天然多糖抗腫瘤轉移作用機制研究進展

史安可，陳 永

1濰坊醫學院臨床醫學院；2濰坊醫學院基礎醫學院，濰坊 261053

癌癥是全球第2大死亡原因，2020年全球新發癌癥例數達1 929萬[1]，嚴重威脅著人類的生存和健康。轉移是導致惡性腫瘤具有致死性的關鍵因素，大多數患者死于腫瘤向其他器官的擴散，而非死于原發腫瘤[2]。現有治療方法主要采用手術切除、化療和放療，但均存在著毒副作用強、易復發等局限性。因此探索新的安全有效的抗腫瘤轉移藥物具有重要的臨床意義。近年來，多糖因其具有抗腫瘤、免疫調節、抗氧化、降血糖等多種重要的生物學活性受到越來越多的關注[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，廣泛存在于植物、動物、真菌和細菌的細胞壁中。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移，然而目前針對天然多糖抗腫瘤轉移機制研究的綜述相對缺乏。本文就近年來有關天然多糖的抗腫瘤轉移作用及其機制進行綜述，以期為抗腫瘤轉移藥物的開發以及惡性腫瘤的轉移治療提供新的理論依據。

1 具有抗腫瘤轉移的多糖種類

目前，具有抗腫瘤轉移活性的天然多糖已被廣泛應用于臨床實驗中，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結構及其抗腫瘤轉移作用機制、腫瘤類型等信息詳見表1。

表1 能夠抗腫瘤轉移的天然多糖的化學結構及其作用機制

2 天然多糖抗腫瘤轉移機制

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

圖1 天然多糖抗腫瘤轉移的作用機制圖

2.1 直接作用于腫瘤細胞

2.1.1 抑制上皮-間質轉化

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

2.1.2 誘導腫瘤細胞自噬

自噬是一個高度保守的生物過程，通過降解細胞長壽蛋白質和細胞器及其成分以維持細胞穩態。當發生能量限制、氧化應激和營養不良等細胞應激事件時，受損或有害的蛋白質和細胞器積聚，并且驅動自噬以維持細胞穩態[27]。自噬與腫瘤的發生和發展有著密切關系，參與腫瘤細胞的多種生物學進程。誘導自噬能夠在腫瘤的早期階段通過選擇性下調EMT的關鍵轉錄因子來抑制轉移[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乳腺癌細胞的自噬相關蛋白LC3和Beclin-1的表達水平，降低p62的表達水平，降解EMT轉化的關鍵轉錄因子Snail，從而調節Snail下游的EMT相關蛋白的表達水平，有效抑制乳腺癌細胞的侵襲、遷移能力[29]。熟地黃多糖對多西他賽耐藥的前列腺癌細胞株具有促進自噬、誘導凋亡和抑制增殖的作用,其機制可能與抑制mTOR信號通路有關[30]。靈芝多糖能通過MAPK/ERK信號通路干擾自噬小體-溶酶體融合來誘導自噬啟動和抑制自噬降解并誘導大腸癌細胞凋亡[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胞的侵襲和遷移[32]，EMT需要自噬來支持腫瘤細胞潛在的轉移能力[33]。由于自噬對EMT的雙重作用，在癌癥治療中是否應該增強自噬是值得深入研究的問題。

2.1.3 抑制腫瘤干細胞

2006年美國癌癥研究協會定義腫瘤干細胞(cancer stem cells，CSC)為腫瘤內具有自我更新能力并能產生腫瘤內所有異質性細胞的一類細胞群。臨床現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鍵因素[34]。越來越多的證據表明CSC的產生和維持與EMT密不可分[35-38]，Brabletz等[39]通過結合干細胞性和EMT兩個決定性的特征提出了遷移性腫瘤干細胞(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向遠處擴散并形成轉移灶。CSC所具有的高致瘤性、高轉移性和高治療抵抗性的特點使其在腫瘤的發生、轉移、復發和耐藥等過程中占據重要地位[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]發現槐耳多糖能通過阻斷ERα-36介導的AKT/β-catenin信號通路抑制高表達ERα-36的三陰性乳腺癌干細胞。

2.2 作用于腫瘤微環境其他內容

2.2.1 促進腫瘤相關巨噬細胞表型轉化

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

2.2.2 抑制腫瘤相關成纖維細胞

腫瘤相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts，CAF)是一種在腫瘤發生發展初期被異常激活的成纖維細胞，在TME中占據著極其重要的地位。它能夠通過自分泌或旁分泌的方式釋放多種介質(如趨化因子、細胞因子、生長因子和外泌體)，參與腫瘤細胞的EMT進而增強腫瘤細胞的侵襲能力，重塑ECM，促進血管和淋巴管生成，募集TAM并促進TAM極化為M2樣表型，在腫瘤的生長、轉移、耐藥和調節腫瘤免疫中發揮重要的作用[49]。值得注意的是，CAF的基因表達相較于腫瘤細胞更為穩定，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移，并且這種抑制作用可以被TLR4抑制劑所逆轉[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α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)的表達，從而降低其活性[51]。夏枯草多糖能減少堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)的表達并顯著拮抗bFGF誘導的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細胞的生長，發揮其抗癌作用[52]。

2.2.3 抑制內皮細胞

血管內皮細胞是一種能夠將循環血液與組織分隔的單層扁平上皮，與腫瘤轉移過程聯系緊密[53]。內皮細胞不僅能夠形成新的血管為腫瘤提供營養和氧氣，還能與腫瘤細胞黏附并允許具有侵襲性的腫瘤細胞遷移到血管腔內，進而直接促進腫瘤轉移。除此之外，內皮細胞還可能經歷向間充質細胞的轉變，成為能夠顯著激活腫瘤細胞遷移和侵襲能力的CAF的重要來源，間接促進腫瘤轉移[54]。海帶褐藻多糖能夠阻斷乳腺癌細胞對人臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)的黏附和侵襲，在0.1 mg/mL 濃度下對HUVEC的管狀形成有很強的抑制作用，從1 mg/mL 開始能夠有效地抑制乳腺癌細胞誘導的HUVEC形成的毛細血管樣結構，降低腫瘤血供并抑制腫瘤轉移[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，還能在體內抑制雞胚絨毛尿囊膜實驗中分支血管的形成,其機制可能與通過靶向PI3K/AKT途徑抑制VEGF和HIF-1a的表達有關[4]。柿葉果膠多糖通過調節PI3K/AKT、p38、JNK和NF-κBp65信號通路降低HUVEC內VEGF和MMP-9的表達，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揮重要作用外，也密切參與了癌癥的進展和轉移過程。首先，腫瘤細胞通過分泌多種活性物質(如ADP和MMP-2)誘導血小板活化并發生聚集，即腫瘤細胞誘導的血小板聚集(tumor cell-induced platelet aggregation，TCIPA)。活化的血小板能夠促使癌栓形成，將循環中的腫瘤細胞包裹在血栓中以保護它們逃避免疫攻擊(如NK細胞的細胞溶解)和由血流剪切力造成的機械損傷。其次，血小板釋放的P-選擇素能夠促進腫瘤細胞、血小板及白細胞形成異聚體并增強腫瘤細胞與血管內皮的黏附，利于腫瘤細胞的滲出[57]。此外，血小板還能夠促進腫瘤細胞EMT并提高腫瘤細胞的侵襲能力[58]、誘導腫瘤細胞釋放MMPs降解血管基底膜結構[59]、攜帶VEGF和PDGF等促進新血管的生成[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-選擇素介導的腫瘤細胞-血小板粘附和B16F10黑色素瘤細胞的遷移，在體內減少黑色素瘤的肺轉移[62]。

3 結語與展望

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移。現有治療方案無論從抗腫瘤轉移的有效性亦或是毒副反應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一步應用于臨床治療：①由于多糖結構的復雜性，大多數研究僅局限于多糖的生物活性機制，而忽略了與多糖結構之間的關系。因此未來的研究需要注重多糖的構效關系，特別是高級結構對活性的影響；②EMT與CSC之間聯系緊密，誘導兩者生成的刺激也存在高度重疊。目前，天然多糖抗腫瘤轉移的有關研究常局限在EMT上，而對CSC的相關研究甚少，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移方面的研究趨勢。