人参皂苷抗乳腺癌的分子机制

2022年2月，国家癌症中心发布了全国最新的癌症统计数据：2016年中国约有406.4万新发癌症病例和241.35万新发癌症死亡病例。其中，肺癌、结肠直肠癌、胃癌、肝癌和女性乳腺癌是最常见的5种癌症，占新发癌症病例总数的57.4%。报告指出，我国女性乳腺癌的发病率呈逐年上升趋势。尤其在东部沿海地区及经济发达的大城市，乳腺癌发病率上升更为明显[1]。乳腺癌已经成为全世界妇女中最常见的癌症相关死亡原因。

五加科植物人参的干燥根或根茎始载于《神农本草经》：“味甘微寒。主补五脏，安精神，定魂魄，止惊悸，除邪气，明目，开心益智，久服，轻身延年”。作为我国应用历史悠久的传统中药，人参在临床上广泛用于治疗心血管、消化系统、肿瘤等疾病[2]。研究表明，人参皂苷及其代谢产物是人参发挥药理作用的主要有效成分[3]。人参皂苷是一种固醇类化合物，易溶于水，因其振摇时可产生持久、加热也不消失的肥皂样泡沫，取名为“皂苷”[4]。

人参皂苷主要由糖分子上的半缩醛羟基和非糖类化合物上的羟基脱水缩合而成，根据皂苷元分子中四环或五环三萜达玛烷型骨架的不同，人参皂苷主要分成3类：原人参二醇型（人参皂苷Ra1、Ra2、Ra3等）、原人参三醇型（人参皂苷Re、Rf、Rg1等）和齐墩果酸型（人参皂苷R0、Rh3、R1等）。其中，大多数人参皂苷属于原人参二醇型皂苷和原人参三醇型皂苷[5]。具有明确抗乳腺癌活性的人参皂苷见表1，从中发现：①抗乳腺癌人参皂苷中除了原人参二醇型和原人参三醇型外，人参皂苷的次级代谢衍生物在抗乳腺癌方面也有巨大作用；②不同人参皂苷虽然都具有抗乳腺癌的药理作用，但是不同人参皂苷发挥作用的分子信号各不相同，且分子机制复杂。为进一步对比不同人参皂苷抗乳腺癌的分子机制，根据抗乳腺癌的药理作用，对不同人参皂苷进行了分类总结。

细胞凋亡是程序性细胞死亡的类型之一，也是多种抗癌药物的重要作用机制，研究表明，细胞凋亡主要通过2种途径：外在死亡受体途径和内在线粒体途径。这些途径导致半胱氨酸蛋白酶（cysteineprotease，Caspase）的激活，这些酶可以裂解生成不同的底物，然后导致细胞死亡[6-9]。细胞调亡是人参皂苷抗乳腺癌的主要作用机制之一。目前已发现的多种人参皂苷中，包括人参皂苷Rh2、Rh4、Rk1、Rp1、Rd、Rg3和Rg5，均可诱导乳腺癌MCF-7、MDA-MB-231、T-47D细胞等的凋亡[10-16]。

研究表明，人参皂苷Rh2可显著抑制MCF-7、MDA-MB-231细胞的增殖，这与线粒体介导的细胞凋亡有关，人参皂苷Rh2可以引起抗凋亡蛋白基因家族B淋巴细胞瘤因子-2（B-cellleukemi-2，Bcl-2）、重组B淋巴瘤细胞因子2相关蛋白-xL（B-cellleukemia-xL，Bcl-xL）和髓样细胞白血病因子-1（myeloidcellleukemia-1，Mcl-1）的下调，还能引起促凋亡因子家族因子（Bak、Bax和Bim）的上升，导致Caspases的激活后，促进癌细胞凋亡[10]。

人参皂苷Rh4通过激活Caspase-3、Caspase-8和腺苷二磷酸-核糖聚合酶（polyADP-ribosepolymerase，PARP）蛋白水平，降低Bcl-2的表达，抑制MCF-7细胞在体内的增长[11]。人参皂苷Rk1可通过活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）/磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（proteinkinaseB，PKB/Akt）信号通路途径，参与Caspase依赖的外在和内在凋亡途径，提高Bax、细胞色素C、裂解的Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9的表达水平，从而促进抗凋亡因子Bcl-2的水平下降，诱导乳腺癌细胞的凋亡[12]。

人参皂苷Rp1可通过胰岛素样生长因子1受体（insulinlikegrowthfactor1receptor，IGF-1R)/Akt信号通路诱发MCF-7、MDA-MB-231、T-47D细胞产生停滞和凋亡，从而抑制乳腺癌细胞的生长[13]。人参皂苷Rd被发现能诱导MDA-MB-231、MCF-7细胞的凋亡[14,17]。在MCF-7细胞中，人参皂苷Rd可以增加细胞的Caspase-3活性、线粒体去极化以及非G1细胞的比例，促进乳腺癌细胞凋亡[14]；在MDA-MB-231细胞中，人参皂苷Rd能够上调Bax、裂解Caspase-3、降低Bcl-2的表达，通过抑制Akt/mTOR/P70S6激酶的信号传导，抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡[17]。

人参皂苷Rg3通过细胞外信号调节激酶（extracellularsignal-regulatedkinase，ERK）和Akt的失活，以及增强鼠双微体2基因（murinedoubleminute2，MDM2）与突变体p53蛋白的结合促进突变体p53的不稳定，阻断核因子-κB（nuclearfactor-κB，NF-κB）信号通路诱导MDA-MB-231细胞的凋亡[15,18-21]。人参皂苷Rg5可通过抑制PI3K/Akt信号通路，降低PI3K、Akt、mTOR和Bad的磷酸化水平，介导MCF-7细胞的凋亡，从而抑制乳腺癌细胞的增殖[16,22-23]。人参皂苷诱导乳腺癌细胞凋亡的分子机制见表2。

正常细胞周期的调节过程主要由4个阶段组成：G0/G1期（间隙1）、S期（DNA合成）、G2期（间隙2）和M期（有丝分裂）。在这个进程中，细胞周期的进展主要由细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-depentkinase，CDKs）调节，CDKs是参与细胞增殖的关键调节酶，可通过调节细胞周期检查点和转录响应细胞内外信号。CDKs的催化活性可由细胞周期蛋白和CDK抑制剂（CDKinhibitor，CDKIs）的相互竞争作用决定[20-22]。作为乳腺癌的标志物之一，抑制失控的CDKs已被认为是乳腺癌有效治疗的突破口。

目前被美国食品药品监督管理局批准用于治疗激素受体阳性、晚期或转移性乳腺癌以及其他亚型乳腺癌的CDK4/6抑制剂palbociclib、ribociclib和abemaciclib就是这种策略[24-27]。研究表明，人参皂苷Rg5、Rh2、Rk1、Rh4、Rp1也可以通过调节细胞周期对乳腺癌细胞产生抗癌作用[11-13,28-29]，这些人参皂苷通过诱导乳腺癌细胞的细胞周期停滞而抑制癌细胞的增殖。人参皂苷Rh4可以促使MCF-7细胞的细胞周期停滞在S期[11]。

人参皂苷Rk1、Rg5均可以导致MDA-MB-231细胞的G0/G1细胞周期停滞[12,29]。而人参皂苷Rp1不但可以导致MCF-7细胞的G0/G1细胞周期停滞[12]，还发现其可以导致MDA-MB-231、T-47D细胞的G2/M期停滞[13]。已有相关研究通过进一步的分子机制挖掘发现，人参皂苷Rg5调节MCF-7细胞周期的作用主要是通过增加p53、p21（WAF1/CIP1）和p15（INK4B）的表达，降低细胞周期蛋白D1、细胞周期蛋白E2和CDK4的表达导致的[29]。CDKs和CDKIs的调节对控制肿瘤生长至关重要[30-32]，人参皂苷拥有通过调节细胞周期相关蛋白诱导细胞周期停滞的能力，这为乳腺癌的治疗提供了新的有效治疗的研究方向。人参皂苷调节乳腺癌细胞周期的作用机制见表3。

除了诱导细胞凋亡和细胞周期停滞外，细胞自噬也可能是人参皂苷有效杀伤乳腺癌细胞的机制之一。作为一种程序细胞死亡，自噬相关的许多抗胸腺细胞球蛋白（anti-humanthymusglobulin，ATG）蛋白及其核心复合物在癌症进展和抑制方面的双重作用仍有争议，这些蛋白复合物（包括了ULK1/2激酶核心复合物、自噬特异性III类PI3K复合物、ATG9A转运系统、ATG12和微管相关蛋白轻链3（microtubuleassociatedproteinlightchain3，LC3）泛素样结合系统）参与自噬的启动、成核、延伸、成熟、融合和降解。

在癌症发展的不同背景和阶段，自噬发挥着动态的肿瘤抑制或肿瘤促进作用。在肿瘤发生的早期，自噬作为一种生存途径和质量控制机制，防止了肿瘤的发生并抑制了癌症的发展。一旦肿瘤发展到晚期，建立起来并受到环境压力的影响，自噬作为一个动态的降解和循环系统，有助于已建立的肿瘤的生存和生长，并通过促进转移而增强癌症的侵略性[35-37]。调节自噬同样可以作为乳腺癌治疗的有效干预策略[35]。人参皂苷Rh5、Rg2、Rg3、Rh2、F2，已被证明可以通过激活自噬途径抑制乳腺癌[16,26,38-43]。其中，体内外分析表明，人参皂苷Rh5可通过调节自噬相关ATG5、ATG12和LC3B-II的增加，以及p62蛋白表达的减少，抑制PI3K/Akt途径，促进MCF-7细胞自噬和凋亡[16,26]。

人参皂苷Rg2可通过上调ATG7和LC3-II的水平诱导MCF-7细胞自噬[38,41]。人参皂苷Rh2可以降低同源性磷酸酶张力蛋白诱导的激酶1［phosphataseandtensinhomologue(PTEN)-inducedputativekinase1，PINK1］和帕金森病蛋白（Parkin）的表达，增加过氧化物酶体增殖物激活受体-γ共激活因子-1α（peroxisomeproliferators-activatedreceptorγcoactivator-1α，PGC-1α）的表达，减少有丝分裂，调节活性氧和线粒体自噬，抑制MCF-7细胞增殖[39]。人参皂苷Rg3能显著抑制MCF-7细胞的增殖，主要通过MCF-7细胞的自噬产生作用[42]。人参皂苷F2通过调节p53介导的凋亡途径，同时诱导酸性泡状细胞器的形成，将绿色荧光蛋白-LC3-II招募到自噬体中，提高ATG-7水平，刺激乳腺癌干细胞的自噬[43]。人参皂苷促进乳腺癌细胞自噬的分子机制见表4。

EMT是一种生理和病理现象，可以影响细胞间上皮特征的丧失和获得，在肿瘤细胞的侵袭和转移中扮演了重要角色[44]。上皮细胞呈柱形或立方形，极性较强，细胞与细胞之间连接紧密，不运动，按线状成排覆盖在黏膜表面上，当受到外部因子刺激后，上皮细胞可以通过一系列生长因子和细胞因子诱导转变成没有极性的、运动能力较强的间质表型特性细胞，在这个EMT过程中，上皮细胞的形态逐步变成纺锤样纤维形，细胞极性减弱甚至丧失，细胞黏附性较差，细胞松散，容易转移[45]。

锌指转录因子、细胞转型调控因子和E盒结合锌指蛋白等转录因子对EMT的调控，以及EMT的诱导，通过转化生长因子-β（transforminggrowthfactor-β，TGF-β）、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinase，MAPK）和NF-κB信号通路增强了转移的可能性[46]。研究表明，EMT在乳腺癌的远处转移中发挥关键性作用[47-48]，人参皂苷Rg3、Rb1、CK等可通过干预EMT有效阻止乳腺癌的发生和发展。

人参皂苷Rg3在小鼠乳腺癌FM3A细胞中通过调节骨髓源性抑制细胞，抑制STAT3依赖性途径、肿瘤源性细胞因子和跨膜受体NOTCH信号通路，阻碍EMT的发生，有效控制乳腺癌的进展[49]。人参皂苷CK可通过PI3K/Akt途径抑制MCF-7细胞的增殖和EMT，并诱导乳腺癌细胞凋亡[50-51]。人参皂苷Rb1可通过抑制MDA-MB-231细胞EMT和受体酪氨酸激酶样孤儿素受体1（receptortyrosinekinaselikeorphanreceptor1，ROR1）表达来减缓乳腺癌的发生、发展[52]。这些研究也均表明抑制EMT也是人参皂苷发挥作用的重要机制。人参皂苷抗乳腺癌EMT调节的分子机制见表5。

人参皂苷抗乳腺癌的主要分子机制见图1。

miRNA是长度为18～25nt的非蛋白编码的小型RNA，通过调节其目标mRNA的降解和抑制翻译来发挥基因调节器的功能[53]。在癌细胞中，miRNA可以通过调节各种信号通路来影响细胞的凋亡、增殖、转移、EMT和肿瘤的发生[54-56]。Wang等[57]研究发现人参皂苷Rd可以降低小鼠乳腺癌4T1细胞中miR-18a的表达，下调大鼠信号转导分子2（signaltransducer2，Smad2）的表达水平，抑制乳腺癌细胞的增殖、转移和侵袭。

Wen等[58]研究发现人参皂苷Rh2可以通过调节MCF-7细胞中miRNA-222、miRNA-34a、miRNA-29a的表达，逆转化疗药物多西紫杉醇或阿霉素对乳腺癌的耐药性。Park等[59]研究认为人参皂苷Rh2通过控制突触融合蛋白结合蛋白5-AS1/miR-4425/新型E3泛素连接酶信号通路来抑制MCF-7细胞生长。Kim等[60]研究表明人参皂苷Rg3通过控制长非编码RNA（longnon-codingRNA，lncRNA）ATXN8OS和miRNA-424-5p信号通路来抑制MCF-7细胞的增殖并刺激其死亡。

lncRNA是一种200nt以上的RNA，具有与外显子结构、RNA聚合酶II的转录处理和中间mRNA相同的特征。乳腺癌患者的预后与免疫细胞的浸润与lncRNA的表达密切相关[61-62]，人参皂苷Rg3、Rh2可以通过调节lncRNA的表达，抑制乳腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。

人参皂苷Rg3可以抑制乳腺癌细胞的增殖，这可能是通过调控MCF-7细胞中的2个lncRNA的启动子STXBP5-AS1和DNA结合调节因子X3（regulatoryfactorX3，RFX3）-AS1，影响STXBP5、代谢型谷氨酸受体1（recombinantglutamatereceptormetabotropic1，GRM1）、RFX3和溶质载体家族1成员1（solutecarrierfamily1member1，SLC1A1）基因的表达[63]，也可能是通过控制lncRNA（ATXN8OS）[60]来实现的。人参皂苷Rh2抑制MCF-7细胞的扩增与lncRNA的启动子STXBP5-AS1[59]和3号染色体开放阅读框67抗体（chromosome3openreadingframe67，C3orf67）-AS1[64]相关。

表观遗传调控改变了遗传密码，通过诱导癌症的基因型变化而影响表型。修饰是由甲基化、组蛋白修饰和miRNA等组成。表观遗传学修饰导致肿瘤基因的激活和肿瘤抑制基因的失活，已被认为是诊断癌症的新标志[65]。通过甲基化高低的变化，人参皂苷Rh2、Rg3可以抑制乳腺癌细胞的恶性增殖。Ham等[66]研究发现，人参皂苷Rg3抑制MCF-7细胞是通过高甲基化的1号染色体开放阅读框25抗体、ATP酶蛋白酶体26S亚基6和人NADPH氧化酶4，低甲基化的人α-2,3-唾液酸转移酶、肾胺酶基因和人赖氨酸特异性脱甲基酶5A来实现的。Lee等[67]研究发现人参皂苷Rh2抑制MCF-7细胞的生长与高甲基化Caspase-1和小鼠胰岛素样蛋白5基因，低甲基化人嗅觉受体52家族成员1基因相关。

泛素化是指泛素（一类低相对分子质量的蛋白质）分子在一系列特殊的酶作用下，将细胞内的蛋白质分类，从中选出靶蛋白分子，并对靶蛋白进行特异性修饰的过程。这些特殊的酶包括泛素激活酶、结合酶、连结酶和降解酶等。蛋白质泛素化通过调节细胞周期停滞，影响肿瘤细胞的增殖、迁移、侵袭、发生和发展[68]。Zou等[69]研究发现人参皂苷Rg3可以调节MDA-MB-231细胞中13个位点的磷酸化状态，抵制乳腺癌的进展，调节的这些磷酸化蛋白包含了E3泛素蛋白连接酶MYCBP2和E3SUMO蛋白连接酶RAN结合蛋白2。Pokharel等[70]研究发现人参皂苷Rd与多柔比星耐药MCF-7/ADR细胞中多药耐药蛋白1（multidrugresistance1，MDR1）的泛素化增加有关。MDR1的稳定性可以通过泛素化进行下调，而人参皂苷Rd可通过泛素化降低了MDR1的蛋白表达，增加了多柔比星的敏感性。

人参皂苷联合常规化疗药物的抗乳腺癌具有协同作用。Zhang等[71]研究发现人参皂苷Rd可以通过MAPK/NF-κB途径，降低多柔比星耐药MCF-7/ADR细胞诱导的ATP结合盒B1抑制剂的表达水平，抑制多柔比星外流，同时还能抑制NF-κB与人类MDR1启动子的结合，改善多柔比星的药动学，减少其抗药性。Hou等[72]研究证实人参皂苷Rh2在暴露于多柔比星的MDA-MB-231细胞中对抗乳腺癌的效果是缓解衰老相关的分泌表型（senescence-associatedsecretoryphenotype，SASP）。研究发现由多柔比星诱导的SASP激活而迁移和侵袭的细胞，可以被人参皂苷Rh2通过p38MAPK、NF-κB信号和STAT3途径抑制。

Yuan等[73]研究发现在MDA-MB-231细胞中，人参皂苷Rg3联合紫杉醇比单用紫杉醇可以大大降低乳腺癌细胞中Bcl-2蛋白的表达，并显著提高Bax和Caspase-3的表达，人参皂苷Rg3通过调节Bax/Bcl-2和抑制NF-κB信号通路在激活紫杉醇的细胞毒性和诱导细胞凋亡的作用中发挥关键作用。Zhang等[50]研究发现人参皂苷CK和顺铂都能抑制MCF-7细胞的增殖、EMT和诱导细胞凋亡，而且人参皂苷CK和顺铂联用可以增强作用效果，其分子机制主要与PI3K/Akt信号通路相关。Pokharel等[70]研究发现人参皂苷Rd与多柔比星耐药MCF-7/ADR细胞中MDR1的泛素化增加有关。

乳腺癌是全球妇女最常发生的癌症。根据荷尔蒙受体的表达，它被分为4个基本类型。包括雌激素受体阳性、孕激素受体阳性、人类上皮生长因子受体2阳性和三阴性乳腺癌。乳腺癌的治疗方法是手术治疗、放疗和化疗。人参皂苷作为一种天然的抗肿瘤活性成分，在治疗乳腺癌方面展现了广阔的应用前景，抑制乳腺癌的分子机制主要包括促进细胞凋亡、影响细胞周期、诱导自噬、调节EMT、表观遗传变化和联合治疗等。特别是，有研究发现人参皂苷的抗癌作用可以影响它们与传统化疗相结合的问题。

化疗是利用药物杀伤癌细胞，在乳腺癌的临床中是常用的治疗方式。由于化疗对肿瘤细胞并没有特异性，这种方式在杀伤肿瘤细胞同时也会杀伤正常细胞，从而会导致一系列的恶心、腹泻、呕吐、脱发等不良反应。但是，人参皂苷联合化疗的使用为乳腺癌的治疗提供了一种新颖的潜在治疗方式，为未来在临床治疗中减少传统化疗对抗乳腺癌产生的不良反应提供了新的思路。

本文综述了人参皂苷抗乳腺癌的分子机制，发现目前人参皂苷在乳腺癌方面的的研究更多的是基于乳腺癌细胞系开展的，这些乳腺癌细胞系主要是MCF-7、MDA-MMB-231、T-47D细胞。人MCF-7细胞来自一名69岁的乳腺癌白人女性患者的胸腔积液内的细胞。该细胞系保留了乳腺分化上皮的特征，可表达癌基因Wnt蛋白家族7B抗体（proteinWnt-7b，WNT7B），并能通过胞质雌激素受体加工雌二醇并能形成隆突结构，同时，肿瘤坏死因子-α（tumornecrosisfactor-α，TNF-α）可以抑制MCF-7细胞的生长，抗雌激素处理能调节细胞胰岛素样生长因子结合蛋白的分泌。

人MDA-MB-231细胞来自一名51岁的乳腺癌白人女性患者的胸腔积液内的细胞，该细胞可表达表皮生长因子（epidermalgrowthfactor，EGF）受体、TGF-α受体和癌基因WNT7B，是一种常用的三阴性乳腺癌模型细胞系。人T-47D细胞是来自一名54岁女性患者侵入性乳房导管癌的胸腔积液内的细胞，可表达癌基因WNT7B，有细胞质连接、可表达17β-雌二醇及其他类固醇激素、降钙素的受体。

细胞水平的研究虽然提供了很好的平台并明确了人参皂苷的抗乳腺癌作用，但是，细胞水平的模型结构较单一，不能完全代表乳腺癌的特征，缺乏足够的动物水平、人体水平的研究。这也主要是因为低等动物或高等动物水平缺少足够的研究模型，而人体水平还未达到应有的研究等级导致的，这其实是目前人参皂苷在抗乳腺癌治疗研究方面的难点。如何进一步明确人参皂苷抗乳腺癌的作用，推动其临床前、甚至开展相关临床研究，以治疗原发性和转移性乳腺肿瘤，还需要科研工作者继续努力探讨。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献（略）