蜂毒肽的抗癌作用及其機(jī)制

陳伊凡 胡福良 編譯

（浙江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，杭州310058）

蜂毒肽的抗癌作用及其機(jī)制

陳伊凡 胡福良 編譯

（浙江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，杭州310058）

癌癥是危害人類健康的“頭號殺手”。目前，全世界每年死于癌癥的人數(shù)高達(dá)近1000萬。盡管現(xiàn)代醫(yī)學(xué)飛速發(fā)展，放療、化療等新的治療手段不斷涌現(xiàn)，但癌癥對人類健康仍然很致命，癌癥患病及死亡人數(shù)仍在逐年增加。因此，仍然需要繼續(xù)探索全新的抗癌藥物和治療方式。研究表明，從蛇、蝎子、海膽、珊瑚、蜘蛛、蜜蜂等動物（包括昆蟲）身上獲得的毒性物質(zhì)具有殺死癌細(xì)胞的功能。蜂毒，尤其是蜂毒肽的抗癌作用及其機(jī)制研究越來越受到人們的關(guān)注。本文對近年來國外學(xué)者在蜂毒肽的抗癌作用及其機(jī)制方面的研究進(jìn)展作一介紹，旨在為蜂毒的開發(fā)利用提供參考。

1.蜂毒肽

蜂毒是工蜂毒腺和副腺分泌出的具有芳香氣味的一種透明毒液，貯存在毒囊中，蜇刺時由蜇針排出。蜂毒的化學(xué)成分極為復(fù)雜，是含有多種活性肽的復(fù)雜混合物，包括蜂毒肽、蜂毒明肽、安度拉平、肥大細(xì)胞脫顆粒肽等。此外，它也包括磷酸酶A-2（PLA2）、透明質(zhì)酸酶、生物活性胺和和非肽成分，如脂類、碳水化合物、游離氨基酸等，都含有細(xì)胞活性。從20世紀(jì)30年代以來，蜂毒的化學(xué)成分和藥理學(xué)活性一直是研究的熱點(diǎn)。隨著化學(xué)分離方法的進(jìn)步及分子水平和細(xì)胞水平研究的深入，蜂毒在其組分結(jié)構(gòu)與功能方面不斷取得突破。

蜂毒肽（Melittin）是蜂毒的主要活性成分，約占干物質(zhì)的50%。由紐曼（W.Neuman）和哈伯曼（E. Habermann）于1952年采用紙上電泳法首先從蜂毒中分離出來。蜂毒肽的化學(xué)分子式為C131H228N38O32，由26個氨基酸組成，分子量為2847.5 Da，有很強(qiáng)的溶血活性。其氨基酸序列為：Gly-Ile-Gly-Ala-Val-Leu-Lys-Val-Leu-Thr-Thr-Gly-Leu-ProAla-Leu-Ile-Ser-Trp-Ile-Lys-Arg-Lys-Arg-Gln-Gln。1971年，蜂毒肽已被人工合成，合成品的生物活性與天然品相同。

蜂毒肽是一種天然去垢劑，有著很大的表面張力。盡管它作為單體或四聚物時是水溶性的，但很容易破壞細(xì)胞膜，導(dǎo)致磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)的瓦解。這種蜂毒肽誘導(dǎo)的膜在形態(tài)學(xué)上的改變可能是由于荷爾蒙分泌的誘導(dǎo)，造成膜蛋白聚集和膜電勢的改變。此外，蜂毒肽能刺激各種不同的酶，包括G蛋白、蛋白激酶C、腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶C和D。蜂毒肽在蜜蜂毒腺內(nèi)通常呈四聚物形式，而在細(xì)胞裂解時呈現(xiàn)單體。蜂毒肽四聚物能引起神經(jīng)末梢去極化，從而產(chǎn)生痛覺。蜂毒肽還能增強(qiáng)PLA2的活性，并且對活細(xì)胞具有多樣化的作用。研究表明，蜂毒肽對造血系統(tǒng)相關(guān)細(xì)胞包括淋巴細(xì)胞、T細(xì)胞和紅細(xì)胞具有細(xì)胞毒性，對腸細(xì)胞也有毒性。此外，蜂毒肽能影響細(xì)胞的代謝功能并破壞質(zhì)膜造成酶系統(tǒng)的變化；另一方面，它的細(xì)胞溶解性也可能與合并成細(xì)胞膜的磷脂雙分子層有關(guān)。

2.蜂毒肽的抗癌作用

早在1950年，Havas就報道了蜂毒的抗癌效果。McDonald等（1979）調(diào)查了接觸蜂毒的養(yǎng)蜂人的死亡率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，那些因?yàn)槁殬I(yè)原因接觸蜂毒的養(yǎng)蜂人癌癥死亡率略低于正常人群，而患肺癌的死亡率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常人群，其他疾病的死亡率則基本一致，這一結(jié)果表明了蜂毒潛在的抗癌作用。之后，大量研究證明了蜂毒的抗癌作用并鑒定出其主要功效成分為蜂毒肽。蜂毒肽對癌細(xì)胞的毒性機(jī)理包括細(xì)胞周期變更、細(xì)胞增殖和生長抑制作用、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和壞死等。

Mufson等（1979）研究發(fā)現(xiàn)，蜂毒肽可能進(jìn)入磷脂雙分子層，表現(xiàn)出表面活性。蜂毒肽能導(dǎo)致磷脂質(zhì)酰基的破壞，增加磷脂酶對磷脂水解的敏感性，增強(qiáng)磷脂中釋放的花生四烯酸合成前列腺素的過程。

Hait等（1985）首次發(fā)現(xiàn)了蜂毒肽對癌細(xì)胞的體外抑制作用。他們發(fā)現(xiàn)蜂毒肽是鈣調(diào)蛋白抑制劑，可以抑制人類白血病細(xì)胞的增長和集落生成。Lee和Hait (1985)也注意到了蜂毒肽對星形細(xì)胞瘤細(xì)胞的生長抑制作用。Lazo等（1985）在白血病細(xì)胞中也觀察到了一個類似的機(jī)制。他們還發(fā)現(xiàn)蜂毒肽增強(qiáng)了人粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞和紅細(xì)胞樣干細(xì)胞的博來霉素毒性。Lee和Hait（1985）研究還發(fā)現(xiàn)蜂毒肽的細(xì)胞毒性作用是與鈣調(diào)蛋白的拮抗作用成比例的。這些研究支持了鈣調(diào)蛋白的藥理作用，即作為蜂毒肽抗惡性細(xì)胞增殖作用的細(xì)胞內(nèi)靶點(diǎn)。

Killion和Dunn（1986）研究發(fā)現(xiàn)白血病細(xì)胞比正常小鼠脾臟細(xì)胞和骨髓細(xì)胞對蜂毒肽更敏感，原因是骨髓細(xì)胞膜上碳水化合物的結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量很大。這些結(jié)合位點(diǎn)在成年脾細(xì)胞中趨于減少，而在變成腫瘤后幾乎消失，從而使腫瘤細(xì)胞對于蜂毒肽更敏感。Zhu等（1991）觀察到蜂毒肽在一定濃度下抑制腫瘤細(xì)胞如肺癌細(xì)胞的增殖，但并不會阻止正常細(xì)胞的生長。這些細(xì)胞反應(yīng)的差異表明，正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間信號通路的激活是不同的。蜂毒肽已經(jīng)被證明對培養(yǎng)中的Ras致癌基因表達(dá)水平高的成纖維細(xì)胞尤其有效，它也增強(qiáng)了Ras致癌基因轉(zhuǎn)化細(xì)胞的PLA2活性，導(dǎo)致選擇性摧毀這些細(xì)胞。這些結(jié)果顯示，蜂毒肽增強(qiáng)PLA2活性可以成為蜂毒肽細(xì)胞毒性對抗腫瘤細(xì)胞的目標(biāo)。

研究證明蜂毒肽的細(xì)胞毒性對細(xì)胞壞死和凋亡都有效。蜂毒肽能導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞核和肝癌細(xì)胞的凋亡。相反，蜂毒肽能造成大鼠胸腺細(xì)胞、小鼠骨骼肌細(xì)胞、胃腸腫瘤細(xì)胞的壞死，而壞死主要發(fā)生在紅細(xì)胞、類淋巴母細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和大鼠肺泡細(xì)胞中。

3.蜂毒肽抗癌作用的機(jī)制

昆蟲產(chǎn)生的絕大多數(shù)裂解肽，包括從蜂毒中分離的肽，具有兩性分子屬性，它們通過造成缺陷、破壞或氣孔形成，擾亂細(xì)胞膜雙分子層的完整性。由此產(chǎn)生脂質(zhì)雙分子層的開放將導(dǎo)致跨膜電化學(xué)梯度的崩潰。與正常細(xì)胞較低膜電位相比，腫瘤細(xì)胞膜有一個很高的膜電位。因此，與正常細(xì)胞相比，裂解肽在腫瘤細(xì)胞中更大程度選擇性破壞膜結(jié)構(gòu)。蜂毒肽能夠在各種腫瘤細(xì)胞中誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯、增長抑制、凋亡和壞死。它對人類肝細(xì)胞瘤和神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞系產(chǎn)生明顯的生長抑制和細(xì)胞毒性。在肝癌和骨肉瘤細(xì)胞株中，蜂毒肽通過上調(diào)線粒體膜蛋白7A6和Fas蛋白的表達(dá)誘導(dǎo)凋亡。

Moon等（2008）研究表明，蜂毒肽通過上調(diào)Bax和半胱天冬酶e-3激活和下調(diào)Bcl-2的凋亡蛋白（IAP）家族抑制劑，誘導(dǎo)白血病細(xì)胞凋亡；蜂毒肽誘導(dǎo)人白血病細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子Bcl-2和半胱天冬酶-3是通過蛋白激酶信號通路控制的；蜂毒肽抑制體外前列腺癌可能與核因子-κappa B（NF-κB）/半胱天冬酶信號調(diào)節(jié)的凋亡細(xì)胞死亡誘導(dǎo)機(jī)制有關(guān)。蜂毒肽還通過半胱天冬酶-3、半胱天冬酶-9和多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶的裂解誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞凋亡，但不包括半胱天冬酶-8，因?yàn)樗梢员烩}螯合劑1,2-雙(鄰氨基苯)乙烷-N,N,N',N'-四乙酰酸鉀鹽和活性氧族（ROS）抑制劑N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC）阻斷。這表明，蜂毒肽誘導(dǎo)的半胱天冬酶-3、半胱天冬酶-9和聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶的活性是由鈣流入和ROS產(chǎn)生初始化的。此外，蜂毒肽誘導(dǎo)的人肝癌細(xì)胞凋亡作用，抵抗腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配合基（TRAIL）誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡是由鈣離/鈣調(diào)素依賴蛋白激酶（CaMKII），轉(zhuǎn)化成生長因子beta-激活的激酶-1（TAK1），和c-Jun氨基端激酶(JNK)/p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）造成的。蜂毒肽還增強(qiáng)了人肝癌細(xì)胞中TRAIL的凋亡作用，其機(jī)制是通過激活CaMKII-TAK1-JNK/p38信號通路，抑制IκBɑ激酶（IKK）-NF-κB通路。

蜂毒肽對經(jīng)十四烷酸佛波醇酯（PMA）誘導(dǎo)入侵腎臟癌細(xì)胞，誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶-9（MMP-9）的表達(dá)中表現(xiàn)出抑制作用，MMP-9在癌細(xì)胞入侵和新陳代謝中扮演了重要的角色。蜂毒肽通過阻斷PMA刺激的活化劑蛋白-1（AP-1）和NF-κB活性，抑制MMP-9基因表達(dá)。蜂毒肽也可以抑制PMA誘導(dǎo)的ERK和JNK絲裂原，活化蛋白激酶磷酸化。Jo等（2012）也報道了蜂毒肽可以通過加速死亡受體表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡來抑制卵巢癌細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，死亡受體下游促凋亡蛋白（半胱天冬酶-3、半胱天冬酶-8和Bax）的表達(dá)也增加，但是JAK激酶（JAK2）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白(STAT3)的磷酸化和Bcl-2的表達(dá)，在蜂毒肽處理后被抑制。

體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，蜂毒肽在Balb/c裸鼠中產(chǎn)生顯著的癌細(xì)胞生長抑制。采用肝癌細(xì)胞系和裸鼠模型，Liuet等（2008）研究發(fā)現(xiàn)蜂毒肽通過抑制Rac1依賴通路，降低細(xì)胞能動性和遷移性從而抑制腫瘤細(xì)胞的新陳代謝。這些研究結(jié)果說明，蜂毒肽也可以被用作化療試劑抵來抗體內(nèi)腫瘤。盡管蜂毒肽對裸鼠肝癌細(xì)胞系表現(xiàn)出抑制作用，但給予體內(nèi)高劑量的蜂毒肽會產(chǎn)生副作用，尤其是肝損傷和溶血作用。因此，考慮到慢性肝損傷和肝功能損傷時肝癌細(xì)胞總會進(jìn)化，蜂毒肽的臨床應(yīng)用需要謹(jǐn)慎。當(dāng)然，可以通過對蜂毒肽鏈的修飾來避免或減少蜂毒肽引起的副作用。Zhao等（2006）通過對蜂毒肽中Val 5到Arg、Ala 15到Arg的突變以及Leu 15的缺失，顯著降低了其副作用（溶血作用），但仍保留其抗菌活性。這可以成為一種可能解決方法使蜂毒肽的臨床應(yīng)用變得安全，同時又能保持其體內(nèi)效能。

4.結(jié)語

蜂毒及其主要成分蜂毒肽對不同種類的癌細(xì)胞，如腎、肺、肝、前列腺、膀胱、胸和白血病細(xì)胞中都有很強(qiáng)的毒性作用。因此，蜂毒肽在腫瘤治療領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。

蜂毒和蜂毒肽的作用機(jī)理是與PLA2、半胱天冬酶和基質(zhì)金屬蛋白酶破壞腫瘤細(xì)胞的活性相關(guān)的。蜂毒肽和荷爾蒙受體的結(jié)合與蜂毒肽基因治療可能對一些腫瘤，如乳腺腫瘤和前列腺腫瘤的治療有用。Ling等（2005）報道攜帶蜂毒肽基因的重組病毒在肝癌細(xì)胞，包括體外和體內(nèi)的抑制作用，顯示動物毒性基因可以被用于抗腫瘤試劑。與蜂毒肽相比，編碼蜂毒肽的基因序列比較短（78bp），對于特定目標(biāo)治療，其合成和轉(zhuǎn)染會相對較容易。因此，蜂毒肽作為兩性蛋白可以在腫瘤治療中扮演重要角色。蜂毒肽在抵抗表達(dá)高水平的Ras致癌基因培養(yǎng)基細(xì)胞中的活性更強(qiáng)。此外，蜂毒肽增加了PLA2在Ras致癌基因轉(zhuǎn)化細(xì)胞的活性，導(dǎo)致了它們的選擇性毀滅，而且這種通過蜂毒肽的PLA2超活化作用，可以成為蜂毒肽抗腫瘤細(xì)胞的一個重要途徑。

蜂毒肽的裂解屬性是一個很有吸引力的抗癌特性。盡管對腫瘤細(xì)胞有廣泛的細(xì)胞毒性，蜂毒肽也會對正常細(xì)胞產(chǎn)生毒性，在臨床應(yīng)用之前，需要對蜂毒肽的注射途徑、具體劑量及對正常細(xì)胞可能的副作用做更多的研究。并且，蜂毒肽的藥理作用如果沒有合適的傳遞物質(zhì)就難以實(shí)現(xiàn)。這一方面可以通過靜脈注射擁有能夠安全傳遞大量蜂毒肽的蜂毒肽納米顆粒加以克服；另一方面，可以用現(xiàn)有的化療藥物與蜂毒肽藥物相結(jié)合，可以在化療過程中使標(biāo)準(zhǔn)化療藥物的濃度降至最低。