１姜黄素
１．１姜黄素的基本概念
姜黄为姜科姜黄属多年生草本植物，其根茎被广泛应用于食用香料、染料，并被认为是一种具有药用价值的中草药，具有行气破瘀，通经止痛的功效［１］。但其有效活性成分一直未能被发现，直到１８４２年Ｖｏｇｅｌ和Ｐｅｌｌｅｔｉｅｒ从姜黄的根茎中提取出一种黄色物质继而将其命名为姜黄素，１９１０年Ｍｉｌｏｂｅｄｚｋａ等人确定了姜黄素的分子式为Ｃ２１Ｈ２０Ｏ６［２］，直到此时才明确了姜黄素是姜黄的主要活性成分。
１．２姜黄素的生物学特性及应用
尽管姜黄的使用已有上千年的历史，但是姜黄素的生物学特性直到二十世纪中期才开始被系统的阐明。１９４９年首次发现姜黄素具有抗菌功能［３］。随着对姜黄素研究的不断深入，发现姜黄素还具有抗炎［４］、抗氧化［５］、促凋亡［６］、化疗增敏［７］、放射增敏［８］、抗血管生成［９］、抗肿瘤［６］等生物学活性，同时还具有调节血糖［１０］、血脂［１１］、治疗癫痫及减轻癫痫所致的认知障碍［１２］、改善胃肠动力［１３］、预防神经退行性病变［１４］等临床功效。姜黄素本身具有光敏特性，使用紫外分光光度计和荧光分光光度计检测了溶于二甲基亚砜中姜黄素的吸收光谱、激发光谱和荧光发射光谱，发现姜黄素在２００～２３０ｎｍ和４１０～４５０ｎｍ处各有一处吸收峰，姜黄素的荧光最大激发波长为４２５ｎｍ，最大发射波长为５３０ｎｍ［１５］。而且，相较于现在应用较为广泛的卟啉类光敏剂，姜黄素不仅能在肿瘤发生部位聚集，而且有较快的全身清除率，避免了治疗后较长的避光时间及皮肤的光敏反应。基于此，近年来许多研究发现姜黄素可作为一种增敏剂应用于光动力与声动力的治疗当中［１６－１７］。
２姜黄素作为光敏剂应用于光动力治疗肿瘤
２．１光动力疗法简介及进展
光动力疗法（ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｒａｐｙ，ＰＤＴ）起源于上世纪八十年代末，尽管它还是一种新兴疗法，但已经被美国食品及药物管理局（ｆｏｏｄａｎｄｄｒｕｇａｄｍｉｎｉｔｒａｔｉｏｎ，ＦＤＡ）批准用于肿瘤及非恶性疾病的治疗。光动力疗法是用一定波长的光激发已存在于细胞内的光敏剂而引发的光化学效应。在光照之前，光敏剂处于基态，当用一定波长的光激发光敏剂之后，光敏剂吸收光的能量从基态跃迁至激发态，激发态的光敏剂极不稳定，与周围的氧发生反应，然后通过以下两种途径产生活性氧：①处于激发态的三线态光敏剂与非氧底物发生递氢或递电子反应，产生自由基或自由基离子，近一步与周围的基态氧发生反应产生过氧化物。②三线态光敏剂直接与基态的氧发生反应，光敏剂由激发态恢复至基态，而将能量传递给基态的氧，产生活性氧，活性氧可作用于细胞致其凋亡、坏死［１８－１９］。光动力疗法与传统的手术、放疗、化疗等肿瘤治疗方法相比具有很多独有的特点。①低毒性：在一项使用姜黄素治疗胃肠上皮化生的Ｉ期临床研究中发现，连续口服姜黄素８ｇ／天，持续三个月，未发现姜黄素对人体有毒性［２０］，说明其作为光敏剂具有很高的安全性。②较高的选择性：光敏剂有靶向肿瘤病灶的能力，光纤可将光源定位于目标治疗区，仅激活光照区域内的光敏剂产生光化学反应，而非光照区组织中沉积的光敏剂不能被激发而不会产生光动力作用。③微创：相较于手术治疗，光动力疗法可直接对体表或通过自然腔道对体腔内的实体瘤进行治疗，而不破坏其本身的结构。④可重复治疗：光动力治疗因其副作用小，患者耐受性较高，而且多次治疗也不会影响光动力治疗的敏感性。⑤协同治疗：现已有报道指出，光动力疗法可作为术前新辅助［２１］应用于肿瘤的治疗当中，或是与放疗［２２］、化学治疗［２３］相联合。正因为光动力具有如此多的优点，所以被广泛的应用于各种类型的肿瘤及良性皮肤病变的治疗当中。光动力疗法较为突出的副作用是治疗过程中出现的局部疼痛、皮肤的光毒性以及治疗后较长的避光时间，但是随着对光敏剂的不断研发，一些新型的光敏剂克服了避光时间长的缺点。随着激光光源、光纤技术及内镜的发展，光动力治疗仪也得到了进一步的改进和优化。二极管激光光源相较于传统的普通光源或是泵浦染料激光，方向性更强、单色性更好、能量更高，并且可通过光纤进行传输深入体腔内部治疗。这一进步大大提高了光动力治疗的效率，推动了光动力治疗的发展。
２．２姜黄素联合光动力治疗肿瘤的应用及机制
光敏剂的选择是光动力治疗的关键，一种理想的光敏剂要具有结构明确、成分单一、性质稳定、活性氧产量高、体内清除速率快、毒性低的特点。研究发现姜黄素是一种高效、低毒的新型理想光敏剂。单独使用姜黄素能降低ＡＭＣ－ＨＮ－３细胞存活率，且呈现出时间和剂量的依赖性，联合使用姜黄素和光动力疗法相较于单独使用二者，具有更强的细胞毒效应，而且联合光动力疗法时，姜黄素的使用剂量更低，全身毒性反应也更低。在电镜下观察联合组较单独治疗组细胞出现典型的核染色质固缩、核碎裂以及凋亡小体［２４］。现有研究发现姜黄素联合光动力可显著抑制包括宫颈癌、胃癌、乳腺癌、鼻咽癌、皮肤癌、白血病在内的多种肿瘤细胞的增殖，并促使其凋亡。而姜黄素联合光动力治疗肿瘤的机制主要有以下几个方面。
２．２．１活性氧的产生
光敏剂通过能量转化、电子转移的方式将光能转移给氧分子产生活性氧，而细胞内的活性氧主要由线粒体产生，产生出来的活性氧是诱导细胞凋亡的关键。有研究发现，用５μｍｏｌ／Ｌ的姜黄素孵育胃癌ＭＧＣ－８０３细胞后活性氧的产生量与激光照射强度呈正相关，较避光组有显著差异［２５］。Ａｈｎ等人也指出，姜黄素联合光动力组较单独治疗组可以产生更多的活性氧［２４］。线粒体产生的活性氧与周围组织发生氧化反应，破坏生物膜、蛋白质及核酸，导致细胞结构和功能严重损害而死亡［２６－２８］。而且活性氧也可诱导细胞色素Ｃ的释放和Ｃａｓｐａｓｅ３的活化而导致细胞凋亡［２９］。
２．２．２细胞周期阻滞
陈瑞川等人发现日光灯敏化的姜黄素显著诱导ＭＧＣ－８０３细胞凋亡，使细胞分化停滞在Ｇ２／Ｍ期［３０］。而当姜黄素被３６０～４８０ｎｍ范围内的激光照射后发现ＭＧＣ－８０３细胞主要阻滞于细胞周期的Ｇ０／Ｇ１期［３１］。分析其原因考虑可能是与激发光波长不同所致。２．２．３激活凋亡相关蛋白细胞凋亡是细胞在一定条件下自主发生的程序性死亡过程。而线粒体介导的凋亡途径及Ｃａｓｐａｓｅ家族的激活在细胞凋亡过程中起关键作用。近期研究认为姜黄素对中波紫外线照射的ＨａＣａＴ细胞的光敏作用就是通过活化Ｃａｓｐａｓｅ途径引发的［３２］。光敏化姜黄素作用于胃癌ＭＧＣ－８０３细胞后，下调抗凋亡蛋白Ｂｃｌ－２的表达，上调促凋亡蛋白Ｂａｘ的表达，使Ｂｃｌ－２／Ｂａｘ的比值显著降低。当Ｂｃｌ－２／Ｂａｘ比值降低时，可导致线粒体内细胞色素Ｃ的释放，同时激活凋亡蛋白Ｃａｓｐａｓｅ－３、８、９，促使凋亡进入不可逆的阶段。而且检测到ＨＳＰ７０蛋白表达水平下降，也促使细胞色素Ｃ的释放，进而促进凋亡［３１］。与单独治疗组相比，姜黄素联合光动力作用于ＡＭＣ－ＨＮ３细胞促使线粒体膜电位显著降低，细胞内细胞色素Ｃ含量显著增高，线粒体途径相关凋亡蛋白Ｃａｓｐａｓｅ－３、９和ＰＡＲＰ的表达明显上调，引起更多的细胞凋亡［２４］。
３姜黄素作为声敏剂应用于声动力治疗肿瘤
３．１声动力疗法简介及进展
声动力疗法（ｓｏｎｏｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｒａｐｙ，ＳＤＴ）是二十年前在光动力疗法基础上建立和发展起来的一种新型肿瘤治疗方法［３３］，它利用超声波穿透组织的能力激活细胞内蓄积的声敏剂进而产生抗肿瘤作用。超声作为一种机械波，具有非常强的穿透能力，尤其高能聚焦超声更是能无创伤地将声能聚焦于深部组织，无需借助其他手段就能穿透深达５～１０厘米的组织。相较于光动力疗法大大提高了组织的穿透深度，可以满足人体各部位、各器官治疗的需要，克服了光动力疗法存在的诸多局限性。由于声动力疗法问世较晚，目前还未发现能专门用于声动力治疗的增敏剂，现有研究常用的声敏剂大多是具有声敏活性的光敏剂。如第一代光敏剂：卟啉类衍生物、ＨＰ，或是第二代光敏剂：５－氨基乙酰丙酸、ＨＭＭＥ、二氢卟吩等。使用兼具声敏活性的光敏剂用于声动力治疗同样会出现药物排泄缓慢、避光时间长、皮肤光毒性等不良反应。因此研发具有化学纯性、声敏活性、高靶向性、低毒性的新型声敏剂对于推动声动力疗法向前发展至关重要。现有研究发现姜黄素同样也具有增敏声动力的功效。
３．２姜黄素联合声动力治疗肿瘤的应用及机制
姜黄素联合超声抑制肿瘤细胞主要是通过诱导细胞凋亡及坏死，且细胞凋亡占主要地位［１７］，但诱导凋亡的机制还未能阐明，主要认为是与诱导细胞线粒体损伤、线粒体自噬、活性氧生成相关。Ｗａｎｇ等人［３４］研究发现，超声联合姜黄素后能大幅提高对ＣＮＥ２鼻咽癌细胞的抑制率，并在透射电镜下观察发现单用姜黄素组、单超声组的超微结构改变不明显，而在联合组中发现细胞微绒毛消失、细胞膜出泡、染色质凝集、线粒体肿胀，这些都是细胞凋亡的特征性表现，说明姜黄素联合声动力是通过诱导细胞凋亡的方式杀死鼻咽癌细胞的。还有实验发现姜黄素联合声动力治疗鼻咽癌ＣＮＥ２细胞后六小时，在透射电镜下观察到严重的线粒体肿胀、破坏及线粒体自噬［３５］。说明线粒体自噬是导致鼻咽癌细胞死亡的关键。进一步的研究发现，声动力联合姜黄素治疗ＣＮＥ２细胞及由ＴＨＰ－１诱导产生的巨噬细胞后均出现线粒体膜电位下降的情况，而且较单一方法治疗时下降更为显著。通常在发生线粒体形态改变之前就会出现线粒体膜电位的变化，线粒体膜电位下降是线粒体损伤的敏感指标。联合治疗显著地损伤了线粒体的结构和功能，而线粒体的结构和功能是否正常直接关系到细胞的存亡，当线粒体结构被破坏、功能异常时会干扰细胞呼吸链、破坏细胞能量代谢、使线粒体通透性转换孔开放、线粒体细胞膜电位下降［３７］。线粒体的损伤在联合治疗诱导细胞死亡过程中起到关键作用。在对声动力联合姜黄素治疗鼻咽癌的实验中还发现，联合治疗组活性氧的产生量显著增多［３６］。即使姜黄素本身具有抗氧化的活性，然而与声动力联和后，超声产生瞬态空化释放出光能，激发姜黄素产生大量的活性氧物质，高水平的活性氧导致线粒体损伤及鼻咽癌细胞的死亡。
４总结与展望
光、声动力治疗方法因其安全性高、具有非侵入性被认为是继手术、放疗、化疗之后治疗肿瘤非常有前景的治疗手段。光声敏剂的研发更是提高疗效的核心。姜黄素的最大激发波长为４２５ｎｍ，与之相适应的能产生最大治疗效应的激发光源在此波长附近。虽然光敏化姜黄素在治疗恶性肿瘤方面已取得一定的疗效，但是由于波长短的激光对组织的穿透性较差，因此姜黄素联合光动力治疗恶性肿瘤存在着一定的局限性，但是我们发现姜黄素同样具有声敏效应，能与声动力联合促使细胞凋亡，而声动力疗法较光动力疗法最大的优点就是组织穿透性好。已有研究报道了声光动力联合治疗肿瘤较单用任何一种方法能取得更加明显的治疗效果［３８］，肿瘤坏死的深度也是单独作用的２～３倍［３９］。那么，姜黄素作为一艺术期刊种新型增敏剂，是否可以应用于声光动力联合的治疗当中，取得更加明显的治疗效果，还需要进一步的研究证明。
作者：朱文婷 许桐瑛 谢蕊 李燕京 魏孝礼 白玉贤 单位：哈尔滨医科大学附属肿瘤医院消化内科
