下一个紫杉醇？日本新研究揭示沙姜抗癌治腹水的主要活性成分EMC的抗癌特性

来源：作者：人气：-发表时间：2023-08-31 15:50:00【大中小】

摘要：大阪城市大学的科学家在细胞和动物实验中证实沙姜的抗癌作用

沙姜鸡、沙姜猪手、沙姜猪肚。。。美食爱好者们应该知道它是一种芳香调料，可以为菜肴增添特殊风味，或者是一种舒缓胃部不适的草药，但大阪城市大学的研究人员从中发现了令人鼓舞的新信息：沙姜的主要活性成分对甲氧基肉桂酸乙酯(Ethyl p-methoxycinnamate，EMC）具有抗癌作用。在人类生命与生态研究生院副教授小岛明子(Akiko Kojima)的带领下，研究人员证明，沙姜提取物及其主要活性成分对甲氧基肉桂酸乙酯(EMC)在细胞和动物水平上显著抑制癌细胞的生长，并揭示了EMC通过降低与癌细胞增殖相关的线粒体转录因子A (TFAM)的表达而具有抗癌潜力的机制。

“这项研究的结果证实了沙姜根茎提取物(KGE)及其主要活性成分EMC的抗癌作用。Kojima教授表示:“随着相关领域的研究进展，TFAM有望成为抗癌效果的新标记物。”他们的研究结果发表在《Heliyon》杂志上。

图1 沙姜根茎提取物(KGE)及其主要活性成分EMC的抗癌作用

背景

无论是发达国家或者发展中国家，癌症都是一个日益严重的健康问题和主要的致死原因之一。植物中含有许多生物活性化合物——黄酮类、酚酸类、单宁类、生物碱类、萜类等植物天然化合物具有抗癌作用，从这些天然活性化合物中开发出具有抗癌效力但不影响其他细胞活力的新型化疗药物一直是研究热点。

山柰良姜（Kaempferia galanga L. 沙姜）是姜科的一种单子叶植物，用作香料和草药，其根茎提取物(KGE)具有多种生理作用，包括抗氧化和抗炎作用。既往研究报道，腹腔注射KGE可使接种了艾氏腹水瘤细胞(Ehrlich ascites tumor cells, EATCs)的小鼠肿瘤细胞数量减少，寿命延长。KGE中的主要活性成分是对甲氧基肉桂酸乙酯(Ethyl p-methoxycinnamate，EMC）占KGE乙醇提取物(70%) 的8成以上，其生理作用包括抗炎作用、抗氧化作用、杀菌作用等。高浓度的EMC不仅能抑制人口腔鳞状细胞癌Ca992细胞和乳腺癌细胞的增殖，还能诱导细胞凋亡。为了避免EMC的毒性作用，有必要在低浓度下评估其抗癌作用和对正常细胞的细胞毒性。

图2 EMC化学结构式

研究亮点

该研究通过靶向乳腺癌来源的EATCs中的TFAM，首次阐明了KGE和EMC对艾氏腹水瘤细胞(EATCs)的抗癌作用的详细机制。在小鼠肿瘤模型中，经腹腔给药的EATC也证实了KGE和EMC的抗癌作用。

1. 沙姜根茎提取物KGE和主成分对甲氧基肉桂酸乙酯EMC对小鼠体重和腹水容量的影响

在小鼠肿瘤模型中研究了KGE和EMC的抗癌作用。腹腔注射EATC可迅速增加小鼠腹水，腹水体积是抗癌效果的指标之一。EATC(+)对照组小鼠的体重和腹水体积相比较EATC(-)对照组小鼠显著增加，口服EMC和KGE可抑制腹水体积的增加。EMC(66 mg/kg体重)处理的腹水体积明显减少，KGE(80 mg/kg体重)处理有减少腹水体积的趋势，但不如EMC。经HPLC分析证实80mg KGE中含有66mg EMC。KGE治疗的腹水体积减少量低于EMC治疗的原因尚不清楚。

2. KGE和EMC对艾氏腹水瘤细胞EATC和正常细胞3T3-L1细胞活力和增殖的影响

采用台盼蓝法观察KGE对处理24 h后EATCs细胞活力和增殖的影响。KGE(0−25 μg/ml)没有显著改变细胞活力，但呈剂量依赖性地减少癌细胞数量。KGE(0−25 μg/ml)对正常细胞3T3-L1细胞的存活率和细胞数量没有显著影响， KGE对EATC细胞和正常细胞的LC50分别为54.07和173.33 μg/ml, SI为3.21——高SI值表明该物质对癌细胞的毒性大于对正常细胞的毒性，这意味着它可能具有抗癌剂的潜力。结果表明，KGE可能对EATC具有抗增殖作用，但对正常细胞的细胞毒性小。

根据市售KGE中的EMC浓度，计算出在25 μg/ml KGE作用下，EMC浓度为100 μM。采用台盼蓝法观察法表明，EMC (0-100 μM)没有显著降低EATC活力，但呈浓度依赖性地降低了细胞数量。EMC (0-100 μM)对正常细胞活力和细胞数量基本无影响。EMC对EATC和正常细胞的LC50分别为387.66和759.50 μM, SI为1.96。这表明低剂量(100 μM)的EMC能抑制细胞增殖，具有安全的抗癌作用。

3. KGE和EMC对艾氏腹水瘤细胞EATCs DNA合成的影响

用BrdU法研究了KGE对DNA合成的影响。BrdU被用于标记S期细胞，因为它在S期整合到新合成的DNA中。经KGE处理后，BrdU阳性的EATC数量显著减少。结果表明，KGE抑制了EATCs的S期进展。EMC处理同样显著降低了BrdU阳性细胞的数量，结果与在KGE处理的细胞中观察到的结果相似。

4. KGE和EMC对EATCs细胞周期进程的影响

细胞增殖受细胞周期调控。癌细胞通常具有异常的细胞周期，导致细胞缺乏分化和不受调控的增殖。既往报道表明在超过90%的人类癌症中观察到细胞周期调节因子的致癌改变，并且经常发生在G1期。Cyclin D1的表达对于推动细胞从G1期到S期的进展很重要——在与细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)形成复合物后推动从G1期到S期的进程。Cyclin D1在人类恶性肿瘤中的表达水平升高。相反，众所周知的抗癌因子p21通过抑制细胞周期蛋白D1-CDK4/6复合物而导致G1细胞周期阻滞。

使用流式细胞术检测KGE和EMC对细胞周期的影响。结果表明，与KGE或EMC孵育EATCs后，G0/G1期细胞数量增加。S期和G2/M期细胞数量明显减少。KGE或EMC阻断了细胞周期中的S期进程。为了阐明EMC阻滞细胞周期的机制，研究人员测量了细胞周期调节因子在EATCs中的表达水平。EMC处理显著降低了Cyclin D1的表达。相比之下，EMC处理后p21表达显著增加。

5. EMC对EATCs中TFAM表达、mtDNA拷贝数和线粒体膜电位的影响

为了进一步研究EMC抗增殖作用的机制，研究人员测量了EATCs中TFAM mRNA和蛋白的表达水平。EMC处理显著降低了TFAM mRNA和蛋白的表达水平。他们还评估了EMC对mtDNA拷贝数和线粒体膜电位的影响——这是线粒体功能的一个指标。EMC对mtDNA拷贝数和线粒体膜电位没有显著影响。

6. EMC对EATCs中H-ras mRNA表达水平和c-myc Ser62位点磷酸化的影响

癌基因c-Myc作为一种转录因子，在参与细胞增殖、凋亡和分化等多种生物过程的基因中起着关键作用。c-Myc通过结合核DNA编码的TFAM启动子区直接诱导TFAM表达。合成的c-Myc由于半衰期短而不稳定；但Ras介导的Ser62残基的磷酸化可增加其稳定性和转录活性。Ras由H-ras、K-ras和N-ras亚型组成，被激活后能诱导c-Myc的Ser62位点磷酸化并提高其转录活性。进一步研究表明，EMC显著抑制H-ras mRNA表达，进而抑制c-Myc Ser62位点的磷酸化、抑制c-Myc 的转录活性，从而抑制TFAM的表达。EMC调控H-ras mRNA表达的机制有待进一步研究。

总结：

KGE和EMC通过阻断G1/S相转变抑制肿瘤细胞增殖。EMC通过上调p21和下调Cyclin D1表达来抑制细胞增殖。EMC还会降低线粒体功能调节剂TFAM的表达。有趣的是，尽管TFAM表达水平降低，但EMC并未诱导线粒体功能障碍，未见mtDNA拷贝数和线粒体膜电位减少。这些结果表明，下调TFAM可能是通过调节核基因的表达抑制EATC的增殖，而不是诱导线粒体功能障碍。这是首次报告天然化合物诱导的TFAM表达下降与Cyclin D1和p21的表达水平相关。

由于癌细胞表现出不受控制的增殖和对周围正常组织的损害。因此，抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡是抑制癌细胞生长的重要手段。EMC将有潜力成为一种新的辅助化疗试剂进一步研究。