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大蒜有機硫化合物及抗癌作用機制
大蒜有機硫化合物及抗癌作用機制 【摘要】 大蒜是一種常用的調(diào)味品,也是一種古老的醫(yī)藥植物,它含有獨特的具有生物活性的有機硫化物,包括水溶性和脂溶性兩類。已發(fā)現(xiàn)有機硫化合物具有抗誘變和抗腫瘤作用。這些有機硫化物可阻滯細胞周期,誘導腫瘤細胞凋亡,抑制DNA加合物的形成以清除自由基、調(diào)整P-糖蛋白引起的多耐藥性等。
【關(guān)鍵詞】 大蒜;有機硫化合物;抗癌作用
【Abstract】 Garlic is both a wide use as seasoning and an antiquity as medicine.It contains many kinds of organosu fide compounds(OSCs)including water-soluble and oil-soluble.Scientists have discovered that antimutagenesis and anticarcinogenesis effects of OSCsfrom garlic constituents received considerable attention.OSCs can lead to cell cycle arrest,induction of apoptosis,inhibition of DNA adduct formationand free-radical scavenging, modulation of P-glycoprotein -mediated multidrug resistance.
【Key words】 garlic;organosuifide compounds;anticarcinogenic action
大蒜(garlic)又名胡蒜、葫、獨蒜、獨頭蒜,為百合科蔥屬植物蒜(Allium Sativum L.)的鱗莖。我國傳統(tǒng)醫(yī)學認為大蒜具有行滯氣、暖脾胃、消癥積、解毒、殺蟲的功能〖1〗。自20世紀80年代以來,科學家發(fā)現(xiàn)大蒜有眾多的藥用性質(zhì),特別是其含有的有機硫化合物(OSCs)具有抗誘變及抗癌效果,受到了廣泛的關(guān)注。流行病學研究已經(jīng)證明,大蒜及其制劑能夠減少前列腺、結(jié)腸、咽喉及胃癌的發(fā)生率。其化學預防效果已通過許多動物研究證實〖4,6〗。本文對大蒜的主要成分及抗腫瘤機制作一概述。〖BT1〗1 大蒜的化學成分
新鮮大蒜含有水、碳水化合物、蛋白質(zhì)、纖維和脂肪,以及33種含硫化合物,17種氨基酸,鍺(14μg/100g),鈣(50~90μg/100g),銅(0.02~0.03μg/100g),鐵(2.8~3.9μg/100g),鉀(100~120μg/100g),鎂(43~77μg/100g),鉻(0.3~0.5mg/100g),錳(0.2~0.6mg/100g),硼(0.3~0.6mg/100g),鋇(0.2~1mg/100g),鋁(0.5~1mg/100g),鈉(10~22mg/100g),磷(390~460mg/100g),鋅(1.8~3.1mg/100g),硒(15~35μg/100g),維生素B1(0.25mg/100g),維生素B2(0.08mg/100g),維生素C(5mg/100g),煙酸(0.5mg/100g),視黃醛(15μg/100g),能量(39~140cal/100g wet wt.)〖2〗ㄓ謝蚧銜鎰碳爸饕煞紙峁辜?,圖2)。Fig.1 Chemical reactions in nrocessed Garlic and generation
2.1 組滯細胞周期 大量實驗證據(jù)表明,許多抗癌藥物對細胞周期有特異的阻斷作用,這種作用受多種調(diào)控基因精細而又復雜的相互調(diào)控,這些基因最終是通過其表達的蛋白來實現(xiàn)對細胞增殖表型的直接調(diào)節(jié)細胞周期機制破壞會導致腫瘤的產(chǎn)生〖6〗。Milner等〖7〗發(fā)現(xiàn)用DADS處理人類結(jié)腸癌細胞HCT-15后,導致細胞停滯在G2/M期,伴隨G1期和S期細胞減少。這種變化在DADS處理HCT-15細胞4h后即很明顯。另外,經(jīng)DADS處理的細胞也導致了Cdk1激酶活性的降低。Milner等〖8〗也研究了DADS阻斷細胞周期與蛋白激酶C(PKC)、鈣2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶II(CAMK II)或細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK1/2)的變化的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)同對照組比較,DADS引起G2/M期雙胸腺嘧啶核苷同步的HCT-15細胞的阻斷與ERKs活性增強有關(guān),但對PKC和CAMK II的活性無影響。另外,Robert等〖9〗研究了在培養(yǎng)基及腸上皮細胞中DADS對人結(jié)腸癌細胞的作用,均發(fā)現(xiàn)了在G2/M期阻斷的HT-29細胞。袁靜萍等〖10〗報道了DADS對人胃癌MGC803細胞G2/ M 期的阻滯作用,認為DADS對體外人胃癌MGC803細胞的生長抑制作用是通過G2/ M期阻滯,抑制細胞分裂來完成的。DADS誘導MGC803細胞G2/M期阻滯的分子基礎可能是降低Cdc25C磷酸酶的蛋白水平,使CDK1復合物不能活化有關(guān)。CDK1蛋白水平不受DADS的影響。
Li等〖11〗報道了以無毒劑量的阿藿烯處理PtK2細胞,導致在細胞G2/M期阻斷,并且在有絲分裂期的細胞有近似兩倍的增長。阿藿烯引起的有絲分裂阻斷伴隨著細胞分裂間期及有絲分裂期的微管網(wǎng)的減少,并呈劑量依賴性。并在體外抑制微管蛋白組合。Danhua Xiao等〖12〗報道了SAMC阻斷SW-480和HT-29人結(jié)腸癌細胞及NIH3T3纖維原細胞的G2/M期,認為SAMC的巰基直接影響微管蛋白的解聚作用。
2.2 誘導細胞凋亡 細胞凋亡(apoptosis)又稱細胞程序性死亡,是在凋亡誘導因子作用下,由固定"自殺"程序來啟動的細胞內(nèi)部發(fā)生的程序性解體。細胞接受外界死亡信號后經(jīng)過一系列信號傳導、基因改變、酶激活等復雜過程啟動細胞自殺程序。細胞凋亡是基因編程控制的死亡〖13〗。細胞凋亡主要有兩種途徑,即死亡受體途徑(細胞表面)和線粒體(細胞內(nèi))途徑,而兩條途徑都必須有天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶(caspases)的活化才能誘導細胞核和細胞質(zhì)內(nèi)相關(guān)的底物降解引發(fā)細胞凋亡〖14〗。DADS、DAS、SAC、SAMC、蒜素以及阿藿烯均可誘導細胞凋亡。
Sundaram等〖15〗曾報道油溶性的有機硫化合物,DAS、DADS及DATS抑制犬乳腺腫瘤細胞的生長比水溶性有機硫化物,S-烯丙基半胱氨酸,S-乙基半胱氨酸,S-丙基半胱氨酸更有效。類似地,對于人類結(jié)腸癌細胞,證明油溶性的DADS具有更強的潛在細胞凋亡作用比低分子量的水溶性化合物S-烯丙基半胱氨酸〖16〗。認為油溶性和水溶性有機硫化物的不同作用效果是由于其親脂性的不同,也可能是其對細胞膜的通透性差異所致〖17〗。 目前報道的DADS細胞凋亡相關(guān)機制有:上調(diào)bax基因蛋白,下調(diào)Bcl-2基因蛋白和Bcl-XL基因蛋白,釋放細胞色素c,激活caspase-3和caspase-9基因,增加的細胞內(nèi)自由鈣,caspase-3和PARP基因分裂等〖4〗。如譚暉等〖18〗探討DADS誘導人白血病HL260細胞凋亡,發(fā)現(xiàn)DADS能抑制HL260細胞的生長,認為DADS有誘導人白血病HL260細胞凋亡的作用,其機制與Bcl22/ Bax比例下降有關(guān)。另外,謝熠等〖19〗最近研究了DADS對白血病HL260細胞株VEGF mRNA的表達及VEGF蛋白分泌的作用,結(jié)果表明DADS能下調(diào)HL260細胞VEGF mRNA的表達及VEGF蛋白的分泌,其下調(diào)HL260細胞VEGF mRNA的表達及VEGF蛋白的分泌效果與濃度相關(guān),認為DADS可能通過抑制VEGF mRNA的表達及VEGF蛋白的分泌發(fā)揮抗白血病效應。
Xiao等〖20〗比較了PC-3和DU145人前列腺癌細胞通過DAS、DADS和DATS誘導凋亡的差異。兩種細胞系都對DATS誘導的凋亡敏感相對DAS和DADS。DATS在PC-3細胞誘導的凋亡與Bcl-2基因蛋白水平降低、Bcl-2超磷酸化導致Bcl-2/Bax比例下降及procaspase-9和-3的分裂有關(guān)。Hong等〖17〗用DAS、DADS處理非小細胞肺癌H 460后,可顯著升高野生型P53蛋白、Bax蛋白表達,降低Bc1-2蛋白表達,并誘導H 460細胞凋亡。表明DAS、DADS可能通過調(diào)節(jié)與凋亡相關(guān)的基因來誘導凋亡。
Antlsperger等〖21〗用阿霍烯處理白血病HL260細胞,發(fā)現(xiàn)阿霍烯能活化JNK、p38以及ERK1/2等有絲分裂原激活蛋白酶(MAPKs);而進一步的實驗證明,JNK及p38的活化不參與阿霍烯誘導的HL260細胞的凋亡,但用ERK1/2的阻斷劑將ERK1/2阻斷后能明顯地促進阿霍烯誘導的凋亡。
Xiao等〖12〗在研究SAMC引起成纖維細胞NIH3T3凋亡的機制中發(fā)現(xiàn),SAMC能引起持續(xù)而快速的JNK活性增強。而用JNK通道選擇性抑制劑SP600125只能抑制SAMC引起凋亡的早期階段(24h),而對晚期階段(48 h后)不起作用,證明SAMC在引起成纖維細胞凋亡中發(fā)揮著重要的作用。Dirsch等〖22〗發(fā)現(xiàn),大蒜素通過第二信使cAMP的作用,引起細胞凋亡始動基因fas及凋亡促進基因Bax表達增加,并使凋亡抑制基因Bcl-2的表達減少,從而提高細胞凋亡率,誘導細胞凋亡。SAMC和SAC均能增加前列腺癌細胞中還原型谷胱甘肽(GSH,為一種鳥氨酸脫羧酶抑制劑)的濃度,可抑制鳥氨酸脫羧酶的活性,阻止多胺形成,從而誘導細胞凋亡〖23〗。Yellin等〖24〗用SAC預處理細胞,然后將細胞暴露于順鉑。證明SAC能降低細胞的GSH水平,從而增強順鉑的細胞毒效應。
2.3 抑制DNA加合物的形成 DNA加合物的形成是化學物質(zhì)致突變、致癌進程中的一個重要起始事件,是將化學致癌和癌癥發(fā)生發(fā)展聯(lián)系起來的一個分子橋梁。Yu等〖25〗在體外研究DADS和DATS在DNA結(jié)合性質(zhì)的抄錄過程中的作用中,發(fā)現(xiàn)當DADS和DATS能夠通過環(huán)氧化物形成的氧化劑二甲基過氧化酮產(chǎn)生活性,并有力地抑制細胞核RNA的合成,當用二甲基過氧化酮活化3H標記的17-β-雌二醇時,DADS和DATS能夠阻止3H-17-β-雌二醇與DNA結(jié)合。這種DADS和DATS的預防性效果通過肝微粒體證實,并進一步用32P標記后分析,指示有機硫化合物預防效果發(fā)生在腫瘤初期和促進期。另外Hageman等〖26〗報道了,在體外的人外周血淋巴細胞中,經(jīng)加工大蒜的水提取物和SAC,抑制了B(a)P-DNA加合物的形成。
2.4 其他 大蒜含硫化合物抗腫瘤的其他機制還包括清除清除自由基〖27〗、調(diào)整P-糖蛋白引起的多耐藥性〖28〗及對癌細胞的生長抑制和誘導分化作用〖29,30〗等。 綜上所述,大蒜中的有機硫化合物有明顯的抗腫瘤作用,且大量研究表明,其抗腫瘤效果不受種類、組織、致癌因子的限制。目前,抗癌研究中所用實驗材料基本為癌細胞或動物癌變模型,因此下一步的工作重點是設計更好的實驗方法,確定治療劑量等相關(guān)參數(shù),以及建立合理檢測這些烯丙基硫化物及其代謝物的方法,開發(fā)出適合使用的保健品或藥物制劑等。大蒜作為一種安全的食物,與其他化療藥物相比,毒副作用小,是一種極具前景的腫瘤化學預防劑,深入研究其作用的分子機制,具有十分重要的理論意義和廣泛的應用前景。
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