下一個紫杉醇？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

來源：作者：人氣：-發表時間：2023-08-31 15:50:00【大中小】

摘要：大阪城市大學的科學家在細胞和動物實驗中證實沙姜的抗癌作用

沙姜雞、沙姜豬手、沙姜豬肚。。。美食愛好者們應該知道它是一種芳香調料，可以為菜肴增添特殊風味，或者是一種舒緩胃部不適的草藥，但大阪城市大學的研究人員從中發現了令人鼓舞的新信息：沙姜的主要活性成分對甲氧基肉桂酸乙酯(Ethyl p-methoxycinnamate，EMC）具有抗癌作用。在人類生命與生態研究生院副教授小島明子(Akiko Kojima)的帶領下，研究人員證明，沙姜提取物及其主要活性成分對甲氧基肉桂酸乙酯(EMC)在細胞和動物水平上顯著抑制癌細胞的生長，并揭示了EMC通過降低與癌細胞增殖相關的線粒體轉錄因子A (TFAM)的表達而具有抗癌潛力的機制。

“這項研究的結果證實了沙姜根莖提取物(KGE)及其主要活性成分EMC的抗癌作用。Kojima教授表示:“隨著相關領域的研究進展，TFAM有望成為抗癌效果的新標記物。”他們的研究結果發表在《Heliyon》雜志上。

圖1 沙姜根莖提取物(KGE)及其主要活性成分EMC的抗癌作用

背景

無論是發達國家或者發展中國家，癌癥都是一個日益嚴重的健康問題和主要的致死原因之一。植物中含有許多生物活性化合物——黃酮類、酚酸類、單寧類、生物堿類、萜類等植物天然化合物具有抗癌作用，從這些天然活性化合物中開發出具有抗癌效力但不影響其他細胞活力的新型化療藥物一直是研究熱點。

山柰良姜（Kaempferia galanga L. 沙姜）是姜科的一種單子葉植物，用作香料和草藥，其根莖提取物(KGE)具有多種生理作用，包括抗氧化和抗炎作用。既往研究報道，腹腔注射KGE可使接種了艾氏腹水瘤細胞(Ehrlich ascites tumor cells, EATCs)的小鼠腫瘤細胞數量減少，壽命延長。KGE中的主要活性成分是對甲氧基肉桂酸乙酯(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、殺菌作用等。高濃度的EMC不僅能抑制人口腔鱗狀細胞癌Ca992細胞和乳腺癌細胞的增殖，還能誘導細胞凋亡。為了避免EMC的毒性作用，有必要在低濃度下評估其抗癌作用和對正常細胞的細胞毒性。

圖2 EMC化學結構式

研究亮點

該研究通過靶向乳腺癌來源的EATCs中的TFAM，首次闡明了KGE和EMC對艾氏腹水瘤細胞(EATCs)的抗癌作用的詳細機制。在小鼠腫瘤模型中，經腹腔給藥的EATC也證實了KGE和EMC的抗癌作用。

1. 沙姜根莖提取物KGE和主成分對甲氧基肉桂酸乙酯EMC對小鼠體重和腹水容量的影響

在小鼠腫瘤模型中研究了KGE和EMC的抗癌作用。腹腔注射EATC可迅速增加小鼠腹水，腹水體積是抗癌效果的指標之一。EATC(+)對照組小鼠的體重和腹水體積相比較EATC(-)對照組小鼠顯著增加，口服EMC和KGE可抑制腹水體積的增加。EMC(66 mg/kg體重)處理的腹水體積明顯減少，KGE(80 mg/kg體重)處理有減少腹水體積的趨勢，但不如EMC。經HPLC分析證實80mg KGE中含有66mg EMC。KGE治療的腹水體積減少量低于EMC治療的原因尚不清楚。

2. KGE和EMC對艾氏腹水瘤細胞EATC和正常細胞3T3-L1細胞活力和增殖的影響

采用臺盼藍法觀察KGE對處理24 h后EATCs細胞活力和增殖的影響。KGE(0−25 μg/ml)沒有顯著改變細胞活力，但呈劑量依賴性地減少癌細胞數量。KGE(0−25 μg/ml)對正常細胞3T3-L1細胞的存活率和細胞數量沒有顯著影響， KGE對EATC細胞和正常細胞的LC50分別為54.07和173.33 μg/ml, SI為3.21——高SI值表明該物質對癌細胞的毒性大于對正常細胞的毒性，這意味著它可能具有抗癌劑的潛力。結果表明，KGE可能對EATC具有抗增殖作用，但對正常細胞的細胞毒性小。

根據市售KGE中的EMC濃度，計算出在25 μg/ml KGE作用下，EMC濃度為100 μM。采用臺盼藍法觀察法表明，EMC (0-100 μM)沒有顯著降低EATC活力，但呈濃度依賴性地降低了細胞數量。EMC (0-100 μM)對正常細胞活力和細胞數量基本無影響。EMC對EATC和正常細胞的LC50分別為387.66和759.50 μM, SI為1.96。這表明低劑量(100 μM)的EMC能抑制細胞增殖，具有安全的抗癌作用。

3. KGE和EMC對艾氏腹水瘤細胞EATCs DNA合成的影響

用BrdU法研究了KGE對DNA合成的影響。BrdU被用于標記S期細胞，因為它在S期整合到新合成的DNA中。經KGE處理后，BrdU陽性的EATC數量顯著減少。結果表明，KGE抑制了EATCs的S期進展。EMC處理同樣顯著降低了BrdU陽性細胞的數量，結果與在KGE處理的細胞中觀察到的結果相似。

4. KGE和EMC對EATCs細胞周期進程的影響

細胞增殖受細胞周期調控。癌細胞通常具有異常的細胞周期，導致細胞缺乏分化和不受調控的增殖。既往報道表明在超過90%的人類癌癥中觀察到細胞周期調節因子的致癌改變，并且經常發生在G1期。Cyclin D1的表達對于推動細胞從G1期到S期的進展很重要——在與細胞周期蛋白依賴性激酶(CDKs)形成復合物后推動從G1期到S期的進程。Cyclin D1在人類惡性腫瘤中的表達水平升高。相反，眾所周知的抗癌因子p21通過抑制細胞周期蛋白D1-CDK4/6復合物而導致G1細胞周期阻滯。

使用流式細胞術檢測KGE和EMC對細胞周期的影響。結果表明，與KGE或EMC孵育EATCs后，G0/G1期細胞數量增加。S期和G2/M期細胞數量明顯減少。KGE或EMC阻斷了細胞周期中的S期進程。為了闡明EMC阻滯細胞周期的機制，研究人員測量了細胞周期調節因子在EATCs中的表達水平。EMC處理顯著降低了Cyclin D1的表達。相比之下，EMC處理后p21表達顯著增加。

5. EMC對EATCs中TFAM表達、mtDNA拷貝數和線粒體膜電位的影響

為了進一步研究EMC抗增殖作用的機制，研究人員測量了EATCs中TFAM mRNA和蛋白的表達水平。EMC處理顯著降低了TFAM mRNA和蛋白的表達水平。他們還評估了EMC對mtDNA拷貝數和線粒體膜電位的影響——這是線粒體功能的一個指標。EMC對mtDNA拷貝數和線粒體膜電位沒有顯著影響。

6. EMC對EATCs中H-ras mRNA表達水平和c-myc Ser62位點磷酸化的影響

癌基因c-Myc作為一種轉錄因子，在參與細胞增殖、凋亡和分化等多種生物過程的基因中起著關鍵作用。c-Myc通過結合核DNA編碼的TFAM啟動子區直接誘導TFAM表達。合成的c-Myc由于半衰期短而不穩定；但Ras介導的Ser62殘基的磷酸化可增加其穩定性和轉錄活性。Ras由H-ras、K-ras和N-ras亞型組成，被激活后能誘導c-Myc的Ser62位點磷酸化并提高其轉錄活性。進一步研究表明，EMC顯著抑制H-ras mRNA表達，進而抑制c-Myc Ser62位點的磷酸化、抑制c-Myc 的轉錄活性，從而抑制TFAM的表達。EMC調控H-ras mRNA表達的機制有待進一步研究。

總結：

KGE和EMC通過阻斷G1/S相轉變抑制腫瘤細胞增殖。EMC通過上調p21和下調Cyclin D1表達來抑制細胞增殖。EMC還會降低線粒體功能調節劑TFAM的表達。有趣的是，盡管TFAM表達水平降低，但EMC并未誘導線粒體功能障礙，未見mtDNA拷貝數和線粒體膜電位減少。這些結果表明，下調TFAM可能是通過調節核基因的表達抑制EATC的增殖，而不是誘導線粒體功能障礙。這是首次報告天然化合物誘導的TFAM表達下降與Cyclin D1和p21的表達水平相關。

由于癌細胞表現出不受控制的增殖和對周圍正常組織的損害。因此，抑制細胞增殖和誘導細胞凋亡是抑制癌細胞生長的重要手段。EMC將有潛力成為一種新的輔助化療試劑進一步研究。