论述了从人参中提取的有效成分了G-Rh2在调节肿瘤细胞信号通路系统、逆转肿瘤细胞的异常分化与耐药性、降低肿瘤细胞端粒酶活性、增强机体免疫力、提高抗肿瘤能力
人参皂苷Rh2抗肿瘤机理的研究进展
郭志廷,禇秀玲,付本懂,韦旭斌
(吉林大学畜牧兽医学院,吉林长春130062)
摘要:论述了从人参中提取的有效成分人参皂苷-Rh2(G-Rh2)的抗肿瘤机理的研究进展,并探讨了G-Rh2在调节肿瘤细胞信号通路系统、逆转肿瘤细胞的异常分化与耐药性、降低肿瘤细胞端粒酶活性、增强机体免疫力、提高抗肿瘤能力以及阻断肿瘤细胞某些重要成分的合成与代谢等方面的抗肿瘤活性及其作用机理。
关键词:人参皂苷-Rh2;抗肿瘤;端粒酶
中文分类号：S853.74文献标识码：A文章编号：1000-641909-0742-04
肿瘤是一种严重威胁人类和动物健康甚至危及生命的疾病。在中医学文献中,很早就有关于中草药防治肿瘤的记载。人参作为传统中草药,早在二千多年前就被用于防治疾病。目前已从人参中分离出40余种人参皂苷单体成分,其中人参皂苷2Rh2(ginsenosideRh2,G-Rh2)是从人参中提取的天然活性成分之一,研究证实,该成分具有很强的抗肿瘤活性。近年来,G2Rh2的抗肿瘤作用备受国内外科研人员的重视。笔者仅就G-Rh2的抗肿瘤作用机理加以综述。
1调节肿瘤细胞信号通路系统
细胞信号通路系统是指细胞接受外界信号,通过一整套特定的机理,将胞外信号传导为胞内信号,最终调节特定基因表达,并引起细胞的应答反应。信号系统的研究是细胞生物学研究范畴的前沿,因此,从细胞信号通路的角度来研究G2Rh2的抗肿瘤机理有着十分重要的意义。
1.1蛋白激酶C(PKC)和胰岛素样生长因子(IG2Fs)、胰岛素样生长因子I受体(IGFIR)信号通路
PKC是一类依赖于Ca2+/磷脂的ser/Thr蛋白激酶,参与细胞多种生理功能的信号传导,被认为是众多胞外刺激物诱导产生多种脂类第二信使的“经典信号传递物”。曾小莉等报道,G-Rh2可能通过降低细胞内Ca2+浓度来抑制PKC的转位和激活,并通过抑制细胞内PKCα蛋白的表达,最终阻碍PKCα介导的增殖信号传导过程。
对于许多恶性肿瘤细胞而言,外源性和自分泌性IGFs是很强的丝裂原,IGFs及IGFIR介导的信号传导不仅可以促使恶性肿瘤细胞增殖,同时还在细胞的转化、肿瘤的发生发展过程中起关键作用[。研究认为,G-Rh2可能通过降低细胞IGFIR的表达来阻断IGFs-IGFIR增殖信号传导通路,进而抑制细胞增殖和诱导其分化。此外,在G-Rh2诱导的人成纤维母细胞瘤SK-N-BE(2)细胞凋亡过程中,PKC的3种类型——α、β、γ均随处理时间的延长而逐渐增加,而在C6Bu-1细胞中,α、γ、δ、ε型的PKC变化不太明显。结果提示,G-Rh2作用不同的含有或不含有PKC类型的细胞可能经由不同的旁路途径和相互影响来诱导细胞的凋亡。
1.2Caspase和Bcl-2的信号通路
Caspase蛋白家族是一组与细胞因子成熟和细胞凋亡有关的蛋白酶,在肿瘤的信号传导过程中发挥重要作用,通过调节其在肿瘤细胞中的表达水平,可有效提高肿瘤的治愈率。在G-Rh2作用SK-N-BE(2)的早期,p53的量迅速积累,促进细胞发生凋亡。根据结果推断,Caspase-1和Caspase-3的激活及Bax的上调参与了G-Rh2诱导的细胞凋亡。G-Rh2还可以通过诱导细胞凋亡，抑制离体A375-S2细胞的增殖，其诱导的细胞凋亡部分依赖Caspase-8和Caspase-3的旁路途径。
Bcl-2作为一种信号转导物质，具有抑制多种形式细胞凋亡的作用，主要通过增加线粒体膜的通透性,使细胞生长停留在G0期,从而达到介导肿瘤细胞信号通路之目的。在G-Rh2处理过的鼠胶质瘤C6Bu-1细胞中观察到凋亡细胞的一系列特征性形态学变化,如细胞萎缩、染色质凝聚、核固缩,但作者认为,所引发的细胞凋亡不是通过Bcl-2、Bcl-xL和Bax的旁路途径,而是通过别的途径。Jin等在考察G-Rh2对SK-HEP-1细胞的作用时,发现细胞周期蛋白A-Cdk2的活动急剧上调,这些上调效应被Cdk2的一种显性负效等位基因的复合表达所阻断,从而促进细胞发生凋亡。有人认为,G-Rh2是通过产生活性氧(ROS)来诱导细胞凋亡的。
G-Rh2主要通过降低细胞中PKC的水平和介导Caspase、Bcl-2等信号旁路途径来达到抗肿瘤的作用,但是这种调节作用往往不是单纯通过某一个途径来发挥的,而是几个途径相互影响共同调节,但具体机理尚不太清楚,有待于进一步研究证实。
2影响细胞端粒酶的活性
端粒酶(telomerase)是一种RNA反转录酶,它能以自身RNA为模板,反转录合成端粒的重要序列。端粒酶是肿瘤的特异标志物,端粒酶在正常体细胞为阴性,而绝大多数肿瘤细胞呈阳性表达。检测端粒酶有助于肿瘤的诊断,有助于对恶性肿瘤的恶性程度和预后进行判断,也可作为衡量各种抗肿瘤治疗效果的评价指标。Zeng等在G-Rh2对SMMC-7721肝癌细胞系分化的体外诱导试验中发现,G-Rh2能够通过扭转端粒酶对转录酶mRNA的转录水平而促使细胞向正常情况分化,并且有效抑制了端粒酶的活性。这种抑制作用呈时间依赖性关系:处理1d后其活性从1.105降到了0.765(P0.01),而处理5d后其活性从1.152降到了0.326(P0.01);当G-Rh2的剂量达到20μg/mL时,人端粒酶逆转录酶基因hTERT的mRNA表达明显降低,其作用机理可能是通过影响hTERT的转录水平和捕获细胞周期的某个过程,从而有效降低了端粒酶的活性。目前国内外在这方面的研究较少,设想通过利用G-Rh2抑制端粒酶活性,使肿瘤细胞的端粒长度不能维持而进入衰老并最终死亡,这可能成为治疗肿瘤的新方向。
3阻断肿瘤细胞重要成分的合成与代谢
研究证实，在防治肿瘤的过程中，通过阻断肿瘤细胞的某些重要成分的合成或抑制它们的表达是一种有效的抗肿瘤途径。JunN末端激酶1是细胞的重要组成成分之一，具有明显促使肿瘤细胞发生凋亡的作用。Ham等报道,在G-Rh2诱导的SK-HEP-1细胞凋亡过程中,JNK1的活动被迅速上调和延长,而在细胞表达为显性负效的突变体-DN-JNK1或JNK1的一种抑制性蛋白JBD则被明显地抑制。而且,G-Rh2介导的JNK1的活化在开始10～30min内与SAPK/ERK激酶1(SEK1)的活动有关,而此后持续不变的活化却和SEK1的活动无关。可见,SEK1对于JNK1的活化有着非常重要的作用,但并不存在简单的相关关系。G-Rh2还可以通过诱导p21蛋白质表达和降低细胞周期蛋白D的水平来抑制MCF-7细胞增殖,结果下调了cyclin/Cdk复合激酶的活动,减弱了视网膜神经胶质瘤蛋白(pRb)的磷酸化作用和抑制了E2F的释放。磷脂酶C在抗肿瘤进程中占据重要地位,对于PKC的活化是必需的。G-Rh2可以有效降低磷脂酶C的活性,结果降低了PKC的一种内生性激活剂—甘油二酯在细胞内的水平,从而发挥抗增殖作用。Hyun-Eui等[16]在研究G-Rh2对脑瘤的潜在作用时发现,经G-Rh2处理后,特异性的多聚酶(ADP-核糖)却没有像在其他凋亡试验中出现的那样断裂成85ku的蛋白,Bcl-2和Bax的表达水平也没有发生变化,其过度表达的抗氧化蛋白质Bcl-Xl也与亲本细胞相类似。已有研究证实,c-myc是一种致癌基因,在人类很多肿瘤组织中发现有c-myc基因的扩增或高表达。有人报道,G-Rh2还可降低c-myc基因的表达。上述结果表明,G-Rh2主要通过阻断生物反应体系中一些重要酶类的合成与代谢来发挥抗肿瘤作用,按此途径治疗恶性肿瘤,治疗效果一般比较彻底,不易复发。
4逆转肿瘤细胞的异常分化及耐药性
4.1逆转肿瘤细胞的异常分化
由于肿瘤细胞分化异常在肿瘤发病学上占有重要地位,因此,有学者提出使用药物对肿瘤细胞的异常分化进行逆转,即将肿瘤细胞诱导分化为正常细胞或近似正常细胞,作为抗肿瘤药物研究的新途径,而从天然化合物中寻找分化诱导剂为当前的研究热点。研究发现,G-Rh2能够诱导人早期幼粒细胞白血病HL60细胞向正常粒细胞分化,使细胞阻滞于G1/S期,且诱导作用较强,在此过程中有PKC参与。一般认为,形态学上的分化成熟是表明恶性肿瘤细胞分化的标志。试验证实,20μg/mL的G-Rh2对SMMC-7721细胞形态上的分化作用表明为细胞器发育状态改变，其形态结构明显向正常方向转变，甲胎蛋白的生成量明显减少，γ-谷氨酰转肽酶和耐热性碱性磷酸酶的比活明显降低，而白蛋白和ALP活动明显增强(P0.01)。在形态学方面,G-Rh2诱导肿瘤细胞向正常细胞转化表现得尤为明显。周桂华等研究发现,G-Rh2在10mg/L浓度时,对小鼠黑色素瘤B16细胞有较强的分化诱导作用,表现为黑色素生成能力明显增加,形态向正常上皮样细胞分化。如果将PC-3M细胞与不同浓度的G-Rh2共同孵育24h后,发现G-Rh2能明显抑制体外培养的PC-3M细胞生长,并呈浓度依赖性,最大抑制率可达81.7%,细胞形态向正常状态转变。在临床治疗中,若能早期诊断,及时对已发生癌变的细胞进行逆转,对提高疗效有重要意义。
4.2逆转肿瘤耐药性
在治疗肿瘤的过程中,发现临床化疗失败常与肿瘤细胞对化疗药物产生耐药性有关。研究证明,G-Rh2可以作为肿瘤耐药逆转剂提高化疗药物的抗肿瘤活性。G-Rh2在体外可以促进白血病耐药细胞系P388/ADM发生耐药逆转,从而提高了柔毛霉素和长春碱的细胞毒作用。
一般认为,G-Rh2在针对癌细胞的化疗药物中扮演两种角色,即可加性或增效性。有人报道它可以使对紫衫醇产生耐药性的多种细胞致敏。G-Rh2具有较强的抗肿瘤活性,可用于对多种抗肿瘤药物产生耐药性的癌症的治疗,尤其和传统的化疗药物联合应用时效果更好。当剂量为15.0mg/L的G-Rh2与0.4mg/L的顺铂(DDP)联合使用时,对PC-3M的抑制率与十倍剂量DDP(4.0mg/L)的抑癌效果相同,说明G-Rh2能提高PC-3M。其机理可能是二者通过不同途径诱导肿瘤细胞凋亡,产生协同作用,从而提高了低剂量DDP诱导细胞凋亡的能力。
5增强机体免疫力,提高抗肿瘤能力
G-Rh2可提高机体免疫力,从而达到抑癌作用,也是其优于其他抗癌药物的一大特点。G-Rh2作为免疫调节因子,可促进白蛋白、γ-球蛋白的合成,提高T细胞和巨噬细胞的功能,因而能抑制肿瘤细胞的增殖,同时还能抑制正常淋巴细胞染色体突变,稳定免疫系统,达到抑癌效果[。研究证实,G-Rh2注射液能显著提高荷瘤小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬功能,促进荷瘤小鼠血清中红血球抗体生成，如荷肝癌模型组小鼠的NK细胞活性处于严重低下状态时，注射高、中剂量G-Rh2高剂量组显著提高了IL-2的活性。还有人报道，G-Rh2经肠道细菌代谢的人参萜二醇20-O-β-D-Glucopyrano-道细菌代谢的人参萜二醇20-O-β-D-Glucopyrano-sy-20(s)-人参萜二醇可通过诱导机体的免疫调节机制阻断肿瘤细胞向细胞外基质和基底膜转移。
6展望
G-Rh2的抗肿瘤作用机理比较广泛,而且往往呈现多部位、多环节、多靶点的特点,既能使药物长时间地持续发挥效力,又能延长患者带瘤生存时间。但由于G-Rh2的生产工艺复杂、得量少、价格昂贵、水溶性差等因素的限制,目前只限于实验室研究,远不能进行大面积的推广使用,若能对G-Rh2糖链上的某些结构进行适当的化学修饰,进一步提高其抗肿瘤活性,将是非常有意义的课题。