癌症是全球性的公共健康问题,尽管目前癌症的诊断和治疗取得了一定的进展,它仍严重威胁着居民的身心健康。随着人口老龄化、环境污染以及生活方式的改变,癌症的发病率及死亡率将持续上升。目前肿瘤治疗的手段包括手术治疗、放疗和化疗。化疗是临床上常用的手段。化疗药物根据机制不同可以分为以下几类:烷化剂、抗代谢药、抗肿瘤抗生素、拓扑异构酶抑制剂、有丝分裂抑制剂、和生物大分子制剂。但这些抗肿瘤药存在着严重的毒副作用而且在治疗过程中容易产生耐药性。因此开发高效、低毒的抗肿瘤药,使其在发挥抗肿瘤作用的同时,尽可能对机体产生较小的毒副作用,从而提高生存质量,延长生存期,是药物研发人员不断努力的方向和奋斗目标。越来越多的研究者尝试从食物或其他天然物质中寻找新的、毒性小的抗肿瘤药物,并取得了重大突破。深入研究这些药物发挥作用的分子机制对于发现更加有效的癌症预防和治疗措施有着极其重要的价值。大蒜是一种百合科葱属植物,它不仅可以食用,而且可以作为一种药用植物用于各种疾病的预防和治疗。流行病学研究以及肿瘤模型实验结果表明,大蒜及其衍生物对多种癌症均有抑制作用。大蒜中主要的活性成分是其含有的有机硫化合物,包括脂溶性的有机硫化合物(DAS、DADS和DATS)和水溶性的有机硫化合物(SAC和SAMC)。DAS、DADS、DATS和其他硫化物在胃肠道中可以转化为SAMC,使得SAMC在胃肠道粘膜中浓度较高,所以SAMC对于胃肠道肿瘤可能有更好的抑制作用。目前SAMC抗肿瘤作用的研究多集中在体外,对于体内抗肿瘤活性及机制的研究较少。由于不同的肿瘤细胞所表达的特性不同,因此不论是体外或是体内都需要对SAMC的抗肿瘤作用进行进一步的研究和验证。此外,SAMC的药效机制仍需要更全面深入的研究,从而完善SAMC的抗肿瘤机制,为其在肿瘤预防和治疗中的应用提供依据。有文献报道,老蒜提取物(AGE)可以减轻顺铂诱导的大鼠肾毒性。SAMC作为AGE中的主要成分可能是其发挥肾保护作用的有效物质,因而SAMC有可能成为一种与顺铂联用降低其毒性的候选化合物。此外SAMC可能是通过作用于多靶点来发挥整体的药效作用,所以我们引入了能反映生物体整体特征的代谢组学研究思路,从代谢途径和分子层面探讨SAMC联合顺铂对胃癌移植瘤的抑制作用及相关机制。由此,本课题的研究内容主要分为以下三部分:(1)研究SAMC的抗肿瘤活性及其作用机制。本课题首先结合国内外已有的SAMC抗肿瘤作用的研究,选择了 9种尚未有研究或机制尚不明确的细胞系检测了 SAMC的体外增殖抑制作用效果。然后基于体外研究结果选择了胃癌SGC7901细胞、结肠癌HCT116细胞、乳腺癌MCF-7细胞和白血病K562细胞进行体内抗肿瘤作用研究。最终选择抗肿瘤疗效较为显著的胃癌SGC7901细胞和结肠癌HCT116细胞进行更深入全面的抗肿瘤机制研究。体内外抗肿瘤实验结果表明:SAMC可以抑制胃癌SGC7901细胞的增殖,48小时的IC50值为231.2μmol/L;也能抑制胃癌SGC7901裸鼠移植瘤的生长,40、60、80mg/kg 的 SAMC 的相对肿瘤增殖率(T/C)分别为 44.5%(p<0.01)、39.8%(p<0.01)和38.9%(p<0.01),表明中高剂量组的肿瘤抑制效果较为显著,而且在给药剂量下SAMC没有明显毒性。在SGC7901细胞中,SAMC可以阻滞细胞周期在S期,同时诱导细胞凋亡。SAMC可能是通过激活MAPK通路,抑制PI3K/Akt通路,来发挥增殖抑制、周期阻滞和凋亡诱导的作用。此外,我们探索了 SAMC在结肠癌HCT116中的体内外抗肿瘤作用及机制。体外抗肿瘤实验结果表明SAMC可以抑制结肠癌HCT116细胞的增殖,24小时的IC50值为314.7 μmol/L。SAMC还能抑制结肠癌HCT116裸鼠移植瘤的生长,40、60、80mg/kg 的 SAMC 的相对肿瘤增殖率(T/C)分别为 48.3%(p<0.01)、40.1%(p<0.01)和34.6%(p<0.01),表明高剂量肿瘤抑制效果较为显著,且在给药剂量下没有明显毒性。抗肿瘤信号通路研究结果表明,SAMC可以通过ROS介导的JNK和p38通路阻滞HCT116细胞周期在G2/M期、诱导肿瘤细胞凋亡。(2)研究SAMC联合顺铂对胃癌移植瘤生长的影响及血清代谢组学研究。我们首先建立了人胃癌SGC7901裸鼠移植瘤的模型,然后将荷瘤小鼠随机分为对照组、顺铂组、SAMC组以及SAMC与顺铂联用组,观察肿瘤生长以及体重变化,测定血清中ALT、AST、BUN和Cr的含量变化,并利用HE染色法观察肝脏和肾脏的组织形态学变化。结果表明虽然SAMC不能显著增加顺铂的疗效,但却能够改善荷瘤小鼠的食欲,稳定体重,并且可以减轻顺铂诱发的脏器损伤,增强机体的免疫力,提高其生存质量。接着本课题采用基于气质联用和液质联用的代谢组学技术对SAMC抗肿瘤和减毒作用的代谢机制进行了研究。代谢组学结果表明,与正常裸鼠相比,荷瘤裸鼠血清中的代谢物发生了改变。这些代谢标志物与机体能量代谢和氨基酸代谢的紊乱有关。小鼠在荷瘤状态下,可能存在着整体机能的平衡失调和免疫功能的紊乱,而顺铂进一步加剧了体内代谢的紊乱。SAMC单用或联用均可改善体内代谢紊乱的现象。这说明SAMC可以调节体内能量代谢和氨基酸代谢过程,改善机体的免疫功能,进而发挥抗肿瘤效应和减毒作用。(3)研究SAMC对顺铂肾毒性的保护作用。本部分旨在研究SAMC对顺铂肾毒性的保护作用及机制。首先建立大鼠肾损伤模型,观察SAMC预处理对肾功能、肾脏组织病理学以及氧化应激的影响,检测细胞凋亡、NFκB活性、Nrf2通路和以及炎症因子的表达在SAMC逆转顺铂诱发的肾毒性中发挥的作用。此外,我们还探索了 SAMC对HK-2细胞活力及凋亡的影响。组织病理学及血清生化指标的结果显示,SAMC可以显著降低顺铂诱导的肾损伤。SAMC预处理可以减弱NFκB的活性,上调Nrf2和NQO1的表达,降低炎症因子的水平。SAMC还能减轻顺铂诱导的HK-2细胞的凋亡。因此,SAMC可能是通过抗炎和抗氧化途径来发挥保肾作用。综上所述,SAMC可以抑制胃癌SGC7901和结肠癌HCT116细胞的增殖以及裸鼠异种移植瘤的生长,特别是80 mg/kg的体内给药剂量组的相对肿瘤增殖率(T/C)低于40%,呈现较为显著的抗胃癌SGC7901和结肠癌HCT116的效果,且在此剂量下没有毒性;SAMC可以通过调节MAPK和Akt通路诱导胃癌SGC7901细胞凋亡,通过调节ROS介导的JNK和p38通路诱导结肠癌HCT116细胞G2/M期阻滞和细胞凋亡。当SAMC与顺铂联合应用于荷胃癌SGC7901细胞裸鼠移植瘤时,SAMC可以减弱顺铂诱发的毒副作用,这种作用可能与SAMC对裸鼠体内能量代谢和氨基酸代谢的调节有关。此外,SAMC能通过抑制凋亡、氧化应激和炎症逆转顺铂诱发的大鼠肾毒性以及HK-2细胞毒性。本研究为SAMC进一步地研发提供了有利依据。