抗菌肽在腫瘤方面的研究進展

潘廣瑞(綜述)，趙　暉(審校)

(昆明醫科大學第一附屬醫院泌尿外一科，昆明 650000)

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抗菌肽在腫瘤方面的研究進展

潘廣瑞△(綜述)，趙暉※(審校)

(昆明醫科大學第一附屬醫院泌尿外一科，昆明 650000)

摘要：抗菌肽是天然免疫系統中的一種小分子多肽，其相對分子質量小、熱穩定性強、水溶性好，而且結構簡單、功能諸多。抗菌肽除具有廣譜抗菌活性外，還有抗真菌、抗病毒、抗腫瘤及促進創傷修復等作用。目前大部分化療藥物往往同時抑殺腫瘤細胞和正常細胞，因此關于抗菌肽抑殺腫瘤細胞的探討成為目前研究的熱點。近年研究發現，抗菌肽抑制腫瘤細胞作用的機制各異。

關鍵詞：腫瘤；抗菌肽；LL-37

抗菌肽結構簡單，功能較多，是機體天然免疫的重要組成部分，人體內發現的抗菌肽包括防御素、cathelicidins及histatin。抗菌肽是由基因編碼和信使RNA模板翻譯的具有多種活性作用的多肽。哺乳動物中，巨噬細胞、噬中性粒細胞、上皮細胞、角化細胞和肥大細胞等均能表達抗菌肽。由于種間特異性，不同抗菌肽的表達方式也各不相同。一些抗菌肽具有強烈的直接殺菌特性，在生理相關條件下，多數抗菌肽的直接抗菌活性是受抑制的。隨著研究的逐步深入，人們開始關注抗菌肽的抗腫瘤活性。目前，抗腫瘤化療藥物大多會損傷正常細胞，引起嚴重的不良反應，甚至導致耐藥性[1]。抗菌肽極有可能成為新一代抗腫瘤藥物，目前關于其抗腫瘤作用的研究已成為熱點。現對抗菌肽的生物學特性及其抗腫瘤相關機制的研究進展進行綜述。

1抗菌肽LL-37的生物學特征

人類抗菌肽(human cathelicidin antimicrobial peptide，hCAP)-18是人體內發現的cathelicidin家族的唯一成員，其相對分子質量為18 000的陽離子多肽，本身不具有生物學活性，只有被加工處理后才形成活性多肽LL-37[2]。hCAP-18廣泛分布于各種上皮細胞(如皮膚、口腔、舌、食管、結腸、宮頸、肺、附睪等)內，在機體非特異性天然免疫中發揮重要作用。LL-37最早發現于骨髓，一般認為中性粒細胞是其主要的合成場所。LL-37以無活性的前體形式貯存，主要貯存在中性粒細胞的胞質顆粒內，其前體肽hCAP-18主要由骨髓內中幼粒細胞和晚幼粒細胞合成，外周血成熟的中性粒細胞無hCAP-18的合成功能[3]。機體感染或炎癥時，在絲氨酸蛋白酶3和其他蛋白水解酶的作用下釋放出有活性的LL-37，參與宿主的防御反應[2]。LL-37含有37個氨基酸殘基，N端前兩個殘基為亮氨酸，序列為LLGDFFRKSKEKIGKEFKRIVQRIKDFL- RNLVPRTES，相對分子質量為4500，帶有6個正電荷[4]。N端疏水性很高，分子的中央部分(殘基13～34)形成典型的雙親性α螺旋結構[5]。Li等[6]發現，LL-37 N端的1～12堿基片段沒有活性，而C端13～37片段不僅可以殺傷大腸埃希菌，而且可以殺傷對藥物敏感和耐藥的腫瘤細胞。LL-37在體內和體外均可以促進創傷愈合，Carretero等[7]報道，LL-37可以促進表皮細胞再生和肉芽組織形成，從而促進創傷愈合。

2抗菌肽與腫瘤的關聯

近年來，越來越多的研究證實抗菌肽與腫瘤之間存在著聯系，Gambichler等[8]報道，基底細胞癌患者腫瘤組織中人類β防御素1的表達水平明顯降低，而人類β防御素2信使RNA的表達水平比正常對照組顯著升高，提示抗菌肽可能在基底細胞癌的發病過程中起重要作用。hCAP-18/LL-37在多種乳腺癌細胞中強烈表達，而在鄰近間質沒有表達，其可能促進乳腺癌細胞的生長[9]。Coffelt等[10]報道，hCAP-18/LL-37在卵巢癌及基質細胞中高水平表達，而在正常卵巢組織中局部表達；重組的LL-37刺激可使卵巢癌細胞增殖，提示LL-37對卵巢癌可能有促進作用。此外，von Haussen等[11]通過建立動物模型發現，LL-37可以促進肺癌的生長。但Chuang等[12]報道，LL-37聯合免疫佐劑可以增強自然殺傷細胞的增殖和活性，抑制卵巢癌。總之，抗菌肽與腫瘤之間存在著某種關聯，但抗菌肽究竟是促進腫瘤發生還是抑制腫瘤發生，各研究報道意見不一。

3抗菌肽抑制腫瘤的證據

Wu等[13]研究發現，LL-37在胃癌中低表達，可以抑制胃癌生長，阻止G1期向S期的轉變。Ren等[14]報道，LL-37對結腸癌細胞有明顯的抑制作用，而對正常的成纖維細胞有較小的影響；LL-37在正常結腸黏膜中高表達，但在結腸癌組織中低表達，其對結腸癌同樣起抑制作用。Suttmann等[15]報道，合成抗菌肽天蠶素A和天蠶素B對膀胱癌的增殖和生存有抑制作用，而對良性的纖維母細胞幾乎無影響。Wang等[16]選取了12種人腫瘤細胞并以人臍靜脈平滑肌細胞作為對照，研究抗菌肽temporin-1Cea的抗腫瘤活性，結果顯示，temporin-1Cea對不同的腫瘤細胞均有劑量依賴的細胞毒性，而對人臍靜脈平滑肌細胞無明顯作用。

4抗腫瘤機制

抗菌肽的抗腫瘤機制相比其抗菌機制較為復雜。目前，普遍認同的抗菌肽抗腫瘤機制包括：①在腫瘤細胞膜上形成穿膜孔道，致使細胞死亡；②作用于細胞骨架使其結構紊亂；③作用于線粒體，誘導細胞凋亡；④抑制DNA合成，影響細胞增殖；⑤影響免疫效應進而殺死細胞。

4.1對細胞膜的破壞作用與正常細胞相比，腫瘤細胞細胞膜的結構和特性均發生了改變。主要表現為：①腫瘤細胞表面負電荷增加；②細胞膜流動性增大；③腫瘤表面存在微絨毛結構，使細胞膜表面積增大[17]。常見抗菌肽大部分為陽離子抗菌肽，腫瘤的上述改變均有利于抗菌肽作用的發揮。因此，對細胞膜的破壞作用是抗菌肽抗腫瘤機制中最重要的一步。Slaninová等[18]研究發現，只有當抗菌肽濃度達到或超過其半抑制率值時，才能大量并迅速進入腫瘤細胞發揮殺傷作用。可見，抗菌肽需要達到一定臨界值后才能破壞細胞膜并進入細胞發揮殺傷作用。

4.2對腫瘤細胞骨架的破壞作用細胞骨架是指真核細胞中的蛋白纖維網絡結構，它不僅在維持細胞形態、承受外力、保持細胞內部結構的有序性方面起重要作用，而且還參與許多重要的生命活動。王芳等[19]從細胞骨架入手，對抗菌肽CM4進行研究，認為癌細胞的細胞骨架和核骨架受到損傷。但抗菌肽CM4對正常人白細胞不僅沒有損害，相反能刺激其生長[20]。

4.3作用于線粒體誘導凋亡線粒體富含帶負電的膜磷脂，而常見的抗菌肽大多帶正電，抗菌肽可以通過正負電荷的相互作用殺傷腫瘤細胞。抗菌肽可以使細胞膜的通透性增加，并且增加鈣離子內流，進入胞內的抗菌肽通過靜電作用接近線粒體，并且與鈣離子協同作用于通透性轉變孔道，使其開放，線粒體跨膜電位下降，腺苷三磷酸的合成與釋放受到干擾[21-22]。線粒體外膜的完整性和細胞色素的釋放是由蛋白質的Bcl-2家族調節的，這些蛋白彼此能形成異種二聚體并和線粒體相互作用，在決定細胞命運的過程中發揮重要作用。Bcl-2靠阻止線粒體間隙蛋白的釋放抑制凋亡，而Bax刺激細胞色素C從線粒體中釋放而導致凋亡。凋亡誘導因子在正常情況下，位于線粒體膜間隙，當凋亡信號刺激時，從線粒體釋放到細胞質，再轉位到細胞核中，導致核固縮和DNA斷裂。核酸內切酶EndoG是從線粒體釋放的能直接剪切DNA的另一種蛋白，其介導的細胞死亡不需要胱天蛋白酶的激活[23]。Ren等[14]研究發現，LL-37可以增加凋亡誘導因子和EndoG在細胞核中的表達，并降低其在細胞溶質中的水平；LL-37可以通過激活胱天蛋白酶非依賴途徑抑制結腸癌細胞。

4.4對DNA的破壞作用抗菌肽作用于腫瘤細胞后使其DNA裂解成碎片，最終導致細胞死亡。Aarbiou等[21]報道，α-防御素和LL-37可以誘導肺癌A549細胞DNA斷裂而發揮抗腫瘤作用。劉忠淵等[24]研究了新疆家蠶抗菌肽與DNA的相互作用及其對DNA結構的影響，發現抗菌肽可以與DNA雙螺旋的凹槽結合，并插入DNA序列中，使堿基對排列紊亂，最終導致堿基對斷裂，DNA雙螺旋結構松散，提示抗菌肽可以通過作用于腫瘤細胞的染色質而發揮殺傷作用。

4.5對免疫系統的作用抗菌肽是機體免疫系統的組分，在機體天然免疫和獲得性免疫中發揮重要作用。抗菌肽具有細胞趨化作用，能趨化單核細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞和T細胞等，增強抗原呈遞細胞對腫瘤抗原的攝取和呈遞能力[25]。Davidson等[26]發現，抗菌肽LL-37可以提高樹突狀細胞的內吞能力、增強吞噬受體的表達并提高協同刺激因子的表達等，影響后續免疫應答。Ma等[27]建立了急性淋巴細胞性白血病的小鼠模型，通過研究發現，接種人類β防御素2的小鼠可顯著減少白血病的病理變化，加強細胞毒性T淋巴細胞和自然殺傷細胞的活性，促進白細胞介素12和干擾素γ的產生。

5抗菌肽在抗腫瘤方面的應用

目前關于抗菌肽的研究主要集中在動物的藥效學水平，還沒有抗菌肽作為抗腫瘤藥物進行臨床研究的報道。抗菌肽可以直接作為藥物發揮抗腫瘤效應。Gomesin是從蜘蛛紅細胞中分離出的抗菌肽，體外對黑色素瘤細胞B16F10-Nex2及多種人類腫瘤細胞有直接的細胞毒性，可用于局部皮下治療鼠黑色素瘤，使腫瘤生長減慢[28]。抗菌肽除本身具有抗腫瘤作用外，還可以聯合其他藥物發揮作用，尤其對于耐藥腫瘤細胞的治療有明顯優勢。天蠶素A與氟尿嘧啶、阿糖胞苷等多種化療藥物有協同作用[29]。LL-37聯合免疫佐劑可以增強自然殺傷細胞的增殖和活性，抑制卵巢癌[11]。

6小結

抗菌肽對腫瘤細胞具有高毒性，而對正常細胞低毒性或者無毒性。抗菌肽抗腫瘤機制主要通過殺傷細胞膜，也可能通過多種途徑發揮殺傷作用，抑制腫瘤生長。抗菌肽獨特的抗腫瘤機制以及在選擇性和耐藥性方面的優勢，使其在抗腫瘤方面有良好的應用前景。但是，抗菌肽對乳腺癌、卵巢癌、肺癌等有促進作用。相信隨著研究的深入，抗菌肽有望成為新一代抗腫瘤藥物或輔助治療藥物。

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Research Progress of Antibacterial Peptides in the TumorPANGuang-rui,ZHAOHui.(DepartmentOneofUrologySurgery，KunmingMedicalUniversityFirstAffiliatedHospital,Kunming650000，China)

Abstract：Antibacterial peptide is a kind of small molecular peptide in the natural immune system.It has small molecular weight,good thermal stability and is water soluble.In spite of simple structure,it has many functions.Besides its broad spectrum antibacterial activity,it also possesses additional functions including antifungal,antiviral,antitumor and promoting wound healing.At present,most of the chemotherapeutic drugs could kill tumor cells as well as normal cells,therefore,the discussion about antibacterial peptides killing tumor cells is becoming a hot spot in current research field.It′s discovered in recent years that the mechanisms of antibacterial peptides inhibiting tumor cell functions are all different.

Key words:Tumor; Antimicrobial peptide; LL-37

收稿日期：2014-10-29修回日期：2015-02-27編輯：鄭雪

基金項目：云南省科技廳基金(2014FB031)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.18.020

中圖分類號：R730.59

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)18-3318-03