黃芪多糖靶向腫瘤微環(huán)境的抗腫瘤作用機制

★ 陸婷婷柯玲玲

(1.安徽中醫(yī)藥大學 合肥 230031；2.南京中醫(yī)藥大學 南京 210023)

腫瘤微環(huán)境[1]有別于正常細胞生長的內(nèi)環(huán)境，復雜而多樣化，主要由腫瘤細胞、周圍基質(zhì)組織結(jié)構(gòu)中各種細胞，如免疫細胞、炎性細胞等，還有細胞外基質(zhì)、微血管等組成，其獨特的低氧、低PH、低營養(yǎng)和及多種生長因子并存與腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。腫瘤細胞和腫瘤微環(huán)境之間的動態(tài)平衡關(guān)系與Stephen Paget[2]提出的關(guān)于腫瘤生長的“種子與土壤”假說不謀而合。黃芪為扶正固本主藥，能夠提高機體免疫功能，調(diào)人體臟腑氣血陰陽平衡。實驗研究表明[3-4]，黃芪主要活性成分黃芪多糖具有抗病毒、抗腫瘤、抗氧化、抗衰老、抗輻射、抗應激等作用，它改變傳統(tǒng)直接抑制殺死腫瘤細胞的方式，通過提高機體免疫功能，影響腫瘤微環(huán)境發(fā)揮抗腫瘤作用。

1 黃芪多糖對腫瘤微環(huán)境中細胞的調(diào)節(jié)

1.1 對腫瘤相關(guān)巨噬細胞的影響 腫瘤相關(guān)巨噬細胞(TAM)[5-6]是腫瘤微環(huán)境中一類特殊的炎癥細胞群體，它在腫瘤進展和腫瘤免疫抑制的過程中扮演著重要的角色。TAM主要分為M1和M2兩型，在大多數(shù)的腫瘤免疫抑制和免疫逃逸過程中TAM以M2型存在，M2型巨噬細胞參與間接抗炎癥反應，通過分泌VEGF，加速腫瘤血管快速生成，并促進轉(zhuǎn)移前腫瘤微環(huán)境的形成，為腫瘤的生長、發(fā)展、轉(zhuǎn)移以及組織的重塑修復奠定基礎(chǔ)。此外，M2型巨噬細胞能影響Treg特異性轉(zhuǎn)錄因子，促進 IL-10 分泌增多，增強腫瘤細胞增殖和遷移的能力。周麗菁等[7]發(fā)現(xiàn)黃芪多糖聯(lián)合巨噬細胞共同存在一個體外培養(yǎng)體系對乳腺癌細胞增殖、遷移有明顯的抑制作用，其機制主要是黃芪多糖干擾細胞周期的進程，使得處于G0/G1期細胞明顯增多，而G2/M期和S期的細胞明顯減少，進而促進細胞的凋亡。

1.2 對NK細胞和LAK細胞的影響 自然殺傷細胞(NK)是抗體依賴細胞介導的細胞毒作用的主要效應細胞；LAK細胞是生物體內(nèi)存在的非特異性的免疫殺傷細胞，在體外除對正常細胞外，對NK敏感的、不敏感的靶細胞以及自身和同種異體腫瘤都有廣泛的殺傷作用。黃芪多糖[8]可以增強白血病細胞活性，并進一步提升白血病細胞對NK 細胞殺傷活性的敏感性。實驗以HL-60 細胞作為黃芪多糖干預的靶細胞，通過基因和蛋白兩個水平觀察白血病細胞表面 MICA 的表達變化。黃芪多糖可降低LAK細胞壞死和凋亡細胞的體積密度[9]，其機制可能與其在LAK細胞攻擊Hela細胞的過程和免疫攻擊過程有關(guān)，并對所有參與其過程的細胞及細胞壞死過程中釋放的各種介質(zhì)和細胞因子具有保護作用，降低細胞壞死數(shù)量，減少細胞凋亡現(xiàn)象，并提高IL-2 /LAK細胞的活性，增強黃芪多糖的抗腫瘤作用。

1.3 對T細胞及其分泌產(chǎn)物的影響 T細胞在機體免疫調(diào)節(jié)過程中占有重要地位，主要分為Th1和Th2兩種亞型。黃芪多糖體外可定向誘導臍血單核細胞分化為樹突狀細胞，大量增殖的樹突狀細胞受到刺激后增強對同種異體的T淋巴細胞的刺激能力，并隨著增殖的數(shù)量越多，發(fā)揮的作用越強，呈正相關(guān)性[10]。另外黃芪多糖還可以顯著提高正常及受MTX免疫抑制小鼠外周血血清中 CD3+、CD4+百分含量和 CD4+/CD8+比值，降低 CD8+百分含量[11]。但在肝癌腫瘤微環(huán)境中CD4+、CD25+、Treg細胞的數(shù)量受Foxp3 mRNA的表達限制，黃芪多糖通過肝癌腫瘤環(huán)境中的細胞因子、基質(zhì)的失衡修復作用誘導Foxp3 mRNA的表達抑制，阻礙SDF-1在肝癌腫瘤微環(huán)境中的Treg細胞的募集，降低Treg細胞發(fā)生的免疫抑制作用[12]。

1.4 對腫瘤相關(guān)成纖維細胞的影響 腫瘤相關(guān)成纖維細胞[13]是腫瘤基質(zhì)中的主要細胞類型，在90%以上的上皮性腫瘤中，它選擇性地產(chǎn)生一種絲氨酸蛋白酶，稱為成纖維細胞活化蛋白。武有明等[14]研究發(fā)現(xiàn)黃芪多糖抑制肺癌微環(huán)境中肺癌細胞生長的同時促進骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖、分化，從而促進腫瘤相關(guān)成纖維細胞蛋白的表達，趨使向腫瘤相關(guān)成纖維細胞分化。趙丹威等[15]通過對黃芪多糖干預后的衰老人胚肺二倍體成纖維細胞和正常對照組在相同代數(shù)研究比較，發(fā)現(xiàn)兩組細胞在形態(tài)有明顯的差別，其機制可能是抑制β-半乳糖苷酶(SAβ-gal)活性，阻礙SAβ-gal表達，進而延緩HDF細胞衰老。

2 黃芪多糖對腫瘤微環(huán)境中細胞因子的調(diào)節(jié)

腫瘤微環(huán)境間質(zhì)中除了大部分腫瘤細胞成分外，還包括腫瘤細胞和炎癥細胞分泌的多種細胞因子，如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、腫瘤壞死因子(TNF)、粒細胞集落刺激因子(GM-CSF)等以及細胞外基質(zhì)(ECM)，共同促進腫瘤生長、遷移和侵襲。研究表明黃芪多糖能刺激NF-κB蛋白水平增加，促進腫瘤微環(huán)境中TNF-α、GM-CSF等細胞因子的水平分泌，同時增加NO的生成[16]。NO的產(chǎn)生和誘導型一氧化氮合酶(INOS)的轉(zhuǎn)錄都有賴于核因子kappaB/rel(NF- kappaB/rel)的表達，采用體內(nèi)注射黃芪多糖注射液能誘導B6C3F1小鼠腹腔巨噬細胞產(chǎn)生NO，其具體機制是APS通過激活位于iNOS基因啟動子上的NF-kappaB/rel轉(zhuǎn)錄因子啟動核因子 kappaB/rel(NF-kappaB/rel)的表達，促進一氧化氮的產(chǎn)生[17]。

2.1 對血管內(nèi)皮生長因子的影響 血管形成是微血管內(nèi)皮細胞的激活、增殖、遷移，重新形成新的血管和血管網(wǎng)的一系列連續(xù)復雜的過程，它的形成結(jié)果取決于促進和抑制新血管形成因子二者之間的協(xié)調(diào)平衡。VEGF[18]是作為參與微血管生成的促進因子，特異性地直接作用于微血管的內(nèi)皮細胞，促進內(nèi)皮細胞的增殖，誘導新生血管的生成。雷琰等[19]發(fā)現(xiàn)黃芪多糖能有效降低非小細胞肺癌患者外周血中VEGF的水平。其膠原成分能干預VEGF基因表達的核因子κB通路，而NF-κB信號通道活化是否受阻直接影響VEGF的轉(zhuǎn)錄，進而影響VEGF蛋白的表達及毛細血管的形成[20]。Manikandan P等[21]認為NF-κB蛋白異常激活與胃癌的發(fā)生及進展存在密切聯(lián)系。經(jīng)過黃芪多糖干預后的胃癌前病變的大鼠胃黏膜P65蛋白水平均明顯降低，表明NF-κB蛋白異常激活現(xiàn)象得到改善，減少VEGF基因的表達進而抑制新生血管的生成[22]。

2.2 對腫瘤壞死因子的影響 腫瘤壞死因子機體經(jīng)過細菌感染由巨噬細胞產(chǎn)生，或接觸其他誘因后自發(fā)免疫源反應自然產(chǎn)生的一種細胞因子，是一類能直接作用腫瘤細胞，造成細胞死亡的細胞因子。其主要包括由單核-巨噬細胞分泌的TNF-α和由活化的T淋巴細胞分泌的TNF-β這兩種類型，前者主要參與細胞免疫反應，后者主要參與淋巴器官的發(fā)展和淋巴微環(huán)境的維持。腫瘤壞死因子與干擾素協(xié)同作用可增強對腫瘤細胞的殺傷性。邱波等[23]認為黃芪多糖誘導的樹突狀細胞疫苗具有延緩荷瘤小鼠生命的功效，其途徑與黃芪多糖誘導成熟的DC疫苗使荷瘤小鼠血清中抗腫瘤細胞因子TNF-α、IL-12增多，增強抗腫瘤作用密切相關(guān)。陳曉琳等[24]認為黃芪多糖確有明顯增強TNF-α的生物活性，較高生物活性的TNF-α在調(diào)動機體免疫系統(tǒng)，參與機體免疫反應的同時，發(fā)揮其抗腫瘤作用。黃芪多糖不僅可以改善荷瘤小鼠體質(zhì)量、脾指數(shù)、胸腺指數(shù)及巨噬細胞功能，還能抑制小鼠肝癌移植瘤的生長，激活宿主的免疫應，促進小鼠血漿中的 IL-2，IL-12和 TNF-α分泌，加強TNF對毛細血管內(nèi)皮細胞的直接細胞毒作用[25]。

2.3 對粒細胞集落刺激因子的影響 粒細胞集落刺激因子[26]主要由血管內(nèi)皮細胞、單核細胞和成纖維細胞合成分泌而成，以一種單位復合體式糖蛋白的形式存在血液，隨著血液循環(huán)作用于骨髓，刺激中性粒細胞趨向成熟，從而促使成熟的粒細胞從骨髓釋出，增強中性粒細胞趨化及吞噬功能。臨床上經(jīng)常使用集落刺激因子治療使用化療藥物后引起的并發(fā)癥之一“粒細胞減少癥”，研究表明黃芪多糖聯(lián)合粒細胞集落刺激因子治療化療后患者的骨髓影響比單一的黃芪多糖或者粒細胞集落刺激因子治療效果強，統(tǒng)計學具有意義[27]。其結(jié)果提示黃芪多糖能夠減少骨髓中成熟粒細胞表面CD62L表達，增加其釋放到外周血頻率。

3 黃芪多糖對細胞外基質(zhì)中金屬基質(zhì)蛋白酶的調(diào)節(jié)

腫瘤局部生長、浸潤、轉(zhuǎn)移依賴細胞外基質(zhì)降解。金屬基質(zhì)蛋白酶(MMP)是降解細胞外基質(zhì)的主要酶，通過ras基因激活，降解基底膜、細胞外基質(zhì)，對腫瘤微環(huán)境進行重構(gòu)，促進腫瘤細胞浸潤、轉(zhuǎn)移到周圍組織及血管內(nèi)，增強腫瘤血管生成作用。實驗研究表明MMP-9(金屬蛋白酶-9)、TIMP-1(金屬基質(zhì)蛋白酶抑制劑-1)對慢性阻塞性肺疾病或肺癌造成的肺組織損傷、肺纖維化等方面都具有重要作用，而黃芪多糖通過阻滯大鼠肺組織 MMP-9、TIMP-1 的表達,降低MMP -9/TIMP-1的比值來促進肺組織的修復和肺功能的改善[28]。

4 黃芪多糖抗腫瘤作用機制

4.1 抑制炎癥反應 腫瘤微環(huán)境中的周圍組織在炎癥的刺激下，促使炎癥細胞分泌大量的炎癥介質(zhì)，其介導各種信號通路增加受損組織相關(guān)蛋白的表達，從而促進周圍受損組織修復作用。黃芪多糖通過對TLR4/NF-κB信息通路的抑制，阻礙TLR4 mRNA表達，降低NF-κB的活化，使得大鼠心肌細胞中IκBα的蛋白含量升高，炎癥因子分泌減少，有效地抑制炎癥反應，達到保護心肌細胞的作用[29]。分別采用黃芪多糖和黨參多糖對慢性阻塞性肺疾病(COPD)的患者中的巨噬細胞干預的研究發(fā)現(xiàn)黃芪多糖能逆轉(zhuǎn)COPD的炎癥反應，可有效地降低血清中炎癥因子TNF-α、IL-6水平[30]。

4.2 誘導腫瘤細胞凋亡 細胞凋亡是一種由基因引起細胞表面程序性死亡受體表達的過程。而腫瘤細胞的無限增殖、不易凋亡使得機體的正常發(fā)育、生理代謝出現(xiàn)紊亂。NF-κB(nuclear factor-κB)[31]對腫瘤細胞的發(fā)生、轉(zhuǎn)移、侵襲和凋亡起著重要的作用，靜息狀態(tài)的NF-KB以無活性復合體的形式存在細胞漿中，不進行靶基因的表達，一旦受到因素刺激后，發(fā)生磷酸化的NF-κB通過降解作用，進入細胞核中，從而開啟靶基因的表達。而黃芪多糖主要是通過降低NF-κB p65蛋白達到抗腫瘤作用[32]?，F(xiàn)有研究表明人胃癌 SGC-7901 細胞移植瘤經(jīng)過黃芪多糖干預之后，腫瘤體積及重量明顯減輕，腫瘤結(jié)節(jié)體積縮小，腫瘤細胞數(shù)量明顯減少，周圍的腫瘤組織有了明顯的好轉(zhuǎn)[33]，這與黃芪多糖具有誘導腫瘤細胞凋亡的作用密切聯(lián)系。

4.3 逆轉(zhuǎn)化療耐藥性，增加化療效果 化療藥物作用機制雖較為復雜，但占主導作用的是干擾或阻斷細胞增殖和蛋白質(zhì)的合成。從DNA合成、轉(zhuǎn)錄、復制到蛋白質(zhì)的合成，再到有絲分裂，每一個環(huán)節(jié)的生化事件均有相應的藥物阻斷。黃芪多糖聯(lián)合順鉑對 Lewis肺癌小鼠具有明顯的抑瘤作用，小鼠肺癌的抑制作用越強與黃芪多糖濃度呈正相關(guān)性，其機制可能與阻礙VEGF表達、提高Endostatin蛋白表達及免疫功能有關(guān)[34]。此外，一項關(guān)于注射黃芪多糖對人肺腺癌細胞A549/DDP(順鉑)耐藥逆轉(zhuǎn)作用的研究結(jié)果顯示，黃芪多糖能促進腫瘤細胞凋亡，主要是誘導增強A549/DDP 細胞對DDP的敏感性，逆轉(zhuǎn)化療耐藥性[35]。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，腫瘤微環(huán)境是腫瘤細胞生長的“培養(yǎng)皿”，為腫瘤的生長發(fā)展提供高代謝營養(yǎng)物質(zhì)，同樣在機體免疫逃逸、避開免疫監(jiān)視過程中發(fā)揮重要作用。黃芪多糖具有增強機體免疫功能，通過靶向調(diào)控腫瘤微環(huán)境的細胞、細胞因子及細胞外基質(zhì)，抑制腫瘤微環(huán)境的炎癥反應，誘導細胞凋亡以及逆轉(zhuǎn)化療耐藥性，達到抗腫瘤效果。目前，被譽為“生物導彈”的分子靶向藥物在臨床腫瘤治療中得到了廣泛的應用，主要針對惡性腫瘤病理生理發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵靶點進行治療干預，實現(xiàn)抑制腫瘤細胞生長或促進凋亡的抗腫瘤作用。然而，部分多靶點的受體酪氨酸激酶抑制劑毒副作用較多，如若聯(lián)合使用分子靶向藥物和中醫(yī)中藥，點面結(jié)合，整體和局部同治，注重腫瘤微環(huán)境和靶點的雙重調(diào)控，二者聯(lián)動，有望為提高腫瘤的臨床綜合治療療效奠定堅實的基礎(chǔ)。