姜黃素與抗腫瘤藥物聯合應用的研究進展

劉文清,楊莎,劉明松,徐志棟

(河北科技大學 化學與制藥工程學院,河北省藥用分子重點實驗室,河北 石家莊 050018)

在臨床上,單一用藥有時不能完全治療疾病,存在一些缺陷.為此,臨床上會采用聯合用藥的策略達到治療目的.聯合用藥是指為達到治療效果而采用2種或2種以上的藥物同時或先后使用的用藥策略[1].由于許多疾病涉及多種復雜發病機制,聯合用藥可以通過多條途徑、多個靶點治療疾病,有明顯的療效優勢[2].目前,聯合用藥方案是感染性疾病、消化性疾病、心血管疾病以及腫瘤等多個系統的常用治療模式.采用聯合用藥的策略,在臨床中通?？蛇_到以下治療效果:其一,對抗耐藥性[3],如將鏈霉素、異煙肼和利福霉素三者聯合使用,可有效防止單藥產生耐藥性,改善治療效果.其二,增強療效,如將硫酸鎂和硝苯地平聯合用藥能降低妊娠患者高血壓,減小并發癥的發生率,提高療效[4].其三,減輕不良反應,如克拉霉素、阿莫西林和甲硝唑的三聯法已成為幽門螺桿菌感染治療的一線療法[5],可顯著降低克拉霉素導致的副作用. 2021年國家藥品監督管理局發布的《以臨床價值為導向的抗腫瘤藥物臨床研發指導原則》[6]提出,不同形式的聯合用藥方案是抗腫瘤藥物研發的重要方向.

聯合用藥往往會在體外和體內發生藥物的相互作用.藥物在體外直接配伍使用時,所發生的相互作用稱為配伍禁忌,其結果可影響藥物療效,應注意避免.藥物在體內發生的相互作用是藥效學的結果,主要表現為協同或拮抗作用.1984年美國學者Chou和Talalay[7-8]建立了用于評價藥物聯合應用的中效原理(Chou-Talalay聯合指數法).根據此原理對實驗數據用軟件繪制指數曲線,得到聯合用藥的聯合指數(combination index,CI),用于評價藥物之間的相互作用方式.當CI<1,兩藥合用為協同作用;CI=1,兩藥合用為相加作用;CI>1,兩藥合用為拮抗作用[9].聯合指數法已廣泛應用于抗癌藥物的聯合治療中.姜黃素(curcumin,CUR)是一種從中藥姜黃中提取的天然抗腫瘤活性成分[10-11](圖1),已被美國國家癌癥研究所(National Cancer Institute, NCI)列為第3代癌化學預防藥[12-13].姜黃素的抗腫瘤作用機制主要包括抑制腫瘤細胞的生長和增殖、誘導腫瘤細胞凋亡、阻斷信息傳導通路和增強化療敏感性等[14-15].盡管姜黃素具有良好的抗癌前景,但由于其水溶性差[16]、生物利用度低、半衰期短以及不能通過血腦屏障等缺點,限制了姜黃素在臨床中的應用.姜黃素在溶液中是以酮和烯醇的互變異構體形式存在,烯醇式是其快速降解的主要原因,導致姜黃素在生理條件下的化學穩定性較差,不能充分發揮其藥理活性.為提高姜黃素的治療效果,科研人員對姜黃素與其他化療藥物聯合應用進行了大量研究,并取得了可喜的成果.本文對姜黃素與其他抗腫瘤藥物在不同癌癥中聯合應用進行了綜述.

圖1 姜黃素的結構Fig.1 Structure of curcumin

1 姜黃素與生物烷化劑抗腫瘤藥物的聯合應用

順鉑(cisplatin,CDDP)是最早應用于臨床的一種生物烷化劑類抗腫瘤藥物[17],可抑制腫瘤細胞DNA復制,阻礙細胞的分裂[18].1978年,美國食品藥品監督管理局(food and drug administration, FDA)批準順鉑用于臨床治療膀胱癌、前列腺癌、卵巢癌、睪丸癌、頭頸部癌、惡性淋巴癌和乳腺癌等[19-20].該藥物的主要不良反應有腎、胃腸道毒性,耳毒性及神經毒性,長期使用還會產生耐藥性.

姜黃素與順鉑聯合使用對肺癌A549細胞增殖生長有抑制效果[21].作用24 h后,姜黃素(5～40 μmol/L)對A549細胞的增殖抑制率為6.5%～27.93%;順鉑(1～4 mg/L)對A549細胞的增殖抑制率為7.12%～26.88%;姜黃素(20 μmol/L)與順鉑(1 mg/L)聯用對A549細胞的增殖抑制率可達到28.37%.由此可見,姜黃素與順鉑聯用對肺癌細胞的增殖抑制率明顯高于單藥組,并且聯用濃度低于單藥使用濃度.研究發現:以反相微乳液聯合膜分散的方法制備的脂質體作為載體,將姜黃素和順鉑按(物質的量比8∶1)同時遞送至病灶部位,其對肝癌HepG2細胞的IC50值為(0.62±0.72) μmol/L,順鉑和姜黃素單獨用藥時的IC50值分別為(2.56±0.58) μmol/L和(20.33±0.68) μmol/L相比,順鉑和姜黃素聯用對肝癌HepG2細胞的作用較強,能夠協同增強抗癌療效,如圖2[22].在大鼠卵巢癌模型中,也證實了采用離子凝膠法將姜黃素負載到殼聚糖-三聚磷酸鈉中制備的納米姜黃素與順鉑聯用能增加順鉑治療卵巢癌的敏感活性,可在一定程度上抑制卵巢腫瘤細胞的生長和增殖,達到協同抗癌效果[23].近年來,乳腺癌大鼠模型的研究數據表明[24],姜黃素可通過減少炎癥標志物、增加過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)的表達以及降低乳腺腫瘤中腦源性神經營養因子(BDNF)的表達,增強順鉑的抗腫瘤活性,減輕其腎毒性.

圖2 在HepG2細胞上處理不同比例的CDDP和CUR后的聯合指數與分數影響(FA)曲線Fig.2 Combination index vs. Fraction affected (FA) curve of different proportions of CDDP and CUR on HepG2 cells

綜上所述,姜黃素和順鉑聯合用藥在細胞及動物模型中均表現出對多種癌細胞的生長增殖有協同抑制效果,其作用機制可能與誘導腫瘤細胞死亡的信號通路有關,但具體機制目前還不是十分清楚,仍需進一步深入研究.姜黃素和順鉑聯用,能夠降低順鉑劑量,減輕順鉑的細胞毒性以及提高藥效.同時,新的姜黃素遞送系統如共負載脂質體及納米粒的應用也提高了姜黃素的生物利用度.

2 姜黃素與抗代謝抗腫瘤藥物的聯合應用

5-氟尿嘧啶(fluorouracil,5-FU)是一種半衰期短的抗代謝抗腫瘤藥物[25].5-氟尿嘧啶是通過抑制DNA合成中所需的葉酸、嘌呤、嘧啶及嘧啶核苷途徑,從而抑制腫瘤細胞的生存和復制所必需的代謝途徑,導致腫瘤細胞死亡.5-氟尿嘧啶是臨床上常用的化療藥物,對肝癌、食管癌、胃癌、腸癌、胰腺癌及乳腺癌療效較好.但5-氟尿嘧啶在臨床應用中有嚴重的副作用,如胃腸道毒性、神經毒性、心臟毒性及骨髓抑制等[26-27].

已有的研究表明[13]:姜黃素和5-氟尿嘧啶聯用對人結腸癌細胞株HT-29生長增殖有明顯的抑制作用.在較高劑量下,姜黃素和5-氟尿嘧啶二者聯合使用可以定量觀察到對HT-29細胞的協同抑制效果.此外,姜黃素是一種選擇性環氧化酶(COX-2)抑制劑,與5-氟尿嘧啶組合應用可使COX-2蛋白的表達水平明顯降低.二者聯合應用可協同抑制HT-29細胞的增殖及HT-29細胞內COX-2的表達.另外,姜黃素和5-氟尿嘧啶分別作用48 h后,姜黃素對肝癌SMMC-7721細胞和Bel-7402細胞的IC50值為(89.06±11.85) μmol/L和(94.74±4.03) μmol/L;5-氟尿嘧啶對2種細胞的IC50值分別為(21.90±1.54) μmol/L和(38.48±2.27) μmol/L;當兩者聯用(物質的量比為1∶1)時,其對肝癌SMMC-7721和Bel-7402細胞IC50值分別是(4.95±1.20) μmol/L和(19.30±2.29) μmol/L[28].由此可見,姜黃素和5-氟尿嘧啶聯合應用在一定程度上可降低藥物劑量,增強療效.除此之外,二者合用干預,還能抑制食管癌細胞EC-9706和EC-109的細胞活性,并增加5-氟尿嘧啶對該類細胞的化學敏感性及殺傷力,如圖3[29].同時,研究者還發現,與單獨使用5-氟尿嘧啶相比,姜黃素和5-氟尿嘧啶聯用還能夠顯著抑制食管鱗狀細胞癌TE-1細胞、TE-8細胞和KY-5細胞的增殖[30].

與0 μmol/L姜黃素組比較,**P<0.01

由此可見,姜黃素與5-氟尿嘧啶聯合應用能夠抑制腫瘤細胞增殖及轉移,誘導其凋亡,有協同抗癌作用.同時,姜黃素還能增強5-氟尿嘧啶對不同腫瘤細胞的化學敏感性,并降低癌細胞活性,其作用機制可能與蛋白表達及抑制腫瘤細胞增殖有關.與此同時,姜黃素和5-氟尿嘧啶聯合應用,能減少5-氟尿嘧啶長期使用引起的胃腸道和血液系統的毒副作用及耐藥性,為臨床使用提供了初步的實驗依據,但仍需進一步研究驗證.

3 姜黃素與抗生素抗腫瘤藥物的聯合應用

阿霉素(doxorubicin)是一種常用的抗腫瘤蒽環類抗生素[31-32].阿霉素是通過嵌入DNA堿基對,干擾轉錄過程,阻止mRNA的合成,從而殺滅多種腫瘤細胞產生抗癌效果[33].阿霉素作為廣譜抗腫瘤藥物,臨床上主要用于急性白血病、淋巴瘤、乳腺癌、肺癌和肝癌等腫瘤的治療.阿霉素有較強的副作用,如心臟毒性、性腺毒性和腎毒性[34].

姜黃素(16 μmol/L)與低濃度阿霉素(0.16 μmol/L)合用,對人白血病細胞株HL-60的細胞抑制率可達99.0%.二者聯用的作用機制可能是與兩藥合用增加HL-60細胞對阿霉素的敏感性、下調生存蛋白(survivin)和X-相關凋亡抑制蛋白(XIAP)的表達水平有關,從而促進細胞凋亡[35].相關研究表明,利用薄膜法制備的姜黃素脂質體和阿霉素聯合應用對人乳腺癌阿霉素耐藥株MCF-7細胞的抑制有協同增效作用(CI<1)(表1)[36].姜黃素脂質體能在一定程度上逆轉人乳腺癌對阿霉素的耐藥性,其分子作用機制可能是通過調控miRNA的表達來影響相關信號通路,進而增強人乳腺癌細胞對阿霉素藥物的敏感性.采用親水性聚合物凝聚法,以高分子納米材料mPEG-b-P(Glu-co-Phe)為載體,將阿霉素和姜黃素制備成納米顆粒(L-阿霉素+姜黃素)共同遞送至細胞內,與單獨用姜黃素和阿霉素相比,L-阿霉素+姜黃素納米顆粒對侵襲性B細胞淋巴瘤細胞的毒性更大,誘導細胞凋亡率增高,能夠提高療效并具有協同作用.同時,L-阿霉素+姜黃素還具有表觀遺傳效應,可能是通過下調miR21和miR-199a,上調miR-98和miR-200c,進而有利影響miRNA水平[37].研究發現[38],在小鼠體內共同釋放利用高壓微流體方法制備的阿霉素/姜黃素脂質納米顆粒與阿霉素/姜黃素相比,前者IC50值是0.42 μg/mL,后者IC50值為1.26 μg/mL.因此,阿霉素/姜黃素納米顆粒對抑制肝癌細胞生長增殖的作用更強.

表1 不同組別中阿霉素對MCF-7/ADR的IC50值[36]

綜上所述,姜黃素與阿霉素在低劑量下合用,以及新型納米材料和脂質體所承載的姜黃素和阿霉素聯合應用,不僅能夠促進腫瘤細胞凋亡,還能降低阿霉素自身的細胞毒副作用,這可能是通過降低蛋白表達水平及調控miRNA途徑來發揮抗腫瘤活性.因此,姜黃素和阿霉素聯用的新劑型更加有利于對癌癥的治療,是未來的研究方向之一.

4 姜黃素與天然抗腫瘤藥物的聯合應用

紫杉醇(paclitaxel)是從紅豆杉科屬植物中分離出的一種具有手性的二萜烯類天然抗腫瘤藥物[39-40].手性藥物是指分子結構中存在手性中心的藥物[41],其空間立體結構的差異會對藥物的理化性質、藥理活性產生影響.人們開始認識到手性在藥物中的重要性,可能源于沙利度胺“反應?！笔录?其R-異構體有鎮靜作用,而S-異構體有較強的致畸作用.紫杉醇側鏈結構中的手性單元是其發揮藥效的重要組成部分.紫杉醇是通過打破微管和微管蛋白二聚體之間的動態平衡,誘導和促進微管蛋白聚合,使其不能形成紡錘體,抑制細胞的有絲分裂而使細胞阻滯于G2/M期,從而發揮抗腫瘤作用.紫杉醇是臨床治療卵巢癌和乳腺癌的一線藥物,對其他實體瘤也有一定療效[42].

姜黃素(3.9～62.5 μmol/L)單獨處理卵巢癌細胞系OC3,可明顯抑制OC3細胞的生長,抑制率為9.3%～47.2%[43].將半量血藥質量濃度為50 μg/mL的紫杉醇分別與15.625、7.8125、3.9 μmol/L的姜黃素聯用,OC3細胞的抑制率分別可達到75.3%、76.3%和78.8%.由此可見,二者聯合應用產生的效果明顯優于單獨使用姜黃素.姜黃素和紫杉醇聯用制備為納米乳,能有效提高藥物的口服生物利用度,進而顯著抑制卵巢癌細胞生長,起到延長患者壽命、增強療效的作用[44].相關研究表明[45],姜黃素35 μmol/L、紫杉醇1 μmol/L以及聯合使用作用于人舌鱗癌CAL27細胞48 h,抑制率分別是(51.40±2.98)%、(50.70±2.42)%和(77.30±3.41)%.因此,姜黃素和紫杉醇聯用與單一用藥相比,聯用對CAL27細胞有較強的協同抑制和促進癌細胞凋亡的作用.二者合用的機制可能與下調抗凋亡蛋白(Bcl-2)的表達和Bcl-2/促凋亡蛋白(Bax)的表達比例,上調Bax和活性半胱天冬酶(caspase-3)的表達有關.在體外細胞實驗中[46],通過乳腺癌MDA-MB-231細胞的遷移距離評估,紫杉醇組(69.45±14.63) μm、姜黃素組(50.89±13.22) μm以及姜黃素/紫杉醇聯用組(38.10±15.21) μm相比較,聯合用藥組具有更強的降低乳腺癌MDA-MB-231細胞遷移浸潤和基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)蛋白表達的能力.此外,還有研究發現:姜黃素和紫杉醇兩藥聯用還可能是通過降低轉錄因子NF-κB的表達,促進乳腺癌細胞凋亡,發揮抗腫瘤效果[47].

綜上所述,手性藥物的對映體在藥理活性上往往有所差異.手性藥物在今后藥學研究中的作用會越來越大,對提高藥物的活性和降低藥物的毒副作用非常有利.姜黃素和紫杉醇聯合用藥比單一用藥有更加顯著的抗癌效果,其作用機制可能是通過降低MMP-9蛋白、NF-κB表達以及Bcl-2/Bax的表達比例,進而抑制腫瘤細胞增殖和促進其凋亡.姜黃素除具有抗癌效果外,還具有抗氧化和清除自由基的作用,從而有利于保護身體器官,減少紫杉醇的副作用.此外,若采用納米乳給藥,還可以提高姜黃素的口服生物利用度,是未來的研究熱點之一.

5 姜黃素與新型靶向抗腫瘤藥物的聯合應用

腫瘤靶向藥物是一類通過調控以細胞分子水平為靶點,抑制腫瘤細胞的生長和轉移,造成腫瘤細胞特異性死亡,但不影響周圍正常細胞組織的藥物[48].靶向藥物具有不良反應小、毒副作用低及療效顯著等特點.

靶向抗腫瘤藥物主要包括抗體藥物和小分子抑制劑2類.小分子抑制劑是以細胞信號轉導通路中關鍵激酶為靶點的藥物,代表藥物有索拉非尼(sorafenib)和吉非替尼(gefitinib)等[49].索拉非尼是一種多激酶抑制劑,被美國FDA批準用于治療晚期肝癌[50].吉非替尼是表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑,主要用于治療局部晚期或非小細胞肺癌[51].相關研究表明[52],針對肝癌細胞株MHCCLM3,姜黃素納米粒單藥組的凋亡率為(17.40±0.18)%,索拉非尼單藥組為(15.39±0.14)%,而兩藥聯合組為(22.85±0.25)%,顯示出較強的協同抑制作用.進一步的研究發現,姜黃素納米粒與索拉非尼聯合應用是通過抑制細胞外調節蛋白激酶(ERK1/2)磷酸化,下調MMP-9表達,從而發揮抗腫瘤協同作用.采用包埋技術制備的脂質體姜黃素(10 μmol/L)和索拉非尼(0.1 μmol/L)聯用作用于人肝癌Huh7細胞,顯示出比單藥組更強的協同抑制效果,如圖4[53].另外,還有研究表明[54],對肝癌HepG-2細胞,姜黃素和索拉非尼兩藥聯用比二者單獨使用,誘導晚期細胞凋亡更加顯著,并呈現細胞周期G1、G2期阻滯作用,從而明顯增強抑制效果.近來,研究人員還發現姜黃素(10 ng/mL)聯合吉非替尼(0.1 mol/L)對耐藥肺癌NCI-H1975細胞系的增殖能力表現出更顯著的協同抑制效果(相對細胞增殖≈0.2%)[55].二者共同治療的作用機制可能是通過降低表皮生長因子受體(EGFR)下游通路蛋白磷酸化而實現的.此外,姜黃素也能逆轉非小細胞肺癌對吉非替尼的耐藥作用,引起癌細胞自噬誘導和凋亡,從而顯著降低EGFR活性[56].

NC: 陰性對照組,與陰性對照組相比*P<0.05;與索拉非尼組相比#P<0.05

由此可見,新型抗腫瘤靶向藥物具有對靶點針對性更強、更安全、更有效的治療優勢,成為當下的研究熱點之一.姜黃素和新型抗腫瘤靶向藥物聯合應用可能是通過調節蛋白激酶磷酸化以及降低NF-κB表達,抑制腫瘤細胞的生長和遷移,逆轉抗腫瘤藥物的耐藥性,從而達到協同抗癌作用.盡管姜黃素與新型抗腫瘤藥物聯用有很大的優勢,但靶向藥物還面臨諸如成本較高、治療范圍有限等問題.相信隨著科技的不斷進步,未來姜黃素和新型抗腫瘤藥物聯用將為臨床應用提供更加可行的治療方案.

因此,姜黃素與生物烷化劑、抗代謝藥物、抗生素藥物、天然抗腫瘤藥物以及新型靶向抗腫瘤藥物聯合應用,可在一定程度上降低化療藥物的毒性,對多種腫瘤細胞產生協同抑制作用(表2).

表2 姜黃素與抗腫瘤藥物的聯合應用總結

6 總結與展望

世界衛生組織國際癌癥機構發布的2020年全球最新癌癥數據顯示,中國癌癥新發病例數和死亡人數均位列全球第一.化療是目前惡性腫瘤治療的三大療法之一.單一化療藥物可能因只能阻斷某一信號通路而易產生耐藥性,導致治療效果下降.采用聯合用藥的方法,將2種或2種以上的抗癌藥物聯合應用,發揮多種藥物殺傷癌細胞的協同作用,減少耐藥性,降低毒性,具有重要意義.大量研究表明,姜黃素和臨床抗腫瘤藥物聯合應用能抑制多種癌細胞的生長增殖、促進其凋亡,具有協同療效.兩者合用的作用機制可能與調節細胞通路、降低蛋白表達、作用于轉錄因子、調節細胞增殖及凋亡的相關基因等有關.今后對于姜黃素與抗腫瘤藥物聯合用藥的研究,需要重點關注以下幾個方面:

1)抗腫瘤藥物的聯合應用能提高療效,擴大化療范圍,但由于聯合用藥也存在如藥物之間的配伍禁忌以及藥物相互作用等潛在風險,因此要遵從聯合用藥的合理性原則.

2)盡管姜黃素的抗腫瘤活性備受科學家的青睞,但其水溶性差,生物利用度低,制約了姜黃素在臨床上的應用.除對姜黃素進行化學分子結構修飾和改造外,還可以采用新型的制劑技術手段進行載藥,如制備納米粒子、脂質體、膠束和納米乳劑等,促進姜黃素更好地在體內釋放,進而提高其水溶性和生物利用度.

3)目前有關姜黃素與臨床化療藥物聯用的大量實驗是在體外細胞和動物模型上進行的,盡管研究結果顯示其具有良好的臨床治療前景,但實際應用還需更詳實更全面的臨床數據,以充分證實聯合應用的協同機制.

綜上所述,對姜黃素與抗腫瘤藥物聯合用藥進行更加系統且全面地深入研究,以期實現其在臨床中的廣泛應用,將是未來的重要研究方向之一.