陳霄漢,張 馳,2*
(1.湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖北恩施445000;2.生物資源保護與利用湖北省重點實驗室(湖北民族學(xué)院),湖北恩施445000)
硒化合物抗腫瘤研究進展
陳霄漢1,張 馳1,2*
(1.湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖北恩施445000;2.生物資源保護與利用湖北省重點實驗室(湖北民族學(xué)院),湖北恩施445000)
自1957年硒被確認(rèn)為人體所必需的微量元素以來,其具備的抗腫瘤特性被不斷地證實.越來越多的研究成果顯示,硒對各種腫瘤,如肝癌、乳腺癌、胃癌等,有顯著地預(yù)防和抑制效果.本文對硒的發(fā)展歷程、抗腫瘤機制、硒化合物抗腫瘤的研究進展進行了闡述.其中,硒抗腫瘤機制目前仍然處于假說階段,對硒抗腫瘤的研究主要是硒化合物在動物性抗腫瘤試驗、硒化合物在體外細(xì)胞抗腫瘤試驗以及在臨床醫(yī)學(xué)上的干預(yù)性試驗.
硒;抗腫瘤;機制;進展
1817年Berze1ius首次發(fā)現(xiàn)了新未知元素并命名為硒(Se1enium).然而硒自發(fā)現(xiàn)的100多年時間內(nèi),相關(guān)硒與硒化合物研究幾乎停滯不前,根本原因是由于無機硒自身有劇毒且硒化合物帶有獨特性惡臭使人們誤認(rèn)為它沒有深入研究的價值[1].1957年Schwarz等[2]證實了硒為人體新陳代謝所必需的營養(yǎng)元素.經(jīng)過研究的深入,人們漸漸認(rèn)識到硒的特性及其特點.硒是原子序數(shù)34的氧族元素,化學(xué)性質(zhì)介于非金屬與金屬之間的典型半金屬,化學(xué)價位有2、0、+4、+6四個價位.硒為帶金屬光澤的固體,能導(dǎo)電、導(dǎo)熱.自然界中硒分布不均勻,硒礦很少單獨成礦,多為伴生礦.硒在植物和其他有機食品中以有機硒酸鹽或無機亞硒酸的形式存在,是人必需微量元素,其中硒代半胱氨酸以UGA為密碼子的形式翻譯進入蛋白質(zhì)中,人類硒基蛋白組包含35種含硒蛋白質(zhì),硒主要以含硒蛋白質(zhì)以及含硒氨基酸兩類存在于機體內(nèi)[3].1973年WHO正式宣布硒為人體必需微量元素;并且被進一步證實為合成谷胱甘肽過氧化酶的必需成分[4-5].人體不能儲存硒,需要定時定量攝入硒來維持硒在機體內(nèi)的動態(tài)平衡.健康成年人吸收硒含量約為15 μg/(70 kg·d),經(jīng)小腸吸收通過血液分布于其他器官,最后經(jīng)甲基化后通過糞便、尿液排出體外[6].硒已被證實具有廣泛的生物學(xué)功能,人體多種疾病都與硒的缺乏密切相關(guān),特別是對惡性腫瘤具有良好的預(yù)防和輔助治療的作用被各大科學(xué)家視為最為關(guān)注的領(lǐng)域之一.2003年美國食品藥品監(jiān)督管理局確認(rèn)硒是抑癌劑,這是美國政府正式對硒的抗腫瘤能力的聲明.目前,含硒化合物抗腫瘤的研究已有了少的成果,已有含硒化合物藥物作為臨床抗腫瘤藥物.
2.1 硒抗腫瘤流行學(xué)證據(jù)
大量流行性病學(xué)調(diào)查研究均顯示硒擁有抗腫瘤特性.Shamberger等[7]1969年首先報道了美國55~64歲白人男子腫瘤患者腫瘤死亡率與當(dāng)?shù)匚砍守?fù)相關(guān),生存時間與體內(nèi)硒含量呈正相關(guān).Scharauzer等[8]1977年將流行病學(xué)調(diào)查研究工作擴展到27個國家和地區(qū),調(diào)查結(jié)果顯示,癌癥死亡率和當(dāng)?shù)厣攀持形砍守?fù)相關(guān).于玉樹等[9]于20世紀(jì)80年代隨機檢測了我國多個省市與地區(qū)居民血硒含量,發(fā)現(xiàn)癌癥總標(biāo)化死亡率和被檢測人群血硒水平負(fù)相關(guān)(P<0.01).
2.2 硒抗腫瘤實驗證據(jù)
在硒預(yù)防與干預(yù)性實驗和抗腫瘤性實驗中,硒也表現(xiàn)出的抗腫瘤特性.1943年就已展開了硒抗腫瘤動物性實驗相關(guān)研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)硒能有效抑制大鼠肝癌細(xì)胞增殖[10].中美兩國科學(xué)家于河北林縣(食道癌、胃癌高發(fā)區(qū),土壤中硒含量較低)進行預(yù)防干預(yù)性實驗,200多萬人隨機分組,分別定時定量(50 μg/d)補充胡蘿卜素、VE和硒酵母的攝入量,調(diào)查結(jié)果顯示總癌發(fā)病率降低8%和胃癌發(fā)病率降低16%;總癌死亡率降低13%,胃癌死亡率降低20%,其中服用硒酵母的分組死亡率明顯低于其他分組[11].多國科學(xué)家研究硒與致癌物相互作用,研究表明硒有明顯抑制腫瘤生長作用,數(shù)據(jù)來源[12]如表1.
表1 各研究者報告的硒對化學(xué)致癌物在小動物組織影響Tab.1 The effects of se1enium on chemica1 carcinogens in sma11 anima1 tissues
2.3硒抗腫瘤機制
就目前而言,含硒化合物抗腫瘤機制較成熟的作用機理大致可以分為以下幾種.
2.3.1 抗氧化作用 抗氧化作用一直是目前已確認(rèn)的硒抗腫瘤作用重要機制.生物體在生長發(fā)育以及代謝過程中的生化反應(yīng)能夠產(chǎn)生大量的自由基,如O2·-(超氧陰離子自由基)、HO·(羥自由基)、HOO·(氫過氧自由基)、ROO·(有機過氧化自由基)等.自由基擁有很強的誘發(fā)性,可誘發(fā)生物膜的脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng),使細(xì)胞膜發(fā)生功能性和結(jié)構(gòu)上的損傷,從而誘發(fā)癌變.因此自由基與許多致癌劑或放射性物質(zhì)的致癌性有關(guān).谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶、過氧化氫酶等含硒酶以及硒蛋白均有抗氧化作用,從而可抑制自由基的產(chǎn)生并降低誘發(fā)癌變的可能[13-14].
2.3.2 誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡作用 硒可以調(diào)控癌基因以及抑癌基因的表達(dá),促進腫瘤細(xì)胞分化,抑制腫瘤細(xì)胞分裂,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞程序化死亡.研究顯示亞硒酸鈉能降低肝癌細(xì)胞基因表達(dá)達(dá)到抑制癌細(xì)胞生長的目的[15];硒也能通過第二信使阻斷癌細(xì)胞增殖信號傳遞,抑制蛋白激酶C活性,使環(huán)磷酸腺苷分解減慢,環(huán)磷酸腺苷含量增高來影響腫瘤細(xì)胞增殖;硒蛋白則能影響PI3K-Akt信號通路活性以及基因表達(dá),破壞癌細(xì)胞線粒體結(jié)構(gòu)和功能從而影響腫瘤細(xì)胞能量代謝,使胰島素信號下游PI3K-Akt磷脂化水平降達(dá)到低抑制癌細(xì)胞生長的作用[16].
2.3.3 機體免疫調(diào)節(jié)作用 硒可以增強人體和動物中的免疫能力,促進淋巴細(xì)胞增殖使淋巴細(xì)胞產(chǎn)生抗體,提高免疫球蛋白含量,增強NK細(xì)胞殺傷活性,增加T細(xì)胞數(shù)量以及促進腫瘤機體血清中IgG和IgA表達(dá)[17-19].利用硒增強人體自身三種免疫能力即細(xì)胞免疫、非特異性免疫以及體液免疫從而達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞的活性的作用.
2.3.4 抑制腫瘤血管生成 硒能抑制腫瘤細(xì)胞周圍血管生成,降低血管內(nèi)皮生長因子表達(dá)和分泌,調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞血管內(nèi)皮基質(zhì)金屬蛋白酶含量[20-22].利用硒抑制腫瘤血管的生成,減少腫瘤所需營養(yǎng)攝取與代謝的渠道,使腫瘤細(xì)胞缺少營養(yǎng)壞死,達(dá)到延緩或抑制腫瘤繼續(xù)生長的作用.
2.3.5 保護遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能 硒能夠保護人體蛋白質(zhì)和DNA大分子的功能與結(jié)構(gòu)完整性,降低自由基混亂交聯(lián)的可能,增強DNA斷鏈修復(fù)能力,從而減少致癌物對蛋白質(zhì)的影響,降低因遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的改變誘發(fā)的癌癥[23].保護機體遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能,調(diào)節(jié)DNA甲基化水平,從基因?qū)用姹Wo機體免受腫瘤侵襲.
2.3.6 降低致癌因子誘變性 羥化酶可誘導(dǎo)致癌基因激活,硒可以降低羥化酶的活性,影響致癌物在機體內(nèi)的代謝,將酶與致癌物的結(jié)合位點和結(jié)合形式改變,降低致癌物活性,起到保護機體和抗癌作用[24].
硒對肝癌、乳腺癌等癌癥均有抑制作用.但是值得注意的是,硒并非對所有致癌劑均有抑制作用,不同的硒化合物與不同的癌細(xì)胞的抑制作用也不相同,并且不同硒化合物在機體中代謝吸收率也不相同,究竟什么形式的硒化合物較好,也是目前硒化合物抗癌的一大研究熱點.對硒化合物抗腫瘤的研究就目前來說,主要有四類研究方法,分別為體外細(xì)胞試驗、動物腫瘤試驗、人群調(diào)查以及干預(yù)性試驗.
3.1 動物腫瘤試驗
C1ement等[25-26]對二甲基苯蒽(DMBA)誘發(fā)大鼠乳腺癌進行防癌實驗,研究硒化合物在人體中的化學(xué)形式、代謝與抗癌能力的關(guān)系,并對各種能直接進入硒代謝過程中不同階段的硒化合物的抗腫瘤活性進行了比較,系統(tǒng)研究了各種硒化合物對DMBA誘發(fā)大鼠乳腺癌的抑制作用.其結(jié)果表面,硒代甜菜堿、(CH3)2Se+CH2COOH、(CH3)2Se+CH2COOH3、CH3SeCH2CH(NH2)COOH都具有很強的抗腫瘤活性,甚至比Na2SeO3更好.其他四個硫化合物抗腫瘤活性順序為.徐輝碧等[27]采用麥芽汁和亞硒酸鈉作培養(yǎng)基,在適宜條件下進行硒酵母培養(yǎng)得到硒酵母,并檢測出硒代蛋氨酸是硒酵母的硒化物主要成分.其后用得到的硒酵母進行路易斯肺癌的動物實驗,結(jié)果顯示其對肺癌細(xì)胞的抑制率平均在50%以上(P<0.05).同時他們還研究了硒酵母抑制3-甲基膽蒽(MCA)誘發(fā)大鼠肺癌實驗,發(fā)現(xiàn)硒酵母相較于亞硒酸鈉對MCA誘發(fā)大鼠肺鱗狀細(xì)胞癌的抑制效果更顯著.
高華武等[28]研究了富硒芪云水提物對S180荷瘤小鼠抗腫瘤作用及腫瘤微環(huán)境的影響.將小鼠隨機分組后連續(xù)灌胃給藥,10天后富硒芪云水提物抑瘤率(劑量由低到高)分別為13.64%、44.92%、38.70%.
從各類動物腫瘤試驗結(jié)果來看,均驗證了硒擁有優(yōu)秀的抗腫瘤效果,并在不同含硒化合物有不同效果的抗腫瘤特性.但由于動物腫瘤試驗成本較高,試驗周期較長,需要調(diào)控因素太多且不易控制,所以近幾年動物腫瘤試驗研究較少.
3.2 體外細(xì)胞試驗
張秋林等[29]研究了在甘油骨架上含有芳硒基的替加氟硫代磷脂綴合物的合成及其體外細(xì)胞抗癌活性.研究發(fā)現(xiàn)該綴合物優(yōu)于替加氟對膀胱癌細(xì)胞T-24、胃癌細(xì)胞BGC-823的惡性增殖效果抑制作用.劉文奇等[30]報道,通過將甘油骨架的1,3位置分別被芳硒基與疊氮基取代制備的綴合物,相較于替加氟對膀胱癌細(xì)胞PGA1的抑制作用高,對胃癌細(xì)胞BGC-823的抑制效果相同.
袁啟霞等[31]研究了硒代胱氨酸聯(lián)合順鉑對子宮頸癌細(xì)胞(體外培養(yǎng))的生長抑制作用及其機制.研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過硒代胱氨酸預(yù)處理的子宮頸癌細(xì)胞可顯著增強順鉑的抑制作用,細(xì)胞凋亡性改變.從機制上看,對癌細(xì)胞的生長抑制主要是通過誘導(dǎo)線粒體介導(dǎo)的凋亡來實現(xiàn)的.陳慶昌[32]成功合成出納米硒/釕修飾的MIL-101納米復(fù)合材料,并以該材料為RNA載體,研究克服乳腺癌細(xì)胞多藥耐藥性的抗腫瘤效應(yīng).研究表明聯(lián)合治療能通過改變基因的表達(dá)、激活及調(diào)控的途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,顯著影響細(xì)胞內(nèi)微管蛋白的穩(wěn)態(tài),擾亂正常有絲分裂紡錘體的形成,阻礙細(xì)胞周期于G1期從而抑制細(xì)胞增殖,且對正常器官無明顯損傷.
陳文霞[33]以HNO3-Na2SeO3法硒化紋黨參多糖研究其最佳工藝參數(shù)及腫瘤抑制率的研究中,得出紋黨參硒化最佳工藝為投料比1∶1,反應(yīng)溫度60℃,反應(yīng)時間5h,硒化紋黨參硒多糖含量為1.07mg/g,產(chǎn)率可達(dá)50.3%;對A549肺腺癌細(xì)胞抑制率為49.36%.Tagaram等[34]研究了一種含硒化合物(PBISe)對(HCC)肝癌的輔助治療效果.研究結(jié)果表明在一定范圍內(nèi)隨著PBISe濃度(1~50μg)的遞增對HCC類肝癌的抑制增生、誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡效果越明顯.伍思琪等[35]檢測乳腺癌中硒結(jié)合蛋白1和半胱氨酸蛋白酶-3的表達(dá)水平,并與正常乳腺組織、良性病變?nèi)橄俳M織進行分析.發(fā)現(xiàn)乳腺癌組織中硒結(jié)合蛋白1和半胱氨酸蛋白酶-3的表達(dá)下調(diào),推測可能是硒結(jié)合蛋白1通過促進腫瘤細(xì)胞的凋亡來抑制腫瘤的增殖,為進一步研究對硒誘導(dǎo)硒結(jié)合蛋白1治療乳腺癌的作用提供基礎(chǔ).劉玉芝等[36]用不同梯次劑量的環(huán)磷酰胺、亞硒酸鈉、甲亞硒酸、硒代半胱氨酸以及他們的相互的混合液分別處理犬乳腺癌CTM1211細(xì)胞后檢測各組細(xì)胞存活率.結(jié)果表明硒尤其是甲亞硒酸能顯著抑制犬乳腺癌CTM1211細(xì)胞,其作用機制與誘導(dǎo)凋亡和調(diào)節(jié)腫瘤血管生長相關(guān)因子有關(guān).Muecke R等[37]利用電子等排原理將硒元素替換異硫氰酸鹽中的硫元素制備的硒化合物具有更好的抑制腫瘤增殖、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡及阻斷AKT信號通路的作用.Lin等[38]試驗表明硒-環(huán)糊精可以促進腫瘤壞死因子的表達(dá)和抑制腫瘤誘導(dǎo)的核心因子生成,從而增加癌細(xì)胞對誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡因子的敏感性,使藥物可以抑制癌細(xì)胞而不損傷正常細(xì)胞.
李鵬程[39]報道了二(喹唑啉-4-基)二硒醚對6種癌細(xì)胞株進行體外抗癌活性抑制測試.結(jié)果表明,其對所測試的6株癌細(xì)胞均有很好的體外抗癌抑制活性.李鵬程等[40]利用譜圖表征了二(喹唑啉-4-基)二硒醚結(jié)構(gòu),并于體外測定了對6種癌細(xì)胞株的抗癌活性和3種植物病原菌的抑菌活性.試驗結(jié)果顯示該硒化合物有良好的體外抗癌能力與中等的抑菌效果.進行作用位點和作用機理的初步研究后預(yù)測該類化合物有可能成為潛在的抗腫瘤藥物或抑菌藥物.胡小梅等[41]利用比色法檢測LG003(二(喹唑啉-4-基)二硒醚)與三種藥物(長春地辛、表柔比星、尼莫司?。Π屑?xì)胞增殖的影響以及對靶細(xì)胞的細(xì)胞毒性.在1~10 μmo1/L摩爾體積內(nèi)LG003的抑制腫瘤增殖作用優(yōu)于其他三種藥物,在1~40μmo1/L摩爾體積下LG003細(xì)胞毒性又顯著低于其他三種藥物.從而證明了LG003對A549細(xì)胞在體外有較高的抑制性和較低的細(xì)胞毒性.
田志帥等[42]收集一定數(shù)量的直腸癌組織、直腸腺瘤組織與正常直腸組織,檢測直腸組織中硒蛋白P的表達(dá)情況,根據(jù)陽性細(xì)胞百分率和染色強度進行評價.結(jié)果表明硒蛋白P在正常直腸組織、直腸腺瘤組織、直腸癌組織中的表達(dá)陽性率分別為依次遞減,直腸癌中硒蛋白表達(dá)低,證明是硒蛋白對直腸癌的形成有重要作用,為直腸癌的防治提供新的思路.
體外細(xì)試驗驗各類研究結(jié)果均表明,硒的不同化合物均有優(yōu)秀的抗腫瘤特性,且由于體外細(xì)胞試驗研究周期較短,可控因素容易,近段時間是研究硒抗腫瘤的最熱門最主流的方法.目前主要研究方向為不同硒化合物對不同腫瘤細(xì)胞的抑制效果以及不同硒化合物與常規(guī)抗腫瘤藥物的毒性比較.
3.3 干預(yù)性試驗
目前為止,硒在臨床上的應(yīng)用最廣的莫過于輔助治療癌癥患者由于放化療對機體造成的不良反應(yīng),降低腎臟毒性、心臟毒性等一系列毒副反應(yīng).
尹良偉等[43]隨機分組癌癥患者進行化療,化療前3 d連續(xù)4 d口服以3 000 μg/d為劑量的硒酵母,第5天開始以600μg/d的劑量連續(xù)兩周口服硒酵母至下一周,對照組只做常規(guī)化療.結(jié)果顯示對照組骨髓抑制發(fā)生率相對較高,證明硒酵母有明顯保護骨髓造血功能的作用.周際昌等[44]通過測定腎毒性來觀察硒對化療的效果.研究組口服含硒300~600μg/d的口服液,對照組不服用任何硒制劑.結(jié)果顯示研究組對降低腎毒性總有效率為60.4%,且隨著服用硒含量上升,療效隨之增加.Nematbakhsh M等[45]對患有宮頸癌的病人進行臨床試驗,試驗組以口服200μg/d含硒化合物進行化療,對照組化療;一個月后結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗組高于對照組的血硒平均水平,試驗組腎小球濾過率明顯優(yōu)于對照組,化療造成的腎毒性明顯降低.
Tacyi1diz N等[46]對采用阿霉素治療的67例兒童腫瘤患者進行為期6個月的亞硒酸鈉(200 μg)補充治療,結(jié)果顯示亞硒酸鈉能顯著提高患者血清腦鈉肽(Pro-BNP)水平,顯著降低阿霉素的心臟毒性.Buntze1 J等[47]將39例接受放療的腦癌病人隨機分組,試驗組(22人)在接受放療期間口服亞硒酸鹽300 μg/d或500 μg/d,對照組(17人)則口服安慰劑,研究發(fā)現(xiàn)亞硒酸鈉治療組較安慰劑組患者出現(xiàn)吞咽困難(22.7%與35.3%)、味覺喪失(22.7%與47.1%)等放療副反應(yīng)的風(fēng)險明顯降低.Muecke R等[37]在多中心三期臨床實驗中將81例宮頸癌患者隨機分為硒治療組(39例)及對照組(42例),硒治療組患者接受300μg/d或500μg/d亞硒酸鈉治療,對照組口服安慰劑;研究發(fā)現(xiàn)放射治療后對照組患者血硒水平明顯低于亞硒酸鈉組,對照組(44.5%)患者嚴(yán)重腹瀉發(fā)生率明顯高于于亞硒酸鈉組(20.5%).
硒的防癌抗腫瘤作用已得到各界共同承認(rèn),其作用功效也在各種動物性實驗、體外實驗以及臨床上得到了證實,硒在防癌抗腫瘤的作用上必將起到越來越重要的作用.然而在硒的防癌抗腫瘤研究道路上并不是一片坦途,有很多未知需要繼續(xù)探索,還有許多問題需要解決.比如硒在世界范圍內(nèi)分布不均勻,硒的抗腫瘤機理并沒有完全研究透徹,硒在預(yù)防與抗腫瘤方面仍然存在爭議,硒抗腫瘤藥物的開發(fā),硒在臨床上預(yù)防與治療腫瘤最合適的使用劑量,這些都是未來發(fā)展需要繼續(xù)探索深入研究的問題.雖然目前硒資源在研究、應(yīng)用、開發(fā)上都存在難題,但問題終會被人們的不停探索所解決,就如目前硒化合物藥物的研究上,無機硒脂溶性差,難透過細(xì)胞壁,易蓄積,但現(xiàn)在就已有許多有機硒和納米硒被開發(fā)出來.總之隨著人們的不懈努力,硒在預(yù)防以及治療腫瘤的研究和應(yīng)用上必將一片光明.
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責(zé)任編輯:高 山
Research Advance of Anticancer Action on Selenium ComPounds
CHEN Xiaohan1,ZHANG Chi1,2*
(1.Schoo1 of Bio1ogica1 Science and Techno1ogy,Hubei University for Nationa1ities,Enshi 445000,China;2.Key Laboratory of Bio1ogic Resources Protection and Uti1ization of Hubei Province,Hubei University for Nationa1ities,Enshi 445000,China)
Since se1enium was confirmed as an essentia1 trace e1ement to our human body in 1957,its anti -tumor properties have been proved by researchers continua11y.More and more research achievements showed the se1enium cou1d prevent and inhibit severa1 kinds of tumors'growth and formation efficient1y,such as 1iver cancer,breast cancer,and gastric cancer.The research course of the se1enium,especia11y its study progress on its anti-tumor mechanism,was summarized in this paper.Among them,its anti-tumor mechanism remains hypothetic and se1enium antitumor research is main1y on se1enium compounds in anima1 antitumor test,se1enium ce11 in vitro antitumor test and the interventiona1 tria1s in c1inica1 medicine.
Se1enium;anti-tumor;mechanism;research progress
R97.1
A
1008-8423(2016)02-0189-06
10.13501/j.cnki.42-1569/n.2016.06.019
2016-04-17.
國家自然科學(xué)基金項目(21461009);湖北省科技廳重點基金項目(2011CDA011);2014年恩施州科技重點項目(D20140034).
陳霄漢(1991-),男,碩士生,主要從事食品生物化學(xué)的研究;*
張馳(1965-),男,教授,主要從事植物生物化學(xué)及硒資源的研究.