藻藍(lán)蛋白抗腫瘤活性及作用機制研究進展

韓敏敏，唐振洲，米順利，陳顯強，鐘振國，謝金玲，高程海，張 玲

（1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥科學(xué)實驗中心，廣西 南寧 530200；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)海洋藥物研究院，廣西 南寧 530200）

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2018年惡性腫瘤的發(fā)生率在全球范圍內(nèi)已呈居高不下的增長趨勢，嚴(yán)重威脅到人類的生命健康［1］。目前我國惡性腫瘤的死亡率穩(wěn)居世界首位［2］，其中由呼吸系統(tǒng)和消化系統(tǒng)引起的惡性腫瘤的死亡率居高不下［3］。因此，研制出高效、低毒的抗腫瘤藥物是近年來天然藥物研究的熱點。近年來發(fā)現(xiàn)，許多海洋生物尤其藻類，其體內(nèi)含有抗菌、抗病毒、抗腫瘤、抗艾滋病以及對心腦血管系統(tǒng)有保護作用的多種生物活性成分［4］。藻藍(lán)蛋白是從螺旋藻、藍(lán)藻、念珠藻等藻類植物中提取的生物活性化合物，其營養(yǎng)豐富，能夠提供人體所需的蛋白質(zhì)和維生素。藻藍(lán)蛋白是一種捕光色素蛋白，屬于藻膽蛋白的一種，主要由α 和β 兩種亞基組成，天然狀態(tài)下大多數(shù)以雜聚體的形式存在。研究表明，藻藍(lán)蛋白除了能夠高效捕獲光能外，還具有抗腫瘤［5］、抗輻射［6］、抗氧化［7］、抗炎［8］、神經(jīng)保護［9］、提高機體免疫系統(tǒng)功能以及抑制溶血［10-11］等作用。其中抗腫瘤作用表現(xiàn)突出，有極大開發(fā)成藥物的潛力［12-13］。本文結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究背景，對藻藍(lán)蛋白的抗腫瘤作用及其調(diào)控機制研究進行綜述，為藻藍(lán)蛋白的研發(fā)提供參考依據(jù)。

1 體外抗腫瘤活性

國內(nèi)外已有相關(guān)文獻報道，藻藍(lán)蛋白具有直接抑制體外腫瘤細(xì)胞的活性。多項研究表明，藻藍(lán)蛋白對多種腫瘤細(xì)胞具有不同程度的抑制作用，如肺癌、肝癌、乳腺癌、卵巢癌、結(jié)腸癌、前列腺癌和黑色素瘤等。郝帥等［14］對非小細(xì)胞肺癌H460 細(xì)胞進行體外培養(yǎng)，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組（0 μmol/L 藻藍(lán)蛋白）相比，隨著藻藍(lán)蛋白處理濃度的增加，細(xì)胞存活率出現(xiàn)濃度依賴性下降，當(dāng)用4.8 μM 和9.6 μM 濃度的藻藍(lán)蛋白處理肺癌細(xì)胞后能夠?qū)е录?xì)胞存活率發(fā)生極顯著降低（P＜0.01）。RAVI 等［15］研究表明，藻藍(lán)蛋白能夠抑制乳腺癌MDA-MB-231 細(xì)胞的增殖，且其濃度與抑制作用呈劑量依賴性。另外，為進一步確定藻藍(lán)蛋白對癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化特性的抑制作用，進行了克隆試驗。結(jié)果表明，與對照組相比，藻藍(lán)蛋白處理后的細(xì)胞集落形成數(shù)明顯減少（P＜0.0001），表明其對MDA-MB-231 細(xì)胞生長產(chǎn)生了明顯的抑制作用。YING 等［5］采用CCK-8 法檢測藻藍(lán)蛋白對卵巢癌SKOV-3 細(xì)胞生長的影響，發(fā)現(xiàn)藻藍(lán)蛋白對其抑制作用呈時間和劑量依賴性效應(yīng)；隨后采用PI單染法檢測藻藍(lán)蛋白對SKOV-3 細(xì)胞周期分布的影響，結(jié)果表明，隨著藻藍(lán)蛋白處理濃度的不斷增加，G2/M 期細(xì)胞比例相應(yīng)增加，G0/G1 期細(xì)胞比例下降，S 期細(xì)胞周期無明顯變化，說明藻藍(lán)蛋白可導(dǎo)致SKOV-3 細(xì)胞G2/M 期阻滯，進而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。此外，藻藍(lán)蛋白對體外培養(yǎng)的宮頸癌HeLa 細(xì)胞［16］、血液性腫瘤細(xì)胞K - 562［17］、人類黑色素瘤細(xì)胞A375［18］均有不同程度的抑制增殖作用。此外，有研究表明，藻藍(lán)蛋白能夠在體內(nèi)和體外抑制胰腺癌（PDA）細(xì)胞的增殖，且藻藍(lán)蛋白濃度與其抗腫瘤活性呈正相關(guān)，預(yù)示著藻藍(lán)蛋白具有一定抗腫瘤活性潛力［19］。

2 體內(nèi)抗腫瘤活性

藻藍(lán)蛋白不僅可以在體外抑制腫瘤細(xì)胞的生長增殖，而且在體內(nèi)動物模型上也得到了證實。

1982年，IIJIMA 等［20］首次發(fā)現(xiàn)給注射肝癌細(xì)胞小鼠喂食藻藍(lán)蛋白后可以提高小鼠生存率。李冰等［21］以S180荷瘤小鼠為實驗動物模型，探討了鈍頂螺旋藻中藻藍(lán)蛋白的抗腫瘤免疫效應(yīng)。通過免疫酶標(biāo)實驗、定量溶血分光光度測定法、ELISA 等實驗充分證明了藻藍(lán)蛋白具有抗腫瘤免疫增強效應(yīng)，且同等劑量的藻藍(lán)蛋白抗腫瘤免疫增強效應(yīng)優(yōu)于空白對照組（P＜0.01）。ROY 等［22］采用體內(nèi)實驗來檢測藻藍(lán)蛋白對S-HepG2 和R-HepG2 細(xì)胞的生長增殖情況，結(jié)果表明藻藍(lán)蛋白對S-HepG2和R-HepG2細(xì)胞的生長抑制率高達(dá)50%，且觀察到經(jīng)藻藍(lán)蛋白處理后S-HepG2 和R-HepG2 細(xì)胞增殖呈劑量依賴性下降。王碧榮等［23］研究發(fā)現(xiàn)甜菜堿和藻藍(lán)蛋白二者聯(lián)合使用可更好地抑制肺癌A549 細(xì)胞增殖和減小肺癌荷瘤鼠的腫瘤體積。

3 藻藍(lán)蛋白聯(lián)合光動力療法

光動力療法的治療原理為機體經(jīng)一定時間的特定波長照射后，腫瘤組織能特異性攝取光敏成分，將吸收的光能轉(zhuǎn)化給周圍的氧分子，使之成為活性氧物質(zhì)（ROS），破壞腫瘤細(xì)胞中的多種生物大分子，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞早期和晚期凋亡進程，最終直接殺傷腫瘤細(xì)胞。

LI等［24］研究藻藍(lán)蛋白介導(dǎo)的光動力治療（PDT）在小鼠腫瘤模型和培養(yǎng)的MCF-7 細(xì)胞中的促凋亡機制。體外實驗發(fā)現(xiàn)，藻藍(lán)蛋白對MCF-7 細(xì)胞的增殖起到一定的生長抑制作用。體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，單純氦氖激光治療效果不明顯。聯(lián)合He-Ne 激光照射后，藻藍(lán)蛋白治療效果進一步增強，促進細(xì)胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。SUBRAMANIYAN等［25］研究發(fā)現(xiàn)，在625 nm激光照射下，藻藍(lán)蛋白（C-PC）通過ROS 誘導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)胞毒應(yīng)激，并且激光處理后細(xì)胞出現(xiàn)凋亡的死亡現(xiàn)象，如細(xì)胞縮小、胞漿凝集、核分裂、凋亡小體的形成等。

4 藻藍(lán)蛋白抗腫瘤作用機制研究

藻藍(lán)蛋白抗腫瘤的作用機制主要通過以下幾個途徑實現(xiàn)：誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤細(xì)胞的生長與增殖，增強自身機體免疫力抑制腫瘤細(xì)胞。

4.1 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡（apoptosis）又稱程序性細(xì)胞死亡，指正常細(xì)胞在生理條件下受到多種基因調(diào)控的生理過程。已有相關(guān)報道表明，大量基因可以促進或抑制細(xì)胞凋亡［26-27］。細(xì)胞凋亡進程中有2 種基因發(fā)揮著調(diào)控作用，一是促凋亡基因（cell death genes，Ced），如p53 抑癌基因、Fas 和cmyc 癌基因等基因；二是抑凋亡基因，如bcl-2 基因家族。而藻藍(lán)蛋白誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的機理主要是通過調(diào)控促凋亡基因和抑凋亡基因的表達(dá)水平來誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡進程。

4.1.1 通過增強CD59 基因表達(dá)促凋亡CD59 是一種補體調(diào)節(jié)蛋白，與創(chuàng)傷、免疫紊亂和腫瘤的發(fā)生關(guān)系密切，能很好地保護血液細(xì)胞，同時能夠抑制膜攻擊復(fù)合物（MAC）的形成，進一步促進腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸［28］。藻藍(lán)蛋白可對含有CD59 基因的HeLa細(xì)胞發(fā)揮劑量依賴性的抗腫瘤作用［29-31］。李冰等［32］研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，藻藍(lán)蛋白作為一種有絲分裂原，可與癌細(xì)胞表面的有絲分裂原受體相結(jié)合，使受體交聯(lián)與蛋白激酶活化，促進細(xì)胞內(nèi)CD59 蛋白的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，誘導(dǎo)死亡結(jié)構(gòu)域的激活，促進腫瘤細(xì)胞凋亡。

4.1.2 通過抑制選擇性環(huán)氧合酶-2（COX-2）促凋亡在炎癥和腫瘤細(xì)胞中COX - 2 表達(dá)活力較高［33-34］，COX-2 抑制劑可抑制腫瘤細(xì)胞的生長與增殖，以及阻滯腫瘤血管的生成和轉(zhuǎn)移［35-38］，因此，COX-2 抑制劑可能是腫瘤治療的新靶點。早前COX-2 抑制劑的抗癌活性被認(rèn)為是通過減少COX-2 產(chǎn)物（如前列腺素）的形成，從而阻斷COX-2 介導(dǎo)的前列腺素E2（PGE2）的生物合成［39-40］。 另外，COX-2抑制劑還能增強化療藥的細(xì)胞毒性以及對腫瘤細(xì)胞的放射敏感性。有研究表明，藻藍(lán)蛋白能選擇性抑制COX-2 活性來發(fā)揮促進腫瘤細(xì)胞凋亡的效果［41］。

4.1.3 通過升高活性氧自由基促凋亡高濃度的活性氧自由基可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡，一般往往通過Caspase依賴途徑激活細(xì)胞凋亡而導(dǎo)致［42-44］，且活性氧水平變化越大，ROS 抑制劑的抑制效果越明顯。有研究報道，SUBRAMANIYAN 等［45］采用625 nm 的低強度激光照射處理乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著處理時間的延長，藻藍(lán)蛋白產(chǎn)生單線態(tài)氧自由基，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）水平升高，并且通過ROS 誘導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)胞毒性應(yīng)激，根據(jù)濃度不同殺滅MDA-MB - 231乳腺癌細(xì)胞。 這與PARD?HASARADHI 等［46］認(rèn)為自由基消除劑能夠抑制藻藍(lán)蛋白介導(dǎo)的AK-5腫瘤細(xì)胞的凋亡的結(jié)論相符。

4.1.4 通過影響細(xì)胞色素C促凋亡線粒體在細(xì)胞凋亡的發(fā)生中發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用，而線粒體中的細(xì)胞色素C（Cyt c）是一種重要的呼吸鏈蛋白，是生物氧化過程中電子傳遞的組成部分，可作為凋亡早期的判定標(biāo)準(zhǔn)［47］。早期有研究表明，線粒體釋放的Cyt c 與細(xì)胞凋亡有關(guān)，并可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡進程。GANTAR 等［48］發(fā)現(xiàn)利用藻藍(lán)蛋白介導(dǎo)的光動力療法能有效抑制人肝癌HepG2 細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)活性氧產(chǎn)生與積聚，進一步導(dǎo)致線粒體損傷，最終使細(xì)胞色素C 釋放到細(xì)胞質(zhì)中，Caspase-3被活化并使細(xì)胞停滯在G2/M 期，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，這種凋亡有可能與線粒體釋放細(xì)胞色素C 及Bcl-2 表達(dá)有關(guān)。

4.2 對細(xì)胞周期的影響THANGAM 等［49］通過熒光和相差顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)藻藍(lán)蛋白可使人類結(jié)腸癌細(xì)胞HT29和人類腺癌肺泡基底上皮細(xì)胞A549細(xì)胞表現(xiàn)出典型的凋亡特征，如DNA 碎裂、核濃縮、膜起泡、細(xì)胞收縮。藻藍(lán)蛋白在人腫瘤細(xì)胞中的應(yīng)用可導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期，阻斷DNA合成，表明腫瘤細(xì)胞增殖受到限制。提示藻藍(lán)蛋白誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡伴隨著G0/G1 期的細(xì)胞周期阻滯，可能是藻藍(lán)蛋白抑制腫瘤細(xì)胞增殖生長的主要機制之一。BASHA等［50］也發(fā)現(xiàn)了同樣的結(jié)果。

4.3 通過增強自身機體免疫力來抑制腫瘤細(xì)胞藻藍(lán)蛋白在體內(nèi)可以通過調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)功能，增強機體的抗病能力，從而發(fā)揮抗腫瘤的效果［51-52］，預(yù)估藻藍(lán)蛋白是通過增強和恢復(fù)機體的免疫網(wǎng)絡(luò)功能來達(dá)到抑制腫瘤生長的目的。

5 結(jié) 語

近年來，從海洋生物中提取高效、低毒、不良反應(yīng)小的抗腫瘤活性成分已成為國內(nèi)外研究學(xué)者的科研熱潮。藻藍(lán)蛋白是一種無毒的天然食用藍(lán)色素，其抗腫瘤活性的發(fā)現(xiàn)可為多種惡性腫瘤的治療提供了重要的研究方向，為尋找高效、安全、靶向的腫瘤治療手段提供了新的研究思路，具有良好的開發(fā)前景。目前的研究表明，藻藍(lán)蛋白抗腫瘤的作用機制主要表現(xiàn)為誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞的生長與增殖以及通過增強自身機體免疫力抑制腫瘤細(xì)胞等。在藻藍(lán)蛋白抗腫瘤作用機制的調(diào)控中，凋亡相關(guān)基因Bcl-2、Bax、Bcl-xl、Bad，遷移相關(guān)基因MMP9、MMP2，周期相關(guān)基因Cyclin E、Cdk2、P21、P27 等均證實了參與調(diào)控藻藍(lán)蛋白的抗腫瘤過程，但這些相關(guān)基因不具特異性，并不能真實反映藻藍(lán)蛋白其特異的調(diào)控規(guī)律，有待于進一步闡明機理。下一步應(yīng)對藻藍(lán)蛋白抗腫瘤活性與機制深入研究，為藻藍(lán)蛋白的臨床應(yīng)用開辟更大的空間。