藻藍蛋白及其酶解產物的抗腫瘤效應研究進展

鄧偉，王雪青

（天津市食品與生物技術重點實驗室、天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津300134）

藻藍蛋白及其酶解產物的抗腫瘤效應研究進展

鄧偉，王雪青

（天津市食品與生物技術重點實驗室、天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津300134）

從海洋生物中尋找高效、低毒副作用的抗腫瘤藥物是近年天然藥物研究的新領域。隨著海洋生物藥學研究的不斷深入，發現許多海洋生物的活性物質源于其食物。因此對于海洋生物食物鏈基層藻類的生物活性物質研究，更具有實際的意義。藻藍蛋白(C-phycocyanin, C-PC)是存在于一些藻體中的光合色素蛋白，具有抗腫瘤、抗病毒、抗氧化等多種生物學功能，有重要的開發利用價值。國內外關于藻藍蛋白的抗腫瘤作用及其機制的研究已有報道，而酶解后的藻藍蛋白多肽抗腫瘤效應研究國內外報道很少。隨著酶工程技術的發展和應用，利用蛋白酶水解藻藍蛋白獲取生物活性肽更具研究開發潛力，圍繞藻藍蛋白及其酶解產物的抗腫瘤活性及機制進行了綜述。

藻藍蛋白；酶解產物；抗腫瘤活性

藻膽蛋白是大量出現于紅藻 (Rhodophyta)、藍綠藻 (Cyanophyta) 和隱藻 (Cryptophyta) 中的捕光色素蛋白，主要包括藻紅蛋白 (R-PE)、藻藍蛋白(C-PC) 和別藻藍蛋白 (APC) 3種。藻膽蛋白在藻類細胞中的主要功能是作為光合作用捕光色素系統，把捕獲的光能高效地傳遞給葉綠素，從而使海藻的光合作用得以發生[1]。

藻藍蛋白 (Phycocyanin) 是從螺旋藻中提取的藻膽蛋白的一種，其氨基酸組成合理，其中必需氨基酸占氨基酸總量的37.42%。大量的臨床研究結果表明[2-9]，藻藍蛋白具有抗腫瘤、抗輻射、抗疲勞、調節免疫力、清除自由基、促進細胞生長和保護神經等生理作用。因此螺旋藻粉作為功能保健品十分受人歡迎。當其被食用后，經過腸胃道的消化作用，形成一些多肽產物。隨著對酶解多肽的深入研究，發現其更具研究潛力。本文將近年來螺旋藻藻藍蛋白及其酶解產物的生理活性特別是其抗腫瘤活性作一綜述。

1 藻藍蛋白抗腫瘤活性研究進展

1.1 藻藍蛋白體外抗腫瘤實驗研究

提純的藻藍蛋白 (C-PC) 對體外培養的腫瘤細胞具有明顯的抑制作用。章申峰[2]報道較高濃度(＞40 μmol/mL)的C-PC可在體外顯著抑制肺腺癌SPC-A1細胞的生長，并具良好的時間劑量關系。細胞核Hoechst染色和DNA片斷化檢測表明，誘導細胞凋亡是C-PC殺傷肺腺癌SPC-Al細胞的主要途徑。王勇等[9]研究藻藍蛋白對體外培養HeLa細胞的生長抑制作用，發現隨藻藍蛋白劑量的增加，抑制率逐步提高，而采用流式細胞技術檢測HeLa細胞，進行周期分析，初步認為這種抑制機制為藻藍蛋白使HeLa細胞由合成期 (S)或分裂期 (M) 向G1期轉變和積聚，細胞DNA合成衰減，即通過阻止DNA的增殖來抑制腫瘤細胞增殖。此外，藻藍蛋白對對體外培養的人白血病細胞株HL-60、K-562、和U-937細胞均有不同程度的抑制作用，并存在濃度劑量效應，高濃度抑制作用強[9,10]。

誘導細胞凋亡的機理包括選擇性的抑制COX-2活性、下調Bcl-2途徑，以及增強CD59基因表達、激活半胱氨酸蛋白酶家族等。

COX-2的選擇性抑制劑可明顯抑制腫瘤生長和腫瘤血管生成，誘發腫瘤細胞凋亡，而且還能增強化療藥的細胞毒性和腫瘤的放射敏感性。Reddy[8]研究發現，藻藍蛋白可選擇性抑制COX-2活性來誘導腫瘤細胞凋亡，他們用脂多糖 (LPS) 刺激RAW264.7吞噬細胞，結果表明藻藍蛋白具有劑量依賴性抑制該細胞株增殖作用。

Jagu Subhashini[11]用C-PC處理人慢性白血病細胞系(K562)發現：經C-PC處理后細胞抗凋亡的Bcl-2下調，但是促凋亡的Bax上調或沒有任何變化，因此Bcl-2/Bax的比率傾向于使細胞凋亡。研究表明，C-PC通過細胞色素c從線粒體釋放進入細胞質，PARP的裂解和Bcl-2的下調誘導K562細胞凋亡。

李冰等[12]構建得到含有CD59基因的HeLa細胞，以不同劑量的藻藍蛋白作用于體外培養的HeLa細胞，研究發現藻藍蛋白具有抗腫瘤效應，其機制可能是藻藍蛋白作為一種有絲分裂原，可與腫瘤細胞表面的有絲分裂原受體結合，通過受體的交聯和蛋白激酶活化從而促進細胞內CD59基因的轉錄表達，而過量表達的CD59蛋白又和HeLa細胞上的Fas結合，誘導死亡結構域的活化，從而抑制腫瘤細胞的增殖，促進腫瘤細胞的凋亡。

Haizhen Wang[13]等發現藻藍蛋白的 β亞基(C-PC/β) 具有抗癌作用。他們研究了C-PC/β抑制細胞增殖和誘導細胞凋亡的機制，發現經C-PC/β處理后細胞中caspase-3和caspase-8活性增加。caspase是細胞凋亡的關鍵酶，在正常細胞內以非活性的酶原形式存在，一旦被凋亡信號激活，caspase即降解細胞內的蛋白質，使細胞不可逆的走向死亡。

1.2 藻藍蛋白體內抗腫瘤實驗研究

藻藍蛋白體內抗腫瘤作用的研究，主要是通過注射方式來研究其對實驗動物的影響，以避免藻藍蛋白的酶解作用。

李冰[5]建立S180荷瘤小鼠動物模型，腹腔注射C-PC，11天后通過QHS、ELISA、MTT等試驗從免疫器官、免疫細胞、免疫分子水平上檢測C-PC的抗腫瘤免疫效應。結果顯示，C-PC（處理）組小鼠瘤塊直徑及瘤體重量小于對照組，而且T細胞及B細胞活性，體液抗體量顯著大于對照，C-PC高劑量組比低劑量組抑制腫瘤細胞生長和提高機體免疫力的作用更明顯，從而揭示藻藍蛋白的體內抗腫瘤作用與機體免疫系統免疫功能的調節有關。

1.3 光固定化及硒化藻藍蛋白的抗腫瘤實驗研究

關燕清等[14,15]通過生物材料的設計，以固定化來提高藻藍蛋白的活性。固定化的藻藍蛋白能避免被細胞內吞消耗，保證與細胞表面受體長時間接觸，提高了對癌細胞的抑制率。唐玫等[16]通過生物轉化獲得富硒藻藍蛋白。富硒藻藍蛋白在實驗劑量范圍內離體實驗可提高淋巴細胞轉化率，在體實驗可增強空斑溶血細胞的溶血能力，且作用強于同等劑量的藻藍蛋白。

1.4 藻藍蛋白的化療增敏作用

在腫瘤化療中，腫瘤細胞對藥物的耐受性是臨床腫瘤化療失敗的主要原因之一。辛華雯等[17]研究了藻藍蛋白對氨甲蝶呤和順鉑的體外增敏作用，發現藻藍蛋白濃度與Hep-2細胞存活率之間存在良好的線性關系 (r=-0.935)。濃度為100 mg/L的藻藍蛋白和10 mg/L異搏定均沒有明顯的細胞毒性，但分別與氨甲蝶呤相互作用后，二者均增強氨甲蝶呤的細胞毒性，同時發現異博定的毒副作用遠遠高于藻藍蛋白。

1.5 藻藍蛋白的光動力學抗腫瘤作用

光動力療法的基礎是生物光動力敏化作用，它利用光敏藥物（光敏劑）在生物體內的惡性腫瘤組織中的選擇性攝取與滯留以及與生物分子的光敏化氧化作用，產生活性氧物質(reactive oxygen species, ROS)，破壞組織和細胞中的多種生物大分子，最終引起腫瘤細胞死亡，達到治療目的。

現在也已經證實，藻膽蛋白，包括藻紅蛋白(R-PE)、藻藍蛋白 (C-PC) 和別藻藍蛋白 (APC) 均能夠在適宜波長光的激發下，產生單線態氧和其他的氧自由基[18]。自Morcos[19]首先提出用C-PC介導光動力反應治療腫瘤以來，R-PE與C-PC及其亞基均已被證明具有光敏作用[20-22,30]。李冠武[22]研究發現藻紅蛋白在特定激光能量下介導的光敏反應對小鼠S180 細胞具有很強的殺傷作用，可誘導其凋亡。郭瑞勇[23]等將藻藍蛋白亞基通過薄膜水合——超聲分散法制備成藻藍蛋白亞基脂質體，實驗表明其腫瘤細胞轉染特性和光動力學殺傷作用效果良好，藥物的最佳作用時間為4 h，在0～200 μg/mL內，光照劑量為22 J/cm2時，隨著藻藍蛋白亞基及其脂質體濃度的增加，對胃癌細胞BGC-823和小鼠肉瘤細胞S180的光敏作用也隨之增強；在200 μg/mL時對兩種細胞生存率分別降低為 (45±5.2)%和(36±5.5)%。

2 藻藍蛋白酶解產物生理活性研究進展

藻藍蛋白具有抗腫瘤等生理活性，然而其作為大分子量的天然態的蛋白，不可避免的存在穩定性差，易失活等問題，并且，藻藍蛋白在體內注射時也容易產生過敏反應并造成了給藥途徑選擇的限制。

由于天然存在的活性肽在生物中含量低且提取困難，利用蛋白酶水解天然蛋白質而獲得生物活性肽是一種行之有效的方法。利用該方法已成功地從海洋蛋白獲得降血壓肽和抗氧化活性肽[24,25]。近年來也有報道采用蛋白酶解產物而獲得抗腫瘤活性肽。如洪鵬志等[26]研究發現：翡翠貽貝 (Perna viridis) 肉蛋白酶水解物對昆明小鼠 (Musmusculus)移殖性腫瘤S180的抑制率達到了50.6%，并且還具有增強免疫功能的活性。Picot等[27]將18種魚蛋白進行酶解，體外試驗表明，3種藍鱈 (Micromesistius poutassou) 蛋白，3種鱈 (Gadous macrocephalus)蛋白，3種比目魚 (Paralichthys olivaceus) 及1種鮭 (Sciaeno psocellatus) 蛋白酶解產物均顯示對2種人乳癌細胞具有顯著的抑制生長作用，顯示出蛋白酶解物抗腫瘤活性肽的誘人前景。

2.1 藻藍蛋白酶解物的抗腫瘤作用

2.1.1 藻藍蛋白酶解肽的體外抗腫瘤研究 本課題組[28]研究了藻藍蛋白及其胰蛋白酶酶解產物對人宮頸癌HeLa細胞株的體外生長抑制作用，發現其有明顯的劑量效應，當藻藍蛋白的濃度達到100 mg/L時，其抑制率可達29.9%。酶解時間為1 h、2 h的酶解產物的抗腫瘤活性明顯高于酶解前100 mg/L的藻藍蛋白。

2.1.2 藻藍蛋白色素肽的光敏抑癌作用研究黃蓓等[29,30]從藻藍蛋白酶解產物中分離色素肽，檢測其對小鼠肉瘤細胞S180及荷瘤小鼠光動力療法(Photodynamic Therapy, PDT) 效果，發現藻藍蛋白色素肽具良好的PDT效果，有可能通過誘發凋亡途徑導致細胞死亡，為藻藍蛋白深加工提供了實驗基礎。

黃蓓[31]研究了藻膽蛋白色素肽與癌光啉光敏作用的比較實驗，發現藻膽蛋白酶解產物R-PE的β亞基(R-PE/β)、C-CP1、C-CP3光譜單一、PDT作用效果良好、毒副作用弱且具有一定的熒光活性可作為新一代光敏劑選擇的對象。

2.2 藻藍蛋白酶解肽的其它生理活性研究

鐘耀廣[32]通過對螺旋藻蛋白質進行酶解，使其更容易被人體吸收，提高利用率，而且適當的酶解可以減少藻類特有的腥味。張瑩[33]通過胰蛋白酶酶解螺旋藻藻藍蛋白粗提液，顯著提高了酶解產物的自由基清除能力及降血壓活性，提高了螺旋藻干藻粉的應用價值。

3 結 語

癌癥是嚴重威脅人類健康和生命殺手，新藥的開發已成為各國研究工作者的研究熱點。目前雖然一些癌癥的治療效果已經有了滿意的療效，但對一些癌癥，如實體瘤的治療不盡人意，治愈癌癥仍是人類有待攻克的難題。藻藍蛋白本身具有很多的生物活性，安全無毒，特別適用于癌癥等疾病的防治及輔助治療。藻藍蛋白酶解產物不僅保留了其原來的抗腫瘤活性等生物學功能，而且還增強了其作用效果，對其深入研究，為使其成為安全高效的新型抗腫瘤藥物提供了更充分的依據。

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Progress of anti-tumor activity of Phycocyanin and it’s enzymolied products

DENG Wei, WANG Xue-qing
(Key Laboratory of Food and Biotechnology; College of Biotechnology and Food Science,Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)

Searching for the efficient，non-toxic anti-tumor drugs from marine organisms have been the new areas of natural medicine research in recent years. With the further marine pharmaceutical research, people found that, many specific pharmacological properties in marine organisms, are originated from their food. Therefore the study on algae,which belongs to the base of food chain of marine organisms, will be more practical significance. Phycocyanin is a light-harvesting chlorophyll protein extracted from some algae that has a great value of development and utilization. It has many biological functions, such as anti-tumor effect, antiviral activity, and antioxidation, etc. The studies on the anti-tumor activity of Phycocyanin have already been carried out in recent years. However, little has been reported about the bioactive peptides prepared by enzymatic hydrolysis of Phycocyanin at home and abroad. With the development and application of the enzyme engineering technology，utilizing the enzymatic means to achieve bioactive peptides makes the research on Phycocyanin more valuable and applicable. And further studies on these fields may develop better anti-tumor drugs than Phycocyanin. This paper reviewed the anti-tumor activity and mechanism of phycocyanin and it’s enzymolied products in recent years.

Phycocyanin; enzymolied products; anti-tumor activity

R282.77；R151.2

A

1001-6932(2010)03-0357-04

2009-07-07 ；

2009-11-26

天津市科委應用基礎重點項目(No. 08JCZDJC16600)，天津市科技攻關項目(No. 06YFGZNC04200)

鄧偉 (1983－)，男，碩士，主要從事海洋微藻活性物質的研究。電子郵箱：dengwei413@yahoo.com.cn

王雪青 (1964－)，女，博士，教授。電子郵箱：wxqing@tjcu.edu.cn