蝎毒多肽的抗腫瘤作用機(jī)制

范紅波，黃欣媛

(1.湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)部，湖北 孝感 432000；2.湖北工程學(xué)院 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感 432000)

癌癥是復(fù)雜的系統(tǒng)性疾病，傳統(tǒng)的化療和放療由于靶向性不佳，對健康組織的毒性較大，因此需開發(fā)出新的療法，其中頗具前景的方式是采用具有生物活性的天然產(chǎn)物，它們具有靶向性較好和副作用較少的優(yōu)點(diǎn)[1]。蝎毒(Scorpion Venom)是一種具有抗癌作用的天然產(chǎn)物，主要由多種小分子肽和一些蛋白質(zhì)和組成，前者是其主要的藥用活性成分，稱之為蝎毒多肽，一般有20～80個(gè)氨基酸殘基，分子內(nèi)通常含2～4個(gè)二硫鍵。平均每種蝎毒中約含70余種蝎毒多肽，具有很強(qiáng)的多態(tài)性。離子通道通常在癌細(xì)胞中失調(diào)或過表達(dá)，在癌癥的發(fā)展和侵襲中起至關(guān)重要的作用。蝎毒多肽能靶向作用于離子通道，阻斷、修飾或調(diào)節(jié)離子通道的活性，發(fā)揮出誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，抑制癌細(xì)胞增殖、侵襲、遷移和血管生成等多種抗癌活性。

1 癌細(xì)胞的離子通道

癌細(xì)胞的增殖、粘附和侵襲與離子通道息息相關(guān)，這些過程是通過離子通道調(diào)節(jié)細(xì)胞形態(tài)和體積的變化而發(fā)生的。

離子通道在許多癌癥中失調(diào)或過表達(dá)，與細(xì)胞的癌變密切相關(guān)。例如，電壓門控K+通道(Kv)、Ca2+激活的K+通道(Kca)以及電壓門控Na+通道(VGSC)的Nav1.5、Nav1.6、Nav1.7亞型在膠質(zhì)瘤、乳腺癌、結(jié)腸癌、前列腺癌等多種癌癥中過表達(dá)[2-3]。電壓門控Ca2+通道在乳腺癌、肝癌、胃癌、卵巢癌和膠質(zhì)瘤中過表達(dá)，將這些腫瘤細(xì)胞中的Ca2+通道沉默后能夠抑制細(xì)胞的增殖[4]。此外，膠質(zhì)瘤特異性的Cl-通道的表達(dá)會(huì)隨著細(xì)胞周期的進(jìn)程而改變，用以調(diào)節(jié)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的侵襲性[5]。這些結(jié)果說明離子通道可以作為癌癥的特異性治療靶點(diǎn)。

2 蝎毒多肽的抗癌作用

蝎毒是由多肽和蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽、雜環(huán)組分等組成的復(fù)雜混合物，主要活性成分是能靶向作用于離子通道的蝎毒多肽，具有修飾、調(diào)節(jié)或阻斷Na+、K+、Cl-和Ca2+通道的功能[6]。而腫瘤的發(fā)生發(fā)展和離子通道息息相關(guān)，因此，蝎毒多肽在抗腫瘤方面發(fā)揮了重要作用，其作用機(jī)制可綜述如下。

2.1 增殖抑制和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡

已發(fā)現(xiàn)蝎毒多肽能抑制多種癌細(xì)胞系的增殖，主要的機(jī)制是誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，以及抑制DNA合成，將細(xì)胞阻滯于Go/G1期。例如：從Buthustumulus蝎子中分離出來的蝎毒多肽Iberiotoxin(IbTX)，可抑制Ca2+激活的K+通道KCNMA1(Kca1.1，BK)來降低宮頸癌HeLa細(xì)胞和卵巢癌A2780細(xì)胞的增殖[7]。來自Androctonuscrassicauda、Androctonusbicolor、Leiurusquinquestriatus、Odontobuthusdoriae和Rhopalurusjunceus的蝎毒全液減少了人的腦、乳腺、結(jié)腸、直腸、肺、子宮頸和喉癌細(xì)胞系的增殖，主要通過增加凋亡基因bax的表達(dá)、降低抗凋亡基因bcl的表達(dá)，上調(diào)bax/bcl的比率，以及增加caspase-3、8、9的活性并誘導(dǎo)凋亡配體Fas-L的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)[8-13]。而來自Androctonusbicolor和Androctonuscrassicauda的蝎毒多肽能下調(diào)癌細(xì)胞的周期蛋白基因表達(dá)，分別將細(xì)胞阻滯于S期、Go/G1期[8，14]。Li等[15]發(fā)現(xiàn)一組來自Androctonusmauritanicus蝎毒多肽是潛在的抗癌肽，尤其是蝎毒多肽Gonearrestide通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期檢查點(diǎn)蛋白的表達(dá)，對人結(jié)腸癌細(xì)胞系HCT116表現(xiàn)出極佳的抗增殖活性。動(dòng)物試驗(yàn)也有類似的結(jié)果，如來自Androctonusamoreuxi的蝎毒能減少Ehrlich腹水癌模型小鼠的腫瘤大小，并且增加了荷瘤小鼠的存活率[16]；以及來自Leiurusquinquestriatus的蝎毒多肽下調(diào)了小鼠皮膚癌細(xì)胞生長相關(guān)細(xì)胞因子Ki-67、NF-kB、Cox-2、Bcl-2、VEGF和促炎癥細(xì)胞因子TNF-α和IL-6的表達(dá)，從而降低了小鼠的皮膚癌發(fā)生率[17]。

東亞鉗蝎ButhusmartensiiKarsch(BmK)的蝎毒多肽可以減少慢性粒細(xì)胞白血病K562細(xì)胞的增殖，抑制BCR/ABL融合基因及P210(BCR/ABL)蛋白的表達(dá)，并通過抑制上游活化因子Shh和Gli1的表達(dá)來阻斷Hedgehog通路的激活，進(jìn)而抑制慢性粒細(xì)胞白血病的進(jìn)展[18-19]。該組分中可能含有一種蝎毒肽BmK-AGAP，它由66個(gè)氨基酸殘基組成，分子量7142Da，能與電壓門控Na+離子通道結(jié)合，主要用于鎮(zhèn)痛[20]，Kampo等[21]最近研究了BmK-AGAP對乳腺癌細(xì)胞系的作用機(jī)制。濃度為5～60 μmol/L的BmK-AGAP抑制人乳腺癌MCF-7和MDA-MB-231細(xì)胞系的增殖、集落形成、干細(xì)胞活性和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，降低了有關(guān)基因和蛋白質(zhì)的表達(dá)，如與癌細(xì)胞增殖有關(guān)的PTX3；與干細(xì)胞活性相關(guān)的PTX3、Oct4、SOX2和Nanog；與EMT相關(guān)的PTX3、N-cadherin和Snail。

2.2 抑制腫瘤新生毛細(xì)血管的生成

驅(qū)動(dòng)新血管形成的生長因子、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和成纖維細(xì)胞生長因子等在癌細(xì)胞中都是過表達(dá)的。蝎毒多肽能抑制VEGF的表達(dá)，從而發(fā)揮抗腫瘤作用[22]。例如，對Ehrlich腹水癌模型小鼠每兩天一次腹腔注射Androctonusamoreuxi蝎毒(0.22 mg/kg)，30天后，檢測到腫瘤體積減小，腫瘤組織中VEGF和增殖標(biāo)志物Ki-67的表達(dá)下調(diào)，促凋亡基因caspase-3表達(dá)上調(diào)，腹膜荷瘤小鼠的生存率相對于對照組顯著提高[16]。此外，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，將Leiurusquinquestriatus的蝎毒液局部給藥于DMBA+巴豆油誘導(dǎo)的皮膚癌模型小鼠皮損部位，降低了小鼠皮膚癌發(fā)生率和腫瘤多樣性，這與腫瘤的分子標(biāo)志物如Ki-67、NF-κB和VEGF的表達(dá)下調(diào)是相關(guān)的[17]，提示蝎毒具有體內(nèi)抗癌潛力，可用于抗癌藥物的開發(fā)。

氯毒素(chlorotoxin，ClTx)最初也是從Leiurusquinquestriatus中分離出來的一種長度為36個(gè)氨基酸的蝎毒多肽，能與神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞特異性結(jié)合并抑制其細(xì)胞膜上的Cl-通道，但不與健康的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞結(jié)合。與此類似，ClTx的結(jié)構(gòu)類似物——合成肽TM601也能選擇性地特異作用于神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞，而不結(jié)合于正常的神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞或成纖維細(xì)胞[23]，臨床上可用于神經(jīng)膠質(zhì)瘤的腫瘤顯像[24]。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明TM601能阻斷腫瘤的血管生成，例如用TM601處理在雞胚絨毛尿囊膜上生長的人SK-Mel黑色素瘤、PC-3前列腺癌和U87-MG膠質(zhì)母細(xì)胞瘤等細(xì)胞，減少了雞的腫瘤血管形成[25]；基質(zhì)膠塞實(shí)驗(yàn)顯示TM601能抑制腫瘤中VEGF和血小板衍生生長因子的表達(dá)，減少小鼠的腫瘤微血管計(jì)數(shù)。

2.3 抑制腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移

從Androctonuscrassicauda、Androctonusbicolor和Leiurusquinquestriatus分離的蝎毒多肽能通過降低基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)的表達(dá)，和/或降低細(xì)胞遷移和侵襲標(biāo)志物FAK的磷酸化水平來抑制乳腺癌和結(jié)直腸癌細(xì)胞[10]以及胃癌細(xì)胞[26]的侵襲和轉(zhuǎn)移。另外，ClTx對膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲和遷移的抑制作用研究得較為詳細(xì)。ClTx可抑制人腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞D54-MG和CCF-STTG-1的遷移和侵襲。膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲大腦依賴于其細(xì)胞膜上的Cl-通道，以及胞內(nèi)(而不是正常腦細(xì)胞內(nèi))MMP的高表達(dá)。阻斷MMP-2和降低Cl-通道表達(dá)能防止神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞收縮和分泌MMP-2至細(xì)胞外基質(zhì)[27]。研究發(fā)現(xiàn)ClTx選擇性地結(jié)合MMP-2，但不結(jié)合其他MMP亞型，這種結(jié)合形成ClTx-MMP2復(fù)合物，降低了MMP-2的活性，在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中與膜上的Cl-通道一起內(nèi)化到小窩筏中，耗盡了可用的膜Cl-通道并降低了MMP-2的水平，從而抑制了膠質(zhì)瘤向腦內(nèi)的侵襲[28]。Dardevet等[27]的體外實(shí)驗(yàn)也表明，ClTx通過抑制MMP-2降低膠質(zhì)瘤細(xì)胞在腦組織緊密的胞外空間中的遷移能力。

BmK的蝎毒多肽與ClTx的氨基酸序列有很高的同源性，稱為BmKCTx。同ClTx一樣，BmKCTx也表現(xiàn)出對癌細(xì)胞遷移的抑制作用。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)BmKCTx作為Cl-通道阻斷劑與人腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞SHG-44結(jié)合并抑制其增殖，其有效作用濃度比對正常星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生抑制作用時(shí)低29倍[29]，并通過拮抗MMP-2抑制大鼠膠質(zhì)瘤細(xì)胞C6的侵襲和遷移[30]。

2.4 免疫調(diào)節(jié)作用

離子通道失調(diào)是癌癥發(fā)生發(fā)展的一個(gè)重要因素，因此靶向它們將成為基于T細(xì)胞的癌癥免疫治療的獨(dú)特工具[31]。如前所述，蝎毒多肽對免疫細(xì)胞的多種促炎癥標(biāo)志物如N-κB、TNF-α和IL-6等的表達(dá)水平具有調(diào)節(jié)作用[17,21,32-33]。在免疫細(xì)胞中，Ca2+是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和淋巴細(xì)胞活化的重要第二信使，而Na+和K+等單價(jià)陽離子主要調(diào)節(jié)負(fù)的膜電位，間接控制著Ca2+的流動(dòng)以及細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和激活。因此，蝎毒多肽調(diào)節(jié)或阻斷離子通道會(huì)影響到免疫細(xì)胞中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，降低炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)，進(jìn)而下調(diào)炎癥向癌癥的轉(zhuǎn)化進(jìn)程。

電壓門控Na+離子通道Nav 1.5在乳腺癌中過表達(dá)并與腫瘤進(jìn)展相關(guān)[34]，如前所述，來自BmK的鎮(zhèn)痛肽BmK-AGAP通過抑制或結(jié)合于Nav1.5而下調(diào)PTX3表達(dá)，導(dǎo)致NF-κB和Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)途徑和炎癥因子TNF-α的產(chǎn)生都減少，證明了Bmk-AGAP在治療炎癥誘導(dǎo)的癌癥中的潛力[21]。同樣，BmK中70 ～ 80 kDa的組分通過抑制IκBα的磷酸化和降解，以及抑制p65向細(xì)胞核易位這兩條途徑來抑制NF-κB的活化[35]。另外，電壓門控K+離子通道Kv1.3在Th17淋巴細(xì)胞的活化、增殖和生成細(xì)胞因子的過程中起重要作用。從Centruroidesmargartatus分離的蝎毒肽Margatoxin(MgTx)能特異性阻斷Kv1.3[36]，而動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明Kv1.3的阻斷能緩解模型小鼠的實(shí)驗(yàn)性自身免疫腦脊髓炎和糖尿病，另外，基因敲除的Kv1.3-/-小鼠對自身免疫糖尿病和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎也有抗性[37]。由此可見，蝎毒多肽對免疫細(xì)胞和有顯著的免疫調(diào)節(jié)作用，通過下調(diào)炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)來緩和炎癥誘導(dǎo)癌癥的進(jìn)程，這一作用是調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)生和生長的重要途徑。

此外，蝎毒多肽還能調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的活性來抑制腫瘤的浸潤生長。韓琛等[38]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明蝎毒多肽可促進(jìn)自然殺傷(NK)細(xì)胞向H22細(xì)胞的肝臟原位移植瘤中遷移，提高浸潤到腫瘤組織中的NK細(xì)胞的比例，誘導(dǎo)穿孔素和顆粒酶B的產(chǎn)生，有助于NK細(xì)胞殺傷活性的恢復(fù)，從而增強(qiáng)對腫瘤細(xì)胞的清除。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，多方面的研究表明蝎毒多肽在抗腫瘤方面具有多種作用機(jī)制：一是通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡來抑制其增殖，而不影響健康細(xì)胞(如淋巴細(xì)胞)增殖能力；二是阻斷癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力以及抑制血管生成；三是通過降低一些癌癥中發(fā)生的炎癥級聯(lián)反應(yīng)來調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能。因此，蝎毒多肽調(diào)節(jié)癌癥的發(fā)生、發(fā)展和遷移等多個(gè)方面，具有開發(fā)成癌癥靶向治療藥的潛力。值得注意的是，體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一些蝎毒全液對腫瘤細(xì)胞起抑制作用的濃度很高(IC50> 500 μg/mL)，而當(dāng)使用純化的蝎毒肽或基因工程重組蝎毒肽時(shí)，IC50濃度顯著降低。特別的是，當(dāng)用基因工程手段引入更多的陽離子氨基酸到重組蝎毒肽中時(shí)，它們比對應(yīng)的天然蝎毒肽的抗增殖能力更強(qiáng)[39]，原因在于腫瘤細(xì)胞質(zhì)膜的外表面上存在大量帶負(fù)電荷的磷脂酰絲氨酸，能和蝎毒肽的陽離子氨基酸產(chǎn)生靜電吸引力作用。因此，加強(qiáng)對蝎毒多肽的結(jié)構(gòu)和功能的研究將有助于開發(fā)出具有更好效力的抗腫瘤蝎毒制劑。