姜黄素通过活性氧介导的凋亡抑制转移性口腔鳞状细胞癌的肿瘤生长

本研究揭示姜黄素（Curcumin）通过诱导活性氧（ROS）生成触发线粒体应激凋亡，显著抑制口腔鳞癌（OSCC）细胞活力（2D/3D模型）及体内肿瘤生长。其作用机制涉及线粒体超氧化物升高、细胞形态改变（FSC/SSC参数变化）及NAC可逆的氧化应激效应，为天然化合物（NC）治疗转移性OSCC提供了临床前证据。

　　

背景

口腔鳞状细胞癌（OSCC）是全球第13大常见肿瘤，占口腔癌病例的90%以上。尽管治疗手段有所进步，但由于晚期诊断和耐药性问题，其五年生存率仍徘徊在50%左右，严重影响着患者的生活质量。当前，基础、转化和临床研究正致力于探索肿瘤生物学并开发新的有效疗法。在此背景下，源自植物的天然化合物（NC）因其药理潜力而备受关注，许多临床化疗药物如紫杉醇、多西他赛和长春新碱均衍生自这些物质。姜黄素作为姜黄（Curcuma longa L.）的主要活性成分，因其安全性高、成本低且在OSCC中展现出前景而脱颖而出。本研究旨在评估姜黄素对线粒体应激诱导的凋亡性细胞死亡的影响及其在临床前模型中的细胞毒性。

材料与方法

研究采用高转移性HSC3细胞系（人口腔鳞癌细胞系）。在二维（2D）单层和三维（3D）球体模型中，通过发光法（CellTiter-Glo^?试剂）评估细胞毒性并计算半数有效浓度（EC₅₀）。通过流式细胞术分析形态学参数（前向散射FSC和侧向散射SSC）、细胞凋亡（Annexin V/PI染色）以及活性氧（ROS）产生（使用MitoSOX?探针）。使用抗氧化剂N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC）预处理以验证ROS的作用。3D培养通过磁力悬浮技术（Nanoshuttle-PL）形成同型球体，并通过显微镜观察形态变化。体内实验采用C.B-17 SCID小鼠异种移植模型，评估姜黄素（50 mg/kg）对肿瘤生长的抑制效果，并进行组织学（H&E和PAS染色）和血液学分析。

结果

姜黄素在OSCC单层细胞培养中发挥细胞毒性并降低细胞活力

在2D模型中，姜黄素和阳性对照5-氟尿嘧啶（5-FU）均对HSC3细胞表现出细胞毒性，EC₅₀值分别为8.3 μM和21.26 μM。此外，与阴性对照（DMSO）相比，姜黄素在处理24小时和48小时后均显著降低了HSC3细胞的活力。

姜黄素增加细胞凋亡并促进细胞形态学改变

处理24小时后，姜黄素显著增加了HSC3细胞的晚期凋亡；48小时后，姜黄素和5-FU均显著增加了早期和晚期凋亡，但未观察到坏死增加。同时，姜黄素诱导了细胞皱缩（FSC减少）和核浓缩（SSC增加），这些形态学变化与凋亡一致，并呈现浓度和时间依赖性。

姜黄素触发ROS介导的细胞死亡，NAC预处理可减轻此效应

姜黄素处理显著增加了HSC3细胞线粒体超氧化物的水平。使用抗氧化剂NAC进行预处理后，姜黄素诱导的ROS生成和细胞凋亡均被减弱，证实其细胞毒性效应至少部分是由氧化应激介导的。

姜黄素在OSCC三维细胞培养中发挥细胞毒性并降低活力

在3D球体模型中，姜黄素在处理12小时和24小时后降低了细胞活力，24小时的EC₅₀为19.5 μM。形态学分析显示，姜黄素引起了细胞解聚、球体结构破坏以及外层增殖区的破坏，支持了其在3D培养中的细胞毒性活性。

姜黄素在OSCC异种移植模型中抑制肿瘤生长

在C.B-17 SCID小鼠模型中，姜黄素（50 mg/kg）治疗显著抑制了肿瘤生长。组织学分析显示，所有组的肿瘤均表现出OSCC的典型特征，如细胞和核多形性、异常有丝分裂象等。与阴性对照组相比，姜黄素组的肿瘤分化程度更好。在肺组织中，阴性对照组观察到肿瘤结节和栓塞，而姜黄素和5-FU组则表现出炎症浸润和血管充血。肝脏显示部分结构保存，有轻度水样变性和炎症细胞浸润。系统性毒性评估显示，姜黄素对体重、器官重量及血液学参数（如红细胞、血红蛋白）均无显著影响，而5-FU则引起了显著的白细胞减少和中性粒细胞减少。

讨论

本研究首次描述了姜黄素通过氧化应激诱导转移性OSCC细胞凋亡的机制，并评估了其在3D无支架模型和体内模型中的效果。姜黄素在2D培养中表现出较低的EC₅₀，表明其具有较高的治疗潜力。其诱导的形态学改变和凋亡效应与既往研究一致。ROS水平的显著升高以及NAC的逆转效应证实了氧化应激的关键作用。3D球体模型显示出更高的耐药性，这与该模型更接近体内环境有关。体内实验证实了姜黄素的抗肿瘤效果，且未引起显著的全身毒性，这与5-FU引起的骨髓抑制形成对比。然而，姜黄素的临床应用仍受限于其水溶性差、生物利用度低等问题，未来研究需探索其不同剂型和剂量，以及与化疗药物的协同效应。设计良好、大规模临床试验对于验证其安全性和有效性至关重要。

结论

姜黄素在2D和3D模型中均对转移性OSCC细胞表现出浓度和时间依赖性的细胞毒性活性，其中3D球体表现出更强的耐药性。该化合物通过增加活性氧（ROS） production诱导凋亡，引起细胞形态学改变，并在体内抑制肿瘤形成。然而，姜黄素至今并非FDA批准的癌症治疗药物，其临床相关性仍不确定。其作用机制与OSCC的联系尚未完全阐明，且其较差的生物利用度、不稳定性以及制剂间的差异性等显著限制因素必须得到审慎解决。因此，尽管本研究强调了姜黄素在临床前模型中的潜在抗肿瘤活性，在考虑将其作为口腔癌的可行治疗候选药物之前，仍需进行更严格的药理学、毒理学和临床研究。