人参皂苷Rg3的抗肿瘤机理作用及最新进展
人参皂苷Rg3，是众多人参皂苷中的一种，是从干燥人参根中提取的极微量精华成分。经过不断的研究和临床试验研究，Rg3被证实其主要作用功效为抗肿瘤，其在预防和治疗癌症中都起到重要作用。Rg3最初被发现、提取，仅能在实验室进行微量提纯，1995年，我国科学家富力、鲁岐突破完成创新生产工艺，Rg3的工业化生产由此开始。关于人参皂苷Rg3的抗肿瘤作用机理，也有诸多学者进行了研究，以下内容，摘自王杰军，周文丽等人在《临床肿瘤学杂志》2017 年7月第22 卷第7期上发表的研究文献《人参皂苷Rg3的抗肿瘤作用及研究进展》，主要内容是将近年关于人参皂苷Rg3的文献作一综述，以便帮助大家更全面地了解人参皂苷Rg3在实体肿瘤中的应用。人参皂苷Rg3的抗肿瘤机制主要包括诱导肿瘤细胞凋亡、抑制增殖、转移和血管生成,以及解除免疫抑制，促进免疫应答。此外，人参皂苷Rg3与化疗联合可协同改善治疗效果和减少不良反应。
【王杰军教授】
医学博士，博士研究生导师
第二军医大学附属长征医院肿瘤科主任医师
中国癌症康复与姑息治疗专业委员会主任委员
中国人民解放军肿瘤专业委员会主任委员
中国生命关怀协会副会长
上海癌症康复与姑息治疗专业委员会主任委员
上海综合性医院肿瘤防治专业委员会主任委员
上海市防癌抗癌事业发展基金会副理事长
中国临床肿瘤学会(CSCO)常务委员
美国临床肿瘤学会(ASCO)委员(Active member)
国家药品监督管理局药物审评委员会委员
中华医学会上海分会肿瘤专科委员会荣誉主委
文献节选：
“1、诱导肿瘤细胞凋亡
细胞的死亡和更新是多细胞生物整个生命过程中不可缺少的环节，可及时清除机体内的多余细胞和受损细胞，对各组织器官的发育及免疫系统的建立发挥重要作用[9]。岩藻糖基化是肿瘤的特征之一，在肿瘤生物学中起着重要作用，许多癌症中已经报道了糖蛋白和糖脂的岩藻糖基化水平上升[10]。岩藻糖基转移酶Ⅳ(FUT4)是催化LewisY寡糖合成的必需酶，并受特异性蛋白1(SP1)和热休克转录因子1(HSF1)的调控。SP1的高表达可抑制肿瘤的发生发展，而HSF1则可促进肿瘤细胞增殖，二者的异常表达与肿瘤的预后不良相关[11]。Aziz等[12]预先用幽门螺杆菌细胞毒素相关抗原A(CagA)处理胃癌细胞，发现经CagA处理的胃癌细胞中SP1表达显著降低，而HSF1、FUT4表达明显增高。之后用Rg3处理CagA胃癌细胞，结果显示Rg3可明显诱导胃癌细胞凋亡，同时caspase-8、caspase-9、caspase-3和SP1表达明显增高，而HSF1和FUT4表达明显降低。进一步研究发现SP1抑制剂处理胃癌细胞可导致Bax的低表达以及caspase-8、caspase-9和caspase-3的失活，而用HSF1和FUT4抑制剂处理胃癌癌细胞后，Bax表达增高，并激活caspase-8、caspase-9和caspase-3。因此Rg3可分别通过刺激SP1的表达和抑制HSF1表达来下调FUT4表达水平，从而诱导胃癌细胞凋亡。熊明华等[13]用不同浓度人参皂苷Rg3干预人宫颈癌HeLa细胞，Rg3作用后HeLa细胞出现了典型的凋亡形态学变化，可见凋亡小体；Rg3作用后HeLa细胞的凋亡相关基因Bcl-2表达降低，Bax基因表达升高。Zhang等[14]在研究胆囊癌细胞时发现，人参皂苷Rg3通过激活p53通路，从而诱导胆囊癌细胞的死亡和凋亡。有文献报道人参皂苷Rg3还可以通过下调PI3K/Akt家族蛋白的表达，抑制MEK信号通路以及激活STAT3信号通路，从而抑制Warburg效应诱导肿瘤细胞凋亡[15-16]。
2、抑制肿瘤细胞增殖
正常体细胞具有有限增殖的能力，但最终细胞衰老进入非增殖状态。而肿瘤细胞则逃避了衰老，具有无限增殖的潜能。Eph受体是跨膜蛋白酪氨酸激酶家族中最大的受体，其能够识别来自细胞环境的信号并影响细胞间的相互作用和细胞迁移。当Ephrins与Eph受体结合时，Eph/Ephrin信号通路轴的双向信号传导将被激活，从而促进肿瘤增殖和转移[17]。Luo等[18]研究表明，人参皂苷Rg3可抑制Eph/Ephrin信号通路，从而抑制肿瘤细胞增殖，发挥抗肿瘤功效。邹霞等[19]用人参皂苷Rg3处理人膀胱癌T24细胞株，膀胱癌T24细胞生长明显受到抑制，且这种抑制作用呈时间、浓度依赖关系。同时发现人参皂苷Rg3作用后的膀胱癌T24细胞中，EphB4mRNA及其蛋白的表达明显减弱，表明人参皂苷Rg3的抗癌活性与其抑制EphB4表达有关。不仅如此，人参皂苷Rg3还可通过阻断细胞周期发挥抗肿瘤作用。熊明华等[13]研究显示人参皂苷Rg3可促进人宫颈癌HeLa细胞凋亡，同时还观察到细胞被阻断在G2/M期，细胞周期发生明显改变。有文献报道，人参皂苷Rg3通过下调组蛋白去乙酰化酶(HDAC)3的表达和增加p53的乙酰化和转录活性使细胞周期停滞在G0/G1期[20]。
3、抑制肿瘤细胞粘附、侵袭和转移
肿瘤转移是指肿瘤细胞从原始位点扩散到远端，是肿瘤治疗失败和患者死亡的主要原因。肿瘤转移的分子机制复杂，涉及多步骤、多阶段以及多基因的变化[21]。水通道蛋白(AQP)在体内普遍存在，具有水转运和稳定渗透压的基本功能。水通道蛋白1(AQP1)是第一个被发现的水通道蛋白。除了其基本功能外，AQP1还可以促进各种细胞迁移、血管生成，这是引起肿瘤进展的另一个重要因素。在恶性肿瘤中，AQP1通常为过度表达[22]。Pan等[23]用人参皂苷Rg3处理前列腺癌PC-3M细胞后，AQP1的表达明显下降。进一步研究表明人参皂苷Rg3通过激活p38/MAPK通路，下调AQP1和一些作用于AQP1启动子的转录因子的表达，从而有效抑制PC-3M细胞迁移。
上皮间质转化(EMT)是一种重要的形态变化，被认为是胚胎组织器官发生和形态发生的重要过程。EMT在肿瘤转移中也起重要作用。肿瘤EMT期间发生三大变化：(1)上皮细胞失去细胞间的连接和钙粘蛋白;(2)它们获得波形蛋白;(3)细胞骨架发生重排，这使它们能够获得迁移和侵袭的能力[24]。TGF-β1是一种EMT刺激因子，TGF-β1刺激后的细胞变成纺锤形，使细胞极性消失，细胞粘附结构减少，进而调节细胞迁移和侵袭[25]。Kim等[26]以肺癌细胞A549为研究对象，证明人参皂苷Rg3通过抑制TGF-β1诱导的EMT来降低体外肺癌迁移和侵袭能力。
4、抑制血管生成
在生理状态下，血管生成是新生血管形成以维持周围组织氧供、营养及灌注压的过程。和正常组织一样，肿瘤需要营养和氧的供给。肿瘤血管不受控制及无规则的生成使肿瘤快速增长。因此，抑制肿瘤新生血管形成是控制肿瘤生长的有效治疗手段。王鸿彪等[27]以人鼻咽低分化鳞癌HNE-1细胞为研究对象，发现HNE-1细胞在Matrigel上培养能形成血管网状样结构，而人参皂苷Rg3能抑制HNE-1细胞体外管道形成，其管状结构数量与人参皂苷Rg3浓度呈负相关。人参皂苷Rg3能够抑制HNE-1细胞体外血管生成拟态的形成。
Guo等[28]以胰腺癌细胞为研究对象，发现无论在体内还是体外，Rg3均可抑制血管拟态的发生，进一步研究发现，Rg3抑制血管拟态形成的机制是下调血管内皮细胞钙粘蛋白(VE-cadherin)、上皮细胞激酶(Epha2)、金属蛋白酶2(MMP-2)以及金属蛋白酶9(MMP-9)。
5、增强机体免疫
人参皂苷Rg3可通过调节荷瘤动物模型中的宿主免疫发挥作用。之前的研究表明，人参皂苷Rg3通过诱导免疫细胞增殖显著抑制肺癌H460细胞荷瘤小鼠的肿瘤生长[29]。此外，人参皂苷Rg3治疗肝癌H22细胞荷瘤小鼠后，小鼠血清中分泌的IL-2、IFN-γ明显增多;同时人参皂苷Rg3通过刺激ConA诱导淋巴细胞增殖显著增强细胞免疫[30]。
6、抗氧化应激
氧化应激与许多生理病理过程相关，而活性氧(ROS)作为细胞信号的第二信使在其中均有重要作用。氧化还原反应平衡的变化可引起机体一系列的变化，ROS水平增加或产生速度加快，可引起过度氧化应激导致细胞损害和细胞信号转导异常;而ROS水平减少，会中断细胞信号，因此破坏细胞内稳态[31]。ROS在肿瘤细胞的增殖、生存、血管生成和转移中均具有促进作用[32]。Sun等[33]在研究Lewis肺癌细胞时发现，高水平的活性氧诱导Lewis肺癌细胞增殖，但给予人参皂苷Rg3(200ng/ml)干预后，可减少活性氧产生，抑制细胞增殖。Lee等[34]通过临床及一系列研究发现，人参皂苷Rg3通过抑制顺铂介导的细胞内ROS的产生，从而减少顺铂对肝、肾等组织的损伤。
7、逆转耐药，与化疗联合协同增效
人参皂苷Rg3可增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，克服肿瘤细胞多药耐药(MDR)。有研究表明，Rg3可特异地、高效地逆转耐药性P388白血病细胞和人骨髓瘤细胞KBV20C的耐药[35]。Rg3联合多西他赛处理前列腺癌和结肠癌细胞后，NF-KappaB活性和信号通路明显受到抑制，前列腺癌细胞和结肠癌细胞耐药性下降，二者协同增加治疗效果[36-37]。人参皂苷Rg3还可显著增加肝细胞癌(HCC)细胞(如HepG2)中TRAIL受体DR5的表达，增强对TRAIL的敏感性[38]。
袁国荣等[39]将人胃癌BGC-823细胞裸鼠移植瘤模型随机分为4组：人参皂苷Rg3组、紫杉醇组、联合组(人参皂苷Rg3+紫杉醇)和对照组(生理盐水组)。连续用药3周。结果发现联合组肿瘤转移率低于紫杉醇组和人参皂苷Rg3组。提示人参皂苷Rg3联合紫杉醇具有协同抗胃癌转移作用。”
人参皂苷Rg3行业发展近年研究瓶颈
近年来大量研究数据表明了人参皂苷Rg3的正面功效十分显著，无论在体内还是体外均表现出良好的抗肿瘤活性，其耐受性较好，无明显毒副作用。但在近年来对Rg3的研究中，一些关键的问题仍然很难突破，普通的人参皂苷Rg3水溶性差，口服吸收慢，进入人体后消除快，血药浓度和生物利用度较低，在胃液的酸性环境中可能会发生水解，生物利用度仅为2.63%，这些问题都直接导致了Rg3进入人体后，不能被充分利用和完全吸收，这就使其有效成分的作用被大大削减。这些问题不仅直接影响Rg3的重要作用的发挥，而且是Rg3行业的研究瓶颈，持续多年未被突破。所以，解决上述问题意味着对Rg3的临床应用有着重要意义。
中国生物制药行业打破Rg3溶解度瓶颈
为了突破人参皂苷Rg3的上述科研瓶颈，使其抗肿瘤的有效作用能够更大程度地稳定发挥出来，我国科研人员富力等人，针对人参皂苷Rg3溶解度、生物利用度做了更进一步的研究，在人参皂苷Rg3单体提取技术的基础上，创制出了一种水溶性人参皂苷的提取技术，打破了Rg3在人体的吸收瓶颈。这一技术关键在于可以使原本不溶于水的Rg3溶于水，其有效成分进入肠胃后可得到充分溶解，彻底解决了Rg3进入人体后吸收度差、生物利用度低的关键问题。普通Rg3仅能被吸收2-10%，水溶性人参皂苷Rg3吸收效果提高了9-45倍，且纯度高、杂质少、燥性低、吸收好、生物利用度高、耐受性和作用效果良好。
水溶性人参皂苷Rg3与非人参皂苷Rg3的性质对比研究
通过观察水溶性人参皂苷Rg3与普通人参皂苷Rg3性质，对比得出结论：非水溶性人参皂苷Rg3主要以大粒度片状晶体形式存在，晶体表面与晶体内部结构不同，比表面积小，不易溶解。
而通过水溶性制备工艺制成的人参皂苷Rg3的晶体片状药物结构消失，呈疏松多孔的形式，比表面积增大，溶解度明显增加，且稳定性好。为进一步证实，研发团队将制备出的水溶性人参皂苷Rg3溶液，置于模拟人体肠胃酸性环境中，观察其溶解性能。
试验结果表明，水溶性人参皂苷Rg3进入人体肠胃后，其溶解度约为非水溶性人参皂苷Rg3的36.18倍，使其人体生物利用度明显提高，在人体内的效能大幅提高。
通过上述试验结果和大量科学数据都可以得出结论：非水溶性人参皂苷Rg3吸收差、燥性大、生物利用度低，耐受性和作用效果均不好;水溶性人参皂苷Rg3纯度高、杂质少、燥性低、吸收度好、生物利用度高，耐受性和作用效果良好，更利于人体吸收和有效作用的发挥。
