王啟龍，張春澤,張偉華

(1.天津中醫(yī)藥大學(xué),天津 300049;2.天津市人民醫(yī)院,天津 300121)

結(jié)腸癌是常見(jiàn)的消化系統(tǒng)惡性腫瘤之一，發(fā)病率位于胃腸道腫瘤的第3位。我國(guó)結(jié)腸癌發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)，嚴(yán)重危害了人們的生命健康。目前臨床上對(duì)結(jié)腸癌的治療常以手術(shù)、化療以及中藥輔助化療的方法。化療是目前治療癌癥最有效的手段之一，但是許多化療藥物對(duì)正常組織具有嚴(yán)重細(xì)胞毒性和刺激性，最新研究表明，腫瘤患者化療過(guò)程中的毒副作用主要是化療藥物通過(guò)半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase-3)和gasdermin E(GSDME)介導(dǎo)正常細(xì)胞的焦亡過(guò)程實(shí)現(xiàn)的[1]。但是大部分化療的不良反應(yīng)和毒副作用是可逆的，通過(guò)使用一些人參皂苷類(lèi)藥物可以控制或者減輕化療的毒副作用。目前人參皂苷的藥理活性備受關(guān)注，本文將對(duì)細(xì)胞焦亡機(jī)制和人參皂苷的藥理作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞焦亡

細(xì)胞焦亡是近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的一種有別于凋亡和壞死的具有促炎作用的細(xì)胞死亡方式，細(xì)胞凋亡涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用，并不是病理?xiàng)l件下，自體損傷的一種現(xiàn)象，而是為更好地適應(yīng)生存環(huán)境而主動(dòng)爭(zhēng)取的一種死亡過(guò)程；而細(xì)胞焦亡是一種程序性細(xì)胞死亡[2]，可激活強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)，在炎性反應(yīng)與免疫防御方面起到重要的作用。

1.1 細(xì)胞焦亡特性

發(fā)生焦亡的細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞核濃縮、染色質(zhì)DNA斷裂、TUNEL染色陽(yáng)性、Annexin V染色陽(yáng)性。炎癥性Caspase是天然免疫防御的關(guān)鍵。Caspase過(guò)度活化能導(dǎo)致許多自身炎癥、自身免疫甚至代謝疾病[3]。

1.2 GSDMD

研究發(fā)現(xiàn)的GSDMD，可由經(jīng)典炎性通路激活Caspase,誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的進(jìn)行。Gasdermin D(GSDMD)作為gasdermin蛋白家族的一員，與之家族其他蛋白之間有大約45%的同源性，如GSDMA，GSDMB，GSDMC，DFNA5等。被炎性Caspase切割后，Gasdermin蛋白家族可裂解出現(xiàn)Gasdermin-N與Gasdermin-C兩個(gè)具有活性的結(jié)構(gòu)域。其N(xiāo)端結(jié)構(gòu)可直接誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的產(chǎn)生。Sborgi等證實(shí)了Gasdermin-N在細(xì)胞焦亡過(guò)程中具有不可替代的作用[4]，同期研究觀察到GSDMD-N端結(jié)構(gòu)域能靶向結(jié)合人工生物膜，導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔誘發(fā)焦亡的產(chǎn)生[5-6]。

1.3 GSDME

實(shí)驗(yàn)研究中最早被命名為DFNA5的GSDME是屬于GSDMD的Gasdermin家族一員，參與誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，并被認(rèn)為是腫瘤抑制因子[7-9]，在炎性Caspase的切割下可誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的產(chǎn)生。Caspase-3可以特異性的切割與GSDME相關(guān)的蛋白，產(chǎn)生的 DFNA5-N片段以質(zhì)膜為靶點(diǎn)，可以在質(zhì)膜上形成眾多平均直徑為21nm的孔，使細(xì)胞膜失去完整性，導(dǎo)致細(xì)胞膜失去調(diào)控物質(zhì)進(jìn)出的能力，同時(shí)白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)可以順利通過(guò)這些孔隙，誘發(fā)炎癥反應(yīng)、募集更多的炎癥細(xì)胞，擴(kuò)大炎癥反應(yīng)[10-11]。

值得注意的是，GSMDE在大多數(shù)癌癥細(xì)胞中是極低表達(dá)的，而在正常組織細(xì)胞中可以正常表達(dá)[12-13]，所以化療藥物不僅僅可以滅殺癌細(xì)胞，也可以通過(guò)Caspase-3和GSDME介導(dǎo)正常細(xì)胞的焦亡產(chǎn)生，從而使患者出現(xiàn)化療藥物的毒副作用，導(dǎo)致患者生存質(zhì)量普遍下降，甚至因不能耐受而被迫中止化療藥物治療。

史氏等使用細(xì)胞焦亡模型iBMDMs細(xì)胞敲出了GSDMD后，發(fā)現(xiàn)阻斷了 LFn-BsaK誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，而同時(shí)當(dāng)恢復(fù)GSDMD表達(dá)時(shí)，LFn-BsaK誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡形式出現(xiàn)，而且當(dāng)敲除GSDMD后，用LFn-Flic誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，沒(méi)有發(fā)生焦亡的情況，尤其是使用NAIP5-NLRC4經(jīng)典炎性通路的情況下。同時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，GSDMD可以控制白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)的釋放，在敲除Gsdmd之后,在各種誘導(dǎo)凋亡的途徑中，IL-1β的釋放都是減少的[14]。因此減少腫瘤患者化療過(guò)程中正常細(xì)胞焦亡的發(fā)生，從而減輕化療過(guò)程中的毒副作用，對(duì)于腫瘤患者的治療具有重要意義[15]。

2 人參皂苷的藥理作用

中國(guó)4 000年前就有記載：“人參，味甘微寒，主補(bǔ)五臟，安精神，定魂魄，止驚悸，除邪氣，明目，開(kāi)心益智。久服，輕身延年。一名人銜，一名鬼蓋。生山谷?！比藚⒑臀餮髤⒅刑崛〕龅娜藚⒃碥疹?lèi)成分，具有廣泛藥理作用，如抗炎、抗瘤、抗氧化、抗細(xì)胞凋亡及免疫調(diào)節(jié)等，也是許多中藥方劑及中成藥中重要的起效成分。人參皂苷Rg3和Rh2是具有顯著抗癌效果的人參提取物，并且人參皂苷Rg3、Rh4、C-K、Rb1、Rb2及TGCG等也表現(xiàn)出一定的抗癌效應(yīng)。

2.1 保護(hù)心腦血管作用

研究發(fā)現(xiàn),人參皂苷Rh3預(yù)處理可下調(diào)缺血再灌注損傷大鼠心肌Caspase-3的表達(dá)，抑制心肌細(xì)胞凋亡，保護(hù)心肌細(xì)胞，進(jìn)而減輕缺血再灌注的損傷[16]。與此同時(shí)人參皂苷Rd能通過(guò)降低膽固醇的累積并抑制低密度脂蛋白的氧化活動(dòng)來(lái)預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生[17]。

2.2 保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)

Rg1 可以能減少神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成，抑制凋亡效應(yīng)蛋白Caspase-3的表達(dá)，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞，抵抗阿爾茨海默病進(jìn)展[18]。β-淀粉樣蛋白(Aβ)肽的升高是阿爾茨海默病的一種病理體現(xiàn)，經(jīng)Rg1處理的N2a-APP695細(xì)胞能明顯減輕Aβ的產(chǎn)生[19]。另有相關(guān)研究實(shí)驗(yàn)報(bào)道，對(duì)神經(jīng)擠壓損傷的大鼠模型應(yīng)用Rg1可促進(jìn)其神經(jīng)末梢的修復(fù)[20]。

2.3 保護(hù)肝功能

預(yù)防性應(yīng)用Rg1于四氯化碳(CCL4)誘導(dǎo)的肝衰竭小鼠模型中，可抑制急性肝衰竭所致的炎性反應(yīng)，并通過(guò)抑制Caspase-3及Caspase-8等多種靶點(diǎn)，減輕肝細(xì)胞凋亡通路激活所致的細(xì)胞壞死。同時(shí)，人參皂苷CK可減輕CCL4致大鼠慢性肝損傷的程度，保護(hù)肝細(xì)胞[21-22]。

2.4 抗腫瘤作用

2.4.1 抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖

大多數(shù)結(jié)直腸癌是由Wnt/β-catenin信號(hào)通路的異常激活引起的，在結(jié)腸癌細(xì)胞系HCT116異種移植瘤模型中，He等[23]通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Rg3能有效抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖，并提出Rg3阻斷了Wnt/β-catenin信號(hào)通路機(jī)制，提供了新的治療方案和方向。目前抗血管生已成功用于結(jié)直腸癌的治療之中，人參皂苷Rg3無(wú)論在體外還是在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)都能抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，并下調(diào)血管生成相關(guān)基因的表達(dá)程度，抑制了結(jié)直腸癌血管化，此外Rg3還增強(qiáng)了5-氟尿嘧啶和奧沙利鉑對(duì)于腫瘤細(xì)胞的毒性[24]。同時(shí)Yang等[25]發(fā)現(xiàn)，Rg3可通過(guò)抑制C/EBPβ和NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)，展現(xiàn)強(qiáng)烈的細(xì)胞增殖抑制作用；腹腔注射RG3 3周可顯著抑制裸鼠移植腫瘤的生長(zhǎng)。人參皂苷RGh2也能有效抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖，并通過(guò)與HCT116結(jié)直腸癌高表達(dá)的PDZ結(jié)合激酶/T-LAK細(xì)胞源性蛋白激酶(PBK/TOPK)直接結(jié)合，抑制PBK/TOPK活性，誘導(dǎo)HCT116結(jié)直腸癌細(xì)胞的死亡[26]。

2.4.2 阻止結(jié)腸癌細(xì)胞周期

人參總皂苷(TGCG)對(duì)HT-29細(xì)胞的增殖具有劑量依賴(lài)性抑制作用，TGCG在G0/G1和G2/M階段誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯，并通過(guò)C-Myc和p53介導(dǎo)的信號(hào)通路誘導(dǎo)HT-29細(xì)胞凋亡[27]。人參皂苷Rb1的腸道微生物代謝產(chǎn)物——人參皂苷化合物K(C-K),可以以劑量和時(shí)間依賴(lài)性的方式顯著抑制人結(jié)直腸癌細(xì)胞株HCT-116、SW-480和HT-29的增殖，同時(shí)觀察到C-K在G1期抑制了細(xì)胞，并顯著誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡[28-29]。

2.4.3 誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡

Wu等[30]在結(jié)直腸癌細(xì)胞異種移植瘤模型實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，Rh4對(duì)腫瘤生長(zhǎng)有明顯的抑制作用，將結(jié)腸癌細(xì)胞周期阻斷于G0/G1期、并誘導(dǎo)Caspase依賴(lài)性細(xì)胞凋亡和自噬，有效抑制了結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖，并且對(duì)正常結(jié)腸上皮細(xì)胞無(wú)明顯的細(xì)胞毒性。Rh2處理HCT116和SW480結(jié)直腸癌細(xì)胞可激活p53通路，顯著提高促凋亡調(diào)節(jié)因子Bax的水平，同時(shí)降低抗凋亡調(diào)節(jié)因子Bcl-2的水平,誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡[31]。與此同時(shí)Rg3也能通過(guò)上調(diào)細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白p53、Bax和Caspase-3的表達(dá)，加速癌癥細(xì)胞的死亡[32]。

2.4.4 誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞自噬

研究報(bào)道，C-K不僅能誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞的凋亡，還可以通過(guò)激活性氧物種c-jun NH2末端激酶途徑介導(dǎo)癌癥細(xì)胞的自噬[33]，隨之產(chǎn)生的自噬體將逐步損毀細(xì)胞核。在新近的實(shí)驗(yàn)研究中，WU等首次證實(shí)Rh4可通過(guò)激活結(jié)直腸癌細(xì)胞中的ROS/JNK/P53途徑引發(fā)細(xì)胞的自噬和凋亡。

3 展望

我國(guó)科研人員對(duì)于人參皂苷的藥理活性已有較深刻的理解，并可以從分子水平闡述人參皂苷藥理的機(jī)制，尤其是人參皂苷通過(guò)抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖、阻滯細(xì)胞周期、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)細(xì)胞自噬等方式體現(xiàn)抗腫瘤的作用，同時(shí)證實(shí)與化療藥物聯(lián)合應(yīng)用，能降低化療藥物的毒副作用并增強(qiáng)抗癌作用。

隨著細(xì)胞焦亡的理論被逐步認(rèn)知，最近研究為我們揭示了化療藥物通過(guò)激活Caspase-3通路誘導(dǎo)正常細(xì)胞焦亡的機(jī)制。相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明,人參皂苷類(lèi)藥物能下調(diào)正常組織在異常及應(yīng)激狀態(tài)下Caspase-3的表達(dá)，從而保護(hù)各臟器組織；相反的人參皂苷類(lèi)藥物能上調(diào)癌細(xì)胞中Caspase-3的表達(dá)，進(jìn)而介導(dǎo)細(xì)胞凋亡及焦亡的產(chǎn)生，加強(qiáng)藥物抗癌作用。

值得注意的是，GSDME作為Caspase介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵底物蛋白，在其下游起著不可替代的作用，并廣泛表達(dá)于正常組織中。但是目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)鮮有實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道人參皂苷類(lèi)藥物抑制化療藥物所介導(dǎo)正常細(xì)胞焦亡的機(jī)制，因此探索抑制細(xì)胞焦亡的機(jī)制并尋找小分子化合物抑制GSDME介導(dǎo)正常細(xì)胞的焦亡過(guò)程，為減輕化療藥物的毒副作用提供理論基礎(chǔ)，具有巨大的臨床應(yīng)用價(jià)值。