蝎毒多肽的抗腫瘤作用機制

范紅波，黃欣媛

(1.湖北職業技術學院 醫學基礎部，湖北 孝感 432000；2.湖北工程學院 生命科學技術學院，湖北 孝感 432000)

癌癥是復雜的系統性疾病，傳統的化療和放療由于靶向性不佳，對健康組織的毒性較大，因此需開發出新的療法，其中頗具前景的方式是采用具有生物活性的天然產物，它們具有靶向性較好和副作用較少的優點[1]。蝎毒(Scorpion Venom)是一種具有抗癌作用的天然產物，主要由多種小分子肽和一些蛋白質和組成，前者是其主要的藥用活性成分，稱之為蝎毒多肽，一般有20～80個氨基酸殘基，分子內通常含2～4個二硫鍵。平均每種蝎毒中約含70余種蝎毒多肽，具有很強的多態性。離子通道通常在癌細胞中失調或過表達，在癌癥的發展和侵襲中起至關重要的作用。蝎毒多肽能靶向作用于離子通道，阻斷、修飾或調節離子通道的活性，發揮出誘導癌細胞凋亡，抑制癌細胞增殖、侵襲、遷移和血管生成等多種抗癌活性。

1 癌細胞的離子通道

癌細胞的增殖、粘附和侵襲與離子通道息息相關，這些過程是通過離子通道調節細胞形態和體積的變化而發生的。

離子通道在許多癌癥中失調或過表達，與細胞的癌變密切相關。例如，電壓門控K+通道(Kv)、Ca2+激活的K+通道(Kca)以及電壓門控Na+通道(VGSC)的Nav1.5、Nav1.6、Nav1.7亞型在膠質瘤、乳腺癌、結腸癌、前列腺癌等多種癌癥中過表達[2-3]。電壓門控Ca2+通道在乳腺癌、肝癌、胃癌、卵巢癌和膠質瘤中過表達，將這些腫瘤細胞中的Ca2+通道沉默后能夠抑制細胞的增殖[4]。此外，膠質瘤特異性的Cl-通道的表達會隨著細胞周期的進程而改變，用以調節膠質母細胞瘤的侵襲性[5]。這些結果說明離子通道可以作為癌癥的特異性治療靶點。

2 蝎毒多肽的抗癌作用

蝎毒是由多肽和蛋白質、無機鹽、雜環組分等組成的復雜混合物，主要活性成分是能靶向作用于離子通道的蝎毒多肽，具有修飾、調節或阻斷Na+、K+、Cl-和Ca2+通道的功能[6]。而腫瘤的發生發展和離子通道息息相關，因此，蝎毒多肽在抗腫瘤方面發揮了重要作用，其作用機制可綜述如下。

2.1 增殖抑制和誘導細胞凋亡

已發現蝎毒多肽能抑制多種癌細胞系的增殖，主要的機制是誘導癌細胞凋亡，以及抑制DNA合成，將細胞阻滯于Go/G1期。例如：從Buthustumulus蝎子中分離出來的蝎毒多肽Iberiotoxin(IbTX)，可抑制Ca2+激活的K+通道KCNMA1(Kca1.1，BK)來降低宮頸癌HeLa細胞和卵巢癌A2780細胞的增殖[7]。來自Androctonuscrassicauda、Androctonusbicolor、Leiurusquinquestriatus、Odontobuthusdoriae和Rhopalurusjunceus的蝎毒全液減少了人的腦、乳腺、結腸、直腸、肺、子宮頸和喉癌細胞系的增殖，主要通過增加凋亡基因bax的表達、降低抗凋亡基因bcl的表達，上調bax/bcl的比率，以及增加caspase-3、8、9的活性并誘導凋亡配體Fas-L的表達來實現[8-13]。而來自Androctonusbicolor和Androctonuscrassicauda的蝎毒多肽能下調癌細胞的周期蛋白基因表達，分別將細胞阻滯于S期、Go/G1期[8，14]。Li等[15]發現一組來自Androctonusmauritanicus蝎毒多肽是潛在的抗癌肽，尤其是蝎毒多肽Gonearrestide通過調節細胞周期檢查點蛋白的表達，對人結腸癌細胞系HCT116表現出極佳的抗增殖活性。動物試驗也有類似的結果，如來自Androctonusamoreuxi的蝎毒能減少Ehrlich腹水癌模型小鼠的腫瘤大小，并且增加了荷瘤小鼠的存活率[16]；以及來自Leiurusquinquestriatus的蝎毒多肽下調了小鼠皮膚癌細胞生長相關細胞因子Ki-67、NF-kB、Cox-2、Bcl-2、VEGF和促炎癥細胞因子TNF-α和IL-6的表達，從而降低了小鼠的皮膚癌發生率[17]。

東亞鉗蝎ButhusmartensiiKarsch(BmK)的蝎毒多肽可以減少慢性粒細胞白血病K562細胞的增殖，抑制BCR/ABL融合基因及P210(BCR/ABL)蛋白的表達，并通過抑制上游活化因子Shh和Gli1的表達來阻斷Hedgehog通路的激活，進而抑制慢性粒細胞白血病的進展[18-19]。該組分中可能含有一種蝎毒肽BmK-AGAP，它由66個氨基酸殘基組成，分子量7142Da，能與電壓門控Na+離子通道結合，主要用于鎮痛[20]，Kampo等[21]最近研究了BmK-AGAP對乳腺癌細胞系的作用機制。濃度為5～60 μmol/L的BmK-AGAP抑制人乳腺癌MCF-7和MDA-MB-231細胞系的增殖、集落形成、干細胞活性和上皮-間質轉化(EMT)，降低了有關基因和蛋白質的表達，如與癌細胞增殖有關的PTX3；與干細胞活性相關的PTX3、Oct4、SOX2和Nanog；與EMT相關的PTX3、N-cadherin和Snail。

2.2 抑制腫瘤新生毛細血管的生成

驅動新血管形成的生長因子、血管內皮生長因子(VEGF)和成纖維細胞生長因子等在癌細胞中都是過表達的。蝎毒多肽能抑制VEGF的表達，從而發揮抗腫瘤作用[22]。例如，對Ehrlich腹水癌模型小鼠每兩天一次腹腔注射Androctonusamoreuxi蝎毒(0.22 mg/kg)，30天后，檢測到腫瘤體積減小，腫瘤組織中VEGF和增殖標志物Ki-67的表達下調，促凋亡基因caspase-3表達上調，腹膜荷瘤小鼠的生存率相對于對照組顯著提高[16]。此外，動物實驗表明，將Leiurusquinquestriatus的蝎毒液局部給藥于DMBA+巴豆油誘導的皮膚癌模型小鼠皮損部位，降低了小鼠皮膚癌發生率和腫瘤多樣性，這與腫瘤的分子標志物如Ki-67、NF-κB和VEGF的表達下調是相關的[17]，提示蝎毒具有體內抗癌潛力，可用于抗癌藥物的開發。

氯毒素(chlorotoxin，ClTx)最初也是從Leiurusquinquestriatus中分離出來的一種長度為36個氨基酸的蝎毒多肽，能與神經膠質瘤細胞特異性結合并抑制其細胞膜上的Cl-通道，但不與健康的神經膠質細胞結合。與此類似，ClTx的結構類似物——合成肽TM601也能選擇性地特異作用于神經膠質瘤細胞，而不結合于正常的神經元、星形膠質細胞或成纖維細胞[23]，臨床上可用于神經膠質瘤的腫瘤顯像[24]。體外和體內實驗證明TM601能阻斷腫瘤的血管生成，例如用TM601處理在雞胚絨毛尿囊膜上生長的人SK-Mel黑色素瘤、PC-3前列腺癌和U87-MG膠質母細胞瘤等細胞，減少了雞的腫瘤血管形成[25]；基質膠塞實驗顯示TM601能抑制腫瘤中VEGF和血小板衍生生長因子的表達，減少小鼠的腫瘤微血管計數。

2.3 抑制腫瘤侵襲和轉移

從Androctonuscrassicauda、Androctonusbicolor和Leiurusquinquestriatus分離的蝎毒多肽能通過降低基質金屬蛋白酶(MMP)的表達，和/或降低細胞遷移和侵襲標志物FAK的磷酸化水平來抑制乳腺癌和結直腸癌細胞[10]以及胃癌細胞[26]的侵襲和轉移。另外，ClTx對膠質瘤細胞侵襲和遷移的抑制作用研究得較為詳細。ClTx可抑制人腦膠質瘤細胞D54-MG和CCF-STTG-1的遷移和侵襲。膠質瘤細胞侵襲大腦依賴于其細胞膜上的Cl-通道，以及胞內(而不是正常腦細胞內)MMP的高表達。阻斷MMP-2和降低Cl-通道表達能防止神經膠質瘤細胞收縮和分泌MMP-2至細胞外基質[27]。研究發現ClTx選擇性地結合MMP-2，但不結合其他MMP亞型，這種結合形成ClTx-MMP2復合物，降低了MMP-2的活性，在膠質瘤細胞中與膜上的Cl-通道一起內化到小窩筏中，耗盡了可用的膜Cl-通道并降低了MMP-2的水平，從而抑制了膠質瘤向腦內的侵襲[28]。Dardevet等[27]的體外實驗也表明，ClTx通過抑制MMP-2降低膠質瘤細胞在腦組織緊密的胞外空間中的遷移能力。

BmK的蝎毒多肽與ClTx的氨基酸序列有很高的同源性，稱為BmKCTx。同ClTx一樣，BmKCTx也表現出對癌細胞遷移的抑制作用。體外實驗發現BmKCTx作為Cl-通道阻斷劑與人腦膠質瘤細胞SHG-44結合并抑制其增殖，其有效作用濃度比對正常星形膠質細胞產生抑制作用時低29倍[29]，并通過拮抗MMP-2抑制大鼠膠質瘤細胞C6的侵襲和遷移[30]。

2.4 免疫調節作用

離子通道失調是癌癥發生發展的一個重要因素，因此靶向它們將成為基于T細胞的癌癥免疫治療的獨特工具[31]。如前所述，蝎毒多肽對免疫細胞的多種促炎癥標志物如N-κB、TNF-α和IL-6等的表達水平具有調節作用[17,21,32-33]。在免疫細胞中，Ca2+是調節細胞內信號轉導途徑和淋巴細胞活化的重要第二信使，而Na+和K+等單價陽離子主要調節負的膜電位，間接控制著Ca2+的流動以及細胞的信號轉導和激活。因此，蝎毒多肽調節或阻斷離子通道會影響到免疫細胞中的信號轉導，降低炎癥細胞因子的表達，進而下調炎癥向癌癥的轉化進程。

電壓門控Na+離子通道Nav 1.5在乳腺癌中過表達并與腫瘤進展相關[34]，如前所述，來自BmK的鎮痛肽BmK-AGAP通過抑制或結合于Nav1.5而下調PTX3表達，導致NF-κB和Wnt/β-catenin信號傳導途徑和炎癥因子TNF-α的產生都減少，證明了Bmk-AGAP在治療炎癥誘導的癌癥中的潛力[21]。同樣，BmK中70 ～ 80 kDa的組分通過抑制IκBα的磷酸化和降解，以及抑制p65向細胞核易位這兩條途徑來抑制NF-κB的活化[35]。另外，電壓門控K+離子通道Kv1.3在Th17淋巴細胞的活化、增殖和生成細胞因子的過程中起重要作用。從Centruroidesmargartatus分離的蝎毒肽Margatoxin(MgTx)能特異性阻斷Kv1.3[36]，而動物實驗表明Kv1.3的阻斷能緩解模型小鼠的實驗性自身免疫腦脊髓炎和糖尿病，另外，基因敲除的Kv1.3-/-小鼠對自身免疫糖尿病和類風濕性關節炎也有抗性[37]。由此可見，蝎毒多肽對免疫細胞和有顯著的免疫調節作用，通過下調炎癥細胞因子的表達來緩和炎癥誘導癌癥的進程，這一作用是調節腫瘤發生和生長的重要途徑。

此外，蝎毒多肽還能調節免疫細胞的活性來抑制腫瘤的浸潤生長。韓琛等[38]的動物實驗表明蝎毒多肽可促進自然殺傷(NK)細胞向H22細胞的肝臟原位移植瘤中遷移，提高浸潤到腫瘤組織中的NK細胞的比例，誘導穿孔素和顆粒酶B的產生，有助于NK細胞殺傷活性的恢復，從而增強對腫瘤細胞的清除。

3 小結與展望

綜上所述，多方面的研究表明蝎毒多肽在抗腫瘤方面具有多種作用機制：一是通過誘導腫瘤細胞凋亡來抑制其增殖，而不影響健康細胞(如淋巴細胞)增殖能力；二是阻斷癌細胞的侵襲和轉移能力以及抑制血管生成；三是通過降低一些癌癥中發生的炎癥級聯反應來調節免疫細胞功能。因此，蝎毒多肽調節癌癥的發生、發展和遷移等多個方面，具有開發成癌癥靶向治療藥的潛力。值得注意的是，體外細胞實驗發現一些蝎毒全液對腫瘤細胞起抑制作用的濃度很高(IC50> 500 μg/mL)，而當使用純化的蝎毒肽或基因工程重組蝎毒肽時，IC50濃度顯著降低。特別的是，當用基因工程手段引入更多的陽離子氨基酸到重組蝎毒肽中時，它們比對應的天然蝎毒肽的抗增殖能力更強[39]，原因在于腫瘤細胞質膜的外表面上存在大量帶負電荷的磷脂酰絲氨酸，能和蝎毒肽的陽離子氨基酸產生靜電吸引力作用。因此，加強對蝎毒多肽的結構和功能的研究將有助于開發出具有更好效力的抗腫瘤蝎毒制劑。