螺旋藻抗腫瘤組分的研究進(jìn)展

張軍，鄒寧，孫東紅，曲青梅，李小慧

（魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東煙臺(tái)264000）

螺旋藻抗腫瘤組分的研究進(jìn)展

張軍，鄒寧*，孫東紅，曲青梅，李小慧

（魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東煙臺(tái)264000）

螺旋藻營(yíng)養(yǎng)豐富，可以補(bǔ)充人體蛋白質(zhì)和維生素，現(xiàn)多以片劑和保健飲料出現(xiàn)，長(zhǎng)久以來(lái)并未發(fā)現(xiàn)它有何毒副作用。此外，其中的多糖、藻藍(lán)蛋白及蛋白酶解多肽的生物活性亦受到廣泛關(guān)注。本文綜述了螺旋藻多糖、藻藍(lán)蛋白及蛋白酶解多肽的抗腫瘤作用及其機(jī)理。

螺旋藻多糖；藻藍(lán)蛋白；螺旋藻蛋白酶解多肽；抗腫瘤；機(jī)理

螺旋藻屬于藍(lán)藻門(mén)、顫藻目、顫藻科、節(jié)旋藻屬，是一種古老的原核生物，廣泛存在于海水、半咸水、淡水中，它有高含量蛋白質(zhì)及其他均衡的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)且易被人體消化[1]，被聯(lián)合國(guó)農(nóng)糧組織推薦為“全球人類(lèi)最理想產(chǎn)品”。為了開(kāi)發(fā)新的生物資源，近年來(lái)人們逐漸將更多的關(guān)注投入到海洋生物研究中，研究發(fā)現(xiàn)，螺旋藻有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗輻射、調(diào)節(jié)血壓等作用，其含有的抗腫瘤的生物活性物質(zhì)更吸引的人們的廣泛關(guān)注。

1 螺旋藻抗腫瘤組分研究

1.1 螺旋藻多糖抗腫瘤研究

螺旋藻多糖是一類(lèi)酸性多組分混合物，溶于水，分子量一般在12 kDa～1 000 kDa間，由主要由鼠李糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖、葡萄糖醛酸、木糖、巖藻糖等組成等單糖通過(guò)糖苷鍵連成。

關(guān)于PSP抗腫瘤功能的研究有很多。陳宏碩等[2]對(duì)小鼠接種H22肝癌細(xì)胞，用1 000 mg/kg·d螺旋藻多糖給小鼠灌胃，抑瘤率可達(dá)到74.53%。劉娟妮等[3]試驗(yàn)螺旋藻胞內(nèi)多糖（IPS）和胞外多糖（EPS）對(duì)HALE細(xì)胞的體外抑制作用發(fā)現(xiàn)：IPS在80 μg/mL達(dá)到最高作用效果，抑制率為47.92%；EPS在100 μg/mL達(dá)到最高作用效果，抑制率為42.95%。也有一些研究硫酸酯化修飾了的螺旋藻多糖（SPSP）的抗腫瘤作用：盛玉清[4]研究PSP和SPSP在體外對(duì)多種腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒作用及體內(nèi)對(duì)小鼠腫瘤的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)PSP 在 100 μg/mL～200 μg/mL 的濃度對(duì) KB、SGC-7901和K562有一定抑制作用，但都小于15%；濃度為50 μg/kg的SPSP對(duì)小鼠S180肉瘤具有顯著的抑制作用，抑瘤率為32.7%，100 mg/kg對(duì)小鼠HPES肝癌具有顯著的抑制作用，抑瘤率為35.5%。另外，也有研究螺旋藻多糖與其他物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合后的抗腫瘤作用，如徐小娟等[5]將螺旋藻多糖（PSP）與銀杏葉提取物（GBE）按不同比例復(fù)合，并用不同濃度的復(fù)合制劑分別對(duì)腫瘤細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)復(fù)合螺旋藻多糖對(duì)人乳腺癌MB-231細(xì)胞均有不同程度的抑制作用，復(fù)合組優(yōu)于單一成分組，將人乳腺癌MB-231細(xì)胞阻滯于G0/G1期，抑制腫瘤細(xì)胞的有絲分裂。其中PSP∶BE＝1∶2（μg/mL）高劑量組作用腫瘤細(xì)胞72 h時(shí)，對(duì)其抑制率達(dá)60.13%。

1.2 藻藍(lán)蛋白抗腫瘤作用研究

螺旋藻蛋白（Phy cocyanin，PC）是一種存在于紅藻和藍(lán)藻細(xì)胞內(nèi)的光合輔助色素，能高效捕獲光能，其分子量一般在30 kDa左右，由2個(gè)亞基組成，肽鏈上共價(jià)結(jié)合1個(gè)開(kāi)鏈的四吡咯環(huán)輔基。分離純化的水溶藻藍(lán)蛋白在溶液中呈藍(lán)色并發(fā)出紫色熒光。在波長(zhǎng)620 nm具有特異吸收峰?？梢訟620/A280表示其純度[6]。

陳新美等[7]通過(guò)MTT法測(cè)定螺旋藻蛋白對(duì)肝癌細(xì)胞SMMC-7721和喉癌細(xì)胞HEp-2的生長(zhǎng)抑制作用，螺旋藻蛋白酶解肽抗腫瘤作用研究，發(fā)現(xiàn)藻藍(lán)蛋白質(zhì)量濃度低于100 mg/L時(shí)。對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制作用隨螺旋藻藻藍(lán)蛋白提取物濃度的提高而明顯增強(qiáng)。其生長(zhǎng)抑制率由1.83%增至27.31%。郝瑋[8]研究藻藍(lán)蛋白單獨(dú)及協(xié)同環(huán)磷酰胺對(duì)昆明小鼠S180移植瘤的抑制作用，在50 mg/kg～100 mg/kg劑量范圍內(nèi)，藻藍(lán)蛋白對(duì)S180腫瘤均有顯著抑制作用，試驗(yàn)結(jié)果示平均抑瘤率在36.36%～41.41%之間。其中小劑量藻藍(lán)蛋白的抑瘤作用最為明顯，與中高劑量的作用相比差異有顯著性。李冰等[9]利用小鼠對(duì)鈍頂螺旋藻藻藍(lán)蛋白的抗腫瘤免疫活性進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn)：喂食螺旋藻蛋白的小鼠體內(nèi)的瘤塊，在直徑與重量上都與對(duì)照組有顯著性差異。Elena Georgieva Gardeva等[10]研究了藻藍(lán)蛋白對(duì)倉(cāng)鼠骨髓瘤細(xì)胞作用，發(fā)現(xiàn)在100 μg/mL的濃度處理24 h，抑制率達(dá)到51.4%。并發(fā)現(xiàn)凋亡的細(xì)胞與其細(xì)胞內(nèi)含銅與鋅超氧化物歧化酶、含錳超氧化物歧化酶及少量過(guò)氧化氫酶的作用有關(guān)。此外，在以5 mg/kg的量喂食倉(cāng)鼠可延長(zhǎng)其生命，抑制腫瘤的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移。

1.3 螺旋藻蛋白酶解肽抗腫瘤研究

螺旋藻多肽現(xiàn)在多以酶解法獲取，有諸多對(duì)這些多肽生物活性的研究，如周麗麗[11]研究了藻藍(lán)蛋白酶解產(chǎn)物抑制肥胖相關(guān)酶的活性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)酶解產(chǎn)物濃度達(dá)到10 mg/mL時(shí)，胰脂肪酶抑制率為62.15%，α-淀粉酶抑制率為46.89%。當(dāng)濃度上升到15 mg/mL時(shí)體外模擬人體膽汁膠束中膽固醇溶解度的抑制率達(dá)到57.09%。還有對(duì)其抗氧化、降血壓的活性研究[12-13]。

范敏[14]研究了藻藍(lán)蛋白和其胰蛋白酶酶解產(chǎn)物對(duì)體外人宮頸癌Hela細(xì)胞的作用，發(fā)現(xiàn)兩者對(duì)該腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)有抑制作用，當(dāng)藻藍(lán)蛋白的濃度達(dá)到100mg/L時(shí)，其抑制率可達(dá)29.9%，酶解時(shí)間為1、2 h的酶解產(chǎn)物的抗腫瘤活性明顯高100 mg/L的藻藍(lán)蛋白。張博超[15]研究了不同酶水解螺旋藻蛋白的不同分子量水解液對(duì)人乳腺癌細(xì)胞（MCF-7）和肝癌細(xì)胞（HepG-2）體外生長(zhǎng)抑制作用。結(jié)果顯示：當(dāng)藥物終濃度均1 mg/mL時(shí)，胰蛋白酶水解產(chǎn)物5 kDa～10 kDa多肽對(duì)人乳腺癌細(xì)胞（MCF-7）和肝癌細(xì)胞（HepG-2）體外生長(zhǎng)抑制率分別為45.19%、23.5%。另外該酶解產(chǎn)物分離純化得到的的3個(gè)組分對(duì)人乳腺癌細(xì)胞（MCF-7）的體外生長(zhǎng)抑制率分別為86%、98%和6%。對(duì)肝癌細(xì)胞（HepG-2）體外生長(zhǎng)抑制率分別為76%、95%和8%。

2 螺旋藻抗腫瘤組分機(jī)制研究

2.1 螺旋藻抗腫瘤組分對(duì)腫瘤細(xì)胞的直接抑制作用

螺旋藻抗腫瘤組分可以使腫瘤細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞周期阻滯、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。如孫遠(yuǎn)征[16]用螺旋藻多糖的兩組分SPS2和SPS5分別處理HeLa細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，隨著這兩組分的濃度增高，處于G0～G1期細(xì)胞的百分比增高，分別高至75.85%和78.69%，并通過(guò)免疫組化發(fā)現(xiàn)SPS2處理的細(xì)胞的P21和FAS蛋白表達(dá)提高，而PcNA、P53、Bcl-2蛋白表達(dá)顯著降低。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)分析認(rèn)為是這幾種蛋白的異常表達(dá)最終阻斷了NDA的復(fù)制，實(shí)現(xiàn)G1期停滯。而HLea細(xì)胞凋亡可能是通過(guò)加強(qiáng)FAS的表達(dá)并同時(shí)抑制Bcl-2的表達(dá)來(lái)完成的。B.Li等[17]研究發(fā)現(xiàn)藻藍(lán)蛋白可以激活促凋亡基因，抑制抗凋亡基因的表達(dá)，隨后促進(jìn)細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡。在體外試驗(yàn)中，藻藍(lán)蛋白處理的腫瘤細(xì)胞內(nèi)幾種天冬氨酸蛋白水解酶被激活，表明藻藍(lán)蛋白誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡是天冬氨酸蛋白水解酶依賴(lài)性的。同時(shí)藻藍(lán)蛋白的處理也導(dǎo)致線(xiàn)粒體中的的可觸發(fā)細(xì)胞凋亡機(jī)制的細(xì)胞色素C釋放到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。Karnati R.Roy等[18]研究了藻藍(lán)蛋白對(duì)阿霉素敏感型和阿霉素耐受型肝癌細(xì)胞的抑制作用，分析凋亡的阿霉素耐受型肝癌細(xì)胞發(fā)現(xiàn)：細(xì)胞色素C被釋放，Caspase 3被激活，PARP聚合酶裂解。這些結(jié)果證明在藻藍(lán)蛋白處理下，抗凋亡基因表達(dá)受抑制，凋亡基因表達(dá)增強(qiáng)。

2.2 螺旋藻組分對(duì)腫瘤細(xì)胞的間接抑制作用

螺旋藻抗腫瘤組分可增強(qiáng)機(jī)體免疫力以抑制腫瘤的生長(zhǎng)。如杜玲[19]在研究鄂爾多斯高原堿湖鈍頂螺旋藻多糖（EPS）和非洲Chad湖鈍頂螺旋藻多糖（FSP）的抗腫瘤活性時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩者均能抑制小鼠S180移植性腫瘤的生長(zhǎng)，并且兩種多糖可以提高小鼠的胸腺和脾臟指數(shù)，提高荷瘤小鼠血清IL-2、TNF-α和IFN-γ水平，在體外兩多糖均能促進(jìn)ConA誘導(dǎo)的荷瘤小鼠脾淋巴細(xì)胞的增殖反應(yīng)。分析認(rèn)為免疫調(diào)節(jié)可能是其抗腫瘤作用的機(jī)制之一。Tomohiro Hirahashi等[20]研究了螺旋藻提取物通過(guò)增強(qiáng)人體免疫力抑制腫瘤生長(zhǎng)的機(jī)制，他們?cè)隗w外用卡介苗細(xì)胞壁刺激服用螺旋藻提取物的受試人員的血細(xì)胞和未服用螺旋藻提取物人員的血細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)前者產(chǎn)生的IL-12 p40產(chǎn)物更多（NK細(xì)胞的活性以IFN分泌量代表，而IFN的分泌是IL-12/IL-18依賴(lài)性的），且因卡介苗細(xì)胞壁充當(dāng)了Toll樣受體的配體，推斷認(rèn)為口服的螺旋藻提取物可能參與了血細(xì)胞Toll樣受體的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。并總結(jié)螺旋藻提取物在人體中直接作用于骨髓，直接或間接地作用于NK細(xì)胞。

3 總結(jié)與討論

螺旋藻多糖可以阻滯腫瘤細(xì)胞分裂周期、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，同時(shí)可以增強(qiáng)機(jī)體免疫能力，提高機(jī)體對(duì)腫瘤的抵抗；藻藍(lán)蛋白通過(guò)調(diào)控凋亡基因和抗凋亡基因誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，也可以增強(qiáng)機(jī)體免疫力。而對(duì)于螺旋藻蛋白酶解多肽的抗腫瘤機(jī)制還沒(méi)有確切的研究結(jié)果，其他一些抗腫瘤生物活性肽的作用機(jī)制已有研究，如海兔多肽[21]、南蛇勒蛋白肽[22]等。生物活性肽是可以被小腸直接吸收的，其吸收速度和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值均優(yōu)于游離氨基酸[23]，即螺旋藻蛋白酶解肽在腫瘤患者的治療與營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充方面都是有意義的，期望其作用機(jī)理能被盡快闡明。

腫瘤是危害人類(lèi)健康的疾病之一，目前臨床的主要治療方法仍為手術(shù)切除、放療和化療，在殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，對(duì)正常細(xì)胞也有損害，試驗(yàn)證明，螺旋藻中抗癌物質(zhì)對(duì)正常細(xì)胞無(wú)明顯細(xì)胞毒作用，能增強(qiáng)機(jī)體免疫能力，并且對(duì)放療藥物具有減毒作用[24]，另外螺旋藻培養(yǎng)條件溫和，所需培養(yǎng)基及活性物質(zhì)的提取成本不高，因此螺旋藻具有相當(dāng)?shù)牡哪[瘤輔助性防治應(yīng)用價(jià)值。

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A Summary of the Document on Anticancer Activity of Spirulina Component

ZHANG Jun，ZOU Ning*，SUN Dong-hong，QU Qing-mei，LI Xiao-hui

（School of Life Science，Ludong University，Yantai 264000，Shandong，China）

Spirulina platensis has been used as a source of protein and vitamin supplements，and has been sold as a health drink or pills in tablet form without any undesirable effect on human.Futhermore，the biological activities of its polysaccharides，phycocyanin and proteolytic peptides also attract widespread attention.This article reviews the polysaccharide of spirulina platensis（PSP），phycocyanin and proteolytic peptides of anti-tumor effect and its mechanism.

PSP；phycocyanin；proteolytic peptides；anticancer activity；mechanism

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.052

張軍（1991—），男（漢），碩士，研究方向：生化與分子生物學(xué)。

*通信作者：鄒寧（1963—），男，教授，研究方向：海洋生物。

2015-08-10