调节Caspase、JNK-MAPK等。

国内外大量实验研究表明，蒜素可通过调节抗凋亡蛋白Bcl-2家族相关蛋白和凋亡前体蛋白(Bax/Bak)等诱导细胞凋亡。在神经胶质母细胞瘤中蒜素可通过Bcl-2/Bax介导的线粒体途径，MAPK/ERK信号传导途径以及抗氧化酶系统诱导凋亡[21]。在结肠癌中，蒜素可增加细胞色素C从线粒体释放到胞浆的能力，促使细胞凋亡的发生。在研究DADS处理人胃腺癌AGS细胞的实验中发现，DADS可降低细胞活力并诱导细胞凋亡，DADS不仅可以激活Caspase-3蛋白的表达， 还可以通过下调抗凋亡基因Bcl-2及上调促凋亡基因Bax的表达促使细胞凋亡的发生[22]。 此外，蒜素可通过p38促分裂原活化蛋白激酶/胱天蛋白酶-3的信号通路以及引起p53介导的自噬细胞诱导细胞凋亡[23,24]。

Caspase家族在细胞凋亡发生中起着重要作用， 是细胞凋亡信号传导途径的关键因素。水溶性蒜素SAMC处理人结肠癌细胞可通过结合微管蛋白从而破坏微管组装，激活Caspase-3，同时也可激活JNK信号传导通路促进细胞凋亡[25]。Nagaraj等[26]研究报道DADS诱导人前列腺癌Pc-3、肺癌Calu-1、乳腺癌MCF-7细胞发生凋亡时，细胞Caspase-3、Caspase-9表达水平升高，同时检测到Bcl-2减少，Bax促使线粒体转位，细胞内线粒体膜电位下降导致CytC释放进入胞质，结果显示DADS可引起Caspase依赖性的细胞凋亡。蒜素能显著抑制胃癌细胞增殖并促进其发生细胞凋亡，呈现一定的时间及浓度依赖性,促凋亡作用与蛋白激酶/Caspase-3信号传导通路密切相关[27]。

4 抑制肿瘤细胞的转移和侵袭

肿瘤转移是指肿瘤细胞从原发位通过血管或淋巴管等移行至转移灶的过程，是导致肿瘤恶化及复发的主要原因。相关研究表明，蒜素对抑制肿瘤侵袭转移也具有显著疗效。张丹等[28]就蒜素对胃癌SGC-7901细胞迁移能力的影响进行了相关实验研究，通过划痕实验证实12、24μg/mL蒜素对SGC-7901细胞迁移具有明显抑制作用，且随蒜素浓度的增加，抑制作用增强。Taylor等[29]通过注射不同浓度蒜素可以显著减少黑色素瘤细胞B16BL6小鼠模型的肺转移。Howard[30]对前列腺癌PC3细胞移植瘤小鼠模型给予SAMC(300mg/kg)处理，发现肿瘤肺转移数目与对照组相比降低85.5%，并且肾转移几乎完全被抑制。

上皮间质转化(Epithelium-MesenchymalTransition，EMT)是恶性肿瘤侵袭及转移发生的重要过程。恶性肿瘤发生侵袭及转移之前，肿瘤细胞会通过EMT转变过程获得间质细胞所具备的侵袭和运动能力，从而促进肿瘤的远处转移[31]。目前大量研究已经证明，EMT是肿瘤发生浸润转移的重要机制。董益明等[32]用蒜素处理发生上皮间质转化的HGC-27胃癌细胞，镜下观察到加入蒜素干预后的HGC-27细胞，细胞间粘附链接增多，状态由分散向紧密变化，细胞特性逐渐由间质细胞向上皮细胞转化，免疫组化检测EMT相关标志蛋白E-cadherin及Vimentin在干预前后的表达情况，发现干预后E-cadherin的表达升高而Vimentin的表达降低，但均未达到无处理对照组细胞Ecadherin、Vimentin的表达水平，提示蒜素在一定程度上可抑制HGC-27胃癌细胞发生EMT。E-cadherin的表达下调也是肿瘤发生远处转移的主要特征之一，蒜素中SAMC和SAC可以通过修复E-cadherin的表达抑制前列腺癌细胞的侵袭[33]。

大蒜作为一种天然常见植物，其作为调味食材与防治疾病药物的历史已有4000余年。在中医经典著作《本草纲目》中曾记载“胡蒜能通五脏，达诸窍，去寒湿，避邪恶，消臃肿，化癖积肉食”。现代药学相关研究表明，大蒜中含有的含硫化合物拥有广泛的生物活性，尤其是其抗肿瘤疗效，抗肿瘤谱广，且毒副作用小，使之成为国内外研究者十分关注的焦点。

蒜素能通过多靶点、多信号途径抑制肿瘤细胞增殖，其中包括细胞周期阻滞、细胞凋亡的诱导等。蒜素主要分为水溶性化合物和脂溶性化合物两大类，前期大量研究结果表明，大蒜经多途径达到抗肿瘤与其亲水性或亲脂性作用靶点相关，例如蒜素中所含硫取代、巯基取代基等数目的多少与蒜素抗肿瘤作用能力呈一定相关性，这提示我们需要进一步研究筛选出蒜素中不同成分的优势作用强度及作用靶标点，为临床上合理利用蒜素治疗恶性肿瘤提供理论基础。目前关于蒜素治疗恶性肿瘤的药用疗效研究大部分集中在体外细胞及动物模型水平上，未来应该侧重于蒜素对肿瘤的预防和临床治疗效果的观察。此外，大蒜中所含的有机硫化物成分极不稳定，容易降解，研发具有更高稳定性的制剂有待于更加深入和系统的研究。因此，在现有大量研究的基础上，进一步系统深入的研究蒜素抗肿瘤作用的机制及其他应用中的相关问题，对新药物的研发与其临床应用具有十分重要的意义。

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(2016-09-23 收稿)(库雪飞 编辑)

张晓云(1989-),男，硕士研究生。研究方向：乳腺肿瘤外科。

蔡海峰。

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2095-2694(2017)02-165-5