生物活性肽抗腫瘤機制研究進展

高 輝 歐陽曉暉 蘇秀蘭

根據世界衛生組織的報告，慢性病將成為未來10年人類死亡的主要原因之一[1]。惡性腫瘤作為一種慢性病，2013年我國新發惡性腫瘤病例約為368.2萬例，死亡病例222.9萬例[2]。其中肺癌、胃癌、肝癌、食管癌等為我國主要常見惡性腫瘤，占比約66%。其中消化系統和呼吸系統惡性腫瘤作為腫瘤主要的死因，在全部腫瘤死亡病例中占比約70%[2]。近年來研究表明，生物活性肽(BP)在抗腫瘤方面，尤其在提高患者生存質量方面具有獨特性[3]。

BP可由數個至數十個氨基酸組成，排列順序呈多樣性，生物活性及功能隨排序組成的差異而各有不同。呈現為抗氧化、心血管保護、免疫調節等作用，同時也具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤等作用[4]。具有抗腫瘤作用的BP日益增多，其來源不同、結構不同，但在抗腫瘤機制方面均顯示出較好的腫瘤細胞周期阻滯、誘導凋亡或通過信號轉導通路的調控達到抑制腫瘤細胞增殖的作用(表1)。

表1 生物活性肽抗腫瘤機制

一、BP的來源

BP種類繁多，現已有源于動物、植物、海洋生物的相關報道[10～12]。哺乳動物因其乳汁含有豐富的優質蛋白，經消化道酶解后以多肽形式吸收，所以成為BP最常見的來源之一。牛乳中具有多種活性蛋白，可以為人體提供豐富的營養，已得到公眾的廣泛認可和關注。在幼兒成長階段，乳源性蛋白發揮著重要作用。已有研究發現，牛乳所含有的酪蛋白和乳清蛋白兩個蛋白組能夠促進機體生長發育，因此成為備受人們關注的食源性蛋白[13]。此外，有些動物的臟器也是BP的重要來源之一。蘇秀蘭團隊近30年的研究證實，動物臟器具有較高含量的BP，且已證實具有顯著的抗腫瘤提高免疫作用。新近研究發現，BP還具有聯合化療藥物減毒增敏的作用[10，14，15]。通過成熟的提取制備技術處理通常會被廢棄的動物臟器，不僅能獲得益于人體健康的BP，還能減少傳統處理方法對環境的污染。所以，動物源性BP是一類極具研發前景的BP。

BP在植物的根、種子、花、莖和葉中無處不在，從植物進化的角度來講，這表明其在植物的生長過程中具有不可或缺的作用。在我國這樣一個農業大國中，大豆、小麥、玉米等植物被廣泛種植。傳統加工方法使得一些副產物被大批量浪費，其中就包括富含BP的副產物。為了減少資源浪費，越來越多的研究著力于農作物副產物的利用價值，所以，具有降壓作用的大豆肽、具有免疫調節作用的大米肽、具有抗腫瘤作用的菜籽肽以及其他植物活性肽逐一涌現[16]。與其他植物比較，豆科植物蛋白質均含量可高達40%，是國內外最常研究的BP來源[11]。此外，另有研究顯示，由獨特的氨基酸序列組成的高品質的谷類蛋白質是BP的重要來源，且這類蛋白大都以酶解方式消化后釋放BP，釋放出的BP可以發揮不同的功能[17]。現代營養學研究表明，小分子多肽比氨基酸易吸收[18]。現代生物代謝學研究發現，人類攝取的蛋白質經過消化道多種酶水解后,不像之前認為的只以氨基酸的形式吸收,而是更多的以低肽形式直接吸收,而且二肽和三肽的吸收效率比相同組成的氨基酸更快[12]。

地球表面70%被海洋覆蓋，海洋中生物多樣性遠遠超過陸地。由于海洋環境構成特殊使得海洋生物自成一體，其中大約75%的生物為人類提供了豐富的天然產物來源，具有潛在的研究應用價值。最近有不少關于海洋動物來源的肽類報道，包括來源于海綿、海鞘、被囊和軟體動物的次級代謝產物。這些肽的共有結構特征是包含不同序列的特殊氨基酸殘基，所以，筆者推測，這可能是它們發揮生物活性的活性部位[19]。此外，由于海洋生物的特殊性，許多BP只能在單一來源中找到。例如，海綿環縮肽只能在多孔動物門海綿中找到，而海洋被囊動物膜海鞘是膜海鞘素的唯一來源[19]。與其他來源的肽比較，海洋肽種類的多樣化導致在海洋生物中發現了更多的環狀肽或縮酚酸肽。已有研究顯示，海洋肽對人類的幾種腫瘤細胞系(HeLa、AGS和DLD-1)具有抗氧化活性和細胞毒性作用[20]。所以，海洋肽為生物醫學研究及新藥設計提供了豐富的資源與研究思路。

二、BP的抗腫瘤機制

近30年來，抗腫瘤藥物的研發主要攻克以下兩個方面的難題。一方面是降低抗腫瘤藥物的毒性不良反應，另一方面是增強藥物對腫瘤細胞的靶向性，以達到最大程度殺死腫瘤細胞而不損傷正常細胞。BP來源的廣泛性以及結構的特殊性決定了其在抗腫瘤方面具有廣闊的應用前景。目前抗腫瘤藥物的作用機制主要包含干擾核酸生成和合成、破壞DNA的結構和功能、嵌入DNA內干擾DNA轉錄、影響蛋白質合成及體內激素平衡等[21]。目前研究發現，BP主要通過誘導細胞凋亡、破壞細胞膜結構、抑制腫瘤細胞增殖等發揮抗腫瘤作用[22]。

1.BP誘導細胞凋亡:細胞凋亡與caspase的活化或凋亡蛋白的表達相關。其中caspase-2、caspase-8、caspase-9和caspase-10作為凋亡啟動因子，caspase-3、caspase-6和caspase-7作為凋亡執行因子都參與到細胞凋亡的過程中[23]。而Bcl-2則是細胞凋亡蛋白中最重要的的調控蛋白，Bcl-2家族可分為抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w等和促凋亡蛋白Bax、Bak、Bid、Bim和Bad等兩類[24]。BP在誘導細胞凋亡過程中多數是通過激活caspase途徑或改變Bcl-2家族蛋白表達途徑達到抗腫瘤目的。

玉米肽是一種從植物中提取出來的BP。MargaritaOrtiz-Martinez等研究表明，從Asgrow-773和CML-502兩種不同基因型的玉米中提取出來的玉米肽，通過影響抗凋亡因子Livin、存活蛋白、cIAP、XIAP和HIF-1α的表達來誘導HepG2人肝腫瘤細胞凋亡。此外，小牛脾提取注射液(CSEI)是從牛脾臟中提取出的一種BP，通常作為免疫調節制劑用于治療再生性障礙性貧血、放射線引起的白細胞減少癥等。Jia等還發現，CSEI可以降低HepG2和SMMC-7721肝腫瘤細胞活力、增加凋亡率、誘導caspases級聯反應，而對人上皮細胞HEK 293T無顯著影響。體內研究表明，與空白組比較，CSEI處理組小鼠腫瘤體積減少29.6%，且CSEI通過ROS /MAPKs依賴的線粒體途徑精確誘導人肝細胞腫瘤細胞凋亡[8]。Vglycin作為一種從豌豆種子中分離出來的BP，不僅可以誘導人結腸腺腫瘤細胞分化，還能顯著性降低CT-26、SW480和NCL-H716結腸腫瘤細胞的生長、存活和集落形成，同時下調增殖細胞核抗原的表達；體外研究也證實，Vglycin處理的3種結腸腫瘤細胞中CDK2和Cyclin D1的表達均下調，凋亡相關蛋白Bax、Bcl-2和Mcl-1的表達水平發生改變，caspase-3活性增加[5]。這些研究表明，BP主要通過激活caspase途徑及改變凋亡調節蛋白或因子表達誘導細胞凋亡，從而發揮抗腫瘤作用。

2.BP破壞細胞膜:正常哺乳動物細胞膜為不對稱分布的磷脂雙分子層，其中磷脂酰絲氨酸(PS)、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇主要分布在細胞膜近胞質的內層，而磷脂酰膽堿的大部分和糖脂都分布在膜的外層，所以細胞膜表面的凈電荷呈中性。PS的雙層運動由多種酶介導，包括氨基磷脂移位酶和限制酶，它們分別負責雙層不對稱膜的維持和崩解[22]。與真核細胞相比，腫瘤細胞膜外層帶負電荷的PS和O-糖基化黏蛋白過渡表達，導致腫瘤細胞膜所帶電荷呈負性。誘導壞死的肽是一類細胞膜裂解肽，作為一類新型的抗癌劑成為21世紀腫瘤學研究的熱點[25]。壞死肽對腫瘤細胞的選擇性比傳統化療藥物高，而且能通過膜裂解殺死具有耐藥性的癌細胞。天然抗菌肽(AMP)是誘導壞死肽大家族中的一類，多為5～40個氨基酸殘基組成，其多為帶正電荷的殘基[通常是賴氨酸(Lys)和精氨酸(Arg)][26]。當AMP與腫瘤細胞膜外層相結合，腫瘤細胞表面陰離子電荷與AMP陽離子電荷相互吸引，進而AMP插入到腫瘤細胞膜雙層的脂質中，最終破壞膜結構的完整性，導致腫瘤細胞死亡[27]。此外，有研究從澳大利亞青蛙和蟾蜍皮膚腺中鑒定出一組壞死肽，這些肽對多種人類惡性腫瘤，包括白血病、黑素瘤和肺癌、結腸癌、中樞神經系統(CNS)、卵巢癌、腎癌、前列腺癌和乳腺癌，具有抗癌特性，成為治療癌癥更具吸引力的候選藥物[28]。

3.BP抑制增殖：針對某些腫瘤，BP可以通過抑制信號轉導或抑制細胞周期達到抑制腫瘤細胞增殖的作用。Lunasin是一種來源于大豆種子和大豆衍生食品中的儲存蛋白質組分。既往研究表明，Lunasin既具有抑制致癌物或致癌基因細胞轉化的化學預防活性，又具有抗多種人類惡性腫瘤的化學治療活性[9]。Elizabeth等研究發現，Lunasin可以通過改變G1期蛋白依賴性激酶復合物成分的表達、增加p27Kip1水平、降低磷酸化Akt水平，最終抑制了成視網膜細胞瘤蛋白(RB)連續磷酸化，從而抑制NSCLC H661細胞G1/S期的細胞周期進程而不誘導細胞凋亡。國外研究也表明，來源于南美肉豆蔻蜘蛛血細胞的蜘蛛肽gomesin通過將袋獾面部腫瘤DFTD細胞細胞阻滯于G0/G1期，同時上調p53和Bcl-2的表達發揮抗腫瘤效應[29]。BP大多數是通過影響細胞周期進程發揮抑制增殖的作用，且一方面其可單獨通過抑制增殖發揮抗腫瘤效應，另一方面可協同促凋亡作用誘導腫瘤細胞死亡。

三、展 望

在探索腫瘤更好治療方法的同時，BP作為一類具有巨大潛力的抗腫瘤藥物已經備受人們青睞。任何靶向治療藥物的有效性在很大程度上取決于是否可以將適當的藥物以足夠的量及時地輸送到所需的位置。當前抗腫瘤藥物存在許多技術障礙(諸如體內效率低、耐藥性頻發和毒性不良反應嚴重)，但是肽由于其吸收利用效率高、來源豐富、易獲取、對腫瘤細胞特異性高、具有低免疫原性并且相對容易修飾和設計。幾種天然肽及其修飾衍生物已進入臨床試驗階段。為了提高BP的抗腫瘤效率，當前開發了多種新方法，如將氨基酸的D異構體摻入天然分子的新技術、研發擬肽和應用肽工程。也有將BP作為藥物遞送載體以進一步增強其抗腫瘤的潛力，如把BP作為一種包衣，將某些具有特殊作用的靶向病毒通過BP攜帶至腫瘤細胞內，通過病毒精準殺死腫瘤細胞。

此外，研究人員正在開發利用多功能肽或將不同BP混合在一起(例如誘導壞死、細胞凋亡或免疫刺激)聯合治療的方法，以成為代替傳統療法的新型治療方法，且有望發展成為解決耐藥問題的創新方法。目前，該領域所面臨的挑戰是具有優化性能抗腫瘤肽的設計，所以，有必要了解腫瘤生物學和腫瘤微環境的最新進展，并掌握所涉及相關化學、生物學、高通量儀器和制劑科學的多學科方法，以利用多學科相結合的方法開發出更有效的新型腫瘤靶向肽。有研究設想，腫瘤的成長需要不斷汲取機體養分，BP具有良好的吸收性，它的吸收效率遠高于蛋白質。是否存在某些BP在正常細胞中可以被吸收，而在腫瘤細胞中被攝入細胞膜內，不能被完全吸收而沉積在腫瘤細胞中，隨著BP持續處理，腫瘤細胞中大量未吸收的BP沉積下來，占據腫瘤細胞內空間導致其無法攝取機體的營養物質限制其增殖分化，最終導致腫瘤細胞營養不足而死亡，這為抗腫瘤BP的開發與篩選提供了研究思路。