姜黄素治疗甲状腺癌的相关机制研究进展

李海涛，王辉，谢俊大

1北京市丰盛中医骨伤专科医院药剂科，北京100033

2北京城市学院生物医药学部，北京100094

3首都医科大学附属北京友谊医院中药剂科，北京100050

甲状腺癌（thyroid cancer，TC）是分泌系统中发病率和病死率最高的恶性肿瘤，主要病理类型为乳头状癌和滤泡状癌。近年来伴随着饮食习惯和生活方式的变化，中国TC以每年20%的速度持续增长。2016年全国255个肿瘤登记处提供的数据表明，2013年全国TC新发病例14.39万例，病死病例0.65万例，全国TC发病率为10.58/10万，病死率为0.48/10万。当前TC的临床治疗方法包括手术、放射性碘治疗、化疗和综合疗法。但目前的药物在抑制肿瘤细胞生长的同时也会损伤正常细胞，严重影响治疗效果，降低患者的生活质量。中药具有多成分、多靶点、多途径、高效低毒的优势和特色，效优价廉，疗效持久，复发率低，依从性高，安全有效。姜黄素是从姜黄属植物根茎中提取的一种植物多酚，能影响肿瘤发生发展的多个环节与步骤，在肿瘤治疗和预防中具有良好的研究前景。本文就姜黄素治疗TC的效应及其机制作一综述。

1 姜黄素的一般生物特性

姜黄素是从姜科、天南星科植物的根茎中提取的多酚类物质，1815年首次由Vogel分离，分子式为CHO，其结构主链由不饱和脂族及芳香族构成，易溶于二甲基亚砜、乙醇、氯仿等有机溶剂，在酸性pH值下稳定，难溶于水。姜黄素主要有抗炎、抗氧化、抗凝、降血脂、抗动脉粥样硬化、免疫调节作用，广泛应用于治疗各种心血管和神经退行性疾病、代谢性疾病、囊性纤维化、自身免疫等多系统的慢性疾病。近来的体外和体内研究相继证实姜黄素可以用于多种肿瘤的化学预防和治疗，包括多发性骨髓瘤和结直肠癌、胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌、肺癌、头颈癌，发挥抗增殖、抗氧化和致癌阻断作用，影响肿瘤细胞周期，干扰基因的表达，参与多种分子信号转导通路，促进肿瘤细胞自我凋亡，阻碍炎性微环境的形成，抑制肿瘤细胞的黏附与浸润，逆转肿瘤细胞的多药耐药，增强肿瘤对化疗的敏感性。姜黄素药物毒性极低，对肝肾功能具有保护作用。姜黄素对伊立替康所致的迟发性腹泻起到保护作用，其机制可能通过上调丙二醛水平，增强脯氨酸4-羟化酶B亚基和过氧化物酶4等相关蛋白表达，从而减轻伊立替康对肠道黏膜的损伤。姜黄素还可通过抗氧化和清除自由基活性预防顺铂所致的肾毒性。

2 姜黄素治疗TC的机制

2.1 姜黄素抑制肿瘤细胞增殖

信号通路在多种肿瘤中均有重要作用，对于细胞增殖、分化和凋亡的调节是必要的，影响肿瘤生成、组织器官的发育及疾病的发生发展，其活化与肿瘤发生及肿瘤侵袭转移密切相关。姜黄素通过下调磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）信号通路抑制肝肿瘤细胞的增殖，诱导其凋亡，发挥其抗肿瘤作用。TC组织中核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）的表达明显增强，其水平与肿瘤的直径和淋巴结转移均呈正相关，通过NF-κB信号通路激活参与调节细胞凋亡而促进TC的发生发展。Schwertheim等研究表明，姜黄素可增加TC细胞中再分化标志物的表达并诱导G/M期阻滞，调节细胞分化和遏制肿瘤进展和下调NF-κB活性。施丹丽和王和贤采用MTT法检测姜黄素对TC SW579细胞增殖活力的影响，结果显示，姜黄素显著抑制SW579细胞的增殖活力，使肿瘤细胞生长滞留在G期，促进SW579凋亡，呈剂量、时间依赖性。而同时，TC细胞中CD147 mRNA表达明显下降，p21 mRNA表达明显升高，两mRNA表达与姜黄素浓度呈明显的量效依赖关系，药物浓度越高CD147抑制作用越明显，p21促进作用越显著。姜黄素有效抑制TC细胞的增殖，可能通过下调CD147的表达抑制肿瘤细胞的迁移。严梅娣和岑雪英采用0～40 μmol/L的不同浓度姜黄素作用于SW579细胞株12、24、48 h后，MTT结果显示姜黄素对SW579细胞增殖的抑制作用呈时间及浓度依赖性；平板克隆实验提示，姜黄素作用于SW579细胞后克隆形成数目减少，形成集落变小，并且呈浓度依赖性；流式细胞仪分析显示随着姜黄素浓度的增加，对SW579细胞G/G期阻滞作用越来越显著，细胞凋亡率逐渐升高；蛋白质印迹（Western blot）法检测显示姜黄素对细胞周期蛋白cyclin B1和凋亡相关蛋白Bcl-xl的下调呈浓度依赖性，而姜黄素对p21和BAD的表达无影响，提示姜黄素抑制TC细胞的增殖主要是通过下调cyclin B1抑制细胞周期进程并通过下调Bcl-xl促进细胞凋亡而实现的。孙巍对人B-CPAP细胞分别采用10、20、40 μmol/L的姜黄素培养基培养，MTT、膜联蛋白 V（Annexin V）/碘化丙啶（propidium iodide，PI）实验观察结果显示，随着培养时间延长，各浓度下细胞生长抑制率、细胞凋亡率均逐渐增高（P﹤0.05）；且随着浓度增加，相同时间点的细胞生长抑制率、细胞凋亡率亦逐渐增高（P﹤0.05）。Western blot法检测结果显示，姜黄素培养72 h后，B-CPAP细胞的H-Ras、p-Raf-B、p-细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）1/2、B细胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）蛋白表达水平均明显低于空白组，BAX蛋白表达水平明显高于空白组（P﹤0.05）。姜黄素能够抑制人B-CPAP细胞生长，诱导细胞凋亡，且呈时间依赖性，其机制可能与抑制H-Ras蛋白、ERK信号通路蛋白表达及上调BAX表达、下调Bcl-2表达有关。Kocdor等研究显示，姜黄素显著抑制间变性甲状腺癌（anaplastic thyroid cancer，ATC）肿瘤细胞的球状体形成和细胞运动，阻滞肿瘤细胞在G/G期，肿瘤干细胞显示出最大的肿瘤活性，降低氧化应激指数，通过抑制肿瘤干细胞表型改变ATC细胞的攻击行为。

2.2 姜黄素抑制肿瘤细胞的侵袭和转移

TC细胞侵袭与转移是影响预后的一个重要原因。姜黄素通过调控凋亡相关基因、原癌基因的激活及抑癌基因的失活，抑制基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）表达，破坏肿瘤生长的高氧化微环境，抑制肿瘤细胞的迁移与侵袭能力，抑制、延缓或者逆转癌变的过程，延长患者的生存期。

Xu等研究显示，姜黄素抑制FTC133细胞的生长、迁移和侵袭，并促进其凋亡。Western blot法分析数据表明，姜黄素抑制PI3K和AKT信号通路的磷酸化，并随后减弱FTC133中MMP1/7和环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）蛋白的表达，表明姜黄素通过抑制PI3K和AKT信号通路抑制FTC133细胞的侵袭和迁移。Zhang等研究表明，姜黄素可显著抑制缺氧K1细胞中ROS的产生以及缺氧诱导因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）mRNA和蛋白质表达，阻断HIF-1α与乏氧反应元件（hypoxia response element，HRE）的结合活性，增加E-钙黏蛋白表达，抑制MMP9活性，并抑制缺氧条件下K1细胞的迁移能力。姜黄素通过清除K1细胞中的细胞内生物自由基影响HIF-1α，抑制缺氧诱导的K1细胞迁移和侵袭，可能是治疗侵袭性甲状腺乳头状癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）的有效抑瘤剂。孙丽静等采用含不同姜黄素浓度的培养基干预PTC细胞，采用CCK8法、划痕实验和Transwell实验检测姜黄素对PTC细胞迁移和侵袭的影响，结果显示，姜黄素以时间和剂量依赖的方式抑制PTC细胞增殖、迁移和侵袭，采用逆转录聚合酶链反应（reverse transcriptionpolymerase chain reaction，RT-PCR）和Western blot法检测结果显示，葡萄糖转运蛋白1（glucose transporter 1，GLUT1）和膜型基质金属蛋白酶-1（membrane type-1 matrix metalloproteinase，MT1-MMP）mRNA及蛋白的表达水平随姜黄素浓度的增加而呈下降趋势，表现为剂量依赖性。提示姜黄素抑制PTC的侵袭和转移与下调GLUT1和MT1-MMP蛋白表达有关。

2.3 姜黄素增强放化疗的敏感性

TC的治疗以手术、I治疗和促甲状腺激素（thyroid stimulating hormone，TSH）长期抑制治疗为主，但是ATC不能摄取I，部分分化型甲状腺癌（differentiated thyroid carcinoma，DTC）患者碘代谢功能障碍，多次I治疗后会出现失分化现象而不再摄I或摄碘但疾病进展。化疗是当前消除肿瘤细胞最重要的一个手段，药物疗效往往取决于肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。对于ⅣA期和ⅣB期ATC，可考虑在放疗基础上加用化疗，主要药物包括紫杉类、蒽环类和铂类。肿瘤细胞耐药性是化疗失败的主要原因。肿瘤耐药性的分子机制是复杂和多因素的，如凋亡机制本身出现缺陷或抗凋亡能力增强、DNA损伤修复能力异常、药物转运泵的表达增加或活性增强，这其中涉及一系列抗凋亡通路的激活或抗凋亡基因的过表达。越来越多的基础研究和临床试验证实，姜黄素从多途径、多角度、多因素、多靶点上逆转肿瘤多药耐药，对TC细胞的放射敏感性具有调控作用，从而提高治疗效果。

赵永强等采用姜黄素和放射性碘处理TPC-1后，细胞增殖能力下降，细胞凋亡率上升，p50和p65蛋白表达下调，凋亡抑制蛋白Bcl-2表达下调，促凋亡蛋白BAX表达上调，并呈浓度依赖性，细胞存活分数下降，表明姜黄素可以抑制I放射后TPC-1细胞的增殖并促进其凋亡，抑制NF-κB通路的激活，增加TPC-1细胞的放射敏感性。NF-κB信号通路抑制剂PDTC加入TPC-1后，使肿瘤细胞增殖减少，凋亡增加，细胞存活分数降低，Bcl-2表达下调，BAX表达上调，抑制NF-κB信号通路活性，增加TCP-1细胞的放射敏感性。Khan等研究表明，姜黄素和传统的化疗药物联合用药具有增效作用，研究将姜黄素和顺铂共同作用于PTC细胞后，PTC细胞形态学明显改变，细胞周期停滞，线粒体膜电位降低，DNA双链断裂，两者协同抑制JAK/信号转导及转录激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）活性，抑制抗凋亡基因和诱导凋亡基因生成，通过下调STAT3、Bcl-2，上调BAX蛋白抑制了PTC细胞的生长和增殖，还通过下调MMP和磷酸酶抑制PTC细胞的增殖和迁移。姜黄素与化疗药物联合可提供更好的治疗效果。李兴佳等以不同浓度多柔比星处理甲状腺未分化癌细胞株HTH74及多柔比星耐药株HTH74Rdox细胞48 h后，MTT检测结果表明，HTH74、HTH74Rdox细胞活力受到抑制，并且呈现明显的剂量依赖性，显微镜下清晰可见HTH74、HTH74Rdox细胞生长均受到显著抑制，形态均有明显改变，部分细胞开始皱缩变圆，逐渐失去贴壁形态，并且随着姜黄素浓度的增加，细胞皱缩程度逐渐严重，贴壁细胞数量逐渐减少，细胞密度逐渐降低。姜黄素对HTH74、HTH74Rdox细胞也有明显的增殖抑制作用，且均呈现典型的剂量依赖性，并且多柔比星耐药株与敏感株相比对姜黄素更为敏感，在较低浓度时就受到了明显抑制，在几乎所有浓度姜黄素作用下，HTH74Rdox细胞活力抑制程度均高于HTH74细胞。不同浓度姜黄素作用于HTH74Rdox细胞6 h后，能够抑制细胞中p-MTOR、p-S6K及p-AKT蛋白表达，且呈现明显的剂量依赖性。姜黄素能够增加多种耐药肿瘤细胞株对化疗药物的敏感性可能是通过抑制AKT/MTOR/S6K信号通路而实现。

3 小结

已有的研究表明，姜黄素作为一种从天然植物中提取的中药，药理作用广泛，毒性很低，通过多种途径影响肿瘤发生发展的多个环节与步骤，可以抑制多种肿瘤细胞系的生长，在肿瘤的治疗和预防中具有良好的应用前景。近年来，中国的TC发病率呈上升趋势。本文总结了近几年内姜黄素治疗TC的研究成果，主要是体外细胞培养和动物模型研究，姜黄素治疗TC的相关机制是多方面的，影响致癌基因和抑癌基因的表达，抑制肿瘤血管生成，诱导细胞周期停滞，诱导细胞凋亡与化疗药物的协同作用。随着姜黄素治疗TC的抗肿瘤活性及抗肿瘤机制研究逐渐深入，极大推动姜黄素的临床应用研究，姜黄素是极有可能成为具有临床应用价值的抗癌药物。