生物活性肽抗腫瘤機(jī)制研究進(jìn)展

高 輝 歐陽曉暉 蘇秀蘭

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的報(bào)告，慢性病將成為未來10年人類死亡的主要原因之一[1]。惡性腫瘤作為一種慢性病，2013年我國新發(fā)惡性腫瘤病例約為368.2萬例，死亡病例222.9萬例[2]。其中肺癌、胃癌、肝癌、食管癌等為我國主要常見惡性腫瘤，占比約66%。其中消化系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)惡性腫瘤作為腫瘤主要的死因，在全部腫瘤死亡病例中占比約70%[2]。近年來研究表明，生物活性肽(BP)在抗腫瘤方面，尤其在提高患者生存質(zhì)量方面具有獨(dú)特性[3]。

BP可由數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)氨基酸組成，排列順序呈多樣性，生物活性及功能隨排序組成的差異而各有不同。呈現(xiàn)為抗氧化、心血管保護(hù)、免疫調(diào)節(jié)等作用，同時(shí)也具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤等作用[4]。具有抗腫瘤作用的BP日益增多，其來源不同、結(jié)構(gòu)不同，但在抗腫瘤機(jī)制方面均顯示出較好的腫瘤細(xì)胞周期阻滯、誘導(dǎo)凋亡或通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用(表1)。

表1 生物活性肽抗腫瘤機(jī)制

一、BP的來源

BP種類繁多，現(xiàn)已有源于動(dòng)物、植物、海洋生物的相關(guān)報(bào)道[10～12]。哺乳動(dòng)物因其乳汁含有豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白，經(jīng)消化道酶解后以多肽形式吸收，所以成為BP最常見的來源之一。牛乳中具有多種活性蛋白，可以為人體提供豐富的營養(yǎng)，已得到公眾的廣泛認(rèn)可和關(guān)注。在幼兒成長階段，乳源性蛋白發(fā)揮著重要作用。已有研究發(fā)現(xiàn)，牛乳所含有的酪蛋白和乳清蛋白兩個(gè)蛋白組能夠促進(jìn)機(jī)體生長發(fā)育，因此成為備受人們關(guān)注的食源性蛋白[13]。此外，有些動(dòng)物的臟器也是BP的重要來源之一。蘇秀蘭團(tuán)隊(duì)近30年的研究證實(shí)，動(dòng)物臟器具有較高含量的BP，且已證實(shí)具有顯著的抗腫瘤提高免疫作用。新近研究發(fā)現(xiàn)，BP還具有聯(lián)合化療藥物減毒增敏的作用[10，14，15]。通過成熟的提取制備技術(shù)處理通常會(huì)被廢棄的動(dòng)物臟器，不僅能獲得益于人體健康的BP，還能減少傳統(tǒng)處理方法對環(huán)境的污染。所以，動(dòng)物源性BP是一類極具研發(fā)前景的BP。

BP在植物的根、種子、花、莖和葉中無處不在，從植物進(jìn)化的角度來講，這表明其在植物的生長過程中具有不可或缺的作用。在我國這樣一個(gè)農(nóng)業(yè)大國中，大豆、小麥、玉米等植物被廣泛種植。傳統(tǒng)加工方法使得一些副產(chǎn)物被大批量浪費(fèi)，其中就包括富含BP的副產(chǎn)物。為了減少資源浪費(fèi)，越來越多的研究著力于農(nóng)作物副產(chǎn)物的利用價(jià)值，所以，具有降壓作用的大豆肽、具有免疫調(diào)節(jié)作用的大米肽、具有抗腫瘤作用的菜籽肽以及其他植物活性肽逐一涌現(xiàn)[16]。與其他植物比較，豆科植物蛋白質(zhì)均含量可高達(dá)40%，是國內(nèi)外最常研究的BP來源[11]。此外，另有研究顯示，由獨(dú)特的氨基酸序列組成的高品質(zhì)的谷類蛋白質(zhì)是BP的重要來源，且這類蛋白大都以酶解方式消化后釋放BP，釋放出的BP可以發(fā)揮不同的功能[17]。現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)研究表明，小分子多肽比氨基酸易吸收[18]?，F(xiàn)代生物代謝學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，人類攝取的蛋白質(zhì)經(jīng)過消化道多種酶水解后,不像之前認(rèn)為的只以氨基酸的形式吸收,而是更多的以低肽形式直接吸收,而且二肽和三肽的吸收效率比相同組成的氨基酸更快[12]。

地球表面70%被海洋覆蓋，海洋中生物多樣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過陸地。由于海洋環(huán)境構(gòu)成特殊使得海洋生物自成一體，其中大約75%的生物為人類提供了豐富的天然產(chǎn)物來源，具有潛在的研究應(yīng)用價(jià)值。最近有不少關(guān)于海洋動(dòng)物來源的肽類報(bào)道，包括來源于海綿、海鞘、被囊和軟體動(dòng)物的次級代謝產(chǎn)物。這些肽的共有結(jié)構(gòu)特征是包含不同序列的特殊氨基酸殘基，所以，筆者推測，這可能是它們發(fā)揮生物活性的活性部位[19]。此外，由于海洋生物的特殊性，許多BP只能在單一來源中找到。例如，海綿環(huán)縮肽只能在多孔動(dòng)物門海綿中找到，而海洋被囊動(dòng)物膜海鞘是膜海鞘素的唯一來源[19]。與其他來源的肽比較，海洋肽種類的多樣化導(dǎo)致在海洋生物中發(fā)現(xiàn)了更多的環(huán)狀肽或縮酚酸肽。已有研究顯示，海洋肽對人類的幾種腫瘤細(xì)胞系(HeLa、AGS和DLD-1)具有抗氧化活性和細(xì)胞毒性作用[20]。所以，海洋肽為生物醫(yī)學(xué)研究及新藥設(shè)計(jì)提供了豐富的資源與研究思路。

二、BP的抗腫瘤機(jī)制

近30年來，抗腫瘤藥物的研發(fā)主要攻克以下兩個(gè)方面的難題。一方面是降低抗腫瘤藥物的毒性不良反應(yīng)，另一方面是增強(qiáng)藥物對腫瘤細(xì)胞的靶向性，以達(dá)到最大程度殺死腫瘤細(xì)胞而不損傷正常細(xì)胞。BP來源的廣泛性以及結(jié)構(gòu)的特殊性決定了其在抗腫瘤方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前抗腫瘤藥物的作用機(jī)制主要包含干擾核酸生成和合成、破壞DNA的結(jié)構(gòu)和功能、嵌入DNA內(nèi)干擾DNA轉(zhuǎn)錄、影響蛋白質(zhì)合成及體內(nèi)激素平衡等[21]。目前研究發(fā)現(xiàn)，BP主要通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、抑制腫瘤細(xì)胞增殖等發(fā)揮抗腫瘤作用[22]。

1.BP誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡:細(xì)胞凋亡與caspase的活化或凋亡蛋白的表達(dá)相關(guān)。其中caspase-2、caspase-8、caspase-9和caspase-10作為凋亡啟動(dòng)因子，caspase-3、caspase-6和caspase-7作為凋亡執(zhí)行因子都參與到細(xì)胞凋亡的過程中[23]。而Bcl-2則是細(xì)胞凋亡蛋白中最重要的的調(diào)控蛋白，Bcl-2家族可分為抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w等和促凋亡蛋白Bax、Bak、Bid、Bim和Bad等兩類[24]。BP在誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡過程中多數(shù)是通過激活caspase途徑或改變Bcl-2家族蛋白表達(dá)途徑達(dá)到抗腫瘤目的。

玉米肽是一種從植物中提取出來的BP。MargaritaOrtiz-Martinez等研究表明，從Asgrow-773和CML-502兩種不同基因型的玉米中提取出來的玉米肽，通過影響抗凋亡因子Livin、存活蛋白、cIAP、XIAP和HIF-1α的表達(dá)來誘導(dǎo)HepG2人肝腫瘤細(xì)胞凋亡。此外，小牛脾提取注射液(CSEI)是從牛脾臟中提取出的一種BP，通常作為免疫調(diào)節(jié)制劑用于治療再生性障礙性貧血、放射線引起的白細(xì)胞減少癥等。Jia等還發(fā)現(xiàn)，CSEI可以降低HepG2和SMMC-7721肝腫瘤細(xì)胞活力、增加凋亡率、誘導(dǎo)caspases級聯(lián)反應(yīng)，而對人上皮細(xì)胞HEK 293T無顯著影響。體內(nèi)研究表明，與空白組比較，CSEI處理組小鼠腫瘤體積減少29.6%，且CSEI通過ROS /MAPKs依賴的線粒體途徑精確誘導(dǎo)人肝細(xì)胞腫瘤細(xì)胞凋亡[8]。Vglycin作為一種從豌豆種子中分離出來的BP，不僅可以誘導(dǎo)人結(jié)腸腺腫瘤細(xì)胞分化，還能顯著性降低CT-26、SW480和NCL-H716結(jié)腸腫瘤細(xì)胞的生長、存活和集落形成，同時(shí)下調(diào)增殖細(xì)胞核抗原的表達(dá)；體外研究也證實(shí)，Vglycin處理的3種結(jié)腸腫瘤細(xì)胞中CDK2和Cyclin D1的表達(dá)均下調(diào)，凋亡相關(guān)蛋白Bax、Bcl-2和Mcl-1的表達(dá)水平發(fā)生改變，caspase-3活性增加[5]。這些研究表明，BP主要通過激活caspase途徑及改變凋亡調(diào)節(jié)蛋白或因子表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮抗腫瘤作用。

2.BP破壞細(xì)胞膜:正常哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜為不對稱分布的磷脂雙分子層，其中磷脂酰絲氨酸(PS)、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇主要分布在細(xì)胞膜近胞質(zhì)的內(nèi)層，而磷脂酰膽堿的大部分和糖脂都分布在膜的外層，所以細(xì)胞膜表面的凈電荷呈中性。PS的雙層運(yùn)動(dòng)由多種酶介導(dǎo)，包括氨基磷脂移位酶和限制酶，它們分別負(fù)責(zé)雙層不對稱膜的維持和崩解[22]。與真核細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞膜外層帶負(fù)電荷的PS和O-糖基化黏蛋白過渡表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞膜所帶電荷呈負(fù)性。誘導(dǎo)壞死的肽是一類細(xì)胞膜裂解肽，作為一類新型的抗癌劑成為21世紀(jì)腫瘤學(xué)研究的熱點(diǎn)[25]。壞死肽對腫瘤細(xì)胞的選擇性比傳統(tǒng)化療藥物高，而且能通過膜裂解殺死具有耐藥性的癌細(xì)胞。天然抗菌肽(AMP)是誘導(dǎo)壞死肽大家族中的一類，多為5～40個(gè)氨基酸殘基組成，其多為帶正電荷的殘基[通常是賴氨酸(Lys)和精氨酸(Arg)][26]。當(dāng)AMP與腫瘤細(xì)胞膜外層相結(jié)合，腫瘤細(xì)胞表面陰離子電荷與AMP陽離子電荷相互吸引，進(jìn)而AMP插入到腫瘤細(xì)胞膜雙層的脂質(zhì)中，最終破壞膜結(jié)構(gòu)的完整性，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡[27]。此外，有研究從澳大利亞青蛙和蟾蜍皮膚腺中鑒定出一組壞死肽，這些肽對多種人類惡性腫瘤，包括白血病、黑素瘤和肺癌、結(jié)腸癌、中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)、卵巢癌、腎癌、前列腺癌和乳腺癌，具有抗癌特性，成為治療癌癥更具吸引力的候選藥物[28]。

3.BP抑制增殖：針對某些腫瘤，BP可以通過抑制信號轉(zhuǎn)導(dǎo)或抑制細(xì)胞周期達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用。Lunasin是一種來源于大豆種子和大豆衍生食品中的儲存蛋白質(zhì)組分。既往研究表明，Lunasin既具有抑制致癌物或致癌基因細(xì)胞轉(zhuǎn)化的化學(xué)預(yù)防活性，又具有抗多種人類惡性腫瘤的化學(xué)治療活性[9]。Elizabeth等研究發(fā)現(xiàn)，Lunasin可以通過改變G1期蛋白依賴性激酶復(fù)合物成分的表達(dá)、增加p27Kip1水平、降低磷酸化Akt水平，最終抑制了成視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤蛋白(RB)連續(xù)磷酸化，從而抑制NSCLC H661細(xì)胞G1/S期的細(xì)胞周期進(jìn)程而不誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。國外研究也表明，來源于南美肉豆蔻蜘蛛血細(xì)胞的蜘蛛肽gomesin通過將袋獾面部腫瘤DFTD細(xì)胞細(xì)胞阻滯于G0/G1期，同時(shí)上調(diào)p53和Bcl-2的表達(dá)發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)[29]。BP大多數(shù)是通過影響細(xì)胞周期進(jìn)程發(fā)揮抑制增殖的作用，且一方面其可單獨(dú)通過抑制增殖發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)，另一方面可協(xié)同促凋亡作用誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡。

三、展 望

在探索腫瘤更好治療方法的同時(shí)，BP作為一類具有巨大潛力的抗腫瘤藥物已經(jīng)備受人們青睞。任何靶向治療藥物的有效性在很大程度上取決于是否可以將適當(dāng)?shù)乃幬镆宰銐虻牧考皶r(shí)地輸送到所需的位置。當(dāng)前抗腫瘤藥物存在許多技術(shù)障礙(諸如體內(nèi)效率低、耐藥性頻發(fā)和毒性不良反應(yīng)嚴(yán)重)，但是肽由于其吸收利用效率高、來源豐富、易獲取、對腫瘤細(xì)胞特異性高、具有低免疫原性并且相對容易修飾和設(shè)計(jì)。幾種天然肽及其修飾衍生物已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。為了提高BP的抗腫瘤效率，當(dāng)前開發(fā)了多種新方法，如將氨基酸的D異構(gòu)體摻入天然分子的新技術(shù)、研發(fā)擬肽和應(yīng)用肽工程。也有將BP作為藥物遞送載體以進(jìn)一步增強(qiáng)其抗腫瘤的潛力，如把BP作為一種包衣，將某些具有特殊作用的靶向病毒通過BP攜帶至腫瘤細(xì)胞內(nèi)，通過病毒精準(zhǔn)殺死腫瘤細(xì)胞。

此外，研究人員正在開發(fā)利用多功能肽或?qū)⒉煌珺P混合在一起(例如誘導(dǎo)壞死、細(xì)胞凋亡或免疫刺激)聯(lián)合治療的方法，以成為代替?zhèn)鹘y(tǒng)療法的新型治療方法，且有望發(fā)展成為解決耐藥問題的創(chuàng)新方法。目前，該領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)是具有優(yōu)化性能抗腫瘤肽的設(shè)計(jì)，所以，有必要了解腫瘤生物學(xué)和腫瘤微環(huán)境的最新進(jìn)展，并掌握所涉及相關(guān)化學(xué)、生物學(xué)、高通量儀器和制劑科學(xué)的多學(xué)科方法，以利用多學(xué)科相結(jié)合的方法開發(fā)出更有效的新型腫瘤靶向肽。有研究設(shè)想，腫瘤的成長需要不斷汲取機(jī)體養(yǎng)分，BP具有良好的吸收性，它的吸收效率遠(yuǎn)高于蛋白質(zhì)。是否存在某些BP在正常細(xì)胞中可以被吸收，而在腫瘤細(xì)胞中被攝入細(xì)胞膜內(nèi)，不能被完全吸收而沉積在腫瘤細(xì)胞中，隨著BP持續(xù)處理，腫瘤細(xì)胞中大量未吸收的BP沉積下來，占據(jù)腫瘤細(xì)胞內(nèi)空間導(dǎo)致其無法攝取機(jī)體的營養(yǎng)物質(zhì)限制其增殖分化，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞營養(yǎng)不足而死亡，這為抗腫瘤BP的開發(fā)與篩選提供了研究思路。