强占荣，李息友，沙卫红

(1.桂林医学院第二附属医院消化科，广西 桂林；2. 广东省人民医院消化科，广东省医学科学院，广东 广州)

0 引言

1 姜黄素抗幽门螺杆菌、抗炎作用

1994年世界卫生组织将幽门螺杆菌定为Ⅰ类致癌原，大量的研究表明，幽门螺旋杆菌(helicobacter pylori，Hp)是慢性活动性胃炎的病因，并可能参与胃癌的发生，是已知的最强的胃癌发生风险因子。大约70%的胃腺癌(非贲门癌)与其相关，此外Hp与胃十二指肠溃疡及胃粘膜组织相关淋巴瘤(mucosa associated lymphoid tissue type， MALT)均有关[6]。因此，根除Hp在胃癌的防治中非常重要。我国作为使用抗生素药物大国，目前抗生素的耐药率不断增高是面临的一个严峻问题，在大部分人群中推广根除Hp可能会使这一问题更加突出，如何提高根除效果是一个难点。而随着天然植物药物的研发进展，运用天然植物药物姜黄素根治Hp，将可能成为新的研究热点。

从前的研究认为莽草素途径是细菌合成芳香族氨基酸、叶酸、辅酶Q的关键环节。莽草素脱氢酶(shikimate dehydrogenase，SDH)是莽草素途径关键作用酶，其作为开发无毒或低毒抗菌药物的作用靶点近来被给予极大的关注，这种酶能够被Hp的aroE基因所编码，而Han等[7]研究认为姜黄素是一种非选择性的SDH抑制剂。Ronita D等[8]研究发现，姜黄素最低抑菌浓度在5μg/mL至50μg/mL之间能够有效抑制不同Hp菌株的生长，并可能不完全依赖莽草素途径。同时，从该项研究中对Hp感染小鼠的实验发现姜黄素能够非常有效地根除Hp并恢复Hp感染所致的胃粘膜炎症损伤。然而，Santos M等[9]对感染Hp的小鼠研究则发现应用姜黄素未能完全根除Hp，但能够显著降低已感染Hp的小鼠炎性因子和趋化因子表达，证实姜黄素对Hp感染黏膜的抗炎作用，并认为姜黄素尽管不是杀菌剂，但可能影响幽门螺杆菌毒力基因的表达及数量。也有研究认为许多实验中姜黄素抗菌效果不佳可能与使用剂量较小相关。Kundu P等[10]研究发现姜黄素能够较三联根除药物更为有效地抑制Hp感染诱导的小鼠胃粘膜上皮细胞核因子-κB (nuclear factor-κB，NF-κB)的激活以及IL-1β、TNF-α、IL-8和诱导性一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)表达的上调。

已知癌症启动常起源于氧化应激和慢性炎症。炎症是癌症启始、进展的关键调节因素，常可能阻止癌细胞启动细胞凋亡并为其提供增殖方面的信号[11]。NF-κB等炎症因子信号通路激活与肿瘤发生进展具有密切的关系[12]， NF-κB在炎症与肿瘤中常上调表达，具有非常重要的作用，也是抗癌治疗的重要作用靶点[12]。

细菌生物膜在医学中的重要性在于它在感染持续性中的作用，因为生物膜没有被清除，生物膜中的细菌对抗生素和宿主防御的抵抗力比那些自由的活细菌可高达1000倍[13]。生物膜的不稳定，可增加特定菌株的抗菌敏感性。通常抗菌剂和抗生物膜分子联合使用具有协同作用。Hp在体内外均可形成生物膜，亦使针对其抗菌根除治疗增加了难度。姜黄素在亚抑制浓度时，以剂量依赖性的方式作用于生物膜的形成，提示姜黄素可作为标准首选抗Hp根除疗法的协同治疗剂，尤其是在与生物膜形成相关的复发性感染的治疗中更具价值[14]。

新近有研究者使用姜黄素联合标准三联疗法行抗Hp疗效观察，结果发现姜黄素联合三联疗法能够明显提高三联疗法Hp根除效率，同时较单纯三联药物治疗组和未干预治疗组，粘膜氧化性损伤的各项指标均显著改善[15]。还有研究者采用姜黄素作为内镜蓝光的光敏剂进行光动力抗幽门螺杆菌研究，发现二者具备良好抗幽门螺杆菌(不论细菌耐药与否)协同作用，为抗幽门螺杆菌研究提供了新的方法和思路[16]。

2 姜黄素抗氧化作用

研究认为Hp感染为胃癌发生关键的始发因素，它可引发胃粘膜持续的慢性炎症免疫反应及氧化损伤，因这种反应产生的自由基可引起细胞DNA损害，DNA链断裂可能导致基因组不稳定从而促进了胃癌的发生[17]。

目前，众多研究已证实姜黄素的抗炎、体内外抗氧化特性[5]。姜黄素的抗氧化作用与其分子结构有关。姜黄素的酚性羟基赋予其电子受体的特性，因此，使自由基处于不稳定状态，可有效捕获或清除氧自由基(radical oxygen species，ROS)，从而产生抗氧化效应，已有多种体外模型证实了姜黄素的电子亲合及ROS清除活性特征[18]。姜黄素也在修复紫外线及压力应激等因素诱发的DNA损伤中发挥重要作用，并减少引发早期癌变发生的ROS化合物的产生[19]。

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N-亚硝基化合物(N-nitrosocompounds，NOCs)在至少40种动物物种的多个器官中是致癌的，被确定为是一级致癌物，可诱发动物的食道癌、胃癌、肝癌、结肠癌、膀胱癌和肺癌等多种癌症[20]。姜黄素则能够保护人工合成的NOCs N-甲基-N'-硝基-N-亚硝基胍(N-methyl-N-nitro-N-nitrosoguanidine，MNNG)导致的DNA损伤并促进DNA损伤修复可能是其发挥抗癌作用的重要机制[21]，而其中抗氧化作用可能是其促进DNA损伤修复、抗诱变的关键因素之一。

此外，姜黄素能够显著抑制诱导性一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的产生，后者在细胞内的氧化应激中发挥重要作用，是重要的肿瘤启始因素。此外姜黄素可通过调控 Nrf2-ARE、NF-κB、NADPH/ROS、Notch、AMPK/eNOS和MAPK 等多条信号转导通路，激活相关信号分子，调控相应功能基因的表达水平，增加或降低多种蛋白的表达，诱导产生抗氧化酶，削减氧化应激，从而发挥抗氧化作用[22]。

3 姜黄素对胃癌细胞表观遗传学的影响

表观遗传学修饰在肿瘤的发生、诊断和治疗等方面具有重要意义，因此近年来受到极大重视。表观遗传修饰包括DNA的甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑及非编码RNA调控等4种形式。

姜黄素导致的部分基因低甲基化机制尚不完全清楚，姜黄素可抑制DNA甲基转移酶I(DNMT1)，从而导致多种基因的低甲基化。组蛋白修饰是最主要的表观遗传学改变，其与基因表达的调节及癌症发生具有密切关系[23]。研究认为，姜黄素同时也是组蛋白乙酰化酶(HAT)和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂，从而可能调控肿瘤的发生及癌细胞内失调的多种细胞功能。

在大多数实体肿瘤中，非编码RNA常呈现表达异常，如胃癌、结直肠癌等细胞或组织中，miR-21的表达均显著升高。miR-21可作用多种靶位点调控胃癌的发生和发展，幽门螺杆菌感染及N-亚硝基化合物均可通过诱导胃粘膜上皮细胞miR-21表达增加，进而促进胃癌的发生[24]。新近有研究发现miR-21及其靶基因参与了MNNG诱导胃癌形成的基因调控网络[25,26]，并认为姜黄素抗癌作用中抑制miR-21表达进而调控下游众多基因表达变化，可能发挥“单击多靶”效应，从而抑制癌细胞增殖，诱导细胞凋亡。miR-21/PTEN/PI3K/Akt通路在肿瘤生长、迁移和侵袭中起关键作用[27]。Qiang Z等[28]报道姜黄素能在一定作用浓度范围内能有效抑制胃癌MGC-803细胞增殖，并诱导细胞凋亡，初步证实了姜黄素可通过调控miR-21/PTEN/PI3K/Akt通路发挥抗胃癌效应。姜黄素抗MNNG诱导胃上皮细胞恶变过程中，是否有调控miR-21/PTEN/PI3K/Akt等通路机制参与则有待进一步研究阐明。

4 抑制癌症干细胞增殖

4.1 癌症干细胞相关基因

癌症干细胞(Cancer stem cells，cscs)是一组可以启动癌症并具有自我更新能力的细胞，肿瘤干细胞理论的引入为肿瘤的治疗带来了新的挑战和机遇。根据肿瘤干细胞理论，选择性抗肿瘤干细胞可能克服肿瘤耐药并防止肿瘤复发和转移。与控制干细胞更新有关的基因被称为新型分子标志，它们不受控制的表达在肿瘤再生中很重要。这些基因中最重要的包括OCT4、 NANOG、SOX2和KLF4[29]。近期也有研究认为NF-κB介导的信号路通也可直接影响与癌症进展相关的癌症干细胞干性特征的维持[30]。

4.2 姜黄素调控癌症干细胞相关基因表达及抑制癌症干细胞增殖

姜黄素作为一种肿瘤抑制剂，已经在多种肿瘤细胞、肿瘤干细胞及临床实体瘤的研究中展示了其抗肿瘤活性[31]。Ramasamy TS等[32]研究认为，姜黄素能靶向结肠癌癌症干细胞，且其抗肿瘤作用可被多种抗癌剂所增强，姜黄素可调控与癌症干细胞密切相关的调节信号，如调控WNT/beta-catenin、sonic hedgehog (SHH)、NOTCH、PI3K/PTEN/Akt/mTORC相关基因通路以及miRs的表达，并可能影响结肠癌癌症干细胞上皮-间质转化及抑制癌细胞增殖。姜黄素同时作用于结肠癌细胞及结肠癌癌症干细胞时，可相对更多地诱导结肠癌癌症干细胞凋亡，该研究认为姜黄素可能在细胞膜上与CD44+分子相互作用，阻止谷氨酰胺进入细胞可能是其中一个重要原因[33]。

Mirzaei等[29]研 究 发 现OCT4A、OCT4B、NANOG及Nucleostemin在姜黄素浓度低于20μg/mL时表达是下降的，姜黄素下调Nanog及Nucleostemin基因的作用，与姜黄素作用的时间及浓度成正比。结果提示，姜黄素可通过降低csc增殖相关基因的表达来抑制细胞分裂和肿瘤的再生长。

5 姜黄素调控相关信号系统并抑制肿瘤发生及进展

姜黄素富含酚基的分子结构及生物物理学特性使得其可在不同的阶段与许多不同的蛋白质相互作用，从而发挥多种抗肿瘤作用[34]。姜黄素通过调节酶的表达、激活或失活生长途径信号以及诱导细胞凋亡等机制可在各种癌症治疗中发挥其潜在作用。其在癌细胞模型上产生的效应无法在非肿瘤细胞中复制，因此也就可以解释其对人类应用所呈现的低毒性特点[35]。

姜黄素是明确的NF-κB抑制剂，可预防抑制性κB-a磷酸化和降解并因此阻止NF-κB的激活从而下调iNOS基因的转录[36]。受NF-κB调控的基因包括cyclin-D1、Bcl-2、MMP-9(基质金属蛋白酶-9)，以及如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α)等多种细胞因子，姜黄素对NF-κB表达的控制进而可抑制使炎症持久化并有利于肿瘤细胞生长的众多炎症因子的表达[37]。

姜黄素能够阻止NF-κB激活并抑制IκB激酶的激活。COX-2表达被认为是通过NF-κB细胞内信号通路介导的，过表达COX-2可导致恶性细胞增殖及侵袭。姜黄素是通过抑制κB-a的降解从而阻止NF-κB功能活性亚单位的细胞内转位并阻止异常的NF-κB激活，因此而抑制COX-2的表达[38]。姜黄素亦能通过抑制MMP-9表达而削减肿瘤细胞的侵袭及转移[39]，已知MMP-9在肿瘤新生血管生成及增加肿瘤进展中具有重要作用。

此外，姜黄素还能够抑制细胞生存并抑制多种细胞增殖相关基因表达，除COX-2、Bcl-2、MMP-9外，还包括cyclin D1、IL-6等，同时通过诱导Caspase激活及核糖多聚酶裂解而诱导细胞凋亡[40]。

异常的致癌转录因子STAT3信号是肿瘤发生和进展的重要程序，因此对STAT3通路激活能发挥抑制的药物常具有抗肿瘤效用。在胃癌相关的研究中，姜黄素作用也能够通过下调STAT3等基因表达，而抑制胃癌细胞增殖并诱导凋亡[41]。

PI3K/AKT/mTOR通路是经典的抗凋亡、促进生存的信号转导通路，可调节诸如：细胞增殖、生存、迁移等生理和病理过程。AkT通路在胃癌组织中呈激活状态，并与胃癌细胞的增殖与生长存在密切关系，该通路抑制则可明显促进胃癌细胞凋亡的发生[42]。姜黄素被认为是明确的mTOR抑制剂[43]，有研究已证实姜黄素可明显抑制胃癌细胞PI3K/AKT/mTOR通路，抑制胃癌细胞增殖及诱导凋亡发生[44]。体外多种细胞模型中证实，激活的mTOR可通过调节mTORC1复合体来减低癌细胞自噬的发生，姜黄素则可通过抑制PI3K/AKT/mTOR通路使mTOR失活，从而增加癌细胞的自噬[45]。恶性肿瘤细胞在氧供充分的情况下，也能进行有氧糖酵解，消耗大量葡萄糖，产生大量的乳酸，被称为Warburg效应，该效应能为癌细胞提供生长增殖优势。姜黄素通过直接下调丙酮酸激酶M2以及mTOR，并能够降低细胞内促进Warburg效应的HIF-1α因子水平，减少细胞葡萄糖摄入，从而导致细胞凋亡的发生[46]。

姜黄素还可与 p53，Notch-1，激活子蛋白-1(AP-1)，β-连环蛋白(β-catenin)、Ras、p21活化激酶1(PAK1)等相互作用，从而抑制细胞增殖、诱导细胞凋亡[47]。有报道表明，姜黄素还能够通过调节NF-κB/ VEGF信号抑制肿瘤血管生成过程[48]。

6 姜黄素增强肿瘤化疗敏感性、逆转多药耐药以及减轻化疗药物毒副作用

6.1 增强肿瘤化疗敏感性及逆转多药耐药

肿瘤细胞对化疗药物抵抗是抗肿瘤化学药物治疗中的一大难题。研究认为，PI3K/Akt通路、NF-κB的激活均与癌细胞耐药相关[49]。Roy S等[50]研究显示在5-Fu和奥沙利铂耐药结肠癌细胞中二氟化姜黄素(Difluorinated-curcumin，CDF)能通过降低miR-21表达并上调磷酸酶和张力素同源物(PTEN)，从而降低PI3K/Akt信号通路的活性状态，增加癌细胞化疗药物敏感性。姜黄素亦可通过抑制NF-κB信号通路增加胃癌细胞对5-FU的化疗敏感性[51]。姜黄素联合5-FU或奥沙利铂对胃癌BGC-823细胞裸鼠移植瘤生长可发挥明显的协同抑制作用[52]。

Yu L等[53]也发现无细胞毒作用浓度的姜黄素可以逆转长春新碱抵抗的变异株SGC-7901/VCR胃癌细胞的多药耐药(multidrug resistance，MDR)。机制为姜黄素通过降低NF-κB的激活，从而减少了NF-κB诱导的抗凋亡基因产物Bcl-2与Bcl-xL的表达。此外Tang X等研究认为姜黄素可抑制SGC-7901/VCR细胞中耐药相关的糖蛋白P-glycoprotein(P-gp)的过度表达，增强Caspase-3活性从而逆转MDR，增强了化疗药物的敏感性[54]。新近He W等[55]研究也发现，姜黄素可能通过下调P-gp及热休克蛋白27(HSP-27)表达促进细胞凋亡从而逆转对5-FU耐药的结肠癌细胞株HCT-8/5-FU的多药耐药，进一步支持姜黄素可逆转化疗药物耐药这一特性并初步阐释了其发挥作用可能的机制。

6.2 减轻化疗药物毒副作用

骨髓抑制是化疗最常见的副反应，在应用卡铂进行化疗观察的小鼠中同时给予姜黄素能够明显减低骨髓细胞DNA损伤及骨髓抑制的程度同时缩短骨髓抑制的时长[56]。另一项对大鼠的动物研究中姜黄素则可明显减轻阿霉素引发的大鼠心肌损伤，并认为与姜黄素能够降低脂质体过氧化及减少氧化应激相关标志分子谷胱甘肽的耗竭有关，伴随肌钙蛋白及乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase，LDH)及LDH心脏亚型水平的下降，姜黄素同时降低了心肌细胞中的细胞凋亡信号以及促炎因子的表达[57]。阳卫立等[58]对晚期胃癌也进行了姜黄素联合FOLFOX化疗方案的临床研究，结果发现，与单纯应用化疗药物比较，联合应用姜黄素能够明显减轻化疗副反应，并提高患者的耐受性。

目前，国内外已有较多临床研究中采用姜黄素及其衍生物进行抗多种肿瘤的临床观察，且在部分研究中已取得了较好的临床疗效[59]，因此有理由认为，姜黄素及其衍生物具有抗肿瘤临床开发应用的广阔前景。

7 小 结

大量研究表明，姜黄素具有良好的安全性、有效性以及良好的成本效益比和几乎无剂量限制毒性，并具有多靶向性，能够调节包括细胞增殖，癌症相关的炎症，调控癌细胞凋亡及细胞周期、癌血管生成和转移等多种肿瘤生物学过程。此外，姜黄素还具有抗Hp、抗炎、抗氧化作用，以及通过靶向多种致癌转录因子的表达或激活以及调控相关信号转导通路、细胞内表观遗传学修饰作用和增强化疗敏感性等广泛机制而发挥其重要的抗胃癌作用。不过，目前姜黄素低生物可利用度问题仍是其临床应用的最大障碍，随着采用新的给药系统、开发衍生物及佐剂等方法以增大姜黄素的有效生物利用度，其在胃癌等多种肿瘤防治中可能将得到广泛的临床开发应用，因此值得进一步深入探索研究。