姜黄素及其衍生物抗肿瘤血管生成研究进展

刘卫海 郑彦云

（广东食品药品职业学院，广东广州 510520）

姜黄素及其衍生物抗肿瘤血管生成研究进展

刘卫海 郑彦云*

（广东食品药品职业学院，广东广州 510520）

血管生成是肿瘤发生发展的重要因素，新生血管不仅为肿瘤提供营养和氧气，还为其恶性转移提供必要条件，采用抗血管生成疗法治疗肿瘤已得到广泛的研究，近年来发现抗血管生成也是姜黄素抗肿瘤的重要机制之一。本文综述了姜黄素及其衍生物抗肿瘤血管生成的研究概况，并总结归纳了其作用的分子机理。

姜黄素 抗肿瘤 血管生成

姜黄色素是一类从传统中草药姜黄、郁金和莪术等姜黄科植物根块中提取的二酮类化合物，广泛用于食品上色和佐味。姜黄色素主要含有3种主要成分：姜黄素（77%）；脱甲氧基姜黄素（17%）；双脱甲氧基姜黄素（3%）［1］。研究证实，姜黄色素其具有抗炎、抗氧化、降血脂、抗动脉粥样硬化、抗肿瘤等作用，其中抗肿瘤作用的研究最为突出［2］。对其作用机制的研究也不断深入，目前已经证实姜黄素能影响肿瘤发生发展的多个环节与步骤，如：通过清除自由基、抑制炎症反应等预防肿瘤发生；通过激活凋亡信号通路诱导肿瘤细胞凋亡；通过下调基质金属蛋白酶（MMPs）的表达，抑制肿瘤浸润和转移；通过减少血管内皮生长因子（VEGF）的表达抑制肿瘤微血管生成［3］。

血管生成是肿瘤发生发展的重要因素，病理性的血管生成是大多数实体肿瘤的重要标志［4］，动物实验和临床观察证实，在没有新生的血管供应营养的条件下，肿瘤在增殖到1～2毫米的直径（即107个细胞）后将无法继续增大。肿瘤的迅速增大依赖于肿瘤血管的生成，一旦促发肿瘤相关血管长入实体瘤内部，就能促使肿瘤细胞持续增殖，进而促使肿瘤细胞通过循环系统发生转移。反之，当实体瘤相关血管生成和生长受到抑制时，肿瘤细胞的增殖就会受到明显的抑制，进而诱发肿瘤细胞凋亡或坏死［5］。

近年来，越来越多的研究表明，抗血管生成是姜黄素发挥抗肿瘤作用的重要机制之一［6］，研究人员对姜黄素抗血管生成的作用机制也进行了相关研究，并以抗肿瘤血管生成为导向对姜黄素进行结构修饰，合成了具有抗肿瘤血管生成作用的姜黄素衍生物。为更好地对姜黄素进行进一步开发研究，本文对姜黄素及姜黄素衍生物抗肿瘤血管生成的相关研究综述如下：

1　姜黄素及其衍生物抗肿瘤血管生成药效研究现状

研究抗肿瘤血管生成药效主要通过动物体内实验进行，无论是局部给药还是口服给药，实验结构都表明，姜黄色素具有明确的抗血管生成作用［7］。王力强等［8］使用藻酸盐包裹实验考察脂质体姜黄素对小鼠Lewis肺癌的抗血管生成作用，结果显示脂质体姜黄素能抑制肿瘤内的血管生成［9］。陈纯等［10］研究姜黄素-聚维酮固体分散体新剂型（Cur-K30）对肿瘤血管生成的影响，结果显示，Cur-K30可下调裸鼠移植瘤组织中VEGF的表达及抑制肿瘤血管生成。Gururaj等［11］采用腹膜血管生成尿囊绒膜两种体内血管生成分析系统，证实姜黄素能下调腹水肿瘤细胞（EAT）和内皮细胞促血管生成因子的表达。El-Azab等［12］研究发现，姜黄素具有抗肿瘤血管生成作用，明显抑制荷瘤小鼠艾氏腹水癌细胞形成实体肿瘤的血管形成，说明姜黄素是一种特异性血管生成抑制剂。Gong C等［13］研究发现，姜黄素可降解微胶囊可显著抑制转基因斑马鱼的血管生成，而且能够显著抑制LL/2肿瘤细胞皮下移植瘤和肺移植瘤的生长和延长荷瘤动物模型的生存期。Shoji M等［14］的研究表明，通过分子靶向作用将一种叫3，5-（E）-二（2-氟亚苄基）哌啶-4-酮醋酸盐（EF24）的姜黄素衍生物与凝血因子VIIa结合靶向到有脉管系统凝血激酶表达的肿瘤，可减少肿瘤血管生成而发挥抗肿瘤作用。Nagaraju GP［15］等研究发现姜黄素衍生物EF31和UBS109具有抗肿瘤血管生成活性，可阻止荷瘤小鼠皮下血管的形成。

2　姜黄素及其衍生物抗肿瘤血管生成作用机制研究现状

姜黄素及其衍生物的抗肿瘤血管生成作用机制研究主要通过体外实验完成，目前的研究主要可以概括为以下几个方面：

2.1抑制血管内皮细胞增殖并促进其凋亡

血管内皮细胞增殖是肿瘤血管生成的基础［16］。目前研究已证实姜黄素具有直接抑制血管内皮细胞增殖进而诱导其凋亡的作用。研究表明姜黄素能抑制人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的DNA的合成，使细胞周期停滞于G0/G1期并诱导细胞凋亡［17］。流式细胞术检测结果显示［18］，姜黄素在5～160μmol/L浓度下作用24h后，HUVECs的凋亡率分别为5.5%～29.8%，与对照组2.1%的凋亡率相比，均有显著性差异。高承贤［19］等研究姜黄素对体外培养牛内皮细胞（BAEC）的影响，结果表明姜黄素能直接作用于内皮细胞，显著抑制其增殖与游走。当姜黄素的浓度为15μmol/L时即可显著抑制内皮细胞生长，其对内皮细胞抑制率可高达53.7%。梁斌等［20］观察了姜黄素对体外培养牛内皮细胞和非内皮细胞增殖的影响，发现姜黄素能特异性抑制内皮细胞的增殖，实验结果显示，姜黄素对肿瘤细胞和内皮细胞增殖有较强的抑制作用，对内皮细胞的抑制作用更强，并且可以显著抑制内皮细胞迁移，说明其对内皮细胞生长有特异性的抑制作用。钦建伟等［21］以人脐静脉内皮细胞（HUVECs）细胞，B16F10细胞和B16F10鸡胚尿囊膜移植瘤组织为研究对象，研究姜黄素的对HUVECs增殖、迁移和血管生成的影响，结果显示姜黄素能抑制VEGF诱导的HUVECs增殖、迁移及血管生成，其作用机制与抑制VEGFR-2和MMP-2蛋白表达有关［22］。

2.2抑制血管生成促进因子的表达

研究表明，调节肿瘤血管生成的活性物质众多［23］，主要包括：血管内皮生长因子（VEGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）、转化生长（TGF）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）、表皮生长因子（EGF）和胰岛素样生长因子（IGF）、血管抑素（Angiostatin）、内皮抑素（Endostatin）、生长抑素（SS）、血小板因子24（PF-24）和凝血栓蛋白21（TSP-21）等。血管内皮生长因子（VEGF）是目前所知作用最强的一种促血管生长因子。

血管内皮生长因子（VEGF）及其受体VEGFR是促进血管生成的重要正性调节因子。肿瘤细胞分泌血管内皮细胞生存和增殖所需要的动力源如血管内皮生长因子等，VEGF通过与HUVECs上的血管内皮细胞生长因子受体2结合，发挥其促进内皮细胞增殖、促血管通透性增加的生物学功能［24］。已有研究发现姜黄素可抑制肿瘤细胞及周围的肿瘤浸润淋巴细胞、血管内皮细胞分泌VEGF，从而减少VEGF主导的血管生成信号的传递，同时通过调节VEGF-VEGFR2的自分泌环起到抑制肿瘤血管生成作用［25］。

Gururaj等［26］研究证实，姜黄素可抑制EAT细胞VEGF-1和VEGF-2的基因表达，且呈时间依赖性（0～24h）关系，并且抑制成纤维细胞瘤中VEGF-1和VEGF-2的基因及人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中KDR（VEGF-2）基因的表达。何静等［27］通过Transwell侵袭实验证实，姜黄素可同时下调人乳腺癌MCF-7细胞VEGF-C表达和抑制MCF-7的侵袭性，并呈剂量依赖性。李勇等［28］研究了姜黄素对肝癌细胞系（HepG2）β-连环蛋白信号通路的影响，结果表明姜黄素可抑制肝癌细胞中内皮生长因子的基因表达，从而抑制由肝癌实体瘤内部缺氧诱导的血管形成和肝癌细胞转移。Yoysungnoen B等［29］研究表明，姜黄素的衍生物四氢姜黄素（Tetrahydrocurcumin）可通过下调HIF-1-α、VEGF和VEGFR-2的表达而发挥抗肿瘤血管生成的作用。

2.3降低基质金属蛋白酶的活性

基质金属蛋白酶（MMPs）是一组结构相似、功能复杂的锌离子依赖性蛋白溶解酶，与肿瘤的生长、侵袭和转移存在正相关。近年来的研究表明，MMPs在肿瘤发生、发展中的作用机制至少包括以下三点：（1）降解细胞外基质，促进新生血管的形成来促进肿瘤的转移；（2）调控肿瘤细胞的黏附能力；（3）调控肿瘤血管生成因子［30］。

研究发现，姜黄色素可以通过抑制细胞信号传导通路的方式影响细胞中基质金属蛋白酶MMP-3、MMP-9、MMP-13基因转录［31］。另有研究表明，姜黄素能影响细胞受体的连接和细胞间信号的传导，且呈剂量依赖性关系，细胞黏附测定分析实验结果显示，姜黄素可使黑素瘤细胞和层粘连蛋白的结合在24h内下降50%以上。而且，姜黄素能下调黏附斑激酶（FAK）及胶原酶活性，辅助抑制金属蛋白酶（TIMP-2）、非转移基因（nm-23）和E-钙粘蛋白（E-cadherin）的表达［32］。Banerji等［33］发现姜黄素可以显著抑制鼠高侵袭性黑色素瘤细胞MMP-2的活性，从而使MT1-MMP和细胞信号途径中的局部粘着斑激酶（FAK）表达下降。实验结果显示，姜黄色素可直接与另一种膜性金属蛋白酶——氨基肽酶N相结合，从而抑制氨基肽酶N促血管生成的活性［34］。由此可见，影响金属蛋白酶也是姜黄素抗血管生成作用的主要机制之一。

2.4通过磷脂酰肌醇-3-激酶信号途径抑制肿瘤血管生成

磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）信号通路参与了多种因子介导的肿瘤血管生成过程，其活化与肿瘤的发生、侵袭和转移密切相关。研究显示，激活的PI3K能够明显诱导血管内皮生长因子（VEGF）mRNA表达。另外，肿瘤坏死因子（TNF）通过PI3K/ AKT途径诱导内皮细胞的迁移，调节肿瘤血管形成［35］。环氧化酶COX-2刺激内皮细胞迁移和血管生成的主要机制是上调Bcl-2和激活PI3K/AKT通路［36］。以上研究结果提示，PI3K在肿瘤血管生成中发挥之重要的作用。Kiran等［37］研究证实，姜黄素抗血管生成作用的机制为下调PI3K/AKT和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号转导通路，进而下调VEGF、Ang-1、Ang-2和VEGFR-2等的表达，从而抑制血管生成。另外，姜黄素不仅可以通过磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）信号途径抑制肿瘤血管生成，还可以通过调节NF-κB途径和PI3K/AKT通路诱导肿瘤细胞凋亡［38］。

3　展望

目前，抗肿瘤血管生成已成为肿瘤治疗的研究热点，也有血管生成抑制剂初步运用于临床，但其副作用比较大，因而从中药中寻求肿瘤血管生成抑制剂是目前的重要方向。（1）综上所述，姜黄素抑制肿瘤血管生成主要通过以下分子机制实现：1）抑制血管内皮细胞增殖并促进其凋亡；（2）抑制血管生成促进因子的表达［39］；（3）降低基质金属蛋白酶的活性；（4）通过磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）信号途径抑制肿瘤血管生成。（2）血管生成抑制剂治疗肿瘤具有许多优势：（1）血管形成在肿瘤发生时已被启动，故具有良好的特异性；（2）血管内皮细胞暴露于血流中，药物能直接发挥作用，故剂量小、疗效高；（3）内皮细胞基因表达相对稳定，不易产生耐药性。因此，对姜黄素进行以抗肿瘤血管生成为导向的结构修饰研究具有重要性和可行性。

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广东省自然科学基金项目资助（No： 2014A030310475），项目名称：以抗肿瘤血管生成为导向的姜黄素结构修饰研究。

⋆郑彦云（1963—），男，广东汕头人，硕士研究生，主任药师，主要从事药物研发及不良反应研究。