天然多糖抗腫瘤轉(zhuǎn)移作用機(jī)制研究進(jìn)展

史安可，陳 永

1濰坊醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院；2濰坊醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，濰坊 261053

癌癥是全球第2大死亡原因，2020年全球新發(fā)癌癥例數(shù)達(dá)1 929萬[1]，嚴(yán)重威脅著人類的生存和健康。轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致惡性腫瘤具有致死性的關(guān)鍵因素，大多數(shù)患者死于腫瘤向其他器官的擴(kuò)散，而非死于原發(fā)腫瘤[2]。現(xiàn)有治療方法主要采用手術(shù)切除、化療和放療，但均存在著毒副作用強(qiáng)、易復(fù)發(fā)等局限性。因此探索新的安全有效的抗腫瘤轉(zhuǎn)移藥物具有重要的臨床意義。近年來，多糖因其具有抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、降血糖等多種重要的生物學(xué)活性受到越來越多的關(guān)注[3]。多糖又稱多聚糖，是由超過10個以上的單糖通過糖苷鏈連接而成的大分子天然活性物質(zhì)，廣泛存在于植物、動物、真菌和細(xì)菌的細(xì)胞壁中。越來越多的研究證明天然多糖可以通過多種途徑抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移，然而目前針對天然多糖抗腫瘤轉(zhuǎn)移機(jī)制研究的綜述相對缺乏。本文就近年來有關(guān)天然多糖的抗腫瘤轉(zhuǎn)移作用及其機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為抗腫瘤轉(zhuǎn)移藥物的開發(fā)以及惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移治療提供新的理論依據(jù)。

1 具有抗腫瘤轉(zhuǎn)移的多糖種類

目前，具有抗腫瘤轉(zhuǎn)移活性的天然多糖已被廣泛應(yīng)用于臨床實驗中，其主要可以分為：植物類、動物類和微生物類等。不同種類天然多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其抗腫瘤轉(zhuǎn)移作用機(jī)制、腫瘤類型等信息詳見表1。

表1 能夠抗腫瘤轉(zhuǎn)移的天然多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其作用機(jī)制

2 天然多糖抗腫瘤轉(zhuǎn)移機(jī)制

腫瘤轉(zhuǎn)移是一個多步驟的過程，包括腫瘤細(xì)胞黏附喪失、獲得細(xì)胞運動能力、細(xì)胞外蛋白水解和血管生成等步驟。通過這個過程，一組或單個癌細(xì)胞從原發(fā)腫瘤擴(kuò)散到遠(yuǎn)處的器官或組織。腫瘤的持續(xù)生長、侵襲和轉(zhuǎn)移依賴于周圍復(fù)雜的組織微環(huán)境，即腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment，TME)[21]。TME主要由腫瘤細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)蛋白、血管、成纖維細(xì)胞、免疫細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)和細(xì)胞因子組成。TME不僅從基因或表觀層面決定腫瘤的發(fā)展，還可以對腫瘤細(xì)胞賴以生存的周圍環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而影響腫瘤的進(jìn)展[22]。因此本文以腫瘤微環(huán)境為基礎(chǔ)，將天然多糖抗腫瘤轉(zhuǎn)移機(jī)制分為直接作用于腫瘤細(xì)胞和作用于腫瘤微環(huán)境其他內(nèi)容兩大類，如圖1所示。

圖1 天然多糖抗腫瘤轉(zhuǎn)移的作用機(jī)制圖

2.1 直接作用于腫瘤細(xì)胞

2.1.1 抑制上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化

上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)指源于上皮的腫瘤細(xì)胞失去極性而向具有間質(zhì)表型細(xì)胞轉(zhuǎn)化的過程。在此過程中，上皮源性腫瘤細(xì)胞失去彼此間的連接，喪失極性，細(xì)胞形態(tài)改變，遷移能力增強(qiáng)，從而獲得侵襲和轉(zhuǎn)移能力[23]。在這個過程中常伴有上皮標(biāo)志物如E-鈣黏蛋白(E-cadherin)和β-連環(huán)蛋白(β-catenin)含量的下降，同時伴有間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物如波形蛋白(vimentin)和N-鈣黏蛋白(N-cadherin)表達(dá)量的增加，幾乎能降解ECM中各種蛋白成分的基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的表達(dá)量也會增加。許多研究表明，天然多糖可以通過阻礙EMT過程進(jìn)而抑制腫瘤的侵襲及轉(zhuǎn)移，且該過程涉及多條信號通路。刺五加多糖通過Wnt/β-catenin信號通路下調(diào)MMP-2、MMP-9和Vimentin表達(dá)并上調(diào)E-cadherin表達(dá)，顯著抑制人非小細(xì)胞肺癌NCI-H520細(xì)胞的EMT[24]。當(dāng)歸多糖能夠降低宮頸癌Hela細(xì)胞內(nèi)p38磷酸化水平，通過阻斷p38介導(dǎo)的信號通路來減少MMP-2和MMP-9的表達(dá)，進(jìn)而有效抑制腫瘤細(xì)胞的生長、遷移和侵襲[25]。紅豆杉多糖能夠有效抑制黑色素瘤細(xì)胞株B16-F10的遷移和侵襲能力，其機(jī)制可能與其保護(hù)IκB不被磷酸化來抑制NF-κB細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而降低下游基因MMP-2和MMP-9的表達(dá)有關(guān)[26]。

2.1.2 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞自噬

自噬是一個高度保守的生物過程，通過降解細(xì)胞長壽蛋白質(zhì)和細(xì)胞器及其成分以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。當(dāng)發(fā)生能量限制、氧化應(yīng)激和營養(yǎng)不良等細(xì)胞應(yīng)激事件時，受損或有害的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器積聚，并且驅(qū)動自噬以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[27]。自噬與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有著密切關(guān)系，參與腫瘤細(xì)胞的多種生物學(xué)進(jìn)程。誘導(dǎo)自噬能夠在腫瘤的早期階段通過選擇性下調(diào)EMT的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子來抑制轉(zhuǎn)移[28]。因此通過靶向自噬來抑制EMT可能是一種新的抗癌治療策略。槐耳多糖能夠顯著上調(diào)乳腺癌細(xì)胞的自噬相關(guān)蛋白LC3和Beclin-1的表達(dá)水平，降低p62的表達(dá)水平，降解EMT轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子Snail，從而調(diào)節(jié)Snail下游的EMT相關(guān)蛋白的表達(dá)水平，有效抑制乳腺癌細(xì)胞的侵襲、遷移能力[29]。熟地黃多糖對多西他賽耐藥的前列腺癌細(xì)胞株具有促進(jìn)自噬、誘導(dǎo)凋亡和抑制增殖的作用,其機(jī)制可能與抑制mTOR信號通路有關(guān)[30]。靈芝多糖能通過MAPK/ERK信號通路干擾自噬小體-溶酶體融合來誘導(dǎo)自噬啟動和抑制自噬降解并誘導(dǎo)大腸癌細(xì)胞凋亡[31]。

值得注意的是，也有許多研究表明抑制自噬降低了腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移[32]，EMT需要自噬來支持腫瘤細(xì)胞潛在的轉(zhuǎn)移能力[33]。由于自噬對EMT的雙重作用，在癌癥治療中是否應(yīng)該增強(qiáng)自噬是值得深入研究的問題。

2.1.3 抑制腫瘤干細(xì)胞

2006年美國癌癥研究協(xié)會定義腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cells，CSC)為腫瘤內(nèi)具有自我更新能力并能產(chǎn)生腫瘤內(nèi)所有異質(zhì)性細(xì)胞的一類細(xì)胞群。臨床現(xiàn)有的治療方案大多針對于縮小腫瘤體積并殺死活躍增殖的腫瘤細(xì)胞，而CSC因在整個腫瘤組織中所占比例極小且對化療和放療具有一定的抵抗力，故常常殘存，這也是腫瘤難以根治的關(guān)鍵因素[34]。越來越多的證據(jù)表明CSC的產(chǎn)生和維持與EMT密不可分[35-38]，Brabletz等[39]通過結(jié)合干細(xì)胞性和EMT兩個決定性的特征提出了遷移性腫瘤干細(xì)胞(migrating cancer stem cells，MCS)的概念，即靜止的原位CSC可通過EMT分化為MCS，隨后MCS向遠(yuǎn)處擴(kuò)散并形成轉(zhuǎn)移灶。CSC所具有的高致瘤性、高轉(zhuǎn)移性和高治療抵抗性的特點使其在腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)和耐藥等過程中占據(jù)重要地位[40]。靶向清除CSC有望成為從根本上治療腫瘤的策略之一。Hu等[41]發(fā)現(xiàn)槐耳多糖能通過阻斷ERα-36介導(dǎo)的AKT/β-catenin信號通路抑制高表達(dá)ERα-36的三陰性乳腺癌干細(xì)胞。

2.2 作用于腫瘤微環(huán)境其他內(nèi)容

2.2.1 促進(jìn)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化

巨噬細(xì)胞是分布廣泛的免疫細(xì)胞，在保持機(jī)體穩(wěn)態(tài)和維持免疫防御中起著不可或缺的作用。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages,TAM)主要來源于血液中的單核細(xì)胞，被腫瘤細(xì)胞和其它細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子招募到TME，然后分化為不同表型，包括能夠抗腫瘤的經(jīng)典激活的M1型和能夠促進(jìn)腫瘤的選擇性激活的M2型兩大類。在腫瘤發(fā)生的早期，TAM主要表現(xiàn)為M1型，而在腫瘤進(jìn)展的后期，TAM主要極化為M2型[42]。M2型TAM是腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲所必需的，其與多種腫瘤較差的預(yù)后密切相關(guān)[43]。M2型TAM能夠分泌一系列促進(jìn)腫瘤增殖、轉(zhuǎn)移和耐藥的細(xì)胞因子、趨化因子和酶，并誘導(dǎo)腫瘤血管和淋巴管的生成，刺激腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲和遷移，抑制抗腫瘤免疫，最終促進(jìn)腫瘤發(fā)展[44,45]。雞油菌多糖通過與TLR2結(jié)合，抑制STAT6的激活來抑制M2表型巨噬細(xì)胞極化，并通過MAPK和NF-κB信號通路，將M2型TAM轉(zhuǎn)化為M1型，進(jìn)而發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)功能，抑制黑色素瘤細(xì)胞B16F1和B16F10的生長[46]。冬青根多糖能夠通過NF-κB、STAT1和STAT3信號通路促進(jìn)M2型TAM向M1型轉(zhuǎn)化，以恢復(fù)TME中針對腫瘤的局部免疫監(jiān)視[47]。經(jīng)巖藻多糖處理的口腔鱗癌CAL27細(xì)胞條件培養(yǎng)液可促進(jìn)巨噬細(xì)胞的募集和炎性細(xì)胞因子的分泌，并改變口腔鱗癌中浸潤的巨噬細(xì)胞的組成，這可能改善口腔鱗癌的免疫抑制狀態(tài)[48]。

2.2.2 抑制腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞

腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer-associated fibroblasts，CAF)是一種在腫瘤發(fā)生發(fā)展初期被異常激活的成纖維細(xì)胞，在TME中占據(jù)著極其重要的地位。它能夠通過自分泌或旁分泌的方式釋放多種介質(zhì)(如趨化因子、細(xì)胞因子、生長因子和外泌體)，參與腫瘤細(xì)胞的EMT進(jìn)而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲能力，重塑ECM，促進(jìn)血管和淋巴管生成，募集TAM并促進(jìn)TAM極化為M2樣表型，在腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移、耐藥和調(diào)節(jié)腫瘤免疫中發(fā)揮重要的作用[49]。值得注意的是，CAF的基因表達(dá)相較于腫瘤細(xì)胞更為穩(wěn)定，這使其成為腫瘤治療潛在的可靠靶點。香菇多糖可通過激活TLR4/JNK信號通路抑制CAF分泌VEGF-C，減少小鼠大腸癌淋巴管生成和淋巴轉(zhuǎn)移，并且這種抑制作用可以被TLR4抑制劑所逆轉(zhuǎn)[50]。香菇多糖雖不能直接抑制前列腺癌CAF的生長，但能通過激活TLR4-NF-κB通路改變前列腺癌CAF的免疫抑制功能，下調(diào)α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)的表達(dá)，從而降低其活性[51]。夏枯草多糖能減少堿性成纖維細(xì)胞生長因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)的表達(dá)并顯著拮抗bFGF誘導(dǎo)的CAF的生長和遷移，通過降低CAF的生物活性間接抑制乳腺癌SKBR-3細(xì)胞的生長，發(fā)揮其抗癌作用[52]。

2.2.3 抑制內(nèi)皮細(xì)胞

血管內(nèi)皮細(xì)胞是一種能夠?qū)⒀h(huán)血液與組織分隔的單層扁平上皮，與腫瘤轉(zhuǎn)移過程聯(lián)系緊密[53]。內(nèi)皮細(xì)胞不僅能夠形成新的血管為腫瘤提供營養(yǎng)和氧氣，還能與腫瘤細(xì)胞黏附并允許具有侵襲性的腫瘤細(xì)胞遷移到血管腔內(nèi)，進(jìn)而直接促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。除此之外，內(nèi)皮細(xì)胞還可能經(jīng)歷向間充質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，成為能夠顯著激活腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲能力的CAF的重要來源，間接促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[54]。海帶褐藻多糖能夠阻斷乳腺癌細(xì)胞對人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)的黏附和侵襲，在0.1 mg/mL 濃度下對HUVEC的管狀形成有很強(qiáng)的抑制作用，從1 mg/mL 開始能夠有效地抑制乳腺癌細(xì)胞誘導(dǎo)的HUVEC形成的毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)，降低腫瘤血供并抑制腫瘤轉(zhuǎn)移[55]。蒲公英多糖不僅可以在體外抑制HUVEC的形成、遷移和侵襲過程，還能在體內(nèi)抑制雞胚絨毛尿囊膜實驗中分支血管的形成,其機(jī)制可能與通過靶向PI3K/AKT途徑抑制VEGF和HIF-1a的表達(dá)有關(guān)[4]。柿葉果膠多糖通過調(diào)節(jié)PI3K/AKT、p38、JNK和NF-κBp65信號通路降低HUVEC內(nèi)VEGF和MMP-9的表達(dá)，抑制腫瘤血管生成[56]。

2.2.4 抑制血小板

血小板除了在凝血和維持止血方面發(fā)揮重要作用外，也密切參與了癌癥的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移過程。首先，腫瘤細(xì)胞通過分泌多種活性物質(zhì)(如ADP和MMP-2)誘導(dǎo)血小板活化并發(fā)生聚集，即腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)的血小板聚集(tumor cell-induced platelet aggregation，TCIPA)?；罨难“迥軌虼偈拱┧ㄐ纬?，將循環(huán)中的腫瘤細(xì)胞包裹在血栓中以保護(hù)它們逃避免疫攻擊(如NK細(xì)胞的細(xì)胞溶解)和由血流剪切力造成的機(jī)械損傷。其次，血小板釋放的P-選擇素能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞、血小板及白細(xì)胞形成異聚體并增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞與血管內(nèi)皮的黏附，利于腫瘤細(xì)胞的滲出[57]。此外，血小板還能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞EMT并提高腫瘤細(xì)胞的侵襲能力[58]、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞釋放MMPs降解血管基底膜結(jié)構(gòu)[59]、攜帶VEGF和PDGF等促進(jìn)新血管的生成[60]。艾蒿多糖能夠通過不可逆地直接阻斷血小板表面C型凝集素受體2(C-type lectin-like receptor-2,CLEC-2)與平足蛋白(podoplanin,PDPN)的相互作用，抑制PDPN介導(dǎo)的TCIPA，但不影響正常的生理止血[61]。海參粘多糖可作為P-選擇素的配體競爭性抑制物在體外顯著抑制由P-選擇素介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞-血小板粘附和B16F10黑色素瘤細(xì)胞的遷移，在體內(nèi)減少黑色素瘤的肺轉(zhuǎn)移[62]。

3 結(jié)語與展望

大量臨床研究表明，癌癥死亡患者中約90%是死于腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移?，F(xiàn)有治療方案無論從抗腫瘤轉(zhuǎn)移的有效性亦或是毒副反應(yīng)等角度來說均不盡如人意。盡管安全低毒的天然多糖在抗腫瘤轉(zhuǎn)移方面的研究已卓有成效，但仍存在著些許問題制約著天然多糖進(jìn)一步應(yīng)用于臨床治療：①由于多糖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，大多數(shù)研究僅局限于多糖的生物活性機(jī)制，而忽略了與多糖結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。因此未來的研究需要注重多糖的構(gòu)效關(guān)系，特別是高級結(jié)構(gòu)對活性的影響；②EMT與CSC之間聯(lián)系緊密，誘導(dǎo)兩者生成的刺激也存在高度重疊。目前，天然多糖抗腫瘤轉(zhuǎn)移的有關(guān)研究常局限在EMT上，而對CSC的相關(guān)研究甚少，甚至將兩者完全割裂。因此尋找這兩種途徑的共同抑制劑或許是今后天然多糖抗腫瘤轉(zhuǎn)移方面的研究趨勢。