大蒜的抗癌作用机制探究
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【摘要】：大蒜是一种常用的调味品，也是一种古老的医药植物，它含有独特的具有生物活性的有机硫化物，包括水溶性和脂溶性两类。已发现有机硫化合物具有抗诱变和抗肿瘤作用。这些有机硫化物可阻滞细胞周期，诱导肿瘤细胞凋亡,抑制DNA加合物的形成以清除自由基、调整P-糖蛋白引起的多耐药性等。
【关键词】：大蒜；有机硫化合物；抗癌作用
中图分类号：Q41 文献标识码：E文章编号：1006-0510(2008)09087-02
大蒜（garlic）又名胡蒜、葫、独蒜、独头蒜，为百合科葱属植物蒜（Allium Sativum L.）的鳞茎。我国传统医学认为大蒜具有行滞气、暖脾胃、消积、解毒、杀虫的功能。
自20世纪80年代以来，科学家发现大蒜有众多的药用性质，特别是其含有的有机硫化合物（OSCs）具有抗诱变及抗癌效果，受到了广泛的关注。流行病学研究已经证明，大蒜及其制剂能够减少前列腺、结肠、咽喉及胃癌的发生率。其化学预防效果已通过许多动物研究证实。文章对大蒜的主要成分及抗肿瘤机制作一概述。
1. 大蒜的化学成分
新鲜大蒜含有水、碳水化合物、蛋白质、纤维和脂肪，以及33种含硫化合物，17种氨基酸，锗（14μg/100g），钙（50～90μg/100g），铜（0.02～0.03μg/100g），铁（2.8～3.9μg/100g），钾（100～120μg/100g），镁（43～77μg/100g），铬（0.3～0.5mg/100g），锰（0.2～0.6mg/100g），硼（0.3～0.6mg/100g），钡（0.2～1mg/100g），铝（0.5～1mg/100g），钠（10～22mg/100g），磷（390～460mg/100g），锌（1.8～3.1mg/100g），硒（15～35μg/100g），维生素B1（0.25mg/100g），维生素B2（0.08mg/100g），维生素C（5mg/100g），烟酸（0.5mg/100g），视黄醛（15μg/100g），能量（39～140cal/100g wet）。
2. 大蒜有机化合物的抗癌作用
2.1 组滞细胞周期
大量实验证据表明，许多抗癌药物对细胞周期有特异的阻断作用，这种作用受多种调控基因精细而又复杂的相互调控，这些基因最终是通过其表达的蛋白来实现对细胞增殖表型的直接调节细胞周期机制破坏会导致肿瘤的产生。Milner等发现用DADS处理人类结肠癌细胞HCT-15后，导致细胞停滞在G2/M期，伴随G1期和S期细胞减少。这种变化在DADS处理HCT-15细胞4h后即很明显。另外，经DADS处理的细胞也导致了Cdk1激酶活性的降低。Milner等也研究了DADS阻断细胞周期与蛋白激酶C（PKC）、钙2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CAMK II）或细胞外信号调节激酶（ERK1/2）的变化的关系。发现同对照组比较，DADS引起G2/M期双胸腺嘧啶核苷同步的HCT-15细胞的阻断与ERKs活性增强有关，但对PKC和CAMK II的活性无影响。另外，Robert等研究了在培养基及肠上皮细胞中DADS对人结肠癌细胞的作用，均发现了在G2/M期阻断的HT-29细胞。袁静萍等报道了DADS对人胃癌MGC803细胞G2/ M 期的阻滞作用，认为DADS对体外人胃癌MGC803细胞的生长抑制作用是通过G2/ M期阻滞，抑制细胞分裂来完成的。DADS诱导MGC803细胞G2/M期阻滞的分子基础可能是降低Cdc25C磷酸酶的蛋白水平，使CDK1复合物不能活化有关。CDK1蛋白水平不受DADS的影响。
Li等报道了以无毒剂量的阿藿烯处理PtK2细胞，导致在细胞G2/M期阻断，并且在有丝分裂期的细胞有近似两倍的增长。阿藿烯引起的有丝分裂阻断伴随着细胞分裂间期及有丝分裂期的微管网的减少，并呈剂量依赖性。并在体外抑制微管蛋白组合。Danhua Xiao等报道了SAMC阻断SW-480和HT-29人结肠癌细胞及NIH3T3纤维原细胞的G2/M期，认为SAMC的巯基直接影响微管蛋白的解聚作用。
2.2 诱导细胞凋亡
细胞凋亡（apoptosis）又称细胞程序性死亡，是在凋亡诱导因子作用下，由固定"自杀"程序来启动的细胞内部发生的程序性解体。细胞接受外界死亡信号后经过一系列信号传导、基因改变、酶激活等复杂过程启动细胞自杀程序。细胞凋亡是基因编程控制的死亡。细胞凋亡主要有两种途径，即死亡受体途径（细胞表面）和线粒体（细胞内）途径，而两条途径都必须有天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶（caspases）的活化才能诱导细胞核和细胞质内相关的底物降解引发细胞凋亡。DADS、DAS、SAC、SAMC、蒜素以及阿藿烯均可诱导细胞凋亡。
Sundaram等曾报道油溶性的有机硫化合物，DAS、DADS及DATS抑制犬乳腺肿瘤细胞的生长比水溶性有机硫化物，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。类似地，对于人类结肠癌细胞，证明油溶性的DADS具有更强的潜在细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。认为油溶性和水溶性有机硫化物的不同作用效果是由于其亲脂性的不同，也可能是其对细胞膜的通透性差异所致。
目前报道的DADS细胞凋亡相关机制有：上调bax基因蛋白，下调Bcl-2基因蛋白和Bcl-XL基因蛋白，释放细胞色素c，激活caspase-3和caspase-9基因，增加的细胞内自由钙，caspase-3和PARP基因分裂等。如谭晖等探讨DADS诱导人白血病HL260细胞凋亡，发现DADS能抑制HL260细胞的生长，认为DADS有诱导人白血病HL260细胞凋亡的作用，其机制与Bcl22/ Bax比例下降有关。另外，谢熠等最近研究了DADS对白血病HL260细胞株VEGF mRNA的表达及VEGF蛋白分泌的作用，结果表明DADS能下调HL260细胞VEGF mRNA的表达及VEGF蛋白的分泌，其下调HL260细胞VEGF mRNA的表达及VEGF蛋白的分泌效果与浓度相关，认为DADS可能通过抑制VEGF mRNA的表达及VEGF蛋白的分泌发挥抗白血病效应。
Xiao等比较了PC-3和DU145人前列腺癌细胞通过DAS、DADS和DATS诱导凋亡的差异。两种细胞系都对DATS诱导的凋亡敏感相对DAS和DADS。DATS在PC-3细胞诱导的凋亡与Bcl-2基因蛋白水平降低、Bcl-2超磷酸化导致Bcl-2/Bax比例下降及procaspase-9和-3的分裂有关。Hong等用DAS、DADS处理非小细胞肺癌H 460后，可显著升高野生型P53蛋白、Bax蛋白表达，降低Bc1-2蛋白表达，并诱导H 460细胞凋亡。表明DAS、DADS可能通过调节与凋亡相关的基因来诱导凋亡。
Antlsperger等用阿霍烯处理白血病HL260细胞，发现阿霍烯能活化JNK、p38以及ERK1/2等有丝分裂原激活蛋白酶（MAPKs）；而进一步的实验证明，JNK及p38的活化不参与阿霍烯诱导的HL260细胞的凋亡，但用ERK1/2的阻断剂将ERK1/2阻断后能明显地促进阿霍烯诱导的凋亡。
Xiao等在研究SAMC引起成纤维细胞NIH3T3凋亡的机制中发现，SAMC能引起持续而快速的JNK活性增强。而用JNK通道选择性抑制剂SP600125只能抑制SAMC引起凋亡的早期阶段（24h），而对晚期阶段（48 h后）不起作用，证明SAMC在引起成纤维细胞凋亡中发挥着重要的作用。Dirsch等发现，大蒜素通过第二信使cAMP的作用，引起细胞凋亡始动基因fas及凋亡促进基因Bax表达增加，并使凋亡抑制基因Bcl-2的表达减少，从而提高细胞凋亡率，诱导细胞凋亡。SAMC和SAC均能增加前列腺癌细胞中还原型谷胱甘肽（GSH，为一种鸟氨酸脱羧酶抑制剂）的浓度，可抑制鸟氨酸脱羧酶的活性，阻止多胺形成，从而诱导细胞凋亡。Yellin等用SAC预处理细胞，然后将细胞暴露于顺铂。证明SAC能降低细胞的GSH水平，从而增强顺铂的细胞毒效应。
2.3抑制DNA加合物的形成
DNA加合物的形成是化学物质致突变、致癌进程中的一个重要起始事件,是将化学致癌和癌症发生发展联系起来的一个分子桥梁。Yu等在体外研究DADS和DATS在DNA结合性质的抄录过程中的作用中，发现当DADS和DATS能够通过环氧化物形成的氧化剂二甲基过氧化酮产生活性，并有力地抑制细胞核RNA的合成，当用二甲基过氧化酮活化3H标记的17-β-雌二醇时，DADS和DATS能够阻止3H-17-β-雌二醇与DNA结合。这种DADS和DATS的预防性效果通过肝微粒体证实，并进一步用32P标记后分析，指示有机硫化合物预防效果发生在肿瘤初期和促进期。另外Hageman等报道了，在体外的人外周血淋巴细胞中，经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
大蒜含硫化合物抗肿瘤的其他机制还包括清除清除自由基、调整P-糖蛋白引起的多耐药性及对癌细胞的生长抑制和诱导分化作用等。
综上所述，大蒜中的有机硫化合物有明显的抗肿瘤作用，且大量研究表明，其抗肿瘤效果不受种类、组织、致癌因子的限制。目前，抗癌研究中所用实验材料基本为癌细胞或动物癌变模型，因此下一步的工作重点是设计更好的实验方法，确定治疗剂量等相关参数，以及建立合理检测这些烯丙基硫化物及其代谢物的方法，开发出适合使用的保健品或药物制剂等。大蒜作为一种安全的食物，与其他化疗药物相比，毒副作用小，是一种极具前景的肿瘤化学预防剂，深入研究其作用的分子机制，具有十分重要的理论意义和广泛的应用前景。