β-葡聚糖在抗腫瘤免疫應答中的研究進展①

徐冬勤 張曉航 戚春建

(南京醫(yī)科大學附屬常州市第二人民醫(yī)院中心實驗室、腫瘤研究所,常州213164)

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β-葡聚糖在抗腫瘤免疫應答中的研究進展①

徐冬勤 張曉航 戚春建

(南京醫(yī)科大學附屬常州市第二人民醫(yī)院中心實驗室、腫瘤研究所,常州213164)

腫瘤免疫治療是繼腫瘤手術、化療、放療之后的一種重要的輔助治療方法，具有特異性強、抗瘤譜廣、毒副反應輕等優(yōu)點。近幾十年來，β-葡聚糖作為天然的生物效應調(diào)節(jié)劑被廣泛應用于腫瘤免疫治療的研究。目前，臨床應用最為常見的β-葡聚糖有酵母葡聚糖、香菇多糖、云芝多糖、裂殖菌多糖、燕麥葡聚糖等。這些不同β-葡聚糖的來源、結構、水溶性和分子量影響其誘導免疫應答的強度和類型[1]。目前，已鑒定出的β-葡聚糖受體有四種：補體受體3(CR3，CD11b/CD18，αMβ2-整合蛋白，Mac-1)[2]、乳糖神經(jīng)酰胺(LacCer)[3]、清道夫受體(SRs)[4]和樹突狀細胞相關性C型植物血凝素1(Dectin-1)[5]。本文論述了β-葡聚糖的來源和結構、受體識別、免疫調(diào)節(jié)及抗腫瘤作用機制，為抗腫瘤免疫治療開發(fā)天然免疫增強劑提供新思路。

1 β-葡聚糖的來源及結構

β-葡聚糖的結構具有多樣性，根據(jù)糖苷鍵連接線性鏈的類型不同，主要有β-(1,3)、β-(1 ,4)、β-(1,6)等幾種形式。這些結構上的差異可能會影響β-葡聚糖的提取和生物活性，目前的研究發(fā)現(xiàn)僅有β-(1,3)鍵具有免疫刺激活性和抗腫瘤效應[6]。除了鍵類型和分支的差異，β-葡聚糖可根據(jù)水溶性不同分為顆粒性和可溶性葡聚糖。

1.1 顆粒性β-葡聚糖 全葡聚糖顆粒(Whole glucan particle，WGP)，是釀酒酵母菌細胞高度純化產(chǎn)生的球形顆粒，直徑約2～6 μm，其結構主要是β-(1,3)組成主鏈和連接有β-(1,6)分支。它的提取方法是在最適的時間、溫度下，在堿性溶液中去除酵母菌細胞壁的甘露聚糖和蛋白成分，同時保存細胞壁堿不溶性葡聚糖的完整性。酵母多糖(Zymosan)是釀酒酵母菌細胞的另一種粗提取物，經(jīng)過胰蛋白酶煮沸處理，剩下的由多糖、蛋白質、脂質和無機元素成分組成不溶性顆粒。WGP可經(jīng)口服攝入，研究表明，口服WGP能被胃腸道的巨噬細胞吞噬后輸送至脾、淋巴結和骨髓，經(jīng)進一步加工被降解成小片段，這些小片段可結合到粒細胞表面受體CR3。此外，在生物學研究中，WGP被用在動物模型中研究其抗腫瘤效應和作為輸送載體和佐劑。已有研究表明，WGP可誘導巨噬細胞活化共刺激分子如CD80、CD86、MHCⅡ、CD40和CD69；產(chǎn)生促炎癥因子如IL-6、TNF-α和IL-12；以及產(chǎn)生趨化因子MCP-1(單核細胞趨化蛋白1)，依賴MyD88和Syk信號[7]。

1.2 可溶性β-葡聚糖 β-葡聚糖在水溶液中呈現(xiàn)三種典型構象：三螺旋、單螺旋和無規(guī)則線團，其中三螺旋為構象相對穩(wěn)定的高級結構。WGP不溶于水的特性，限制了它在臨床上的應用。因此，采用不同的方法制備生成了水溶性葡聚糖。PGG-葡聚糖[聚-(1-6)-β-D-吡喃葡萄糖基-(1,3)-β-D-吡喃葡萄糖-葡聚糖]，是一種可溶性β-葡聚糖聚合物，從WGP高度純化而成，具有三螺旋構象，中等分子量大小(150 kD)，其結構由β-(1,3)主鏈組成并有β-(1,6)分支側鏈。中性可溶性葡聚糖(NSG)也來源于WGP。Li等[8]報道可溶性β-葡聚糖PGG可經(jīng)靜脈給藥，并能被巨噬細胞捕獲，但不依賴CR3，經(jīng)加工、消化分解成具有生物活性可溶性小片段，活化Syk和磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)，啟動中性粒細胞CR3介導殺傷CR3調(diào)理的腫瘤細胞。

2 β-葡聚糖的免疫調(diào)節(jié)功能

2.1 顆粒性β-葡聚糖的免疫調(diào)節(jié)功能 我們的研究發(fā)現(xiàn)[9]口服酵母來源的顆粒性β-葡聚糖，通過dectin-1途徑活化DC和巨噬細胞。盡管水溶性β-葡聚糖能結合到DC和巨噬細胞，但并不活化它們。比較顆粒性和水溶性葡聚糖的研究發(fā)現(xiàn)，僅有顆粒性葡聚糖如WGP、酵母多糖能經(jīng)dectin-1依賴途徑活化固有免疫細胞，Goodridge等[10]發(fā)現(xiàn)顆粒性葡聚糖能通過dectin-1途徑刺激骨髓來源巨噬細胞和DCs分泌TNF-α、IL-6以及產(chǎn)生活性氧(ROS)，還能提高他們的吞噬功能。另外，釀酒酵母來源的β-(1,3)-葡聚糖顆粒包裹抗原能誘導小鼠較強的體液免疫和細胞免疫應答，使顆粒性葡聚糖可能成為疫苗的載體工具[11]，從釀酒酵母分離出的顆粒性葡聚糖還可誘導小鼠創(chuàng)傷后巨噬細胞分泌TNF-α。Hino等[12]發(fā)現(xiàn)巨噬細胞能吞噬不溶性β-葡聚糖顆粒，產(chǎn)生ROS將其裂解為片段釋放出胞，具有水溶性，經(jīng)dectin-1信號活化巨噬細胞發(fā)揮生物活性。近來的研究發(fā)現(xiàn)[10]，β-葡聚糖通過與免疫細胞上的dectin-1相互作用發(fā)揮免疫效應的過程中，存在著一種新的模型——“吞噬突觸”形成，即顆粒性β-葡聚糖誘導dectin-1受體相互聚集接觸，通過helmITAm、dectin-1胞內(nèi)區(qū)和多種酶活化下游信號?？扇苄驭?葡聚糖雖能與dectin-1相結合形成dectin-1突觸，但不能將CD45和CD148從dectin-1聚集區(qū)排除掉，因而不能進行有效的信號轉導。

2.2 可溶性β-葡聚糖的免疫調(diào)節(jié)功能 由于可溶性β-葡聚糖與顆粒性β-葡聚糖分子量、結構等的不同，因此他們的功能也不盡相同。香菇多糖的LC-1片段可溶于水，主要由(1,3)和(1,6)-β-葡聚糖構成，對腹腔內(nèi)種植腫瘤的小鼠具有抗腫瘤效應[13]。Gaullier等[14]報道，健康老人口服香菇來源水溶性β-葡聚糖6周后，外周血中B細胞的數(shù)量增加，而NK細胞的數(shù)量無明顯影響。Masuda等[15]發(fā)現(xiàn)，從灰樹花高度純化的可溶性β-(1,3)(1,6)-葡聚糖，通過dectin-1非依賴ERK和p38 MAPK途徑能快速誘導巨噬細胞產(chǎn)生GM-CSF。隨后，產(chǎn)生的GM-CSF又能增強巨噬細胞增殖和dectin-1表達，通過Syk途徑介導TNF-α產(chǎn)生。另外，Lee等[16]研究發(fā)現(xiàn)，水溶性昆布多糖(laminarin)刺激RAW264.7巨噬細胞產(chǎn)生大量細胞內(nèi)鈣離子、H2O2，明顯促進MCP-1、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、白血病抑制因子(LIF)和G-CSF水平。

3 β-葡聚糖的抗腫瘤作用機制

3.1 CR3依賴性細胞介導的細胞毒作用(CR3-DCC) CR3是最先在固有免疫細胞發(fā)現(xiàn)的β-葡聚糖受體，屬β2整合素家族成員，在中性粒細胞、單核細胞、NK細胞上大量表達。CR3為異源二聚體膜糖蛋白，由CD11b與CD18通過非共價鍵連接所構成，又稱Mac-1、αMβ2-整合蛋白、CD11b/CD18。Ross等[17]發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)調(diào)理酵母多糖能直接與CR3受體相結合，增強巨噬細胞、中性粒細胞吞噬作用和呼吸爆發(fā)[18]。同時發(fā)現(xiàn)，可溶性β-葡聚糖活化中性粒細胞或NK細胞表面的CR3受體，暴露CBRM1/5活化表位，引發(fā)依賴蛋白酪氨酸激酶的Ⅰ區(qū)構象改變，介導iC3b覆蓋的腫瘤細胞的吞噬作用和細胞殺傷效應[19]。整合素參與的信號傳遞方向有“由內(nèi)向外”及“由外向內(nèi)”兩種形式，免疫細胞時iC36-調(diào)理的腫瘤細胞的細胞毒反應(CR3-DCC)即為“由外向內(nèi)”信號。自β-葡聚糖被發(fā)現(xiàn)以來關于可溶性或顆粒性(1,3)-β-葡聚糖聯(lián)合抗腫瘤單克隆抗體作為輔助治療已有大量研究報道[20-22]。使用抗腫瘤mAb聯(lián)合β-葡聚糖給藥可激活補體，加強iC3b對腫瘤細胞的調(diào)理作用，提高抗腫瘤效應，有望成為抗腫瘤輔助治療的新策略[23]。

3.2 誘導髓源抑制細胞分化和抗原遞呈細胞活化 髓源抑制細胞(MDSC)屬髓系來源的一群異質細胞，具有免疫抑制活性，參與腫瘤細胞的免疫逃逸，損壞機體的抗腫瘤免疫功能。Tian等[24]首先發(fā)現(xiàn)，顆粒性葡聚糖WGP通過dectin-1信號途徑介導M-MDSC分化為更為成熟的CD11c+F4/80+Ly6Clow群細胞，MDSC的抑制能力顯著下降。給荷瘤小鼠口服WGP能減少MDSC數(shù)量，增加DC和巨噬細胞的浸潤，激發(fā)CTL和Th1應答，引起腫瘤顯著消退。Tian等[25]還發(fā)現(xiàn)WGP通過dectin-1信號誘導DC活化并表達GITRL，抑制調(diào)節(jié)性T細胞(Treg)的免疫抑制功能，促進效應性T細胞的增殖，抑制腫瘤生長。Albeituni等[26]發(fā)現(xiàn)，口服WGP治療荷瘤小鼠能明顯減少脾臟中MDSC的百分比。臨床研究發(fā)現(xiàn)，術前用WGP處理非小細胞肺癌患者，MDSC的百分比呈明顯下降的趨勢。我們最新的研究發(fā)現(xiàn)[27]，顆粒性葡聚糖能刺激人單核細胞來源DC高表達CD11c、CD86、CD40和HLA-DR，高水平分泌促炎因子IL-6、TNF-α，增強特異性CTL應答能力。

3.3 免疫佐劑 葡聚糖作為免疫佐劑主要是通過增強疫苗抗原的免疫原性或調(diào)節(jié)免疫應答類型。Donadei等[28]設計β-葡聚糖的受體dectin-1結合靶蛋白抗原合成疫苗，通過皮膚接種使dectin-1受體與皮膚DC結合能力增強，提高機體的抗體滴度，增強疫苗的免疫原性。Li等[29]研究發(fā)現(xiàn)硫酸化凝膠多糖(Curdlan sulfate，CS3)可抑制HepG2細胞和HepaRG細胞感染乙型肝炎病毒(HBV)，同時給小鼠使用CS3和HBsAg能明顯增加脾臟巨噬細胞和DC的流動性，增加特異性CD4+和CD8+細胞的數(shù)量，促進脾細胞的增殖。CS3作為疫苗佐劑，能提高HBsAg特異性抗體的滴度，高表達IFN-γ和低表達IL-4，說明CS3能傾向性誘導Th1應答。Smet等[30]報道微粒型β-葡聚糖可作為黏膜抗原疫苗的良好載體，可被人腸上皮細胞系(Caco-2和HT-29細胞)內(nèi)化且對細胞活力無影響，不僅能促進促炎性細胞因子IL-23p19、IL-8、IL-17，抑制TGF-β生成，還誘導OVA特異性CD4+T增殖和促進OVA特異性IgA、SIgA分泌。

4 結語

β-葡聚糖是一種新興安全有效的生物效應調(diào)節(jié)劑，可通過結合各種免疫細胞的PPR引發(fā)免疫防御的一系列級聯(lián)反應，調(diào)節(jié)固有免疫和適應性免疫應答。由于β-葡聚糖的種類繁多、結構復雜、生物活性廣泛，其不同來源、結構與功能之間的關系還需要進一步深入研究。目前，通過制備葡聚糖衍生物來改變葡聚糖的物理化學特性，可獲取有利的活性功能，為抗腫瘤免疫治療提供新策略。

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[收稿2015-11-06 修回2015-12-03]

(編輯 倪 鵬)

10.3969/j.issn.1000-484X.2016.11.032

①本文受國家自然科學基金項目(81272323)、江蘇省自然科學基金項目(BK2011244)、常州市科技支撐計劃(CE20125019，CE2012024)和常州市衛(wèi)生局重大項目(ZD201303)資助。

徐冬勤(1989年-)，女，在讀碩士，主要從事腫瘤免疫學的基礎和臨床研究，E-mail：15195965682@163.com。

及指導教師：戚春建(1978年-)，男，博士，研究員，博士生導師，主要從事腫瘤免疫學等方面的研究，E-mail：qichunjian@njmu.edu.cn。

R392.11

A

1000-484X(2016)11-1715-03