大蒜素抗癌作用與信號傳導通路

孔春芳，丁江華 綜述，陳國安審校

（南昌大學第一附屬醫院血液科，江西南昌330006）

大蒜素（Allicin）是百合科蔥屬指望大蒜最重要的有效成分。作為多種烯丙基有機硫化物復合體，主要成分包括20%～50%二烯丙基二硫化物（DADS，也稱大蒜辣素）和50%～80%二烯丙基三硫化物（DATS，也稱大蒜新素）。大量研究表明，大蒜素具有抗菌、抗病毒、降血脂、降血壓、降血糖、抗血栓及調節免疫等多種活性，還有良好的抗癌、防癌效應［1］。流行病學調查和實驗研究均發現，大蒜素對實體腫瘤和血液系統腫瘤均有明顯的抑制作用［2－3］。關于大蒜素的抗癌作用，目前認為包括抗氧化、誘導腫瘤細胞凋亡、影響細胞周期、免疫調節、阻斷致癌物合成、增強腫瘤細胞對抗癌藥物的敏感性等［4］。近年來研究發現大蒜素的抗瘤效應還與細胞信號傳導通路密切相關，現綜述如下。

1 核轉錄因子kappa－B（NF－κB）信號通路

NF－κB是1986年Sen和Baltimore首先發現的轉錄因子家族中的新成員，是一種廣泛分布而且十分重要的核轉錄因子。哺乳動物 NF－κB家族包括5種成員：p65（RelA）、RelB、c－Rel、p50／p105（NF－κB1）和 p52／p100（NF－κB2）。NF－κB 在未受刺激時以同源或異源二聚體形式與抑制性蛋白IkB相結合形成無活性的三聚體，存在于胞漿內。細胞內外刺激直接激活IkB激酶（IkK），誘使IkB發生磷酸化，使IkB的三維結構發生改變，發生泛素化后IkB蛋白迅速被水解釋放，解除了IkB抑制作用的NF－κB二聚體在核定位信號的介導下轉位入核，與多種基因啟動區的特異的DNA結合序列結合，誘導靶基因mRNA的合成，參與感染、炎癥、免疫反應、腫瘤發生和發展的調節［5］。

現已發現在人類實體腫瘤（如肝癌［6］、結直腸癌［7］、乳腺癌等［8］）及血液系統腫瘤［9］（多發性骨髓瘤、白血病、淋巴瘤等）中存在持續活化的NF－κB。實驗研究表明抑制NF－κB活性，可誘導細胞凋亡，抑制腫瘤細胞的增殖。

扈啟寬等［10］將大蒜素作用人胃癌細胞系BGC－823細胞后，發現腫瘤細胞增殖明顯減慢，進一步研究發現大蒜素可使NF－κB與DNA的結合活性顯著降低，使NF－κB通路受到抑制，抑制胃癌細胞增殖。吳星等［11］發現5、10、15mg／L大蒜素均能抑制Jurkat白血病細胞增殖，其抑制作用呈時間－濃度依賴性，大蒜素處理后 NF－κB的DNA結合活性顯著降低。Keiss等［12］發現大蒜素還可通過減少脂多糖誘導的促炎因子如白細胞介素－1（IL－1）、腫瘤壞死因子（TNF－α）因子的水平，間接抑制NF－κB的活性。Ide等［13］也發現大蒜素可抑制 H2O2與TNF－α誘導的NF－κB的激活，從而保護內皮細胞免受Ox－LDL（氧化的低密度脂蛋白）的損害，起到了抗動脈粥樣硬化的效應。

2 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen－activated protein kinase，MAPK）信號通路

MAPK是細胞內的一種絲／蘇氨酸蛋白激酶。MAPK活化前位于胞漿內，受物理應激、炎性細胞因子、生長因子、細菌復合物等所刺激磷酸化而活化，后進入核內激活靶基因，參與細胞增殖、分化、轉化及凋亡的調節，并與炎癥、腫瘤等多種疾病的發生密切相關。MAPK家族的信號通路主要包括c－Jun N端激酶（JNK）／應激激活的蛋白激酶（SAPK）、細胞外信號調控的蛋白激酶（ERK）、P38MAPK及ERK5／BMK1 4條途徑。MAPK信號轉導通路是多級蛋白激酶的級聯反應，典型的MAPK信號通路包括3個連續的酶促反應，即MAPK激酶的激酶（MAPK kinase kinase，MAPKKK）－MAPK 激酶（MAPK kinase，MAPKK）－MAPK［14］。

2.1 JNK 信 號 通 路 c－Jun氨 基 末 端 激 酶 （c－Jun N－terminal kinase，JNK）家族也被稱為應激活化蛋白激酶（stress－activated MAPkinase，SAPK），是1990年發現的相對分子質量為46×103和54×103的MAPK家族的主要成員之一。目前在哺乳動物細胞中發現的編碼JNK的基因包括jnk1、jnk2和jnk3，其相應的編碼產物JNK1和JNK2表達廣泛，JNK3則僅限表達于大腦、心臟、睪丸等組織［15］。JNK 是 MAPK、MAPKK、MAPKKK3個激酶模塊中的一部分。JNK信號通路可被細胞因子、生長因子、應激等多種因素激活，參與細胞增殖與分化、細胞形態維持、細胞骨架構建、細胞凋亡和細胞惡變等多種生物學反應［16］。關于JNK與腫瘤發生的關系，目前尚存在爭議。盡管有實驗發現JNK與抑制腫瘤有關系，但大多研究發現JNK 的活性在腫瘤中增高［17－18］。

電離輻射被廣泛應用于癌癥的治療，但它也可通過上調內皮細胞表面黏附分子的表達，產生損害性效應如炎癥反應［19］。Son等［20］發現預先用（0.01～1.00μg／mL）大蒜素處理臍靜脈內皮細胞20h，然后將內皮細胞暴露在8Gy的輻射環境中，大蒜素可抑制輻射誘導的細胞間黏附分子－1（ICAM－1）及ICAM－mRNA的表達，且呈濃度依賴性。而且大蒜素預處理后減少了輻射誘導的活化蛋白轉錄因子－1（activator protein transcription factor－1，AP－1）的活化和JNK 磷酸化。表明大蒜素可通過抑制AP－1的活性及JNK信號傳導通路下調輻射誘導的ICAM－1的表達。Liu等［21］發現大蒜素能阻斷活性氧依賴的JNK1／2信號轉導通路的激活。

2.2 MER1／2－ERK1／2信號通路 細胞外調節蛋白激酶（extra cellular regulated protein kinases，ERK）信號轉導通路是MAPK超家族中最早鑒定出且研究較為透徹的亞通路，是一系列的磷酸化級聯反應，其主要途徑是Ras／Raf／MEK／ERK通路。外界刺激物與受體結合形成復合物后再與Ras－GDP結合，促使GTP取代Ras上的GDP而活化Ras，活化的Ras作為銜接蛋白與Raf（即 MAPKKK）結合，可使 MEK1／2（MAPKK）磷酸化并激活，隨后經雙磷酸化使ERK1／2激活，最終參與調節細胞生長、增殖、分化、侵襲及腫瘤的發生、發展、轉移。

ERK信號轉導通路在腫瘤細胞生長、惡變和腫瘤浸潤轉移中起重要作用，與腫瘤的發生、發展密切相關。研究表明，ERK在許多惡性腫瘤中如實體瘤及血液系統腫瘤均呈現過表達［22－23］，抑制ERK通路可以明顯抑制多種腫瘤細胞的增殖。

Liu等［21］首次證明了在體內外大蒜素的心肌保護作用是通過減少活性氧的產生及抑制活性氧依賴的蛋白激酶B（AKT）、ERK1／2、JNK1／2、NF－κB等信號傳導通路［21］。Cha等［24］通過實驗發現，大蒜素能夠抑制人類惡性膠質瘤細胞株U87MG的生長，誘導細胞凋亡，并呈時間及濃度依賴性，其誘導凋亡的機制也與抑制MAPK／ERK信號傳導有關。

2.3 p38MAPK信號通路 p38MAPK（p38mitogen activated protein kinases，p38MAPK）是于1993年發現一種由360個氨基酸組成的相對分子質量為38×103的酪氨酸磷酸化蛋白激酶。p38MAPK通路也是通過3級激酶的級聯反應把細胞外信號向細胞內傳遞。通路模式為一些促炎因子、應激刺激、脂多糖和革蘭陽性細菌細胞壁成分通過某種中間環節，激活MAPKKK，MAPKKK磷酸化激活MAPKK，再由MAPKK對MAPK雙位點磷酸化，從而激活p38MAPK，激活的p38可進入細胞核或轉移到其他部位，主要參與細胞應激反應和炎癥反應。越來越多的研究發現，p38MAPK主要在細胞凋亡過程中起重要作用［25］。

廖洋等［26］在實驗中證明大蒜素可誘導急性單核細胞白血病細胞株THP－1凋亡，并呈時間－劑量依賴性，免疫細胞化學法檢測大蒜素處理后p38MAPK表達增加，主要分布于細胞核與細胞質，而對照組僅弱表達。Western blotting結果分析p38MAPK、Fas蛋白表達量隨大蒜素濃度的增加而增加，呈劑量依賴性。據此認為大蒜素對THP－1細胞的促凋亡作用可能是通過激活p38MAPK／Fas途徑實現的。

3 血管內皮細胞生長因子

血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）家族包括 VEGF－A、VEGF－B、VEGF－C、VEGF－D等，其生物學特性表現在VEGF與血管內皮細胞受體特異性結合，可強烈促使血管內皮細胞生長，增加血管通透性，最后形成新的血管。VEGF是目前已知的促進腫瘤血管生成最強的細胞因子，對于新生血管是必要的。VEGF－C、VEGF－D還可促進淋巴管形成，在腫瘤擴散過程中發揮作用［27］。研究表明，乳腺癌，結腸癌，肺癌，前列腺癌、黑素瘤、多發性骨髓瘤中過表達VEGF。通過阻斷VEGF信號傳導通路，抑制VEGF表達，可作為腫瘤的治療靶標［28］。

VEGF在大蒜素抗腫瘤作用機制中也有重要的作用。高艷景等［29］發現大蒜素明顯抑制人肝癌細胞VEGF－mRNA表達，與對照組相比，其VEGF mRNA表達水平降低了約66.36%（P＜0.05）。徐興華等［30］也發現20mg／L的大蒜素可顯著抑制對人乳腺癌高轉移細胞株MDA－MB－231細胞的侵襲能力，侵襲抑制率為33.27%，此作用與降低腫瘤細胞的基質金屬蛋白酶29（matrix metalloproteinases 29，MMP29）和VEGF表達有關。Gao等［31］表明大蒜素能夠通過下調VEGF mRNA的表達抑制結腸癌細胞的浸潤和轉移。上述研究表明大蒜素可下調VEGF的表達，達到抑制腫瘤的效應。

4 小 結

現已證實 NF－κB、JNK、ERK1／2、p38MAPK 及 VEGF等信號傳導通路在多種實體瘤及血液系統腫瘤中均異?；罨?，通過影響這些信號傳導通路可以抑制腫瘤細胞增殖及誘導凋亡。大蒜素作為一種高效低毒的天然化合物，其抗癌機制目前認為與抗氧化、誘導腫瘤細胞凋亡，影響細胞周期，免疫調節，阻斷致癌物合成，增強腫瘤細胞對抗癌藥物的敏感性等有關。近年來實驗發現大蒜素還可通過調控信號傳導通路發揮抗癌效應。與其他化療藥物相比，大蒜素無骨髓抑制等不良反應，有望成為高齡患者及不能耐受化療藥物不良反應的新選擇。

［1］ 楊艷梅，高彥輝.大蒜抗癌作用研究進展［J］.國外醫學中醫中藥分冊，2000，22（2）：67－71.

［2］ Fleischauer AT，Arab L.Garlic and cancer：a critical review of the epidemiologic literature［J］.J Nutr，2001，131（3）：1032－1040.

［3］ Padilla－Camberos E，Zaitseva G，Padilla C，et al.Antitumoral activity of allicin in murine lymphoma L5178Y［J］.Asian Pac J Cancer Prev，2010，11（5）：1241－1244.

［4］ 孫萍，于維萍，段云霞.大蒜提取物抗腫瘤作用研究進展［J］.齊魯藥事，2005，23（3）：159－161.

［5］ Gilmore TD.Introduction to NF－kappaB：players，pathways，perspectives［J］.Oncogene，2006，25（51）：6680－6684.

［6］ Qiao L，Zhang H，Yu J，et al.Constitutive activation of NF－kappaB in human hepatocellular carcinoma：evidence of a cytoprotective role［J］.Hum Gene Ther，2006，17（3）：280－290.

［7］ Puvvada SD，Funkhouser WK，Greene K，et al.NF－κB and Bcl－3activation are prognostic in metastatic colorectal cancer［J］.Oncology，2010，78（3／4）：181－188.

［8］ Gershtein ES，Scherbakov AM，Platova AM，et al.The expression and DNA－binding activity of NF－kappaB nuclear transcription factor in the tumors of patients with breast cancer［J］.Bull Exp Biol Med，2010，150（1）：71－74.

［9］ 陳聰，陳莉.NF－κB在造血系統腫瘤中作用的研究進展［J］.中國實驗血液學雜志，2008，15（4）：954－959.

［10］扈啟寬，李文梅，趙喜榮，等.大蒜素對胃癌細胞 NF－κB活性的影響［J］.解放軍藥學學報，2002，17（1）：7－10.

［11］吳星，朱鳳娜，徐之良.大蒜素對人白血病Jurkat細胞生長和凋亡的影響［J］.中國小兒血液與腫瘤雜志，2011，15（1）：26－29.

［12］Keiss HP，Dirsch VM，Hartung T，et al.Garlic（Allium sativum L）modulates cytokine expression in lipopolysaccharide－activated human blood thereby inhibiting NF－kappaB activity［J］.J Nutr，2003，133（7）：2171－2175.

［13］Ide N，Lau BH.Garlic compounds minimize intracellular oxidative stress and inhibit nuclear factor－kappa b activation［J］.J Nutr，2001，131（3）：1020－1026.

［14］Widmann C，Gibson S，Jarpe MB，et al.Mitogen－activated protein kinase：conservation of a three－kinase module from yeast to human［J］.Physiol Rev，1999，79（1）：143－180.

［15］Liu J，Lin A.Role of JNK activation in apoptosis：a double－edged sword［J］.Cell Res，2005，15（1）：36－42.

［16］Weston CR，Davis RJ.The JNK signal transduction pathway［J］.Curr Opin Cell Biol，2007，19（2）：142－149.

［17］Heasley LE，Han SY.JNK regulation of oncogenesis［J］.Mol Cells，2006，21（2）：167－173.

［18］Winn RA，Marek L，Han SY，et al.Restoration of Wnt－7a expression reverses non－small cell lung cancer cellular transformation through frizzled－9－mediated growth inhibition and promotion of cell differentiation［J］.J Biol Chem，2005，280（20）：19625－19634.

［19］Quarmby S，Kumar P，Kumar S.Radiation－induced normal tissue injury：role of adhesion molecules in leukocyteendothelial cell interactions［J］.Int J Cancer，1999，82（3）：385－395.

［20］Son EW，Mo SJ，Rhee DK，et al.Inhibition of ICAM－1expression by garlic component，allicin，in gamma－irradiated human vascular endothelial cells via downregulation of the JNK signaling pathway［J］.Int Immunopharmacol，2006，6（12）：1788－1795.

［21］Liu C，Cao F，Tang QZ，et al.Allicin protects against cardiac hypertrophy and fibrosis via attenuating reactive oxygen species－dependent signaling pathways［J］.J Nutr Biochem，2010，21（12）：1238－1250.

［22］Ebisuya M，Kondoh K，Nishida E.The duration，magnitude and compartmentalization of ERK MAP kinase activity：mechanisms for providing signaling specificity［J］.J Cell Sci，2005，118（Pt 14）：2997－3002.

［23］Chung E，Kondo M.Role of Ras／Raf／MEK／ERK signaling in physiological hematopoiesis and leukemia development［J］.Immunol Res，2011，49（1／3）：248－268.

［24］Cha JH，Choi YJ，Cha SH，et al.Allicin inhibits cell growth and induces apoptosis in U87MG human glioblastoma cells through an ERK－dependent pathway［J］.Oncol Rep，2012，28（1）：41－48.

［25］Ono K，Han J.The p38signal transduction pathway：activation and function［J］.Cell Signal，2000，12（1）：1－13.

［26］廖洋，陳建斌，湯為學，等.P38MAPK信號轉導通路在大蒜素誘導THP－1細胞凋亡中的作用［J］.中國中藥雜志，2009，54（11）：1439－1443.

［27］Pradeep CR，Sunila ES，Kuttan G.Expression of vascular endothelial growth factor（VEGF）and VEGF receptors in tumor angiogenesis and malignancies［J］.Integr Cancer Ther，2005，4（4）：315－321.

［28］劉臻臻，羅琪.腫瘤血管靶向治療策略的新進展［J］.世界華人消化雜志，2010，17（27）：2889－2893.

［29］高艷景，辛華.大蒜素抑制人肝癌細胞中VEGF mRNA表達的研究［J］.中國藥理學通報，2001，16（5）：531－533.

［30］徐興華，王建禮.大蒜素對人乳腺癌細胞 MDA－MB－231侵襲作用的影響［J］.中華中醫藥學刊，2009，27（8）：1771－1773.

［31］Gao Y，Liu YQ，Cao WK，et al.Effects of allicin on invasion and metastasis of colon cancer LoVo cell line in vitro［J］.Zhonghua Yi Xue Za Zhi，2009，89（20）：1382－1386.