巖藻多糖在腫瘤治療中的作用

王瑩瑩，張振坤，李 亞，任邑昆，關(guān)方霞，馬珊珊

鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 鄭州 450001

目前，惡性腫瘤是世界范圍內(nèi)人類死亡的主要原因之一。盡管醫(yī)學(xué)研究取得了巨大進(jìn)步，化療、放療、手術(shù)及聯(lián)合療法等被用來(lái)治療腫瘤[1]，但這些療法均有嚴(yán)重的副作用。從植物和藻類等天然來(lái)源獲得的多糖具有抗癌特性，其多功能結(jié)構(gòu)也允許它們可與抗癌藥物結(jié)合使用[2-3]。

巖藻多糖是一種來(lái)源于海洋的硫酸鹽多糖，主要存在于各種褐藻(例如海帶、墨角藻、裙帶菜等)細(xì)胞壁基質(zhì)中[4]。在一些海洋無(wú)脊椎動(dòng)物如海膽[5]、海參[6]中也發(fā)現(xiàn)有多種形式的巖藻多糖。一方面巖藻多糖的化學(xué)組成不盡相同，除了主要成分巖藻糖和硫酸酯外，還含有其他單糖(甘露糖、半乳糖、葡萄糖等)和糖醛酸，有些還具有乙?；偷鞍踪|(zhì)。另一方面巖藻多糖的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，不同種類巖藻多糖的結(jié)構(gòu)也不相同，并且由不同方法提取得到的巖藻多糖結(jié)構(gòu)也可能不同。在東亞地區(qū)，含有巖藻多糖的褐藻被普遍用作食材和藥材來(lái)食用[7]。巖藻多糖具有多種生物和藥物學(xué)活性，包括抗癌[8]、抗微生物[9]、抗病毒[10]、抗炎[11]和抗凝血活性[12]等。作為一種天然聚合物，巖藻多糖對(duì)癌細(xì)胞有直接和間接的抑制作用，比其他傳統(tǒng)的癌癥治療方法更安全[13]。本文就巖藻多糖的抗腫瘤作用進(jìn)行綜述。

1 巖藻多糖在多種腫瘤中的治療作用

1.1巖藻多糖與乳腺癌上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)是癌癥轉(zhuǎn)移的重要過(guò)程。 在EMT過(guò)程中，癌細(xì)胞會(huì)失去上皮細(xì)胞的特性，例如極性和細(xì)胞黏附性，隨后獲得間充質(zhì)樣細(xì)胞的形態(tài)和遷移能力。一旦癌細(xì)胞停止表達(dá)上皮標(biāo)記物，如上皮細(xì)胞鈣黏蛋白(E-cadherin)，便開始表達(dá)間充質(zhì)標(biāo)記物，如神經(jīng)型鈣黏蛋白(N-cadherin)和波形蛋白(Vimentin)[14]。研究[15-16]表明，EMT現(xiàn)象會(huì)增強(qiáng)乳腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力，并且與乳腺癌的發(fā)生、浸潤(rùn)和遠(yuǎn)處植入關(guān)系密切。

He等[17]發(fā)現(xiàn)經(jīng)巖藻多糖處理的大鼠血清可通過(guò)調(diào)節(jié)E-cadherin的表達(dá)，有效抑制乳腺癌MCF-7細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，抑制癌細(xì)胞遷移；提示巖藻多糖可抑制乳腺癌細(xì)胞EMT，促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡并抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。Li等[18]的研究發(fā)現(xiàn)巖藻多糖可通過(guò)下調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)信號(hào)通路的表達(dá),抑制乳腺癌細(xì)胞的EMT和遷移。

1.2巖藻多糖與胰腺癌Delma等[19]通過(guò)離子交換色譜法從海洋褐藻中分離出巖藻多糖的5種組分，并對(duì)其在人胰腺癌細(xì)胞系中的抗腫瘤特性進(jìn)行研究。結(jié)果顯示這5種巖藻多糖組分均可以濃度和時(shí)間依賴性方式抑制胰腺癌細(xì)胞的增殖，并通過(guò)激活Caspase依賴的內(nèi)源性和外源性凋亡途徑，誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞凋亡；進(jìn)一步的機(jī)制研究顯示巖藻多糖可以抑制NF-κB信號(hào)通路并促進(jìn)腫瘤抑制因子p53的表達(dá)，從而通過(guò)靶向p53-NF-κB環(huán)路，誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞凋亡。該研究表明巖藻多糖對(duì)胰腺癌具有顯著的抗腫瘤活性。

1.3巖藻多糖與肝癌肝癌細(xì)胞因表達(dá)多藥耐藥基因而對(duì)化療藥物不敏感，這是肝癌化療的重要障礙之一。越來(lái)越多的證據(jù)表明lncRNA參與了肝癌的發(fā)生發(fā)展。LncRNA HULC可促進(jìn)肝癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移[20-21]，NEAT1可促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖[22]，而p21可抑制肝癌的侵襲和轉(zhuǎn)移[23]。有研究[24]檢測(cè)了巖藻多糖處理后HepG2細(xì)胞中l(wèi)ncRNA的差異表達(dá)，結(jié)果顯示巖藻多糖可以抑制Saf并增強(qiáng)p21的表達(dá)，降低HULC和NEAT1表達(dá)，上調(diào)SNHG1和Malat1表達(dá)；可抑制HepG2細(xì)胞的活性，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；提示巖藻多糖可能通過(guò)調(diào)控多種lncRNA的表達(dá)，發(fā)揮抗肝腫瘤作用。Arumugam等[25]的研究結(jié)果也表明，巖藻多糖可濃度依賴性抑制HepG2細(xì)胞增殖、遷移和細(xì)胞周期進(jìn)展，作用機(jī)制可能與細(xì)胞DNA損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。

1.4巖藻多糖與宮頸癌內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在蛋白質(zhì)組裝、蛋白質(zhì)折疊和鈣穩(wěn)態(tài)維持中起著重要作用[26]。研究[27]表明，巖藻多糖通過(guò)調(diào)節(jié)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞和結(jié)直腸癌細(xì)胞的凋亡。Niyonizigiye等[28]的研究結(jié)果顯示，巖藻多糖可劑量依賴性地抑制HeLa細(xì)胞的增殖，但不會(huì)影響正常細(xì)胞HaCaT和HEK-293的增殖；巖藻多糖通過(guò)上調(diào)Bip/GRP78、CHOP表達(dá)，可誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激關(guān)鍵組分的磷酸化，啟動(dòng)未折疊蛋白響應(yīng)機(jī)制，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

1.5巖藻多糖與結(jié)腸癌活性氧(reactive oxygen specie，ROS)在細(xì)胞增殖、信號(hào)傳導(dǎo)和氧化防御機(jī)制中發(fā)揮重要作用[29]。與正常細(xì)胞相比，癌細(xì)胞對(duì)高水平ROS更敏感[30]。因此，任何增加ROS水平的化合物都可能引起癌細(xì)胞線粒體的損傷，并最終誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[31]。Narayani等[32]的研究結(jié)果顯示，從灰葉馬尾藻中提取的巖藻多糖可劑量依賴性地抑制Caco-2細(xì)胞的生長(zhǎng)，增加ROS的生成并增加線粒體膜的滲透性，發(fā)揮抗腫瘤作用。

1.6巖藻多糖與口腔鱗癌Zhang等[33]發(fā)現(xiàn)巖藻多糖通過(guò)增加口腔鱗癌細(xì)胞中Bax/Bcl-2比值誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并通過(guò)下調(diào)MMP-9和MMP-2的表達(dá)抑制口腔鱗癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力，有效治療口腔鱗癌。進(jìn)一步的生物信息學(xué)預(yù)測(cè)和細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)[33]結(jié)果表明巖藻多糖可以促進(jìn)口腔鱗癌細(xì)胞中circFLNA的表達(dá)，進(jìn)而介導(dǎo)與細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡、遷移和侵襲相關(guān)的關(guān)鍵蛋白的表達(dá)。該結(jié)果表明巖藻多糖可能是通過(guò)靶向circFLNA來(lái)治療口腔鱗癌的潛在天然藥物。

1.7巖藻多糖與惡性膠質(zhì)瘤惡性膠質(zhì)瘤是一種預(yù)后較差的腦腫瘤，采用多模式治療后不可避免地會(huì)復(fù)發(fā)。Liao等[34]的研究發(fā)現(xiàn)，褐藻中的寡聚葡聚糖(oligo-fucoidan，OF)可顯著抑制惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞U87MG和GBM8401的增殖；進(jìn)一步的機(jī)制研究顯示OF能夠下調(diào)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)1、3A和3B的表達(dá)，降低p21甲基化水平，促進(jìn)P21蛋白的表達(dá)和細(xì)胞凋亡；另外，OF與Decitabine(一種DNMT抑制劑)聯(lián)合使用可以協(xié)同抑制U87MG細(xì)胞的增殖和分化；提示巖藻多糖可以作為一種潛在的補(bǔ)充途徑用于膠質(zhì)瘤的表觀遺傳學(xué)治療。

1.8巖藻多糖與子宮肉瘤、子宮內(nèi)膜癌Bobiński等[35]以人皮膚成纖維細(xì)胞作為對(duì)照，評(píng)估發(fā)現(xiàn)巖藻多糖可顯著降低子宮肉瘤ESS-1細(xì)胞和子宮平滑肌瘤SK-UT-1、SK-UT-1B細(xì)胞的活力，阻滯細(xì)胞周期，并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。程序性細(xì)胞死亡配體1(PD-L1)在逃避宿主免疫監(jiān)視過(guò)程中發(fā)揮重要作用。 Teruya等[36]的研究結(jié)果表明，低相對(duì)分子質(zhì)量巖藻多糖提取物(LMF)可影響纖維肉瘤細(xì)胞HT1080中PD-L1/PD-L2的表達(dá)，抑制細(xì)胞生長(zhǎng)，但對(duì)人正常二倍體成纖維細(xì)胞TIG-1的生長(zhǎng)沒(méi)有影響；說(shuō)明LMF差異性調(diào)節(jié)正常細(xì)胞和癌細(xì)胞中PD-L1的表達(dá)；LMF可以用作治療PD-L1高表達(dá)癌癥的替代性補(bǔ)充劑。

2 巖藻多糖抗腫瘤作用的分子機(jī)制

巖藻多糖的抗腫瘤作用分子機(jī)制主要有阻滯細(xì)胞周期、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、抑制血管生成、抑制細(xì)胞轉(zhuǎn)移、激活免疫系統(tǒng)以及調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路等。本文主要介紹其在腫瘤血管生成、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路調(diào)節(jié)中的作用機(jī)制。

2.1巖藻多糖與血管生成血管生成在腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移過(guò)程中有重要作用，阻斷腫瘤血管生成已成為腫瘤治療的有效手段[37-38]。促血管生成分子有血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、bFGF、IL-8和PAI-1等[39-40]。Chen等[40]的研究表明巖藻多糖可以抑制VEGFR2/Erk/VEGF信號(hào)通路，發(fā)揮抗血管生成作用，抑制非小細(xì)胞肺癌的遷移。Ou等[41]的研究發(fā)現(xiàn)源自鼠尾藻的巖藻多糖可抑制HUVEC細(xì)胞中MMP-2活性和VEGF/HIF-1α信號(hào)通路，從而抑制血管生成，并進(jìn)一步抑制肺癌細(xì)胞A549的遷移和增殖。有研究[42]發(fā)現(xiàn)巖藻多糖可限制骨肉瘤血管生成，且這與VEGF和基質(zhì)衍生因子-1表達(dá)降低有關(guān)。 進(jìn)一步研究[43-44]發(fā)現(xiàn)，高相對(duì)分子質(zhì)量巖藻多糖具有抗血管生成作用，而低相對(duì)分子質(zhì)量巖藻多糖和分離的巖藻多糖具有促血管生成作用。這些矛盾的結(jié)果表明巖藻多糖對(duì)腫瘤血管生成的影響還需要進(jìn)一步研究。

2.2巖藻多糖與信號(hào)傳導(dǎo)腫瘤相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)通路有很多，本文著重介紹巖藻多糖與PI3K/AKT、ERK和Caspase信號(hào)通路的關(guān)系。

PI3K/AKT信號(hào)通路是多種細(xì)胞功能的核心，其在腫瘤細(xì)胞中常表達(dá)上調(diào)。上調(diào)PI3K/AKT通路可抑制腫瘤細(xì)胞死亡并增強(qiáng)其遷移能力[45-54]。巖藻多糖可在細(xì)胞水平抑制PI3K/AKT通路的磷酸化，誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞和膀胱癌細(xì)胞的凋亡，并抑制端粒酶活性[55-56]。

在多種惡性腫瘤細(xì)胞中，細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)通路蛋白常常過(guò)度磷酸化并表達(dá)上調(diào)。研究[57-59]表明，巖藻多糖可降低人類淋巴瘤細(xì)胞中ERK1/2蛋白的磷酸化水平，降低肺癌細(xì)胞中活性ERK1/2表達(dá)水平，從而降低ERK活性，抑制細(xì)胞增殖。巖藻多糖對(duì)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制作用可部分歸因于對(duì)ERK1/2的負(fù)調(diào)控。

細(xì)胞凋亡可通過(guò)外源性(細(xì)胞質(zhì))途徑和內(nèi)源性(線粒體)途徑觸發(fā)，Caspase通路在這兩種凋亡途徑中均發(fā)揮核心作用。巖藻多糖可分別激活腫瘤細(xì)胞中外源性和內(nèi)源性凋亡途徑中兩個(gè)最具特征的分子Caspase-8和Caspase-9[60]。研究[60-61]顯示，極低劑量(20 mg/L)的巖藻多糖可激活人結(jié)腸癌細(xì)胞中Caspase-3和Caspase-7的表達(dá)，發(fā)揮抗腫瘤作用；然而對(duì)于T細(xì)胞白血病細(xì)胞，需要高濃度(3 g/L)的巖藻多糖才能達(dá)到相同效應(yīng)。Yamasaki-Miyamoto等[62]的研究表明，用Caspase-8抑制劑預(yù)處理可完全阻斷巖藻多糖介導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞MCF-7的凋亡。

3 巖藻多糖聯(lián)合生物納米材料的抗腫瘤作用

近年來(lái)，自組裝的高分子納米顆粒因其功能的多樣性，引起了人們對(duì)其藥物傳遞和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的極大興趣。巖藻多糖已被應(yīng)用于診斷、藥物輸送和再生醫(yī)學(xué)的納米系統(tǒng)中[63-64]。

Chu等[65]將透明質(zhì)酸和巖藻多糖分別用作前列腺癌細(xì)胞CD44分子和腫瘤脈管系統(tǒng)中P-選擇素的靶向劑，從而建立了雙重靶向腫瘤的納米系統(tǒng)，通過(guò)包裹表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯(EGCG)和姜黃素(CU)，達(dá)到共同遞送EGCG和CU的目的；與EGCG/CU組合溶液相比，負(fù)載EGCG/CU的納米顆粒被更多地?cái)z取到前列腺癌細(xì)胞中，抗腫瘤效果更顯著；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，負(fù)載EGCG/CU的納米顆?？娠@著抑制原位腫瘤的生長(zhǎng)，而不會(huì)引起其他器官的損傷，具有安全有效性?？傮w而言，EGCG和CU共同遞送的雙重靶向納米顆粒系統(tǒng)極大地改善了前列腺癌的治療效果。

Wang等[66]用自組裝的方法制備了有序、生物相容性好、球形且大小均勻的新型聚電解質(zhì)給藥系統(tǒng)——PAH/Fucoidan-MTX納米顆粒，用于腫瘤的治療。PAH/Fucoidan-MTX納米顆粒可實(shí)現(xiàn)藥物的持續(xù)釋放，有效抑制MCF-7和HeLa細(xì)胞的生長(zhǎng)。Oliveira等[67]制備了巖藻多糖/殼聚糖納米顆粒，用于遞送抗腫瘤藥物吉西他濱，該納米顆粒對(duì)人乳腺癌細(xì)胞的毒性增加，但對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的毒性未增加。

Jang等[68]發(fā)現(xiàn)涂有巖藻多糖的硫化銅納米顆粒不僅可作為載體增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)巖藻多糖的遞送，而且還可作為光熱劑在體外有效消融多種癌細(xì)胞(例如HeLa/A549和K562)；其還可在808 nm二極管激光照射下誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，說(shuō)明該納米系統(tǒng)可以將巖藻多糖介導(dǎo)的抗癌作用與近紅外光誘導(dǎo)的高熱作用相結(jié)合，聯(lián)合誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。

Shin等[69]的研究證實(shí)巖藻多糖包被的二氧化錳納米顆粒(Fuco-MnO2-NP)在H2O2存在的條件下可有效生產(chǎn)O2，并在低氧條件下顯著抑制人胰腺癌細(xì)胞中HIF-1的表達(dá)，增加放射治療引起的DNA損傷，逆轉(zhuǎn)低氧誘導(dǎo)的放射抵抗；在BxPC3異種移植小鼠模型中，與單獨(dú)放射治療相比，F(xiàn)uco-MnO2-NP聯(lián)合放射治療獲得了更顯著的腫瘤生長(zhǎng)延遲；研究結(jié)果表明，F(xiàn)uco-MnO2-NP可以通過(guò)缺氧調(diào)節(jié)和血管生成調(diào)節(jié)的雙重作用增強(qiáng)放射治療的效果，在放射性耐藥胰腺癌的治療中具有巨大的應(yīng)用潛力。

4 展望

巖藻多糖是一種很有前途的生物聚合物，具有天然的抗腫瘤特性、良好的藥物傳遞特性和主動(dòng)靶向性，可用于多種腫瘤的治療。巖藻多糖對(duì)健康細(xì)胞沒(méi)有副作用，具有良好的安全性。作為一種天然聚合物，巖藻多糖在藥用前需要進(jìn)行大量處理，所提聚合物的結(jié)構(gòu)在很大程度上取決于其來(lái)源。因此，今后對(duì)其來(lái)源、相對(duì)分子質(zhì)量、提取方法等需進(jìn)行重點(diǎn)研究和開發(fā)，建立巖藻多糖提取的標(biāo)準(zhǔn)化體系，同時(shí)加強(qiáng)臨床試驗(yàn)研究，從而為巖藻多糖在腫瘤臨床治療中的應(yīng)用提供更有力的依據(jù)。