薑黃素的主要藥理活性之一，抑制腫瘤的作用，抗癌機制
薑黃的化學成分及藥理活性研究進展
韓 婷① ,宓鶴鳴
(中國人民解放軍第二軍醫大學藥學院,藥物分析教研室 上海 200433)
摘 要:薑黃為常用中藥,其主要生物活性成分為薑黃素類和揮發油。前者具有降血脂、抗凝、抗氧化、利膽、抗癌等作用;而後者主要起抗炎、抗菌以及止咳作用。
薑黃素類通過誘導惡性腫瘤細胞分化、誘導腫瘤細胞凋亡及對腫瘤生長各期的抑制效應來發揮其抗癌作用,目前臨床應用十分廣泛。
本文就薑黃中主要成分薑黃素及其抗腫瘤藥理實驗和作用機理等研究進展作一綜述,為對薑黃作進一步的現代研究和臨床應用提供依據。
關鍵字:薑黃;薑黃素;藥理活性;細胞凋亡
薑黃為常用傳統中藥,收載於曆版《中華人民共和國藥典》。本品來源於薑科薑黃屬植物薑黃( Curcuma longa L. )的乾燥根莖,具有破血行氣、通經止痛的功能,傳統中醫用於胸脅刺痛,閉經, ■瘕,風濕肩臂疼痛,跌打腫痛[1 ] 。
薑科薑黃屬植物約60 餘種,分佈較廣,盛產於東南亞和澳大利亞北部。我國有16 種,主要分佈在東南至西南部。
“薑黃”之名,始載于《唐本草》,後在宋代唐慎微的《本草圖經》、明代李時珍的著作及清代吳其浚的《植物名實圖考》等中國古代醫藥學著作中都有記載。
薑黃屬植物主要包含揮發油和薑黃素類,後者為二苯基庚烴類,有酚性與非酚性之分。其中,薑黃素(Curcumin) 是中藥薑黃的主要成分,有重要的經濟價值和廣泛的藥理作用,如抗氧化、抗炎、抗動脈粥樣硬化、降血脂等。
近年來,研究發現薑黃素能抑制HIV —1 整合酶活性而用於愛滋病的臨床試驗[2 ] 。此外,抗癌是薑黃素的主要藥理活性之一,其抑制腫瘤的作用已在許多動物實驗中得到反復證實,其具體抗癌
機制已成為近期研究熱點。
1 薑黃的化學成分
薑黃的化學成分主要為薑黃素類及揮發油兩大類,此外尚有糖類、甾醇等[3 ] ,分述如下:
1. 1 薑黃素類 主要有薑黃素(Curcumin) 、去甲氧基薑黃素(demethoxycurcumin) 及雙去甲氧基薑黃素(bisdemethoxycurcu -min) 。此外尚有二氫薑黃素(dihydrocurcumin) 等。
薑黃素的化學結構式為[4 ] :
薑黃素的存在分佈及含量情況:
薑黃屬不同種類植物的總薑黃素和薑黃素含量差異懸殊,可達上百倍,同一種類的不同產地之間差異較小。
總薑黃素最高為薑黃( C. longa ) 根莖,含量均在2 %以上;其次為印尼莪術( C. xanthorrhiza ) 、川薑黃( C. sichuanensis ) 和川鬱金( C. chuanyujin ) ,其含量為0. 2 %～__________0. 5 %;其餘種類低於
0. 1 %。
同一種類不同部位總薑黃素含量差異十分顯著,薑黃( C. longa ) 的根莖均在2 %以上,鬚根為0. 488 % ,塊根僅0. 023 %。產地及貯存期不同,薑黃素含量亦不同,且薑黃素遇光易分解,藥材貯存期長則薑黃素含量明顯下降。
此外,不同種類的薑黃素含量與揮發油含量存在較明顯的相關性[5 ] 。
1. 2 揮發油類 從薑黃根莖揮發油中分離並鑒定出的成分有α,β- 薑黃酮(α,β- tumerone) 、薑烯(Zingiberene) 、芳薑黃烯(artumerene) 、芳薑酮(arz - ingberone) 及1 種沒藥烷骨架的倍半萜(Curtone) ;從溫郁金( C. wenyujin Y. H. Chen et C.Ling) 根莖揮發油中分離並鑒定出的成分有莪術醇(Curcunol) 及莪二酮(Curdione) 等。
1.3 其他類成分 薑黃尚含糖類(阿拉伯糖1. 1 %、果糖12 %、葡萄糖28 %) ;含豆甾醇、β- 穀甾醇、脂肪酸、單烯酸及二烯酸等;微量元素(Mn、Cu、Zn、Mg、Fe 等) 。
2 薑黃的藥理活性
2. 1 薑黃素的抗腫瘤活性與抗癌機制
2. 1. 1 抗腫瘤活性 薑黃素能抑制實驗動物皮膚癌、胃癌、腸癌、結腸癌及乳腺癌的發生,顯著減少腫瘤數目,縮小瘤體大小,降低小鼠黑色素瘤細胞的肺轉移及淋巴細胞生長[1 ] 。對永生性小鼠胚胎成纖維細胞NZH3T3erbB2 原癌基因轉化的NFH3T3 細胞株S180 ,人結腸癌細胞株HT - 29 ,人腎癌細胞株293 及人肝細胞癌HepG2 細胞株,
薑黃素的作用可使這些細胞出現皺縮、染色體凝集及DNA 碎裂,且作用強度與給藥濃度及作用時間呈依賴關係[6 ] 。
與此同時,一定濃度薑黃素可明顯抑制氧化偶氮甲烷(AOM) 誘導的小鼠結腸癌發生,影響腫瘤類型並抑制瘤體大小。
與對照組相比,薑黃素顯著增加小鼠結腸癌結腸上皮細胞的凋亡指數[7 ] 。
在體外薑黃素對MGC803 ,Bel7402 ,Bf16 ,K562/ ADM均有明顯的殺傷作用,並誘導細胞凋亡[8 ] 。
同時,薑黃素不論腹腔注射還是口服給藥,對小鼠黑色素瘤B16 以及艾氏腹水瘤等移植瘤的體內抗腫瘤活性均達到或超過抗癌藥篩選規
解放軍藥學學報 第17卷第2期 薑黃的化學成分及藥理活性研究進展 韓 婷 ·95 ·
① 作者簡介:韓婷(1978 - ) ,女,山東濟南市人。
程規定的藥效指標[6 ] 。薑黃素5mg·L - 1可引起癌細胞凋亡,可見薑黃素超過一定的濃度除了抑制細胞增殖外,還有細胞毒作用;而低濃度薑黃素預處理B16 細胞,可使其成瘤能力明顯下降,侵襲轉移能力也有一定程度的下降,表明薑黃素可在一定程度上逆轉癌細胞的惡性表型。
薑黃素還具有抗白血病作用,運用細胞培養、流式細胞儀和末端TdT 酶標記技術系統研究薑黃素對白血病細胞的殺滅能力和作用方式。
結果發現,薑黃素能選擇性抑制急性髓性白血病細胞HL - 60 的增殖,呈時間與劑量依賴曲線,其
體外抑制HL - 60 細胞24h 達到最大峰值。
亞G1 凋亡峰出現在12h 後,並隨時間延長而逐步增加,24h 可達34. 4 %。
用末端TdT 酶標記法進一步證實凋亡的細胞數在同一時相可達到41 %。
結果表明薑黃素有明確的抗白血病細胞增殖的能力,其作用機理是誘導細胞凋亡,體外濃度和作用時間可作為進一步臨床應用研究時參考[9 ] 。
薑黃素與抗癌藥順鉑合用能顯著提高其抗腫瘤效果,尤其是二者協同治療纖維肉瘤[10 ] 。單用順鉑治療,能降低實驗動物體內一些促腫瘤生成酶,如轉氨酶、乳酸脫氫酶、γ-穀氨醯胺轉肽酶、鹼性磷酸脂酶及5’ - 核蛋白質分解酵素的水準,但不能達到正常指標。
而當薑黃素與順鉑合用時能將這些酶的水準恢復到正常。
由此,薑黃素與順鉑的複合製劑在治療諸如纖維肉瘤等腫瘤中,必將顯示其實際應用價值。
2. 1. 2 薑黃素抗腫瘤作用的機制
(1) 薑黃素誘導惡性腫細胞分化
薑黃素本身誘導分化作用較弱,但當同時存在全反式維甲酸,1 ,2 - 25 (OH) 維生素D3 等分化劑時,則表現較強的協同誘導細胞分化作用[11 ] 。
聯合運用全反式維甲酸和薑黃素刺激細胞主要朝粒系分化,而聯用維生素D3 及薑黃素則刺激細胞向單核系分化。
同時,細胞週期動力學顯示,與單用全反式維甲酸或薑黃素相比,合用兩者處理HT -60 細胞48h 或96h ,能減少S 期細胞數,增加G0/ G1 期細胞數,有效阻斷細胞週期進程[2 ] 。
正常細胞通過各種細胞間隙連接裝置相互傳遞胚胎發育、細胞分化等生長調控資訊,而相鄰表面的接觸抑制,限制了細胞無休止繁殖,使其由增殖態轉向分化態,故間隙連接介導的細胞間通訊在細胞分化中起重要作用。
薑黃素能夠增強細胞間通訊傳遞,使細胞協調生長,防止繼續增殖,誘使其進入分化,由此發揮抗癌效應。
(2) 薑黃素在細胞凋亡中的作用 目前普遍認為:體內腫瘤生長有賴於機體正常調控機制的逃逸,而這一調控過程通過促發凋亡,誘導細胞死亡來實現。
在小鼠肉瘤細胞株S180 ,人結腸癌細胞株HF29 ,人腎癌細胞株293 及人肝細胞癌HepG2 細胞株等細胞中,薑黃素呈現阻斷蛋白激酶C、酪氨酸激酶及花生四烯酸代謝的生化特點,而分別應用以上三種物質的特異性代謝抑制劑可誘導細胞凋亡。
另外,薑黃素能誘使肝胚胎瘤細胞出現包括DNA 梯帶、染色質濃縮與斷裂及特異性18s、28s 核糖體碎片在內的特徵性凋亡檢測標誌[2 ] 。
以上研究結果表明:薑黃素具有誘導腫瘤細胞凋亡的作用[12 ] 。
(3) 薑黃素對腫瘤細胞的抑制作用 薑黃素對腫瘤的抑制作用既可始於腫瘤初始形成階段,又可發生在腫瘤進展期。
薑黃素對進展期腫瘤的抑制效應與其抗炎、抗氧化特性有關。
它既可降低脂質過氧化酶LOX、環過氧化酶COX 及抑制花生四烯酸AA 代謝,又有強大的抗氧化能力,能清除AA 代謝生成的活性氧自由基,由此發揮抑瘤作用[6 ] 。
此外,薑黃素對原癌基因表達的抑制在十四烷大戟二萜醇13 - 醋酸鹽(TPA) 誘導的腫瘤進展階段也有一定作用。
它可能通過對c - fos、c - jun 及c - myc 原癌基因表達的調控來實現對TPA 引發的腫瘤進展期的抑制。
對腫瘤初始形成階段的抑制效應可能與薑黃素的抗誘變作用有關。
薑黃素本身為非誘變劑,具有抗間接致突變物———二氨基芴的致突變作用,且此作用與薑黃素結構中的p - OH基因的抗氧化性密不可分。還有一種可能性是,薑黃素通過改變間接致突變物的代謝活性來抑制致突變物的誘變作用[13 ] 。
薑黃素能提高肝細胞中谷胱甘肽S 轉移酶GST 水準及活性,增強肝臟對誘變劑的解毒能力。薑黃素能抑制包括腫瘤壞死因數TNF 等誘導的NF - kappaB 啟動劑在內的多種轉錄因數活性,通過對細胞轉錄水準的調控,發揮抗腫瘤細胞效應[2 ] 。
2. 2 薑黃的其他藥理活性 薑黃中起降血脂、抗凝、抗氧化、利膽、抗癌作用的主要為薑黃素類,而起抗炎、抗菌作用的主要為揮發油[2 ] 。
2. 2. 1 降血脂作用 薑黃醇提取物、揮發油及薑黃素都有降血漿總膽固醇、β- 脂蛋白和甘油三酯的作用。
並能使主動脈中膽固醇和甘油三酯的含量降低,其中薑黃醇提取物及薑黃素的作用最強[2 ] 。薑黃醇提取物對實驗性動物的動脈粥樣硬化症有效[14 ] 。
2. 2. 2 抗凝作用 薑黃醇提取物及薑黃素對血小板聚集功能有抑制作用,薑黃素還有增加纖溶活性的作用。
還有實驗表明,去氧基薑黃素及雙去甲氧基薑黃素也是抗凝有效成分[2 ] 。
且薑黃素抑制血小板聚集作用可能與調節二十烷類的生物合成有關[15 ] 。
2. 2. 3 抗氧化作用 薑黃素類為抗氧化有效成分,能清除氧自由基而發揮抗氧化活性。薑黃的抗氧化活性與其中含有的一種熱穩定蛋白———抗氧化蛋白(TAP) 有關[16 ] 。
薑黃素可提高大鼠心肌耐缺氧能力,對大鼠心肌的缺血性損傷具有一定的保護作用,並推測該作用可能主要與抗自由基的活性有關,此外,其穩定細胞膜,提高超氧化物歧化酶(SOD) 活性等可能起也一定作用[17 ] 。
2. 2. 4 對呼吸道的作用 薑黃揮發油具有明顯的祛痰、止咳及預防哮喘發作的作用,提示薑黃揮發油氣霧劑吸入對痰多咳嗽可能有良好的治療作用[18 ] 。
2. 2. 5 薑黃的其他藥理作用 薑黃素能雙重抑制花生四烯酸(AA) 生化途經———環氧化酶(COX) 、脂過氧化酶(LOX) 而表現抗炎活性;增強抗氧化酶活性而被用於天然優質食品添加劑。
此外,薑黃素能提高網狀系統吞噬力,調節機體免疫力,同時還具有利膽、保肝作用。薑黃揮發油則具有明顯的抗菌作用,其中對黑麯黴的抑制作用最強。
3 薑黃的毒性
薑黃或其醇提物對小鼠、豚鼠、猴子的急性毒性試驗表·96 · 解放軍藥學學報 2001年4月 第17卷 第2 期 Pharm J Chin PLA Vol 17 No 2 Apr 2001
明:即使在很高濃度(2. 5g·kg- 1及300mg·kg- 1) 也不顯示出毒性[3 ] 。用薑黃素進行長期毒性實驗,用較大劑量(成年人用量的20 倍和100 倍) 給大鼠連續口服80d ,對大鼠的進食量和生長發育(體重增長) 均無影響,對肝功能和腎功能均無毒性作用。
肉眼觀察心、肺、脾、肝、腎、胃、腎上腺、甲狀腺、胸腺、睾丸(卵巢) 和子宮(前列腺) 等器官均未發現損傷性改變,病理學檢查也證實了這一點。說明薑黃素在上述劑量下連續服用80d 是安全的[19 ] 。
4 展 望
4. 1 光敏化薑黃素誘導胃癌細胞凋亡 近年,光動力學治療腫瘤的技術已逐漸完善,但配合治療所需的光敏劑的開發研究卻進展不大,臨床使用的光敏劑仍以血卟啉衍生物為主。
最近發現,薑黃素在光照條件下(光敏化薑黃素) 誘導細胞凋亡的作用較無光照條件下(非光敏化薑黃素) 更顯著,提示薑黃素具有光化學反應特性並能顯著誘導細胞凋亡[20 ] 。
薑黃素在光照下可發生光化學反應並具有細胞毒作用,推測光敏化薑黃素誘導細胞凋亡作用可能與薑黃素在光照下產生更多活性氧自由基有關。
總之,有關光敏化薑黃素誘導細胞凋亡的機制尚待進一步研究,薑黃素可望進一步開發成光動力學治療腫瘤的新型光敏劑。
4. 2 薑黃素在細胞週期中的作用 近年研究成果表明,細胞週期的失控在腫瘤發病中處於極其重要環節。
正常細胞週期由G1 →S →G2 →M的順序進程有賴細胞週期蛋白依賴性激酶複合物特異性信號傳遞。
在細胞週期由G1 進入S ,存在G1/ S 阻滯點,由於各種原因發生G1 阻滯的細胞既可通過修複受損基因組,越過阻滯點,繼續發育,完成增殖週期,也能及時啟動凋亡系統,清除受損細胞。若G1/ S 阻滯點這一調控功能喪失,則使攜帶受損基因組的細胞不發生G1 阻滯,從而導致細胞增殖失控,進而最終形成腫瘤。
國外報導了用bonm 薑黃素處理CoLo205 大腸癌細胞時發現:可檢測到G1阻滯現象,且凋亡特異性DNA 電泳梯帶延遲5h。
薑黃素調控週期G/ S 阻滯點,引發G1 期阻滯,是對其抗癌特性的突破性認識,拓展了對薑黃素抗癌機制的研究,已引起了越來越多的關注,成為腫瘤治療領域的新熱點。
綜上所述,薑黃素作為一種從天然植物中提取的中藥,有著廣泛的經濟及藥用價值。
目前,我們正在對其作進一步的研究。隨著對其抑制HIV - 1 整合酶活性、抗腫瘤活性等特殊藥理作用的繼續全面而深入的研究,薑黃素有希望作為一種新型、高效、低毒抗愛滋病和抗癌藥物在臨床治療上得到實際應用。
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(收稿日期:2000 - 12 - 05 ;修回日期:2001 - 01 - 31)
(本文編輯 梁愛君)__
